Sprawozdanie do ćw. 74 ( Badanie fotoogniwa)

1.Cel i przebieg eksperymentu

Celem naszego ćwiczenia było badanie fotoogniwa. Naszym zadaniem było sprawdzenie prawa pochłaniania światła oraz badanie zależności natężenia prądu fotoelektrycznego od odległości źródła światła od powierzchni fotoogniwa. W pierwszej części ćwiczenia ustawiliśmy fotoogniwo w odległości 1m od źródła światła i wykonywaliśmy pomiar natężenia prądu fotoelektrycznego za pomocą amperomierza cyfrowego. Następnie zmniejszaliśmy odległość od źródła światła o 5cm, dochodząc do 55cm i odczytywaliśmy z amperomierza natężenie. W drugiej części ćwiczenia ustawiliśmy fotoogniwo w odległości 45 cm od źródła światła (włókna żarówki), a przed samym fotoogniwem umieściliśmy statyw z ramką, na której umieściliśmy szklane płytki. Następnie zapisaliśmy pomiar amperomierza przy 6 włożonych szklanych płytkach i po każdej wyjętej płytce, w sumie wykonaliśmy siedem pomiarów.

2.Wstęp teoretyczny

Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne:

Zjawisko to wykorzystywane jest w fotoogniwie. Polega na uwalnianiu elektronów walencyjnych z wiązań atomowych w kryształach półprzewodników. Elektrony, które zostały oswobodzone, mogą się poruszać wewnątrz kryształu. „Dziury”, które są miejscem gdzie brak jest elektronu w wiązaniu oraz elektrony mogą przewodzić prąd. Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne polega więc na tym, że w krysztale zwiększone jest przewodnictwo elektryczne.

• Budowa fotoogniwa:

Pierwszą elektrodę stanowi żelazna płytka, pokryta cienką warstwą selenu. Drugą elektrodą jest napylona otoczka z ołowiu.

• Natężenie oświetlenia E:

Natężenie oświetlenia E jest równe łącznej energii fotonów padających na jednostkę powierzchni, w jednostce czasu.

Prawo Lamberta:

Natężenie światła przenikającego I maleje wykładniczo wraz ze wzrostem grubości warstwy pochłaniającej:

I₀- natężenie światła padającego na warstwę absorbującą

k- współczynnik pochłaniania

3.Obliczenia

• r^-2

• r1=1,00m

r^-2 =

• r2=95*10^-2m

r^-2=

• r3= 90*10^-2m

r^-2=

• r4=85*10^-2m

r^-2=

• r5=80*10^-2m

r^-2=

• r6=75*10^-2m

r^-2=

• r7=70*10^-2m

r^-2=

• r8=65*10^-2 m

r^-2=

• r9=60*10^-2m

r^-2=

• r10=55*10^-2m

r^-2=

• ln I_f

• I_{f 0}= 29,6 μA

ln29,6= 3,387

• I_{f 1}=27,9 μA

ln27,9=3,328

• I_{f 2}=26,4 μA

ln26,4=3,273

• I_{f 3} = 25,1 μA

ln25,1=3,222

• I_{f 4}=24,0 μA

ln24=3,178

• I_{f 5}=22,8 μA

ln22,8=3,126

• I_{f 6}=21,6 μA

ln21,6=3,072

4. Rachunek błędu

• Błąd bezwzględny Δr^-2= Δr=5*10^-3m

1. Δ(r^-2)=

2. Δ(r^-2)=

3. Δ(r^-2)=

4. Δ(r^-2)=

5. Δ(r^-2)=

6. Δ(r^-2)=

7. Δ(r^-2)=

8. Δ(r^-2)=

9. Δ(r^-2)=

10. Δ(r^-2)=

• Błąd pomiaru Δ J_f w przypadku miernika cyfrowego wynosi 0,5 μA

• Błąd bezwzględny Δln I_f :

W przypadku miernika elektronicznego ze względu na niewielkie zmiany natężenia prądu, przyjmujemy że dla wszystkich pomiarów I_f

5. WNIOSKI

Podczas badania zależności natężenia prądu fotoelektrycznego od odległości źródła światła od powierzchni fotoogniwa, zauważyliśmy, że wraz ze zmniejszaniem odległości źródła światła od fotoogniwa, natężenie prądu fotoelektrycznego rosło. Przy coraz mniejszej odległości źródła światła od fotoogniwa, powierzchnia fotoogniwa była coraz intensywniej oświetlana. Oznacza to, że natężenie I_f jest proporcjonalne do natężenia oświetlenia powierzchni fotoogniwa.

W drugiej części ćwiczenia, gdzie sprawdzaliśmy prawo pochłaniania światła, zaobserwowaliśmy, iż wraz ze wzrostem liczby szklanych płytek, przez które przechodziło światło, natężenie prądu fotoelektrycznego I_f malało. Potwierdzone zostało tym samym prawo Lamberta. Im grubsza warstwa pochłaniająca- tzn. im więcej płytek szklanych na drodze fotoogniwa i źródła światła, tym natężenie światła przenikającego maleje.