Politechnika Śląska w Gliwicach

Wydz. Mechaniczny-Technologiczny

Kierunek :Mechanika i budowa maszyn

SPRAWOZDANIE

Temat: Wyznaczanie charakterystyk fotokomórki gazowej.

Solich Jacek

Siwiec Jakub

Pańczak Mariusz

Grupa II

Sekcja III

1. WPROWADZENIE.

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne polega na emisji elektronów z powierzchni metali i półprzewodników w otaczającą je przestrzeń pod wpływem padającego na te materiały promieniowania elektromagnetycznego. Energia promieniowania elektromagnetycznego pochłanianego w napromieniowanym materiale jest przekazywana porcjami (kwantami) elektronom tego materiału. Te porcje energii nazywamy fotonami. Elektrony wyemitowane z powierzchni materiału pod wpływem zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego nazywane są niekiedy fotoelektronami (część ich energii pochodzi od fotonów).

Maksymalna energia nie zależy od natężenia promieniowania wywołującego zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne, lecz rośnie liniowo wraz ze zwiększaniem częstotliwości tego promieniowania. Zależność ta wynika z zasady zachowania energii, którą możemy zapisać następującym równaniem:

gdzie:

m- masa elektronu;

v- prędkość fotoelektronu po opuszczeniu przez niego powierzchni napromieniowanego

materiału;

h- stała Plancka;

 częstotliwość fali danego promieniowania elektromagnetycznego;

W- praca wyjścia.

2. FOTOKOMÓRKA.

Fotokomórką nazywamy element elektroniczny w postaci wypełnionej gazem przezroczystej bańki szklanej, w której znajdują się dwie elektrody metalowe. Jedna z nich, tzw. Fotokatoda, jest pokryta materiałem o małej pracy wyjścia elektronów. Spełnia ona rolę źródła fotoelektronów, gdy pada na nią promieniowanie elektromagnetyczne o odpowiedniej częstotliwości. Druga elektroda (zwana anodą) jest połączona zewnętrznie z fotokatodą i służy do zbierania fotoelektronów wylatujących z fotokatody tak, aby przepływając przez połączenia zewnętrzne mogły zostać zarejestrowane lub po wzmocnieniu wykorzystane do sterownia jakimś urządzeniem.

III. CEL ĆWICZENIA.

Zbadanie przebiegu charakterystyki prądowo-napięciowej fotokomórki gazowej.

IV.PRZYRZĄDY.

Zestaw fotometryczny (rura fotometryczna), woltomierz prądu stałego, woltomierz prądu zmiennego watomierz, mikroamperomierz, autotransformator, prostownik.

Rura fotometryczna

1-zaciski laboratoryjne, 2-fotokomórka, 3-przesłona, 4-żarówka, 5-rura, 6-okienko obserwacyjne, 7-drążek z naniesioną skalą.

W blaszanej rurze przesuwa się żarówka umocowana na drążku. Drążek posiada wygrawerowaną skalę, na której przez okienko odczytuje się odległość żarówki od fotokomórki. Przedni koniec rury zamyka płytka w której osadzona jest na podstawce badana fotokomórka. Elektrody fotokomórki połączone są z gniazdami laboratoryjnymi. Żarówka przesłonięta jest diafragmą.

V .PRZEBIEG ĆWICZENIA.

Łączymy obwód pomiarowy według schematu przedstawionego na rysunku

1. przy moc żarówki P=30 W, ustalonym napięciu żarówki U_ż=220 V i odległości źródła światła d=48 cm, zmieniając napięcie fotokomórki U_f w granicach od 75 do 1 V notujemy wskazania mikroamperomierza:

Napięcie fotokomórki Uf [V]	Natężenie prądu If [A]
75	1,84
72	1,72
67	1,56
61	1,38
55	1,24
50	1,08
46	1,02
42	0,93
38	0,85
34	0,77
30	0,69
26	0,64
20	0,52
10	0,4
5	0,3
1	0,08

2. przy ustalonym napięciu fotokomórki U_f=75 V i odległości źródła światła d=48 cm, zmieniając napięcie żarówki U_ż w granicach od 220 do 60 V notujemy wskazania mikroamperomierza i watomierza:

