55. BADANIE FOTOOPORU I FOTOOGNIWA, Pracownia fizyczna, Moje przygotowania teoretyczne


31.03.2009r.

Ćwiczenie nr 55

BADANIE FOTOOPORU I FOTOOGNIWA

I. Efekt fotoelektryczny zewnętrzny i wewnętrzny.

Jak wiadomo, elektron nie może sam opuścić metalu. Musi dostać z zewnątrz potrzebną do tego energię w postaci: energii cieplnej, silnego pola elektrycznego, bombardowania lub energii świetlnej. Jeżeli opuszczenie elektronu spowodowane jest ostatnim z wymienionych czynników, wtedy nazywamy to fotoemisją lub efektem fotoelektrycznym. Rozróżniamy dwa rodzaje efektów fotoelektrycznych: zewnętrzne i wewnętrzne.

Najpierw omówię efekt fotoelektryczny zewnętrzny. Polega on na uwalnianiu elektronów z metali pod wpływem oświetlenia. W zjawisku tym:

Prawa te można wyjaśnić w oparciu o korpuskularną teorię światła, ale przeczą one falowej jego falowej naturze. Efekt fotoelektryczny obserwujemy, jeżeli częstość drgań 0x01 graphic
fali świetlnej przekracza wartość częstości progowej 0x01 graphic
. Częstością progową nazywamy częstość drań fali świetlnej, której iloczyn przez stałą Plancka (0x01 graphic
) jest równy pracy „wychodzenia” elektronu z metalu. Dla dużej części metali częstość progowa jest wyższa niż częstość światła widzialnego, czyli leży w nadfiolecie. Częstość progowa znajduje się w granicach światła widzialnego tylko dla metali alkaicznych. Efekt fotoelektryczny zewnętrzny znalazł zastosowanie w fotokomórkach.

Wyróżniamy również efekt fotoelektryczny wewnętrzny. W zjawisku tym, elektrony przenoszone są z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. Dzięki temu wzrasta przewodnictwo właściwe. Można to wyjaśnić w następujący sposób: kwanty światła, które padają na półprzewodnik zrywają wiązania i uwalniają elektrony tworzące te wiązania. Te uwolnione elektrony mogą się swobodnie poruszać. Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne zachodzi dla częstości drgań 0x01 graphic
fali świetlnej wyższych od częstości granicznej 0x01 graphic
, której iloczyn przez stałą Plancka jest równy szerokości pasma wzbronionego ΔE.

Efekt fotoelektryczny wewnętrzny zachodzi tylko w cienkiej warstwie powierzchniowej.

Ponieważ opór elektryczny próbki zależy od ilości nośników prądu, opór oświetlonej próbki jest mniejszy niż opór płytki nieoświetlonej. Zjawisko to znalazło zastosowanie w fotoopornikach.

II. Półprzewodniki samoistne i domieszkowane.

Ze względu na skład materiału z jakiego składa się półprzewodnik możemy wyróżnić półprzewodniki samoistne i domieszkowane.

Półprzewodniki samoistne to takie, których materiał jest idealnie czysty i nie ma zanieczyszczeń natury krystalicznej. Ilość elektronów przypadających na jednostkę objętości, w tym typie półprzewodników jest równa ilości dziur przypadających na jednostkę objętości. Ogólnie półprzewodniki charakteryzują się wysoką opornością właściwą i niską przewodnością właściwą, ponieważ nie posiadają zbyt wielu elektronów swobodnych.

Półprzewodniki domieszkowane natomiast, to takie które powstają, jeżeli do struktury krystalicznej półprzewodnika samoistnego wprowadzimy dodatkowe atomy pierwiastka nie wchodzącego w skład półprzewodnika samoistnego.

Wśród nich możemy wyróżnić półprzewodniki nadmiarowe i niedomiarowe. Półprzewodniki nadmiarowe to takie, które mają nadmiarowe elektrony. Nazywamy je półprzewodnikami typu n. Powstają, np. gdy do półprzewodnika zbudowanego z pierwiastka grupy 14 (krzem, german) wprowadzimy pierwiastek grupy 15(arsen, antymon). Natomiast półprzewodniki niedomiarowe to takie, które mają niedomiar elektronów. Nazywamy je półprzewodnikami typu p. Powstają, np. gdy do półprzewodnika typu n wprowadzimy pierwiastek grupy 13 (bor, gal).

III. Fotoopór.

Fotoopornik jest elementem półprzewodnikowym, czułym na światło.

Fotooporniki wykonane są zazwyczaj z cienkich warstw półprzewodnika umieszczonych na warstwie izolacyjnej.

Zasada działania fotoopornika oparta jest na zjawisku fotoelektrycznym wewnętrznym.

Im większe oświetlenie fotoopornika, tym mniejsza jego rezystancja, a zatem również większy przepływ prądu, co spowodowane jest uwalnianiem elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa pod wpływem energii przekazywanej przez światło.

