Studiind fenomenul efectului fotoelectric.
Studiul efectului fotoelectric legilor. Determinarea sensibilității integrală a fotocelule, verifica legea Stoletova.
Luminii sursei - lampă cu incandescență; contor de lumină; fotoelemente cesiu catod antimoniu (cu diametrul de 3 cm catod); fotocelula Valve (s = 1 mm 2); voltmetru și ampermetru; Unitate de alimentare - B-5-47.
III. Întrebări răspunsuri la care trebuie să știți pentru a obține acces la locul de muncă:
1. efect fotoelectric extern. Legile efectului fotoelectric. ecuația lui Einstein. Dispozitiv de Fotocelulă care utilizează un PhotoEffect extern.
2. Efectul fotoelectric intern: efectul fotoconductive și fotovoltaic.
3. Sensibilitatea fotocelulei. Capacitatea de determinare experimentală a sensibilității integrale.
4. cantitățile fotometrice cheie și unități.
Natura cuantică a luminii este cel mai clar manifestată în fenomenul efectului fotoelectric.
efectul fotoelectric extern se observă în metale. Când fotoni de lumină sunt absorbite de electroni conducta metal, crescând astfel energia electronilor. În cazul în care energia unui singur electron este mai mare decât producția de lucru din metal, electronul părăsește metalul. Echilibrul energetic al acestei interacțiuni este stabilită prin ecuația lui Einstein:
unde hn - energia fotonică, n - frecvența luminii, A - funcția de lucru electron, mv 2/2 - energia cinetică maximă a electronului ejectat.
Chiar și energia lumină monocromatică a electronilor emiși de fotocatod, este inegală. Electronii dintr-o substanță au energii diferite, situată pe niveluri ale benzilor permise. Sub o funcție de lucru, dar pentru a înțelege energia necesară pentru a elimina un electron de la nivelurile umplut cel mai de sus. Energia care trebuie cheltuite pentru a elimina un electron din stratul inferior, este superior A și energia cinetică a acestor electroni este mai mică. În plus, electronii pot pierde o parte din energia sa față de suprafața fotocatod. ecuația lui Einstein definește, prin urmare, energia cinetică a nu toate, ci numai electronii rapid.
Empiric erau legi ustanovlenysleduyuschie ale efectului fotoelectric.
1. Numărul de fotoelectroni eliberat de pe suprafața metalică pe unitatea de timp este proporțională cu incidentul fluxului luminos pe metal la o compoziție spectrală constantă.
2. Energia cinetică maximă inițială a fotoelectronic este dependentă liniar de frecvența luminii incidente și nu depinde de intensitatea acesteia.
3. Pentru metale există limita de roșu (prag) efectul fotoelectric, adică L0 maximă de lungime de undă. la care efectul fotoelectric este încă posibil. În cazul în care lungimea de undă a incidentului (absorbit) Lumina l> L0. efectul fotoelectric nu se observă. Dimensiunea L0 depinde de natura și starea metalului și suprafața sa este determinată din ecuația lui Einstein. Electronul poate merge dincolo de metal dacă mesajul de energie nu mai mică decât funcția de lucru, și anume, hn ³ A. A. Presupunând hn0 = obține l0 = c / n0 = hc / A.
PhotoEffect extern utilizat în vid fotocelule dispozitive -dvuhelektrodnyh în care un incident pe suprafața catodului energia luminoasă este transformată în energie a curentului electric (Fig. 1).
Suprafața interioară a fotocelulei bec de sticlă este acoperit cu un strat subțire de metal. Acest strat este de aproximativ 50% din suprafața interioară a cilindrului și o fotocatodic. Împotriva lui, există o fereastră transparentă, prin care lumina pătrunde în catod. Anodul are o formă de cadru și este dispus astfel încât să nu împiedice pătrunderea luminii la catod. Când fotoelemente iluminate începe emisia de electroni de la catod - are loc
După cum se vede din grafic, creșterea tensiunii de anod i curent este crescut la început, din moment ce un număr tot mai mare de electroni emiși de catod ajunge la anod. La o anumită tensiune anodică a tuturor fotoelectronilor a lovit anod, și cu creșterea în continuare în amperajul de tensiune nu este schimbat. Mărimea acestui curent este o măsură a efectului fotoelectric și este numit curentul de saturație. Montat pe legea experiența luminii de proporționalitate curent flux de saturație
Se numește legea Stoletova. Valoarea g = inas / F este sensibilitatea fotocelulei.
