23. Badanie fotokomórki.

Autor : Grzegorz Turek I inf. 11.III.1997

1. Cz


teoretyczna.

Zjawisko wyzwalania elektronów z cia
pod wp
ywem podaj
cego na nie promieniowania elektrycznego dzielimy na trzy rodzaje:

zjawisko fotoelektryczne (powierzchniowe),

zjawisko fotoelektryczne wewn
trzne (obj
to
ciowe),

zjawisko fotowoltaiczne (fotoelektromotoryczne).

Zjawisko fotoelektryczne zewn
trzne zosta
o odkryte przez Henryka Hertza w 1887 roku. Jego badaniem zaj
li si
w latach 1888 - 1890

A.G.Stoletow i F.Hallwachs. Stoletow odkry
podstawowe prawid
owo
ci rz
dz
ce tym zjawiskiem - zale
no

proporcjonaln
mi
dzy fotopr
dem a padaj
cym strumieniem promieniowania na fotoelement, jednobiegunowo

, bezinercyjno

zewn
trznego zjawiska fotoelektrycznego, a tak
e zle
no

pr
du fotoelektrycznego od przy
o
onego napi
cia.

W kilka lat pó
niej Lenard i Thomson wykazali elektronowy charakter pr
du fotoelektrycznego, a w latach 1899 - 1900 stwierdzili,
e elektrony emitowane z powierzchni metalu na
wietlonego posiadaj
energi
kilki elektronowoltów i energia ta zale
y od cz
stotliwo
ci padaj
cego strumienia promieniowania. Fakt ten by
ca
kowicie niezrozumia
y w
wietle teorii falowej
wiat
a.

Dopiero A. Einstein wyja
ni
mechanizm zewn
trznego zjawiska fotoelektrycznego za pomoc
teorii kwantowej
wiat
a.

Prawa zewn
trznego zjawiska fotoelektrycznego mo
na wyrazi
na gruncie teorii kwantów nast
puj
co:

PRAWO I

Ze wzrostem padaj
cej energii promienistej (przy ustalonej d
ugo
ci fali promieniowania fotoelektrycznego) tj. ze zwi
kszeniem g
sto
ci strumienia kwantów zwi
ksza si
liczba elektronów wychodz
cych w jednostce czasu z jednostki powierzchni o
wietlonego cia
a, lecz nie zmienia si
ich pr
dko

(V_MAX).

PRAWO II

Pr
dko

pocz
tkowa (V_MAX) wychodz
cych na zewn
trz fotoelektronów jest tym wi
ksza, im krótsza jest padaj
ca fala
wiat
a, tj. im wi
ksza jest energia kwantów promieniowania.

Celem
wiczenia jest wyznaczenie charakterystyk pr
dowo-napi
ciowych fotokomórki gazowanej w ró
nych (okre
lonych) jej odleg
o
ciach od
ród
a
wiat
a. Zwi
kszania odleg
o
ci fotokomórki od
ród
a
wiat
a uzyskano przesuwaj
c j
po ruchomej prowadnicy.
wiczenie mia
o równie
na celu wyznaczenie charakterystyki
wietlnej fotokomórki, czyli zale
no
ci pr
du fotoelektrycznego w funkcji jej odleg
o
ci od
ród
a
wiat
a. Odleg
o

zwi
kszano o warto

1 cm a
do osi
gni
cia stanu, w którym fotokomórka przesta
a reagowa
na promieniowanie
wietlne.

Schemat uk
adu pomiarowego:

B

dy pomiarów

B

d pomiaru woltomierza :

B

d pomiaru mikroamperomierza :

B

d pomiaru odleg
o
ci : d = 0.2 cm.

B

d wyznaczania 1/d2 :

Warto

b

du dla d=8 cm :

Warto

b

du dla d=15 cm :

Na wykresie zale
no
ci I=f(1/d²) pomijam b

dy pomiaru 1/d², poniewa
nawet najwi
kszy b

d jest równy ok. 1 mm.

Wnioski

Na b

dy mog
wp
ywa
nast
puj
ce czynniki :

niepunktowo


wiat
a,

strumienie
wiat
a pochodz
ce z innych
róde
.

W wyniku badania charakterystyki pr
dowo - napi
ciowej mo
na zauwa
y
,
e im wi
ksza jest odleg
o

mi
dzy
arówk
a fotokomórk
, tym mniejsze nat

enie
wiat
a b
dzie dochodzi
do komórki, co spowoduje zmniejszenie ilo
ci elektronów przechodz
cych z katody do anody, a tym samym zmniejszenie nat

enia pr
du w obwodzie.

Analiza drugiego wykresu ( I=f(1/d²) ) wykaza
a liniowy spadek warto
ci pr
du w sposób odwrotnie proporcjonalny do kwadratu odleg
o
ci. Zmiana jednak napi
cia na zaciskach fotokomórki powoduje przyrost pr
du co zwi
zane jest z wi
ksz
energi
elektronów opuszczaj
cych atomy w fotokomórce.

---