POLITECHNIKA LUBELSKA
WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY
LABORATORIUM OŚWIETLENIA
Ćwiczenie nr:1
Temat: Badanie selenowego ogniwa fotoelektrycznego.
Grupa:ED 8.3 data wykonania:
Rafał Sieńko 17.04.1998
Paweł Bień
Mariusz Duk
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest zbadanie zależności prądu fotoelektrycznego od natężenia oświetlenia na ogniwie przy różnych opornościach zewnętrznych oraz zależności prądu fotoelektrycznego od kąta padania światła na powierzchnię ogniwa.
Krótki opis stosowanych ogniw fotoelektrycznych:
Ogniwa fotoelektryczne są jednym z podstawowych elementów przyrządu do pomiaru wielkości świetlnej metodą obiektywną. Rozróżniamy ogniwa fotoelektryczne selenowe i krzemowe. Ogniwo selenowe jest najczęściej stosowanym elementem pomiarowym, a jego działanie polega na wyzwalaniu w półprzewodniku elektronów pod wpływem działania promieni świetlnych. Tworząca się jednocześnie warstwa zaporowa na powierzchni styku przewodnika z półprzewodnikiem pozwala na jednokierunkowy ruch elektronów od przewodnika do metalu. Wyzwalane pod wpływem światła elektrony tworzą potencjał ujemny metalu względem półprzewodnika.
1. Badanie zależności prądu fotoelektrycznego od natężenia oświetlenia na ogniwie dla różnych oporności zewnętrznych obwodu ogniwa.
schemat układu pomiarowego:
tabela pomiarów i obliczeń:
Wzorzec światłości: I=721cd, Φ=4530lm, U=220V Oporność wewnętrzna mikroamperomierza: Ra=36Ω |
|||||||
E[lx] |
r[m] |
Rz=200Ω Rb=250Ω Rs=164Ω |
Rz=1000Ω Rb=1250Ω Rs=964Ω |
Rz=5000Ω Rb=6250Ω Rs=4964Ω |
|||
|
|
I[mA] |
Φ[lm] |
I[mA] |
Φ[lm] |
I[mA] |
Φ[lm] |
40 |
3 |
0,018 |
2260,8 |
0,015 |
2260,8 |
0,010 |
2260,8 |
50 |
2,38 |
0,022 |
1778,6 |
0,019 |
1778,6 |
0,010 |
1778,6 |
60 |
2,45 |
0,026 |
2261,7 |
0,021 |
2261,7 |
0,011 |
2261,7 |
70 |
2,27 |
0,030 |
2265,2 |
0,025 |
2265,2 |
0,013 |
2265,2 |
80 |
2,12 |
0,035 |
2258,0 |
0,028 |
2258,0 |
0,015 |
2258,0 |
90 |
2 |
0,040 |
2260,8 |
0,031 |
2260,8 |
0,015 |
2260,8 |
100 |
1,9 |
0,044 |
2267,1 |
0,035 |
2267,1 |
0,016 |
2267,1 |
200 |
1,34 |
0,091 |
2255,3 |
0,065 |
2255,3 |
0,025 |
2255,3 |
300 |
1,1 |
0,130 |
2279,6 |
0,084 |
2279,6 |
0,030 |
2279,6 |
400 |
0,95 |
0,166 |
2267,1 |
0,100 |
2267,1 |
0,032 |
2267,1 |
500 |
0,85 |
0,195 |
2268,7 |
0,110 |
2268,7 |
0,035 |
2268,7 |
600 |
0,78 |
0,225 |
2292,5 |
0,121 |
2292,5 |
0,036 |
2292,5 |
700 |
0,72 |
0,242 |
2278,9 |
0,125 |
2278,9 |
0,037 |
2278,9 |
800 |
0,67 |
0,266 |
2255,3 |
0,135 |
2255,3 |
0,040 |
2255,3 |
900 |
0,63 |
0,281 |
2243,3 |
0,140 |
2243,3 |
0,040 |
2243,3 |
1000 |
0,6 |
0,300 |
2260,8 |
0,145 |
2260,8 |
0,041 |
2260,8 |
2000 |
0,42 |
0,395 |
2215,6 |
0,171 |
2215,6 |
0,046 |
2215,6 |
3000 |
0,35 |
0,439 |
2307,9 |
0,186 |
2307,9 |
0,050 |
2307,9 |
4000 |
0,3 |
0,385 |
2260,8 |
0,170 |
2260,8 |
0,046 |
2260,8 |
Przykładowe obliczenia:
Φ=I*ω = E*R2*ω = 4000*(0,3)2*2Π =2260,8 lm
2. Badanie zależności prądu fotoelektrycznego od kąta padania światła na powierzchnię ogniwa.
Schemat układu jak dla poprzedniego punktu.
