Вправа 1

Лабораторна робота № 24

ВИВЧЕННЯ ОСНОВНИХ ЗАКОНІВ

ЗОВНІШНЬОГО ФОТОЕФЕКТУ

Мета роботи: Вивчити явище фотоефекту.

Прилади і матеріали: 1. Фотоелемент ЦГ-4;

2. Оптична лава;

3. Випростувач;

4. Реостат;

5. Міліамперметр;

6. Електрична лампочка 6 В.

Література: 1. Іверонова В.І. Фізичний практикум. – 1968. – задача № 159.

2. Тягунов Г.А. Электровакуумные и полупроводниковые приборы. – 1962. – С.280-287.

Теоретична частина

Явище зовнішнього фотоефекту було вперше вивчено в Московському університеті професором фізико-математичного факультету А.Г.Столєтовим в 1888р. Явище фотоефекту в теперішній час знаходить велике технічне застосування.

Для проведення досліджень в цій роботі використовується газонаповнений фотоелемент ЦГ-4 з центральним анодом. Цей фотоелемент являє собою сферичний балон, з якого викачане повітря, і який наповнено інертним газом. Катод фотоелемента являє собою шар цезію, нанесений шляхом конденсації парів цього металу. Металевий анод фотоелемента має форму сфери або кільця, і розміщений в центральній частині балона фотоелемента. Електричні виводи від анода і катода впаяні в нижню частину балона і вмонтовані в цоколь фотоелемента.

Електрони, які вибиваються променями з освітленого катода, летять на анод, прискорюються електричним полем, створюваним за рахунок прикладеної до фотоелемента напруги.

Завдання:

1. Визначити залежність фотоструму від освітленості фотокатода (вправа 1).

2. Зняти вольтамперну характеристику фотоелемента.

Хід роботи

Вправа 1

Фотоелемент, захищений від попадання сторонніх променів світла розташовується на оптичній лаві і включається в схему, подану на рис. 1. На протилежному кінці оптичної лави розташовується електрична лампочка 6 В, яка живиться від випростувача. Лампочка має дуже малу (порівняно з віддаллю до фотоелемента) спіраль накалу і розглядається як точкове джерело світла. Ця робота полягає в тому, щоб, змінюючи віддаль між лампочкою і фотоелементом, змінювати за певним законом освітленість фотоелемента і вести паралельні виміри фотоструму.

Виміри

На фотоелемент подають напругу і перевіряють нульове положення стрілки при вимкненій лампочці, яка освітлюватиме фотоелемент. Якщо стрілка дає відхилення, то це вказує, що на фотоелемент попадає стороннє світло, або є якісь неполадки схемі.

Включають лампочку і розміщують її на віддалі 50 см, від фотоелемента. Напругу на лампочці весь час підтримують рівною 6 В, а шкалу на міліамперметрі підтримують таку, щоб зайчик не зашкалював. Далі, наближаючи поступово лампочку до фотоелементу, фіксують величину струму і відповідні віддалі.

Приймаючи лампочку за точкове джерело світла, можна вважати, що освітленість фотокатода змінюється обернено пропорційно квадрату віддалі від лампочки до фотоелемента. Приймаючи за одиницю освітленість фотокатода при максимальній віддалі лампочки, легко знаходимо, що освітленість фотокатода при якомусь -му положенні лампочки буде рівна:

,

де – максимальна віддаль фотоелемента від лампочки, = 60 см;

– нове значення цієї віддалі.

Відкладемо по осі абсцис системи координат числа, які дорівнюють , а по осі ординат – величини фотоструму. Одержимо графік залежності сили фотоструму від освітленості фотокатода.

Вправа 2

Залежність сили фотоструму в фотоелементі від величини прикладеної до неї напруги 3 (при незмінній освітленості фотокатода) називається
вольтамперною характеристикою фотоелемента. Вправа виконується за схемою рис. 1.

Розташовуючи лампочку послідовно на віддалях 5, 10, 15 см від фотоелемента, пророблюють для кожного положення лампочки послідовні виміри: при включеній схемі збільшують напругу на фотоелементі від 0 до 220 В. записують покази мікроамперметра, які відповідають кожному значенню напруги. Результат вимірювань зображають у вигляді графіків, які відображають залежність фотоструму від величини прикладеної напруги.

Таблиці для записування вимірювань скласти самостійно.

Контрольні питання

1. Які фотоелементи ви знаєте?

2. В чому полягає явище зовнішнього фотоефекту?

3. Сформулювати закони фотоефекту.

4. Зарисувати вольтамперні характеристики вакуумного та газонаповненого фотоелементів.

5. Записати рівняння Ейнштейна для фотоефекту.

6. Пояснити існування струму насичення для вакуумних фотоелементів.