Determinarea sensibilității elementului foto
Instrumente și accesorii; fotoelemente, o lampă cu incandescență, banca de rezerve optice, ampermetru, contor de lumină
Obiectiv: Pentru a studia principiul de funcționare al supapei fotocelula și măsura sensibilitatea ei integrală.
efectul fotoelectric extern poate fi observat în metale. Când fotonii lumina de metal este absorbită de o conductivitate de electroni, aceasta crește energia cinetică a electronului. În cazul în care energia depășește funcția de lucru, electronul merge de metal. Acest proces este descris ecuația Einstein:
unde
Această ecuație se obține presupunând că electronii din metal se deplasează independent unul față de celălalt, și, prin urmare, schimba energia unui singur electron în absorbția unui foton nu modifică energia altor electroni, t. E. Un foton interactioneaza cu un singur electron.
Empiric sa stabilit cele trei legi 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 photoelectron depinde de frecvența luminii incidente și nu depinde de intensitatea acesteia.
3. Pentru fiecare metal există prag fotoelectric, t. E. Lungimea de unda maxima
Valoarea sa depinde de natura chimică a metalului și starea suprafeței sale și se determină din ecuația lui Einstein.
Un electron se poate deplasa dincolo de metal „Dacă mesajul este energia nu mai mică decât funcția de lucru, de ex., E.
efect fotoelectric extern este utilizat în fotocelule de vid (Fig. 40.1). Suprafața interioară a cilindrului este acoperit cu un strat subțire de metal. Acest strat este de aproximativ 50% din suprafața interioară a cilindrului și o fotocatodic. Împotriva lui lăsa o fereastră transparentă, prin care lumina pătrunde în catod. Anodul are o formă de cadru și este dispus astfel încât să nu interfereze cu rezultatele luminii pe catod. Circuitul celulei solare este prezentată în Fig. 40.1,6.
Când fotoelemente iluminate începe emisia de electroni de la catod și curent apare în circuit, numit fotocurentul. Fig. 40.2 prezintă caracteristica volt-ampere a unei fotocelule vacuum. După cum se vede din grafic, primul fotocurent crește liniar cu tensiunea de anod, deoarece cu 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 o creștere suplimentară a amperajul de tensiune nu este schimbat. Acest curent este numit curent de saturație. saturație curent depinde liniar de puterea fluxului luminos.
Parametrul principal este sensibilitatea fotocelulei
unde
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 cu electroni emiși de catod. Ca rezultat, un curent fotoelectronilor crearea sunt implicate nu numai, ci, de asemenea, electronii și ionii obținuți prin ionizare cu gaz. Sensibilitatea fotocelule umplute cu gaz ajunge la 150-200 uA / lm.
Efectul fotoelectric extern este utilizat în tuburi fotomultiplicatoare (PMTS) și convertoare electro-optice (EOC). PMT este utilizat pentru măsurarea fluxurilor de lumină cu intensitate redusă. Ele pot fi folosite pentru a determina bioluminiscență slab. tub intensificator de imagine utilizate în medicină pentru a crește luminozitatea imaginilor cu raze X în termografie - pentru conversia radiației infraroșii în organism vizibil.
efectul fotoelectric intern apare în semiconductori. Energia fotonica este transferată electronilor din semiconductor. În cazul în care această energie
Celulele fotoconductive sunt realizate pe baza sulfura de cadmiu, plumb sulfurat și altele. Elementele sensibile la lumină plasate într-o carcasă din material plastic sau metal. Celulele fotoconductive sunt mult mai sensibile decât fotocelule cu PhotoEffect extern. Valoarea sensibilității poate atinge valori de ordinul a 1 A / LM. Cu toate acestea, cu creșterea sensibilității crește inerția fotoconductori, ceea ce limitează posibilitatea de utilizare a acestora cu înaltă frecvență variabilă fluxuri de lumină. Celulele fotoconductive sunt utilizate în dispozitive, senzori fotoelectrici, precum și în aparatul fotometrice pentru măsurarea caracteristicilor de lumină.
forța Photoelectromotive generată de contactul cu monocromatică fluxului luminos de iluminare este proporțională cu intensitatea ei, deoarece este determinată de numărul de perechi electron-gol generate, adică. E. Numărul de fotoni.
