POLITECHNIKA ŚLĄSKA

W GLIWICACH

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK

FOTOKOMÓRKI GAZOWANEJ .

Semestr I

Zespół 7

Kajzerek Krzysztof

Witucki Arkadiusz

Wprowadzenie .

Zjawisko fotoelektryczne zostało wykryte pod koniec ubiegłego wieku . Dokładne badania tego zjawiska w fotokomórkach pozwoliły sformułować następujące prawa zjawiska fotoelektrycznego :

1. Maksymalna prędkość początkowa fotoelektronów zależy od częstotliwości światła , a nie zależy od jego natężenia .

2. Dla każdego metalu istnieje długofalowa granica fotoelektryczna . Zjawisko fotoelektryczne zachodzi dla światła o częstotliwości większej od tej wartości granicznej .

Granica długofalowa zjawiska fotoelektrycznego zależy od składu chemicznego materiału katody i od stanu jej powierzchni .

3. Liczba emitowanych elektronów w jednostce czasu jest proporcjonalna do natężenia światła .

Problemy z interpretacją zjawiska fotoelektrycznego jako na drodze falowej spowodowało wysunięcie przez A. Einsteina teorii o kwantowym charakterze tego zjawiska. Według tej teorii światło w postaci porcji energii , zwanej fotonami , przekazywane jest elektronom.

Elektrony te mogą opuścić powierzchnie metalu , jeśli ich energia będzie większa od pewnej minimalnej wartości W , zwanej pracą wyjścia . Jest to warunek konieczny aby ujemny elektron mógł oddalić się od dodatniej powierzchni metalu. Zgodnie z zasadą zachowania energii mamy więc tzw. wzór Einsteina :

Bardzo precyzyjne eksperymenty R. A. Millikana potwierdziły słuszność teorii Einsteina.

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne stosuje się w fotokomórkach .

W bańce szklanej znajdują się elektrody : katodę stanowi metal naparowany na wewnętrzną stronę bańki , a anodę drut w kształcie pętli.

Fotokomórki próżniowe wymagają stosowania wzmacniaczy . Większą czułość wykazują fotokomórki gazowane wypełnione najczęściej argonem. Fotoelektrony w przyśpieszającym polu elektrycznym anody uzyskują energię pozwalającą jonizować cząsteczki gazu , dzięki czemu uzyskuje się znaczny wzrost natężenia prądu , co przy nadmiernym zwiększaniu napięcia może doprowadzić do uszkodzenia lampy .

Fotokomórki znalazły zastosowanie w przekaźnikach fotoelektrycznych , urządzeniach liczących , w filmie dźwiękowym do odczytu ścieżki akustycznej. Obecnie jednak zostały wyparte przez elementy fotoelektryczne : fotorezystory , fotodiody i fototranzystory .

Do badania fotokomórki stosujemy w pracowni rurę fotometryczną . Wewnątrz niej znajdują się fotokomórka oraz żarówka z przesłoną . Drążek z naniesioną podziałką centymetrową umożliwia przesuw żarówki. Zaciski służą do podłączenia zasilania fotokomórki . Rura pokryta jest wewnątrz czarnym , matowym lakierem zmniejszającym niepożądane odbicia . Przesłona pozwala realizować założenie o punktowym źródle światła .

Przebieg ćwiczenia .

1. Łączymy obwód wg schematu ;

2.Przy ustalonym napięciu żarówki Uż = 220 V notujemy wskazania mikroamperomierza zmieniając napięcie fotokomórki Uf w zakresie 0 - 75 V co 5 V .

Nie wolno przekroczyć natężenia prądu Imax = 2A .

3.Przy ustalonym napięciu fotokomórki Uf = 60 V notujemy wskazania mierników zmieniając napięcie żarówki w zakresie 50 - 220 V co 10 V .

4. Przy ustalonych wartościach napięcia fotokomórki Uf = 60 V i żarówki Uż = 180 V zmieniamy odległość żarówki od fotokomórki d od 60 cm do odległości minimalnej , przy której If < 2 A .

5. Rysujemy wykresy zależności natężenia prądu fotokomórki od :

a. napięcia fotokomórki ,

b. napięcia i mocy żarówki ,

c. odległości d ,

d. kwadratu odwrotności odległości

6. Przeprowadzamy graficzną analizę błędów .

Tabela pomiarowa 1.

Moc P = 26 W

Odległość fotokomórki od żarówki d = 50 cm .

Lp.	Napięcie Uf [ V ]	Natężenie prądu I [A ]
1	5	0,14
2	10	0,37
3	15	0,41
4	20	0,47
5	25	0,53
6	30	0,60
7	35	0,75
8	40	0,80
9	45	0,89
10	50	0,99
11	55	1,10
12	60	1,22
13	65	1,37
14	70	1,53
15	75	1,71

Tabela pomiarowa 2.

Napięcie fotokomórki Uf = 60 V

Odległość fotokomórki od żarówki d = 50 cm

Lp.	Napięcie Uż [ V ]	Natężęnie prądu [A]	Moc żarówki P [W]
1	50	0	3,0
2	60	0	4,0
3	70	0	6,0
4	80	0,02	7,0
5	90	0,04	9,0
6	100	0,07	10,0
7	110	0,12	12,0
8	120	0,16	14,0
9	130	0,22	16,0
10	140	0,30	18,0
11	150	0,38	20,0
12	160	0,46	22,0
13	170	0,56	24,0
14	180	0,68	26,0
15	190	0,80	28,0
16	200	0,94	30,0
17	210	1,08	32,0
18	220	1,24	34,0

Tabela pomiarowa 3.

Moc Żarówki P = 26 W

Napięcie fotokomórki Uf = 60 V

Napięcie żarówki Uż = 180 V

Lp.	Odległość d [ cm]	Natężenie prądu [A]
1	60	0,47
2	50	0,65
3	40	0,99
4	30	1,67
5	27	1,95

Analiza błędów.

W przypadku stosowania mierników elektrycznych np. woltomierzy , amperomierzy , watomierzy , metoda określania błędu pomiarowego zależy od zastosowanego rodzaju wskazywania wartości .

Klasa mierników analogowych określa błąd procentowy odpowiadający maksymalnemu wychyleniu ( wartości stosowanego zakresu ) .

Błąd bezwzględny takim miernikiem określa wzór :

Błąd bezwzględny nie zależy od wartości wielkości mierzonej . Natomiast błąd względny zgodnie z wzorem
będzie zwiększał się przy spadku wielkości mierzonej :

Błąd dla watomierza wynosi :

zakres - 50

skala - 100

klasa - 0.5

Błąd dla woltomierza :

zakres - 300

klasa - 0.5

skala - 75

Błąd dla mikroamperomierza :

zakres - 2

klasa - 1

skala - 100

Błąd pomiaru odległości wynosi 0.5 cm .

---