Вольт-амперные и люкс-амперные характеристики фотоэлементов

 

Вольт-амперной характеристикой фотоэлемента называется кривая, выражающая зависимость фототока от напряжения. На рис. 9.3 показана вольт - амперная характеристика вакуумного фотоэлемента. Она отличается двумя особенностями:

а) при увеличении напряжения U между анодом и катодом фототок I_Ф достигает насыщения (с

Рис. 9.3 увеличением освещенности ток насыщения возрастает);

б) существует такое значение задерживающей разности потенциалов U_з, при котором фототок прекращается. Электроны перестают достигать анода, когда работа задерживающего электрического поля становится равной их начальной кинетической энергии: ,

где е, m и v - это заряд, масса и скорость электрона соответственно.

Вольт - амперные характеристики фотосопротивлений имеют линейный характер.

Люкс-амперной (или световой) характеристикой фотоэлемента называется зависимость фототока от освещенности катода при постоянном напряжении. У вакуумных фотоэлементов световая характеристика линейна, так как число выбитых электронов в единицу времени n пропорционально освещенности ().

Световая характеристика фотосопротивлений имеет нелинейный характер.

 

Применение фотоэлементов

Фотоэлементы используются в технике и в научных исследованиях. Например, они применяются в звуковом кино для воспроизведения звука, для сигнализации, в телевидении, автоматике и телемеханике. Фотоэлементы позволяют управлять на расстоянии процессами производства. При нарушениях хода процесса изменяется поток света, попадающего на фотоэлемент, и создается ток, выключающий весь процесс. С помощью фотоэлементов измеряются весьма слабые световые потоки (например, в биологии, астрофизике), регистрируются инфракрасные спектры, осуществляется фотографирование в темноте и

т.д. Вентильные фотоэлементы используются для изготовления "солнечных" батарей, преобразующих энергию Солнца в электрическую. Кремневые "солнечные" батареи применяются, например, для питания аппаратуры на искусственных спутниках Земли и автоматических межпланетных станциях.

Фотоэлементы могут быть использованы для измерения освещенности рабочих мест. Приборы, служащие для измерения освещенности, называются люксметрами.

 

Выполнение работы

1.Ознакомиться с имеющимися на лабораторном столе приборами.

2.Снять вольт-амперную характеристику вакуумного фотоэлемента (СЦВ-4):

2.1. Поместив фотоэлемент СЦВ-4 на оптическую скамью, собрать электрическую цепь по рис.9.4.

2.2. Подать напряжение сети на выпрямитель и источник света.

 

 

Изменяя напряжение U, подаваемое на фотоэлемент, от 0 до 120-150 В, снять зависимость (7-10 точек) силы фототока I_ф от напряжения для двух расстояний r₁ и r₂ фотоэлемента от источника света. Результаты измерений занести в табл. 1.

 

 

Таблица 1

№ измерения	U, B	Iф, А
r1=	r2=
..

 

2.3. По измеренным данным построить график I_ф=ƒ(U).

3. Снять люкс-амперную характеристику:

3.1. При постоянном напряжении (U=const) снять зависимость силы фототока I_ф от освещенности Е фотоэлемента. Так как освещенность обратно пропорциональна квадрату расстояния , то изменять её можно путем изменения r. Результаты занести в табл.2.

3.2. По данным табл.2 построить график I_ф=ƒ(Е)=ƒ(1/r²).

Таблица 2

Номер измерения	U=
r	Iф, А	E=1/r2
..

 

Практическая часть

 

Таблица 1

№ измерения	U, B	Iф, А
r1=15	r2=20

 

Таблица 2

Номер измерения	U=50 В
r	Iф, А	E=1/r2 (10-3)
			4,4
			3,5
			2,8
			2,3
			1,9
			1,6
			1,4

 

E=1/r²

E₁=1/15²=4,4

E₂=1/17²=3,5

E₃=1/19²=2,8

E₄=1/21²=2,3

E₅=1/23²=1,9

E₆=1/25²=1,6

E₇=1/27²=1,4

 

 

График I_ф=ƒ(U)

 

График I_ф=ƒ(Е)=ƒ(1/r²)