Bartłomiej Kot

I BZ LP-2

Gr.8

Ćwiczenie 40

Temat : Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne. Wyznaczanie charakterystyki fotooporu.

I. Zagadnienia do samodzielnego opracowania

1. Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne i wewnętrzne jako wynik oddziaływania promieniowania z materią.

2. Prawa zjawiska fotoelektrycznego.

3. Budowa i zasada działania fotooporu i fotoogniwa.

II. Wprowadzenie

Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne znalazło praktyczne zastosowanie w fotoopornikach i fotoogniwach. Fotoopornik składa się z długiej i cienkiej taśmy półprzewodnika ułożonej jak na rys. 1.

W momencie oświetlenia opór fotoopornika maleje, gdyż wzrasta liczba nośników odpowiedzialnych za przepływ prądu elektrycznego. Ponieważ zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne zachodzi jedynie w cienkiej warstwie powierzchniowej, stąd fotoopór zbudowany jest z cienkiej i długiej taśmy półprzewodnika. Przed uszkodzeniami mechanicznymi taśma jest chroniona warstwą szkła organicznego.

Inne efekty wywołuje zjawisko fotoelektryczne na złączach metal-półprzewodnik. Wiązka światła padająca na styk zakłóca stan równowagi dynamicznej warstwy podwójnej. Kwanty światła przekazują swoją energię elektronom. W półprzewodniku przenoszą elektrony z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. Zatem w półprzewodniku wzrasta ilość swobodnych elektronów, które w warunkach istniejącej równowagi dynamicznej przechodzą natychmiast do metalu, ładując go ujemnie. Oświetlone złącze staje się źródłem prądu i jest nazwane fotoogniwem. Na rys. 2 pokazano budowę fotoogniwa miedziowego.

Na miedzianym podłożu znajduje się warstwa tlenku miedzi CuO, który jest półprzewodnikiem typu p. Na powierzchni tlenku znajduje się cienka przeźroczysta warstwa metalu: srebra lub miedzi. Na górnym złączu CuO-metal światło przenosi pewną ilość elektronów do pasma przewodnictwa, które natychmiast przechodzą do

metalu, ładując go ujemnie. Na drugim złączu zjawisko to nie występuje, ponieważ światło nie przenika przez warstwę CuO.

W ćwiczeniu po oświetleniu fotooporu punktowym źródłem światła mierzymy zależność otrzymanego natężenia prądu od odległości fotooporu od źródła światła. Należy dowieść, że natężenie prądu fotoelektrycznego jest proporcjonalne do oświetlenia. Ponieważ oświetlenie pochodzące od punktowego źródła światła jest odwrotnie proporcjonalne

do kwadratu odległości, wykres zależności powinien być linią prostą.

III. Wykonanie ćwiczenia

2. Ustawić źródło światła w odległości około 0,2 m od fotooporu FR, sprawdzić czy fotoopór reaguje na oświetlenie.

3. Przy stałej wartości napięcia zasilającego przeprowadzić pomiar zależności natężenia prądu od odległości fotooporu od źródła światła:
W tym celu zmieniać położenie fotooporu od około 0,15 m od źródła światła, aż do takiego położenia, przy którym ćwiczący nie zaobserwuje przepływu prądu w obwodzie (I= 0).

IV. Obliczenia:

Tabela pomiarowa:

U	r	I	ΔU	ΔI	Δr
[ V ]	[ m ]	[ mA ]	[ V ]	[ mA ]	[1/ m² ]
20,6	0,2	2,80	0.15	0.02	0,25
	0,3	0,95			0,075
	0,4	0,40			0,03
	0,5	0,25			0,02
	0,6	0,15			0,009
	0,7	0,10			0,006
	0,8	0,06			0,004
	0,9	0,05			0,0027
	1,0	0,04			0,002

Błędy mierników - bezwzględny :

gdzie k - klasa dokładności miernika

ZP - zakres pomiarowy miernika

Błąd pomiaru napięcia : ΔU = 0,5/100 . 30 = 0,15[ V ]

Błąd pomiaru prądu : ΔI = 0,5/100 3 = 0,02[ mA ]

Roman Regulski

I BZ LP-2

Gr.8

Ćwiczenie 40

Temat : Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne. Wyznaczanie charakterystyki fotooporu.

I. Zagadnienia do samodzielnego opracowania

4. Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne i wewnętrzne jako wynik oddziaływania promieniowania z materią.

5. Prawa zjawiska fotoelektrycznego.

6. Budowa i zasada działania fotooporu i fotoogniwa.

II. Wprowadzenie

Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne znalazło praktyczne zastosowanie w fotoopornikach i fotoogniwach. Fotoopornik składa się z długiej i cienkiej taśmy półprzewodnika ułożonej jak na rys. 1.

W momencie oświetlenia opór fotoopornika maleje, gdyż wzrasta liczba nośników odpowiedzialnych za przepływ prądu elektrycznego. Ponieważ zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne zachodzi jedynie w cienkiej warstwie powierzchniowej, stąd fotoopór zbudowany jest z cienkiej i długiej taśmy półprzewodnika. Przed uszkodzeniami mechanicznymi taśma jest chroniona warstwą szkła organicznego.