IV. Fotoogniwo.

Fotoogniwo jest źródłem prądu, które powstaje na skutek oświetlania złącza

półprzewodnik-metal. Wiązka światła, która spada na styk zakłóca stan równowagi dynamicznej. Kwanty światła przekazują energię elektronom w półprzewodniku, przenosząc je z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. Zatem w półprzewodniku wrasta ilość elektronów swobodnych, które natychmiast przechodzą do metalu ładując go ujemnie.

Istnieją dwa typy fotoogniw: miedziowe i talowe.

V. Widmo promieniowania elektromagnetycznego.

0x08 graphic
Widmem fal elektromagnetycznych nazywamy klasyfikację fal według ich częstotliwości. Widmo fal elektromagnetycznych nie ma granicy ani górnej ani dolnej.

Fale elektromagnetyczne poruszają się z prędkością światła i zależnie od długości fali przejawiają się jako (od fal najdłuższych do najkrótszych): fale radiowe, mikrofale, podczerwień, światło widzialne, ultrafiolet, promieniowanie X, promieniowanie gamma.

Fale radiowe (promieniowanie radiowe) - promieniowanie elektromagnetyczne o częstotliwości 3 kHz - 3 THz. Zależnie od długości dzielą się na pasma radiowe.

Mikrofale - promieniowanie elektromagnetycznego o częstotliwości 1-300 GHz.

Podczerwień (IR) - to promieniowanie elektromagnetyczne mieszczące się w zakresie długości fal pomiędzy światłem widzialnym i mikrofalami. Podczerwień często dzieli się na bliską (NIR, 0,7-5µm), średnią (MIR 5-30µm) oraz daleką (FIR 30 - 1000 µm), ale są to tylko umowne granice.

Światłem widzialnym nazywamy tę część promieniowania elektromagnetycznego, która jest odbierana przez siatkówkę oka ludzkiego.

Ultrafiolet (UV) - promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali krótszej niż światło widzialne i dłuższej niż promieniowanie X.

Promieniowanie X - rodzaj promieniowania elektromagnetycznego pomiędzy ultrafioletem i promieniowaniem gamma. Zakresy promieniowania X: twarde promieniowanie X - długość od 5 pm do 100 pm i miękkie promieniowanie X - długość od 0,1 nm do 10 nm

Promieniowanie gamma - wysokoenergetyczna forma promieniowania elektromagnetycznego. Promieniowanie gamma jest zaliczane do promieniowania jonizującego razem z promieniowaniem alfa oraz promieniowaniem beta.

3. LITERATURA:



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
54. BADANIE UKŁADÓW PROSTUJĄCYCH (2), Pracownia fizyczna, Moje przygotowania teoretyczne
54. BADANIE UKŁADÓW PROSTUJĄCYCH (1), Pracownia fizyczna, Moje przygotowania teoretyczne
49. BADANIE REZONANSU NAPIECIA W OBWODZIE LC, Pracownia fizyczna, Moje przygotowania teoretyczne
65. WYZNACZANIE OGNISKOWYCH SOCZEWEK, Pracownia fizyczna, Moje przygotowania teoretyczne
21. WYZNACZANIE WILGOTNOŚCI WZGLĘDNEJ POWIETRZA, Pracownia fizyczna, Moje przygotowania teoretyczne
39. DRGANIA RELAKSACYJNE, Pracownia fizyczna, Moje przygotowania teoretyczne
11. WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA METODĄ ZGINANIA PRĘTA, Pracownia fizyczna, Moje przygotowania teoretyc
29. WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ROZSZERZALNOŚCI LINIOWEJ, Pracownia fizyczna, Moje przygotowania teore
2. WYZNACZANIE PRZYSPIESZENIA ZIEMSKIEGO ZA POMOCĄ WAHADŁA RÓŻNICOWEGO, Pracownia fizyczna, Moje prz
47. POMIAR ŁADUNKU KONDENSATORA METODĄ CAŁKOWANIA GRAFICZNEGO, Pracownia fizyczna, Moje przygotowani
45. WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYKI PRĄDOWO–NAPIĘCIOWEJ I CZUŁOŚCI INTEGRALNEJ FOTOKOMÓRKI, Pracownia fi
18. WYZNACZANIE PRĘDKOŚCI PRZEPŁYWU CIECZY, Pracownia fizyczna, Moje przygotowania teoretyczne
65. WYZNACZANIE OGNISKOWYCH SOCZEWEK, Pracownia fizyczna, Moje przygotowania teoretyczne
55 BADANIE FOTOOPORU I FOTOOGNIWA 2
32. WYZNACZANIE OPORU ELEKTRYCZNEGO METODĄ MOSTKA WHEATSTONE'A, Pracownia fizyczna, Moje raporty
39.DRGANIA RELAKSACYJNE, Pracownia fizyczna, Moje raporty
33. WYZNACZANIE MAŁYCH OPORÓW METODĄ PORÓWNYWANIA, Pracownia fizyczna, Moje raporty
badanie własności prostowniczych diody i prostownika selenowego, Matematyka - Fizyka, Pracownia fiz
BADANIE EFEKTU HALLA, Matematyka - Fizyka, Pracownia fizyczna, Badanie efektu Halla

więcej podobnych podstron