Distinge sensibilitatea integrală și spectrală a celulei solare.
Sensibilitatea fotoelemente Integral caracterizează capacitatea de a răspunde la impactul fluxului luminos al radiațiilor complexe.
Sensibilitatea spectrală determină rezistența fotocurentului atunci când este expusă la lumină monocromatică.
fotocelule Sensibilitate vacuum ajunge la 100 mA / lm.
Pentru a mări rezistența fotocurentului uneori fotocelulă balon umplut cu un gaz inert la o presiune de 1-10 Pa. Astfel de celule solare sunt numite umplute cu gaz. Cu o tensiune anodică mare în aceste celule solare este Ionizarea cu impact a atomilor de gaz de electroni care părăsesc catod sub influența luminii. Ca rezultat, un curent fotoelectronilor crearea sunt implicate nu numai, ci și ioni și electroni care rezultă din ionizarea gazului. Sensibilitatea fotocelulelor umplute cu gaz ajunge la 150-200 mA / lm.
PhotoEffect extern își găsește de asemenea aplicații în fotomultiplicatori (PMT) sunt utilizate pentru măsurarea intensității luminii fluxului și joasă în convertoare electron-optic (EOC), prin care este posibil pentru a spori luminozitatea imaginii cu raze X, sau pentru a transforma radiația infraroșie în lumină vizibilă.
Folosind ecuația Einstein la PhotoEffect extern poate determina experimental cuantic critic h constanta lui Planck. În acest scop, în cele mai multe cazuri, folosit metoda întârziind potențială, esența care constă în următoarele: electrozii vidului furnizat de fotoelemente inversă (închidere) de tensiune, așa cum se arată în Fig. 4.
Când UZ tensiune = 0. electronii au părăsit fotocelula catod cu fotoni de lumină monocromatică, cu o frecvență n. ajunge la anod, formând un curent electric, numit fotocurentul. Fotocurentul înregistrat dispozitiv de măsurare. Prin creșterea potențialului de retardare a electronilor a căror energie este mic, acesta nu ajunge la curentul anodic scade fotoelemente. La o anumită valoare a potențialului de retardare și cele mai rapide electronii nu se va ajunge la anod și curentul în circuit este zero.
și, prin urmare, hn = eUZ + A. și UZ = (hn-A) / e. și anume UZ valoare potențială de retardare depinde liniar de frecvența n lumină.
efectul fotoelectric intern (fotoconductie s) observate în semiconductori. Energia fotonica este transferată electronilor din semiconductor. Dacă această energie este mai mare decât DW bandgap lățime hn, electronii trec în semiconductor pur din banda de valență la banda de conducție. Absorbția impurității semiconductor a unui foton conduce la trecerea unui electron de la nivelurile donator în banda de conducție sau banda de valență la nivelurile acceptor. Astfel, conductivitatea lor crește atunci când sunt iluminate semiconductori. Acest fenomen are la bază o acțiune Fotorezistul. Celulele fotoconductive sunt realizate pe baza sulfura de cadmiu, plumb sulfurat, și altele. Ei au o sensibilitate mult mai mare decât fotocelule cu PhotoEffect extern. Cu toate acestea, cu creșterea sensibilității crește inerția fotoconductori, ceea ce limitează posibilitatea de utilizare a acestora cu înaltă frecvență variabilă fluxuri de lumină. Fotorezistul utilizate în echipamente fotometrice pentru măsurarea valorilor energiei luminii, precum și dispozitive de senzori fotoelectrice. forța Photoelectromotive generată de contactul cu monocromatica flux luminos de iluminare este proporțională cu debitul. deoarece este determinată de numărul format în semiconductoare perechi electron-gol. și anume numărul de fotoni din flux. fotocelule supapă Avantajul este că funcționarea lor nu necesită o sursă de alimentare, la fel ca în ele însele sub acțiunea luminii generate