Inne efekty wywołuje zjawisko fotoelektryczne na złączach metal-półprzewodnik. Wiązka światła padająca na styk zakłóca stan równowagi dynamicznej warstwy podwójnej. Kwanty światła przekazują swoją energię elektronom. W półprzewodniku przenoszą elektrony z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. Zatem w półprzewodniku wzrasta ilość swobodnych elektronów, które w warunkach istniejącej równowagi dynamicznej przechodzą natychmiast do metalu, ładując go ujemnie. Oświetlone złącze staje się źródłem prądu i jest nazwane fotoogniwem. Na rys. 2 pokazano budowę fotoogniwa miedziowego.

Na miedzianym podłożu znajduje się warstwa tlenku miedzi CuO, który jest półprzewodnikiem typu p. Na powierzchni tlenku znajduje się cienka przeźroczysta warstwa metalu: srebra lub miedzi. Na górnym złączu CuO-metal światło przenosi pewną ilość elektronów do pasma przewodnictwa, które natychmiast przechodzą do

metalu, ładując go ujemnie. Na drugim złączu zjawisko to nie występuje, ponieważ światło nie przenika przez warstwę CuO.

W ćwiczeniu po oświetleniu fotooporu punktowym źródłem światła mierzymy zależność otrzymanego natężenia prądu od odległości fotooporu od źródła światła. Należy dowieść, że natężenie prądu fotoelektrycznego jest proporcjonalne do oświetlenia. Ponieważ oświetlenie pochodzące od punktowego źródła światła jest odwrotnie proporcjonalne

do kwadratu odległości, wykres zależności powinien być linią prostą.

III. Wykonanie ćwiczenia

2. Ustawić źródło światła w odległości około 0,2 m od fotooporu FR, sprawdzić czy fotoopór reaguje na oświetlenie.

3. Przy stałej wartości napięcia zasilającego przeprowadzić pomiar zależności natężenia prądu od odległości fotooporu od źródła światła:
W tym celu zmieniać położenie fotooporu od około 0,15 m od źródła światła, aż do takiego położenia, przy którym ćwiczący nie zaobserwuje przepływu prądu w obwodzie (I= 0).

IV. Obliczenia:

Tabela pomiarowa:

U	r	I	ΔU	ΔI	Δr
[ V ]	[ m ]	[ mA ]	[ V ]	[ mA ]	[1/ m² ]
20,6	0,2	2,80	0.15	0.02	0,25
	0,3	0,95			0,075
	0,4	0,40			0,03
	0,5	0,25			0,02
	0,6	0,15			0,009
	0,7	0,10			0,006
	0,8	0,06			0,004
	0,9	0,05			0,0027
	1,0	0,04			0,002

Błędy mierników - bezwzględny :

gdzie k - klasa dokładności miernika

ZP - zakres pomiarowy miernika

Błąd pomiaru napięcia : ΔU = 0,5/100 . 30 = 0,15[ V ]

Błąd pomiaru prądu : ΔI = 0,5/100 3 = 0,02[ mA ]

metalu, ładując go ujemnie. Na drugim złączu zjawisko to nie występuje, ponieważ światło nie przenika przez warstwę CuO.

W ćwiczeniu po oświetleniu fotooporu punktowym źródłem światła mierzymy zależność otrzymanego natężenia prądu od odległości fotooporu od źródła światła. Należy dowieść, że natężenie prądu fotoelektrycznego jest proporcjonalne do oświetlenia. Ponieważ oświetlenie pochodzące od punktowego źródła światła jest odwrotnie proporcjonalne

do kwadratu odległości, wykres zależności powinien być linią prostą.

III. Wykonanie ćwiczenia

3. Ustawić źródło światła w odległości około 0,2 m od fotooporu FR, sprawdzić czy fotoopór reaguje na oświetlenie.

3. Przy stałej wartości napięcia zasilającego przeprowadzić pomiar zależności natężenia prądu od odległości fotooporu od źródła światła:
W tym celu zmieniać położenie fotooporu od około 0,15 m od źródła światła, aż do takiego położenia, przy którym ćwiczący nie zaobserwuje przepływu prądu w obwodzie (I= 0).

IV. Obliczenia:

Tabela pomiarowa:

U	r	I	ΔU	ΔI	Δr
[ V ]	[ m ]	[ mA ]	[ V ]	[ mA ]	[1/ m˛ ]
20,6	0,2	2,80	0.15	0.02	0,25
	0,3	0,95			0,075
	0,4	0,40			0,03
	0,5	0,25			0,02
	0,6	0,15			0,009
	0,7	0,10			0,006
	0,8	0,06			0,004
	0,9	0,05			0,0027
	1,0	0,04			0,002

Błędy mierników - bezwzględny :

gdzie k - klasa dokładności miernika

ZP - zakres pomiarowy miernika

Błąd pomiaru napięcia : ΔU = 0,5/100 . 30 = 0,15[ V ]

Błąd pomiaru prądu : ΔI = 0,5/100 3 = 0,02[ mA ]

---