№24 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СИЛЫ ФОТОТОКА ОТ ПОВЕРХНОСТНОЙ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА ИЗЛУЧЕНИЯ
учебно-методическое пособие по физике

№24 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СИЛЫ ФОТОТОКА ОТ ПОВЕРХНОСТНОЙ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА ИЗЛУЧЕНИЯ

Цель работы.

Исследовать зависимость силы фототока от поверхностной плотности потока излучения и построить графики этой зависимости.

Оборудование.

1. Прибор для изучения законов фотометрии; 2. Микроамперметр на 100 мкА; 3. Источник электропитания для практикума ИЭПН-1; 4. Реостат ползунковый РП-6; 5. Ключ замыкания тока; 6. Комплект соединительных проводов.

Содержание и методы выполнения работы.

В данной работе применяется селеновый фотоэлемент (рис 1). Он состоит из железной пластинки круглой формы, покрытой слоем селена, на который нанесен тонкий полупрозрачный слой золота. От железной пластины и пленки золота (на нее положены  контактное кольцо) сделаны выводы к зажимам, с помощью которых фотоэлемент включают в электрическую цепь. В результате специальной обработки часть атомов золота проникает в селен, обладающий дырочной проводимостью, и образует в нем слой с электронной проводимостью.

На границе двух слоев с различным видом проводимости создается электронно-дырочный переход.

При освещении фотоэлемента в селене образуются свободные носители заряда, которые под действием электрического поля электронно-дырочного перехода разделяются: электроны накапливаются в электронном полупроводнике, а дырки – в дырочном. В результате на зажимах фотоэлемента возникает фотоэлектродвижущая сила.

Если фотоэлемент подключить к гальванометру и осветить, то в цепи возникает фототок. Сила фототока зависит от поверхностной плотности потока излучения.

Прибор (рис. 2), с которым выполняют работу, представляет собой горизонтально расположенную пластмассовую трубу, закрытую с торцов и укрепленную на двух подставках. В левой части трубы находится селеновый фотоэлемент, который соединен гибкими проводами с двумя зажимами, установленными на торцевой части трубы. При помощи рукоятки фотоэлемент можно поворачивать вокруг горизонтальной оси на 90°. Ось вращения проходит по диаметру активной поверхности фотоэлемента. Угол поворота определяют по шкале угломера, укрепленного на поверхности корпуса прибора.

Средняя часть трубы состоит из двух половин. Внизу трубы имеется щель, закрытая клапаном из черной материи. Вдоль щели перемещается источник света.

Труба прибора внутри прибора имеет несколько защитных ребер и черную матовую окраску. Ребра предохраняют фотоэлемент от отраженного излучения, а черная краска от световых бликов.

В нижней части откидной крышки трубы укреплена шкала с делениями от 0 до 30 см, причем нулевое деление шкалы совпадает с плоскостью чувствительного слоя фотоэлемента.

К прибору прилагается микроамперметр, и стойка с лампой на 3,5 В. Лампа служит в опытах источником света.

В данной работе нужно исследовать зависимость силы фототока от поверхностной плотности потока излучения и построить графики этой зависимости.

Поверхностную плотность потока излучения на фотоэлементе вычисляют по формуле: Е = Ф/4πR2, (1)

где Ф- полный световой поток энергии излучения источника света (его приближенно принимают равным мощности электрической лампы – 1 Bт), R – расстояние между лампой и фотоэлементом, выраженное в метрах.

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

Контрольные вопросы: 

1. Как устроен селеновый фотоэлемент?
2. Как зависит сила фототока от освещенности фотоэлемента?
3. Как следует изменить расстояние от лампы до фотоэлемента, чтобы сила фототока увеличилась в два раза?
4. Как зависит освещенность от угла падения света и расстояния до освещаемой поверхности?
5. Зачем внутри трубы сделаны защитные ребра и почему он изнутри окрашен черной матовой краской?