Wydział Elektryczny
Wyznaczanie charakterystyk fotokomórki gazowanej
poprawa
ćwiczenie nr 12
Grupa 5 Sekcja 4
Iwanowski Mirosław
Moczała Marcin
1996.05.15
Podstawy teoretyczne
Wybijanie elektronów z powierzchni metali pod wpływem światła nazywamy zjawiskiem fotoelektrycznym zewnętrznym. Żądzą nim następujące prawa:
Maksymalna prędkość początkowa fotoelektronów zależy od częstotliwości światła, a nie zależy od jego natężenia.
Zjawisko fotoelektryczne zachodzi dla światła o częstotliwości większej od częstotliwości granicznej zależnej od składu chemicznego materiału katod.
Liczba emitowanych fotoelektronów w jednostce czasu jest wprost proporcjonalna do natężenia światła.
Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne stosuje się w fotokomórkach. Są one stosowane w przekaźnikach fotoelektrycznych, urządzeniach liczących itp. Składają się z bańki na którą naparowany jest metal stanowiący katodę i anody - drut w kształcie pętli. Fotokomórki gazowane (wypełnione najczęściej argonem) wykazują większą czułość niż próżniowe.
Doświadczenie będziemy wykonywać za pomocą rury fotometrycznej.
Wyniki doświadczeń
Zależność natężenia prądu fotoelektrycznego w funkcji napięcia przyłożonego do fotokomórki i przy stałym napięciu zasilania żarówki.
L.p. |
Napięcie Uf [V] |
Natężenie I [mA] |
|
0.2 |
0.04 |
|
5 |
0.37 |
|
10 |
0.466 |
|
15 |
0.52 |
|
20 |
0.56 |
|
25 |
0.64 |
|
30 |
0.76 |
|
35 |
0.86 |
|
40 |
0.96 |
|
45 |
1.08 |
|
50 |
1.22 |
|
55 |
1.36 |
|
60 |
1.54 |
|
65 |
1.72 |
|
70 |
1.92 |
Zależność natężenia prądu fotoelektrycznego od napięcia zasilającego żarówkę.
L.p. |
Natężenie I [mA] |
Napięcie Uż [V] |
Moc żarówki P [W] |
|
0.07 |
50 |
3 |
|
0.076 |
60 |
4 |
|
0.08 |
70 |
5 |
|
0.098 |
80 |
6 |
|
0.124 |
90 |
7.5 |
|
0.158 |
100 |
9 |
|
0.2 |
110 |
10 |
|
0.25 |
120 |
11.5 |
|
0.322 |
130 |
13 |
|
0.406 |
140 |
14.5 |
|
0.518 |
150 |
16 |
|
0.6 |
160 |
18 |
|
0.704 |
170 |
20 |
|
0.828 |
180 |
21.5 |
|
1 |
190 |
23 |
|
1.12 |
200 |
25 |
|
1.338 |
210 |
27 |
|
1.516 |
220 |
29 |
Natężenie prądu fotoelektrycznego w funkcji odległości źródła światła od fotokomórki.
L.p. |
Natężenie I [mA] |
Odległość d [cm] |
Kwadrat odwrotności odległości d2 [1/cm2] |
|
0.62 |
60 |
2.777778E-4 |
|
0.65 |
58 |
2.972652E-4 |
|
0.7 |
56 |
3.188775E-4 |
|
0.742 |
54 |
3.429355E-4 |
|
0.792 |
52 |
3.698225E-4 |
|
0.836 |
50 |
0.0004 |
|
0.892 |
48 |
4.340278E-4 |
|
0.962 |
46 |
4.725898E-4 |
|
1.02 |
44 |
5.165289E-4 |
|
1.116 |
42 |
5.668934E-4 |
|
1.2 |
40 |
0.000625 |
|
1.336 |
38 |
6.925208E-4 |
|
1.44 |
36 |
7.716049E-4 |
|
1.59 |
34 |
8.650519E-4 |
|
1.764 |
32 |
9.765625E-4 |
|
1.88 |
31 |
1.040583E-3 |
|
1.996 |
30 |
1.111111E-3 |
Wykresy
Wykresy zależności natężenia prądu fotokomórki od:
napięcia fotokomórki
napięcia i mocy żarówki
odległości
kwadratu odwrotności odległości
Analiza wyników
Błędy pomiarów poszczególnych wartości obliczamy ze wzoru
natężenie prądu fotoelektrycznego
napięcie fotokomórki
napięcie żarówki
moc żarówki
odległość
Błąd odległości przyjąłem umownie, uważając 2 mm za rozsądną propozycję. Zrobiłem tak, ponieważ nie miałem żadnych danych na temat jakości wykonania podziałki na pręcie, którym regulowało się odległość żarówki od fotokomórki. Najmniejszą zaznaczoną jednostką był 1 cm, ale jako, że pręt był wysuwany o okrągłą liczbę centymetrów więc możemy przyjąć, że dokładność była znacznie większa od 1 czy 0,5 cm. Błąd wynikał z niedokładności cechowania pręta oraz z niedokładności ustawiania pręta na określonej odległości.
Zauważyliśmy także, że dość duże błędy mógł wprowadzać mikroamperomierz. Jego wskazówka nie była zbyt stabilna. Co gorsze, miernik ten był bardzo czuły na wszelkie wstrząsy, uderzenia i nierówności powierzchni na której stał. Niestety po każdym takim wydarzeniu wskazywał inną wartość prądu.
Z wykresów wynika, że (w dużym przybliżeniu) natężenie prądu fotokomórki zależy:
od napięcia na żarówce - eksponencjalnie,
od odległości - wykładniczo
od kwadratu odwrotności odległości - liniowo
W pozostałych przypadkach dane nie dają się dokładnie aproksymować. Można przyjąć, że w pewnych granicach natężenie fotokomórki zależy od mocy żarówki eksponencjalnie. Lecz z wykresu wynika, że krzywa tworzona przez punkty jest bardziej „płaska” od krzywej eksponencjalnej.
Najwięcej problemów wynikło z zależności natężenia od napięcia fotokomórki. Na pierwszym wykresie widać wyraźnie, że 2, 3 i 4 pomiar klasyfikują się do błędów grubych. Oczywiście mogły one (jak i inne nieprawidłowości) wynikać z pewnych uogólnień np: stałości napięcia zasilającego czy pominięcia kierunkowości światła żarówki. Jest to jednak mało prawdopodobne. Mimo to wykonałem dwa wykresy - jeden z wszystkimi danymi, a drugi bez danych, które są prawdopodobnie błędem grubym. Z obydwu wykresów widać, że choć dane najlepiej aproksymują się liniowo, są one „poukładane” w sposób charakteryzujący wykres ekspotencjalny, czyli są wklęsłe w dół.
Wyszukiwarka