Avantajul de fotocelule de poarta este onoare pentru munca lor nu are nevoie de o sursă de energie, așa cum ei înșiși a generat o forță electromotoare sub acțiunea luminii. Dacă completa circuitul care conține fotocelula, atunci apare curent. supapă Integral sensibilitate fotocelule este mult mai mare decât sensibilitatea fotocelule de vid. Se poate ajunge la câteva mii de microamperi per lumen. fotocelule Valve sunt fabricate pe bază de seleniu, germaniu, siliciu, argint, sulf, etc Silicon si alte tipuri de celule solare sunt folosite pentru baterii solare utilizate în nave spațiale pentru a alimenta echipamentul de la bord. fotocelule Valve sunt de asemenea utilizate în fotometrie pentru măsurarea fluxului luminos și lumina care este utilizată în practicile de igienă.
Iluminarea constă în iluminare
Sensibilitatea fotoelemente Integral este dată de
Din legea fotometriei este cunoscut faptul că
S- în care suprafața iluminată.
Iluminarea produsă de o sursă de lumină este
unde
O fotocelula seleniu (Fig. 40.3) este un strat de seleniu 2 este depus pe placa de fier lustruit 1. Atunci când încălzirea seleniu transformat în modificarea cristalină având o conductivitate gaura. sputtered Top film subțire 3 de argint. Ca urmare a difuziei activă a atomilor de argint se formează stratul de seleniu dopat cu seleniu având conductivitate electrică. Astfel, un contact între seleniu pur și seleniu dopat cu, de ex., E. Se produce
Pentru a determina sensibilitatea instalației fotocelulă colectate prezentat în Fig. 40.4. 8 pe un banc optic montat sursa de lumină 1 și celula foto 2. Sursa de lumină utilizând o lampă cu incandescență având un filament liniar. Lampa poate fi rotită în jurul axei verticale. Unghiul de rotație a lămpii este măsurată printr-un echer montat pe baza lămpii. Fotocelula un caz montat pe un suport care poate fi deplasat de-a lungul banca de rezerve optice. Pe banca de rezerve optice conducător consolidat pentru a măsura distanța dintre lampa și fotocelula. Intensitatea curentului care apar în detectorul de lumină, este determinată de microammeter 4. E Iluminarea la distanțe diferite față de sursa de lumină contor de lumină este determinată.
Ordinea de performanță
Determinarea sensibilității integrală a fotoelemente seleniu:
cu excepția lămpii, exponometru, măsoară lumina ambientală
poziționați lampa pe o bancă, astfel încât filamentul perpendicular pe suprafața fotocelulei (sursa de lumină poate fi aproximativ considerată ca un punct);
rândul său, lumina metru lampă și se măsoară iluminarii E la trei distanțe diferite R de la sursa de lumină:
determină puterea sursei de lumină pentru fiecare caz în parte, conform formulei
rezultatele măsurătorilor și a calculelor, magazin în tabel. 40 1;
Deschideți capacul cazul fotocelulei;
măsurarea forței fotocurentului i, variind distanța R între lampă și fotocelula de 0,5 până la 1,5 m la fiecare 0,1 m;
Calculați sensibilitatea integrală a fotocelulei k, în fiecare caz, prin formula (40.4) și găsiți
rezultatele măsurătorilor și a calculelor, magazin în tabel. 40.2;
construi grafic
calcula eroarea
Studiul dependentei de fotocurentului pe poziția bec cu filament puterea:
Lampă fixată la o distanță de 0,5 m de fotocelula. Măsură lampa fotocurentul forțe de rotire în jurul unei axe verticale în unghi 0-180 ° la fiecare 20 °;
, Stoca rezultatele măsurătorilor din tabelul. 40.3:
construct într-un sistem de coordonate grafic polar de forță fotocurentul din filamente farurilor unghi de rotație
