Ćwiczenie 74. Badanie fotoogniwa.

Celem ćwiczenia było badanie zależności prądu fotoelektrycznego od odległości pomiędzy źródłem światła a powierzchnią fotoogniwa oraz sprawdzanie prawa pochłaniania światła w środowiskach przezroczystych.

• Budowa i działanie fotoogniwa:

Efekt fotoelektryczny polega na wytwarzaniu energii elektrycznej pod wplywem oświetlania danego materialu swiatlem. Efekt ten wykorzystany został do tworzenia ogniw fotoelektrycznych (fotoogniw). Spowodowany jest on wytrącaniem elektronów z powierzchni ogniwa przez padające na nią fotony.

• Przebieg ćwiczenia

• Badanie zależności prądu fotoelektrycznego od odległości źródła światła od powierzchni fotoogniwa

1. Ustawiamy fotoogniwo na koniku ławy optycznej i przesuwamy je możliwie daleko od włókna żarówki. Podłączamy fotoogniwo do mikroamperomierza.

2. Włączmy lampę i przesuwamy fotoogniwo w kierunku żarówki w celu dobrania odpowiedniego zakresu pomiarowego mikroamperomierza. Ustawiamy na odległość r nie mniejszą niż 40cm. Aby przy tej odległości wskazania przyrządu nie były mniejsze niż 2/3 skali.

3. Ustawiamy fotoogniwo w odległości, przy której wartość I_f wynosi, co najmniej 0,2 zakresu pomiarowego. Dane zamieszczone są w tabelce.

4. Przesuwamy fotoogniwo wzdłuż ławy i zapisujemy kolejne wartości I_f i r. Odległość zmieniamy, co 3cm.

• Sprawdzanie prawa pochłaniania światła w środowiskach przezroczystych:

1. Ustawiamy fotoogniwo w odległości 50cm. Od źródła światła.

2. Przed fotoogniwem umieszczamy statyw z ramką na płytki szklane.

3. Do tabeli zapisujemy wskazania mikroamperomierza po każdej włożonej do ramki płytce.

• Obliczenia:

Badanie zależności:

Obliczmy dla każdego r [m] wartość r^-2 [m^-2] i sporządzamy wykres I_f =f(r^-2).

r = 1,07 ⇒ r^-2 =
≈ 0,873

r = 1,04 ⇒ r^-2 =
≈ 0,925

r = 1,01⇒ r^-2 =
≈ 0,980

r = 0,98 ⇒ r^-2 =
≈ 1,041

r = 0,95 ⇒ r^-2 =
≈ 1,108

r = 0,92 ⇒ r^-2 =
≈ 1,181

r = 0,89 ⇒ r^-2 =
≈ 1,262

r = 0,86 ⇒ r^-2 =
≈ 1,352

r = 0,83 ⇒ r^-2 =
≈ 1,452

r = 0,80 ⇒ r^-2 =
≈ 1,563

r = 0,77 ⇒ r^-2 =
≈ 1,687

Sprawdzanie prawa pochłaniania:

Obliczmy wartości lnI_f i sporządzamy wykres lnI_f = f(n).

I_f = 22 ⇒ lnI_f = 3,091

I_f = 21,5 ⇒ lnI_f = 3,068

I_f = 20,5 ⇒ lnI_f = 3,020

I_f = 20 ⇒ lnI_f = 2,995

I_f = 19,5 ⇒ lnI_f = 2,970

I_f = 19 ⇒ lnI_f = 2,944

I_f = 18⇒ lnI_f = 2,890

• Rachunek błędów:

Badanie zależności I_f = f(r^-2)

Błąd bezwzględny Δr^-2 obliczmy metodą różniczki zupełnej:

Δ(r^-2) =

⇒ Δ(r^-2) =
,
m.

Dla r = 1,07 ⇒ Δ(r^-2) = 2,04 ∙ 10^-4

Dla r = 1,04 ⇒ Δ(r^-2) = 2,22 ∙ 10^-4

Dla r = 1,01 ⇒ Δ(r^-2) = 2,43 ∙ 10^-4

Dla r = 0,98 ⇒ Δ(r^-2) = 2,66 ∙ 10^-4

Dla r = 0,95 ⇒ Δ(r^-2) = 2,92 ∙ 10^-4

Dla r = 0,92 ⇒ Δ(r^-2) = 3,21 ∙ 10^-4

Dla r = 0,89 ⇒ Δ(r^-2) = 3,55 ∙ 10^-4

Δ(r^-2) =

• Wnioski

Powyższe ćwiczenie mialo na celu zbadanie zależności prądu fotoelektrycznego od odległości pomiędzy źródłem światła a powierzchnią fotoogniwa oraz sprawdzenie prawa pochłaniania światła w środowiskach przezroczystych. Błedy wykazane po obliczeniu rachunku błędów spowodowane są

---