Napięcie żarówki Uż [V]	Moc żarówki P [W]	Natężenie prądu If [A]
220	29	1,8
212	27,5	1,62
204	25,5	1,4
196	24,5	1,31
188	23	1,15
180	21,5	1
172	20	0,89
164	18,5	0,77
156	17	0,64
148	16	0,56
140	14,5	0,46
132	13,5	0,38
124	12	0,3
116	11	0,25
100	8,8	0,14
84	6,5	0,07
60	4	0,02

3. przy mocy żarówki P=21,5 W, ustalonym napięciu fotokomórki U_f=60 V i napięciu

żarówki U_ż=180 V zmieniając odległość źródła światła od fotokomórki w granicach

od 60 do 29 cm notujemy wskazania mikroamperomierza:

Odległość źródła światła d [cm]	Natężeni prądu If [A]
0,6	0,5
0,58	0,55
0,56	0,59
0,54	0,63
0,52	0,67
0,5	0,72
0,48	0,75
0,46	0,81
0,44	0,87
0,42	0,94
0,4	1,05
0,38	1,15
0,36	1,25
0,34	1,39
0,32	1,58
0,3	1,72
0,29	1,85

4. Dane dotyczące mierników:

Miernik	Klasa [%]	Zakres	Podziałka	Dokładność odczytu
Woltomierz Vż	0,5	300 V	75	4 V
Woltomierz Vf	0,5	75 V	75	1 V
Watomierz	0,5	100 W	100	1 W
Mikroamperomierz	1	2 A	100	0,02 A

VI. DYSKUSJA BŁĘDÓW.


W przypadku stosowania mierników elektrycznych wielkości elektrycznych (woltomierzy, amperomierzy, watomierzy) metoda określenia błędu pomiarowego zależy od zastosowanego rodzaju wskazania wartości. Dla mierników analogowych błąd bezwzględny pomiaru określa wzór:

Błąd bezwzględny nie zależy od wartości wielkości mierzonej. Natomiast błąd względny zgodnie z powyższym wzorem będzie zwiększał się przy spadku wielkości mierzonej.




Miernik	Błąd bezwzględny X
Woltomierz Vż	1,5 V
Woltomierz Vf	0,375 V
Watomierz	0,5 W
Mikroamperomierz	0,02 A


Prezentacja błędów pomiarowych na wykresach polega na wykreśleniu prostokątów błędów z środkiem w punkcie pomiarowym. Wysokość prostokąta odpowiada 2*Y, a jego szerokość 2*X, gdzie X i Y są błędami maksymalnymi lub odchyleniami standartowymi. Ponieważ wartość błędu prądu jest zbyt mała, by narysować prostokąty błędów, to ograniczamy się tylko do narysowania słupków błędów, czyli odcinka o długości odpowiadającą podwojonemu błędowi standardowemu. Wzór na błąd standardowy jest następujący:

gdzie:

n -liczba danych;

y - zależne punkty danych (u nas I_f);

x - niezależne punkty danych (u nas U_f, U_ż, P_ż, d, 1/d²).

Błąd standardowy pomiaru If w charakterystyce	Wartość błędu standardowego	Wartość średnia If
If=f(Uf) przy Uż=220 V	0,07	0,99
If=f(Uż) przy Uf=75 V	0,16	0,75
If=f(P) przy Uf=75 V	0,11	0,75
If=f(d) przy Uf=60 V	0,12	1,00
If=f(1/d^2) przy Uf=60 V	0,02	1,00

Błąd odczytu na podziałce drążka służącego do przesuwania żarówki wewnątrz rury wynosi:

Xd = 0,005 m

VII. WNIOSKI.

Wykresy I_f=f(P), I_f=f(Uż) oraz I_f=f(d) odpowiadają funkcją potęgowym. Dwa pierwsze o dodatnim współczynniku stojącym przy najwyższej potędze, a trzeci - o współczynniku ujemnym. Natężenie rośnie potęgowo wraz ze wzrostem P, U_ż, a maleje ze zwiększeniem odległości d.

Zależność I_f=f(1/d²) jest wykresem liniowym o równaniu I_f = 0.1463*(1/d²) +0,121. Zależność I_f=f(U_f) jest zależnością liniową o równaniu I_f =0,02174* U_f +0,081. Równania te mogą posłużyć do wyznaczenia prądu fotokomórki znając odległość od źródła światła i napięcie prądu przepływającego przez fotokomórkę.

2

6
















---