16-11-2009

EF-DI-1 Informatyka

Laboratorium z fizyki

Ćw. nr: 40

Temat:

Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne. Wyznaczanie charakterystyki fotooporu.

Daniel Marczydło

L 10

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest badanie Zjawiska fotoelektrycznego wewnętrzngo. Wyznaczanie charakterystyki fotooporu.

2. Zagadnienia teoretyczne.

Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne znalazło praktyczne zastosowanie w fotoopornikach i fotoogniwach. Fotoopornik składa się z długiej i cienkiej taśmy półprzewodnika ułożonej jak na rys. 1.

W momencie oświetlenia opór fotoopornika maleje, gdyż wzrasta liczba nośników odpowiedzialnych za przepływ prądu elektrycznego. Ponieważ zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne zachodzi jedynie w cienkiej warstwie powierzchniowej, stąd fotoopór zbudowany jest z cienkiej i długiej taśmy półprzewodnika. Przed uszkodzeniami mechanicznymi taśma jest chroniona warstwą szkła organicznego.

Inne efekty wywołuje zjawisko fotoelektryczne na złączach metal-półprzewodnik. Wiązka światła padająca na styk zakłóca stan równowagi dynamicznej warstwy podwójnej. Kwanty światła przekazują swoją energię elektronom. W półprzewodniku przenoszą elektrony z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. Zatem w półprzewodniku wzrasta ilość swobodnych elektronów, które w warunkach istniejącej równowagi dynamicznej przechodzą natychmiast do metalu, ładując go ujemnie. Oświetlone złącze staje się źródłem prądu i jest nazwane fotoogniwem. Na rys. 2 pokazano budowę fotoogniwa miedziowego.

Na miedzianym podłożu znajduje się warstwa tlenku miedzi CuO, który jest półprzewodnikiem typu p. Na powierzchni tlenku znajduje się cienka przeźroczysta warstwa metalu: srebra lub miedzi. Na górnym złączu CuO-metal światło przenosi pewną ilość elektronów do pasma przewodnictwa, które natychmiast przechodzą d metalu, ładując go ujemnie. Na drugim złączu zjawisko to nie występuje, ponieważ światło nie przenika przez warstwę CuO.

3. Metodologia wykonania pomiarów.

1. Łączymy obwód zasilania elektromagnesu wg schematu:

2. badaną próbkę zawieszamy na ramieniu wagi laboratoryjnej. Próbka nie może dotykać nabiegunników i powinna swobodnie przesuwać się między nimi(waga w równowadze).

3. na szalkę kładziemy odważnik np. 150mg. Włączamy prąd zasilania i delikatnie manewrując suwakiem opornicy równoważymy wagę. Odnotowujemy masę m i natężenie prądu. Powtarzamy 3-5 razy zmniejszając obciążenie szalki.

4. z załączonego wykresu odczytujemy wartości indukcji B .

dla każdego pomiaru obliczamy podatność magnetyczną:

λ=
, μ₀=4π10^-7 [
] , g=9,81[m./s²]

Znajdujemy wartość średnią podatności magnetycznej danej próbki. Na podstawie tabeli obliczamy gęstość ρ materiału próbki. Na koniec znajdujemy tzw. podatność właściwą :

λ_p=

4. Tabela pomiarów:

5. Obliczenia

3)

6. Wnioski

Przepływający prąd przez fotorezystor jest ściśle powiązany z odległością źródła światła oświetlającego go. Na błąd pomiary prądu płynącego w obwodzie fotorezystora mają wpływ wachania natężenia światła w zależności od odległości źródła światła od fotorezystora. Błędy te powodują, że wykres zależności natężenia fotoprądu od odległości nie będzie zgodny z krzywą teoretyczną tj. I = (const/r²). Bardzo ważną rzeczą jest przy pomiarach fotoprądu dobre ustawienie źródła światła, wiązka padająca powinna maksymalnie oświetlać fotoopór przy maksymalnej odległości. Obok wymienionych, na błędy pomiarów natężenia prądu ၄I, napięcia ၄U wpłynie także klasa przyrządów.

Poprawa sprawozdania:

8

---