Ogniwo ustawiamy w odległości 1m od żródła światła. Zmieniamy kierunek padania strumienia świetlnego poprzez obrót ogniwa raz w prawo, raz w lewo co 100 od wartości 0 do 90 stopni.
tabela pomiarowa:
Wzorzec światłości: Iw=361cd, U=220V, Φ=4530lm |
|||||||
Natężenie oświetlenia na ogniwie: E=361lx, odległość l=100cm |
|||||||
Kąt padania światła |
Bez nasadki korekcyjnej |
Z nasadką korekcyjną |
|||||
Zmiana kierunku padania strumienia świetlnego w lewo: |
|||||||
α[o] |
I[mA] |
I/Iα=0 |
[Cos(α1)/cosα]* 100% |
I[mA] |
I/Iα=0 |
[Cos(α1)/cosα]* 100% |
|
0 |
0,205 |
1 |
54,0 |
0,054 |
1 |
54,0 |
|
10 |
0,201 |
0,98 |
68,9 |
0,050 |
0,93 |
68,9 |
|
20 |
0,191 |
0,93 |
84,7 |
0,046 |
0,85 |
84,7 |
|
30 |
0,180 |
0,88 |
102,6 |
0,041 |
0,76 |
102,6 |
|
40 |
0,151 |
0,74 |
124,6 |
0,035 |
0,65 |
124,6 |
|
50 |
0,115 |
0,56 |
154,3 |
0,027 |
0,50 |
154,3 |
|
60 |
0,076 |
0,37 |
199,8 |
0,020 |
0,37 |
199,8 |
|
70 |
0,025 |
0,12 |
285,2 |
0,008 |
0,15 |
285,2 |
|
80 |
0,004 |
0,02 |
531,3 |
0,003 |
0,06 |
531,3 |
|
90 |
0,0001 |
0,00 |
--- |
0,0001 |
0,00 |
--- |
|
Zmiana kierunku padania strumienia świetlnego w prawo: |
|||||||
10 |
0,201 |
0,98 |
68,9 |
0,051 |
0,94 |
68,9 |
|
20 |
0,195 |
0,95 |
84,7 |
0,050 |
0,93 |
84,7 |
|
30 |
0,185 |
0,90 |
102,6 |
0,050 |
0,93 |
102,6 |
|
40 |
0,168 |
0,82 |
124,6 |
0,044 |
0,81 |
124,6 |
|
50 |
0,154 |
0,75 |
154,3 |
0,040 |
0,74 |
154,3 |
|
60 |
0,115 |
0,56 |
199,8 |
0,028 |
0,52 |
199,8 |
|
70 |
0,062 |
0,30 |
285,2 |
0,021 |
0,39 |
285,2 |
|
80 |
0,005 |
0,02 |
531,3 |
0,013 |
0,24 |
531,3 |
|
90 |
0,000 |
0,00 |
--- |
0,006 |
0,11 |
--- |
Zmiana kierunku padania strumienia świetlnego w lewo:
Zmiana kierunku padania strumienia świetlnego w prawo:
3.Wnioski:
W zależności od wartości rezystancji zewnętrznej Rz prąd fotokomórki ma różną wartość dla tego samego natężenia oświetlenia E. Im wartość Rz jest mniejsza tym charakterystyki prądowe wcześniej się załamują i przebiegają bliżej osi natężenia oświetlenia E.
Podczas pomiarów wartości fotoprądu w zależności od kąta obrotu fotokomórki widać, że wraz ze wzrostem kąta obrotu prąd maleje, przy czym ma on nieznacznie mniejszą wartość dla pomiarów z nasadką korekcyjną. W związku z tym ,że fotokomórka nie była ustawiona idealnie w osi ze żródłem dla obrotu w prawo przy kącie 900 prąd jest różny od zera.
Również w zależności od odległości fotokomórki od żródła światła zmienia się natężenie oświetlenia, a co za tym idzie i wartość prądu fotokomórki.
α
[cos(α-1)/cos(α)]*100%
α
I/Iα=0
Bez nasadki
korekcyjnej
Z nasadką
korekcyjną
α
I/Iα=0
Bez nasadki
korekcyjnej
Z nasadką
korekcyjną
E[lx]
I[mA]
Rz=200Ω
Rz=1000Ω
Rz=5000Ω
S