photovoltage. Dacă completa circuitul care conține fotocelula, atunci apare curent. Integral fotocelule gate sensibilitate depășește sensibilitatea fotocelule vid. Se poate ajunge la câteva mii de microamperi per lumen. Celulele solare Valve fabricate pe baza de seleniu, germaniu, siliciu, argint, sulf, etc siliciu și alte tipuri de celule solare sunt utilizate în baterii solare utilizate în nave spațiale pentru a alimenta echipamentele de la bord. fotocelule Valve sunt de asemenea folosite pentru măsurarea fluxului luminos și luminanța în practica fotometrice. O fotocelula seleniu (Fig. 7) este un strat de seleniu 2 depus pe o placă de fier lustruit 1. Astfel, un contact între seleniu pur și seleniu cu o impuritate, și există o p-n - tranziție. Atunci când sunt iluminate de lumina fotoelemente trece cu ușurință prin film subțire de argint. Fotonii sunt absorbite de electroni, și există o fotografie-emf. În cazul în care o placă de fier pentru a conecta un conductor cu un film de argint, ampermetru inclus în circuitul, va arăta curentul care curge din fierul de călcat la electrodul superior. Sarcina I. Studiul vid celule solare și determinarea sensibilității integrale. fotoelemente Sensibilitate Integral Fotometric este cunoscut faptul că în cazul în care E - iluminarii, și S - suprafața zonei iluminate. Iluminarea produsă de o sursă de punct, este în cazul în care I - sursa de lumină de putere, R - distanța de la sursă la suprafața iluminată. Având în vedere aceste relații, obținem o formulă de determinare fotoelemente integralnoy0020chuvstvitelnosti: 1. Nu inclusiv contorul de lumina lămpii pentru a măsura de iluminare ambientală Ef. plasarea exponometru Slot senzor fotocelula. Așa cum este utilizat în contorul de lumină este prezentat în Fig. 9. „KM“ capac dezasamblat contor de lumină. Atunci când apăsați 1 trebuie să utilizați scala de jos, atunci când apăsați 2 - sus. Limitele acestor scale, respectiv 300 lx și 1000 lx. 2. Introduceți lampa și contorul de lumină de iluminare pentru a măsura E în fotocelula cuib la patru distanțe R de la sursa de lumină (20, 30, 40, 50 cm). 3. Se determină puterea sursei de lumină în fiecare caz, prin formula unde E0 = E-Ef. și pentru a găsi media . Calculați fluxului F luminii prin formula Rezultatele măsurătorilor și a calculelor înregistrate în tabel: Complotat i = f (U) pentru fiecare R distanța de la sursa de lumină la o fotocelulă. 6. Se trasează INAs saturație amperaj în funcție de mărimea fluxului luminos F. inas = f (F). Aflați graficul g. 7. Se calculează integral sensibilitate g fotocelulă prin formula (4), și pentru a găsi media 8. Se calculează eroarea de măsurare sensibilității Dg fotocelulă g. Sarcina 2. Determinarea sensibilității fotocelulei integrate de supapă. 1. Schimbarea de a instala o fotocelulă vid pe valvă. 2. Schema Collect (Fig. 11). 3. Se măsoară valoarea fotocurentului i la diferite distanțe R de la sursa de lumină fotocelulă (5 până la 40 cm în 5 cm). 4. Rezultatele măsurătorilor înregistrate în tabel.
Acoperirea lumina monocromatică catod fotocelulă cu frecvențe de n1
Când seleniu încălzit trece în modificarea cristalină având o conductivitate p-hole. sputtered Top film subțire 3 de argint. Ca urmare a difuziei activă a atomilor de argint la interfață a format stratul de seleniu seleniu dopat cu argint, având e n-conductivitate.
Sursa de lumină este utilizată pentru a seta lampa cu incandescență 1 (Fig. 8), care poate fi deplasat într-un caz creion opac 2 având un soclu pentru lampa și fotocelula 3 Comutator 4. Distanța dintre lampa cu incandescență și fotocelula R 5 este măsurată printr-un conducător.articole similare