Badanie fotokomórki gazowej
AiR L1 Dominika Dąbek

1. OPIS ĆWICZENIA.

Celem ćwiczenia było wykonanie pomiarów do charakterystyki:

1. Prądowo-napięciowej

2. Świetlnej

Schemat układu pomiarowego:

Na ławie optycznej znajduje się fotokomórka w osłonie metalowej, chroniącej przed światłem rozproszonym, z wyjątkiem małego okienka. Na drugim końcu ławy umieszczona jest żarówka w osłonie.

Opis przyrządów pomiarowych:

1. Woltomierz:

• Klasa – 0,5

• Zakres – 150V

• 1dz. – 2,5 V

1. Amperomierz:

• Klasa – 0,5

• Zakres – 75µA

• 1dz. – 1µA

1. WYKONANIE ĆWICZENIA.

1. Charakterystyka prądowo-napięciowa.

Po połączeniu układu według schematu należało ustawić fotokomórkę w odległości 9 cm od źródła światła. Następnie zmieniając napięcie co 10V przyłożone do fotokomórki w przedziale 0V-100V , odczytywać wartość natężenia prądu. Pomiary musieliśmy wykonać dla 3 różnych odległości ( 9cm, 12cm, 16cm).

d[cm]	U[V]	I [µA]
9cm	0	0
	10	6,5
	20	9
	30	12
	40	19
	50	23
	60	27
	70	30,5
	80	34
	90	37
	100	39,5

d[cm]	U[V]	I[µA]
12cm	0	0
	10	3,5
	20	5
	30	9
	40	12
	50	14,5
	60	16,5
	70	18,5
	80	20
	90	21,5
	100	24

d[cm]	U[V]	I[µA]
16cm	0	0
	10	2
	20	3
	30	5,5
	40	7
	50	8,5
	60	9,5
	70	10,5
	80	11,5
	90	12,5
	100	14

1. Charakterystyka świetlna.

Dla ustalonych wartości napięcia (70V, 85V, 100V) przeprowadziliśmy pomiary natężenia prądu, zmieniając odległość fotokomórki od źródła światłą, zaczynając od 6,5cm, przesuwając co 2cm, aż do momentu, gdy natężenie prądu było wystarczająco małe (ok. 4µA).

U[V]	d[cm]	I[µA]	1/d²[1/cm²]
70V	6,5	48,5	0,0237
	8,5	34,5	0,0138
	10,5	24,5	0,0091
	12,5	17	0,0064
	14,5	13	0,0048
	16,5	10	0,0037
	18,5	8	0,0029
	20,5	7	0,0024
	22,5	5,5	0,002
	24,5	5	0,0017
	26,5	4	0,0014
	28,5	3,5	0,0012
	30,5	3	0,0011

U[V]	d[cm]	I[µA]	1/d²[1/cm²]
85V	6,5	51,5	0,0237
	8,5	37,5	0,0138
	10,5	27,5	0,0091
	12,5	20	0,0064
	14,5	16	0,0048
	16,5	13	0,0037
	18,5	10,5	0,0029
	20,5	8,5	0,0024
	22,5	7	0,002
	24,5	6,5	0,0017
	26,5	5,5	0,0014
	28,5	5	0,0012
	30,5	4	0,0011

U[V]	d[cm]	I[µA]	1/d²[1/cm²]
100V	6,5	52,5	0,0237
	8,5	40	0,0138
	10,5	30,5	0,0091
	12,5	23,5	0,0064
	14,5	18,5	0,0048
	16,5	15	0,0037
	18,5	12,5	0,0029
	20,5	10,5	0,0024
	22,5	8,5	0,002
	24,5	7,5	0,0017
	26,5	6,5	0,0014
	28,5	5,5	0,0012
	30,5	5	0,0011

1. OBLICZENIA.

1. Niepewności wzorcowania.

_dd=0,01cm

_dx=$\frac{\text{klasa}}{100}$*zakres

_dU =$\frac{0,5}{100}$*150V=0,75V

_dI=$\frac{0,5}{100}$*75V=0,375V

1. Niepewność eksperymentatora dla:

1. Woltomierza:

_eU=$\frac{0,5*150}{60}$=1,25[V]

1. Amperomierza:

_eI=$\frac{0,5*75}{75}$=0,5[µA]

1. Odległości:

_ed=0,01cm

1. Niepewności standardowe.

u(x)=$\sqrt{\frac{\left(_{d}x \right)^{2} + (_{e}x)}{3}}$

u(U)= $\sqrt{\frac{\left( 0,75 \right)^{2} + (1,25)}{3}}$=0,84V

u(I)=$\ \sqrt{\frac{\left( 0,375 \right)^{2} + (0,5)}{3}}$=0,36µA

1. Niepewność odległości:

Niepewność dla ($\frac{1}{d^{2}}$) wynosi:

|($\frac{1}{d^{2}}$)’|*Δd= Δd*|$\frac{- 2}{d^{3}}$|= Δd*$\frac{2}{d^{3}}$

d[cm]	($\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{d}^{\mathbf{2}}}$) [$\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{\text{cm}}^{\mathbf{2}}}$]	Δ($\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{d}^{\mathbf{2}}}$) [$\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{\text{cm}}^{\mathbf{2}}}$]
6,5	0,0237	0,001457
8,5	0,0138	0,000651
9,0	0,0123	0,000549
10,5	0,0091	0,000346
12,0	0,0069	0,000231
12,5	0,0064	0,000205
14,5	0,0048	0,000131
16,0	0,0039	0,000098
16,5	0,0037	0,000089
18,5	0,0029	0,000063
20,5	0,0024	0,000046
22,5	0,002	0,000035
24,5	0,0017	0,000027
26,5	0,0014	0,000021
28,5	0,0012	0,000017
30,5	0,0011	0,000014
32,5	0,0009	0,000011

1. WNIOSKI.

W ćwiczeniu wyznaczono charakterystykę prądowo-napięciową oraz świetlną fotokomórki. Z pierwszej wynika, że przy stałej odległości źródła światła, zwiększając napięcie przyłożone do fotokomórki wartość prądu rośnie. Przy mniejszych odległościach wartości napięcia i prądu są odpowiednio większe. Z charakterystyki świetlnej wynika, że wraz ze zmniejszeniem odległości światła wzrasta wartość prądu. Jest to potwierdzeniem prawa Lamberta, które mówi, że natężenie światła jest pomniejszone o wartość e^cd,

gdzie: e- liczba Eulera; c- stała; d- odległość

która zależy od odległości. Dzieje się tak, dlatego, że zbliżając żarówkę do fotokomórki zwiększamy strumień światła padający na fotokomórkę. Na błąd wpływa niepunktowość źródła światła, wahania napięcia zasilającego żarówkę, co powoduje zmianę strumienia padającego światła oraz błąd mierników. Mogą, więc wystąpić odchylenia od charakterystyki prawidłowej.