Wydział WIiTCh	Nr zespołu	Imię i nazwisko	Punkty z przygotowania i wykonania ćwiczenia
Kierunek Biotechnologia	Nr ćwiczenia 21	Tytuł ćwiczenia Zastosowanie fotokomórki do pomiarów fotometrycznych	Punkty ze sprawozdania i końcowego testu
Grupa	Data wykonania		Punktacja końcowa

1. Wiadomości wstępne

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest obserwacja zjawiska fotoelektrycznego. Zjawisko to polega na wybijaniu elektronów z powierzchni metalu poprzez światło. Dzięki prowadzeniu pomiaru natężenia prądu przepływającego przez fotokomórkę , napięcia prądu oraz odległości źródła światła od urządzenia pomiarowego można określić charakterystykę prądowo-napięciową fotokomórki.

2. Opis doświadczenia

Zjawisko fotoelektryczne polega na emisji elektronów z powierzchni metalu pod wpływem padającego promieniowania elektromagnetycznego (światła widzialnego lub promieniowania ultrafioletowego). Obecnie rozróżniamy trzy główne rodzaje:

• Zewnętrzne– polegające na emisji elektronów pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego

• Wewnętrzne- energia fotonu jest całkowicie pochłaniana przez elektron, ale elektron nie jest uwalniany, jak to ma miejsce w zjawisku fotoelektrycznym zewnętrznym; przenosi się on do pasma przewodnictwa, zmieniając tym samym własności elektryczne materiału

• Zaporowe  - polegające na powstaniu siły elektromotorycznej w ciele stałym pod wpływem promieniowania świetlnego.

3. B udowa i zasada działania fotokomórki

Fotokomórka to przeważnie bańka próżniowa , gdzie po wewnętrznej naniesiony jest metal ( katoda ) , a wewnątrz bańki jest anoda ( najczęściej metalowy pręt ). Gdy na fotokatodę pada światło to wyemitowane elektrony zamykają obwód co prowadzi do przepływu prądu o niskim natężeniu.

2. Wyniki pomiarów i obliczenia

L.p.	Napięcie [V]	Natężenie prądu [ A]
1	4,2	0,14
2	8,1	0,54
3	12,1	1,06
4	16,1	1,38
5	20,1	1,54
6	24,0	1,74
7	28,0	1,90
8	32,0	2,00
9	36,0	2,00
10	-	-
11	-	-
12	-	-
13	-	-
14	-	-
15	-	-
16	-	-
17	-	-
18	-	-
19	-	-
20	-	-
21	-	-
22	-	-
23	-	-

Niepewność pomiaru natężenia prądu
Klasa przyrządu	Zakres
1	2μA/ 100 działek
Δ(	Δ
0,02	0.1
u(	u( )
0.01155	0,0577
u ( ) [ μA ]
0.0577

1. Pomiar charakterystyki oświetleniowej fotokomórki

Prąd ciemny [ A]	Napięcie U [V]	Czułość fotokomórki [µA/lm]	Pole powierzchni światłoczułej S [cm^2]
0	50.4	100,0(58)	9,000(58)

L.p.	Odległość fotokomórki od żarówki r [cm]	Natężenie prądu i [ A]	Natężenie zredukowanego fotoprądu = i − [ A]		Natężenie oświetlenia E [lx]	Niepewność standardowa ( ) [lx]
1	57	2	2		6,1550 *		0,1889
2	62	1,78	1,78		4,6305 *		0,1501
3	67	1,52	1,52		3,3860 *		0,1286
4	72	1,34	1,34		2,5849 *		0,1113
5	77	1,16	1,16		1,9565 *		0,0973
6	82	1,04	1,04		1,5467 *		0,0858
7	87	0,92	0,92		1,2155 *		0,0768
8	92	0,86	0,86		9,4518 *		0,6817
9	97	0,76	0,76		8,0850 *		0,6817
10.	102	0,70	0,70		6,7282 *	0,5546
11	107	0,62	0,62		5,4152 *	0,5039
12
13
14
15

2. Obliczenia

1. Obliczanie Natężenia oświetlenia [ lx ] dla danych : odległość fotokomórki od żarówki r [ cm ] oraz natężenia zredukowanego fotoprądu [ μA ]

E = cosα

E – Natężenie oświetlenia [ lx ]

r – odległość fotokomórki od żarówki [ cm ]

cosα – kąt pomiędzy normalną a wektorem do źródła światła

cosα = 1 , bo α = 180

1. E = 6,155 μLx

2. E= = 4,630 μ Lx

3. E = = 3,386 μ Lx

4. E = = 2,584 μ Lx

5. E = = 1,956 μ Lx

6. E = = 1,546 μ Lx

7. E= = 1,215 μ Lx

8. E = = 0,9451 μ Lx

9. E = μ Lx

10)E =

11) E = = 0,5415 μ Lx

2. Obliczanieniepewności granicznej :

= = 2

3. Obliczanie niepewności standardowej dla :

4. Obliczanie niepewności standardowej związanej z trudnością odczytu :

= = 0,0577

5. Obliczanie niepewność pomiaru natężenia prądu wykonanego analogowym miernikiem elektrycznym

= 0,0577

6. Obliczanie niepewności standardowej u( E ) dla każdego pomiaru ze wzoru :

u ( E ) =

7. Obliczanie niepewności standardowej dla pola powierzchni światłoczułej

u(S)= 0,0005774

3. Dyskusja wyników

1. Jednym z problemów na jakie trzeba odpowiedzieć jest , czy fotokomórka była próżniowa czy gazowa . Odpowiedź brzmi tak , że obiekt ten był gazowy , ponieważ nie obserwujemy zjawiska nasycenia prądem ( natężenie cały czas wzrasta). Wartość ta rośnie , aż do uszkodzenia fotokomórki

2.Porównanie niepewności zmiennych :

; ;

Największy wpływ na niepewność natężenia oświetlenia u(E) ma niepewność

ponieważ jest ona zmienna a pozostałe dwie nie.

3. Charakterystyka oświetleniowa E(r) zgadza się z przewidywaniami ponieważ maleje ona wraz ze oddaleniem źródła światła potwierdzając hipotezę.