POLITECHNIKA LUBELSKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

LABORATORIUM OŚWIETLENIA

Ćwiczenie nr:1

Temat: Badanie selenowego ogniwa fotoelektrycznego.

Grupa:ED 8.3 data wykonania:

Rafał Sieńko 17.04.1998

Paweł Bień

Mariusz Duk

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zbadanie zależności prądu fotoelektrycznego od natężenia oświetlenia na ogniwie przy różnych opornościach zewnętrznych oraz zależności prądu fotoelektrycznego od kąta padania światła na powierzchnię ogniwa.

Krótki opis stosowanych ogniw fotoelektrycznych:

Ogniwa fotoelektryczne są jednym z podstawowych elementów przyrządu do pomiaru wielkości świetlnej metodą obiektywną. Rozróżniamy ogniwa fotoelektryczne selenowe i krzemowe. Ogniwo selenowe jest najczęściej stosowanym elementem pomiarowym, a jego działanie polega na wyzwalaniu w półprzewodniku elektronów pod wpływem działania promieni świetlnych. Tworząca się jednocześnie warstwa zaporowa na powierzchni styku przewodnika z półprzewodnikiem pozwala na jednokierunkowy ruch elektronów od przewodnika do metalu. Wyzwalane pod wpływem światła elektrony tworzą potencjał ujemny metalu względem półprzewodnika.

1. Badanie zależności prądu fotoelektrycznego od natężenia oświetlenia na ogniwie dla różnych oporności zewnętrznych obwodu ogniwa.

schemat układu pomiarowego:

tabela pomiarów i obliczeń:

Wzorzec światłości: I=721cd, Φ=4530lm, U=220V Oporność wewnętrzna mikroamperomierza: Ra=36Ω
E[lx]	r[m]	Rz=200Ω Rb=250Ω Rs=164Ω		Rz=1000Ω Rb=1250Ω Rs=964Ω		Rz=5000Ω Rb=6250Ω Rs=4964Ω
				I[mA]	Φ[lm]	I[mA]	Φ[lm]	I[mA]	Φ[lm]
40	3	0,018	2260,8	0,015	2260,8	0,010	2260,8
50	2,38	0,022	1778,6	0,019	1778,6	0,010	1778,6
60	2,45	0,026	2261,7	0,021	2261,7	0,011	2261,7
70	2,27	0,030	2265,2	0,025	2265,2	0,013	2265,2
80	2,12	0,035	2258,0	0,028	2258,0	0,015	2258,0
90	2	0,040	2260,8	0,031	2260,8	0,015	2260,8
100	1,9	0,044	2267,1	0,035	2267,1	0,016	2267,1
200	1,34	0,091	2255,3	0,065	2255,3	0,025	2255,3
300	1,1	0,130	2279,6	0,084	2279,6	0,030	2279,6
400	0,95	0,166	2267,1	0,100	2267,1	0,032	2267,1
500	0,85	0,195	2268,7	0,110	2268,7	0,035	2268,7
600	0,78	0,225	2292,5	0,121	2292,5	0,036	2292,5
700	0,72	0,242	2278,9	0,125	2278,9	0,037	2278,9
800	0,67	0,266	2255,3	0,135	2255,3	0,040	2255,3
900	0,63	0,281	2243,3	0,140	2243,3	0,040	2243,3
1000	0,6	0,300	2260,8	0,145	2260,8	0,041	2260,8
2000	0,42	0,395	2215,6	0,171	2215,6	0,046	2215,6
3000	0,35	0,439	2307,9	0,186	2307,9	0,050	2307,9
4000	0,3	0,385	2260,8	0,170	2260,8	0,046	2260,8

Przykładowe obliczenia:

Φ=I*ω = E*R²*ω = 4000*(0,3)²*2Π =2260,8 lm

2. Badanie zależności prądu fotoelektrycznego od kąta padania światła na powierzchnię ogniwa.

Schemat układu jak dla poprzedniego punktu.

Ogniwo ustawiamy w odległości 1m od żródła światła. Zmieniamy kierunek padania strumienia świetlnego poprzez obrót ogniwa raz w prawo, raz w lewo co 10⁰ od wartości 0 do 90 stopni.

tabela pomiarowa:

Wzorzec światłości: Iw=361cd, U=220V, Φ=4530lm
Natężenie oświetlenia na ogniwie: E=361lx, odległość l=100cm
Kąt padania światła		Bez nasadki korekcyjnej			Z nasadką korekcyjną
Zmiana kierunku padania strumienia świetlnego w lewo:
α[^o]	I[mA]		I/Iα=0	[Cos(α1)/cosα]* 100%	I[mA]	I/Iα=0	[Cos(α1)/cosα]* 100%
0	0,205		1	54,0	0,054	1	54,0
10	0,201		0,98	68,9	0,050	0,93	68,9
20	0,191		0,93	84,7	0,046	0,85	84,7
30	0,180		0,88	102,6	0,041	0,76	102,6
40	0,151		0,74	124,6	0,035	0,65	124,6
50	0,115		0,56	154,3	0,027	0,50	154,3
60	0,076		0,37	199,8	0,020	0,37	199,8
70	0,025		0,12	285,2	0,008	0,15	285,2
80	0,004		0,02	531,3	0,003	0,06	531,3
90	0,0001		0,00	---	0,0001	0,00	---
Zmiana kierunku padania strumienia świetlnego w prawo:
10	0,201		0,98	68,9	0,051	0,94	68,9
20	0,195		0,95	84,7	0,050	0,93	84,7
30	0,185		0,90	102,6	0,050	0,93	102,6
40	0,168		0,82	124,6	0,044	0,81	124,6
50	0,154		0,75	154,3	0,040	0,74	154,3
60	0,115		0,56	199,8	0,028	0,52	199,8
70	0,062		0,30	285,2	0,021	0,39	285,2
80	0,005		0,02	531,3	0,013	0,24	531,3
90	0,000		0,00	---	0,006	0,11	---

Zmiana kierunku padania strumienia świetlnego w lewo:

Zmiana kierunku padania strumienia świetlnego w prawo:

3.Wnioski:

W zależności od wartości rezystancji zewnętrznej R_z prąd fotokomórki ma różną wartość dla tego samego natężenia oświetlenia E. Im wartość R_z jest mniejsza tym charakterystyki prądowe wcześniej się załamują i przebiegają bliżej osi natężenia oświetlenia E.

Podczas pomiarów wartości fotoprądu w zależności od kąta obrotu fotokomórki widać, że wraz ze wzrostem kąta obrotu prąd maleje, przy czym ma on nieznacznie mniejszą wartość dla pomiarów z nasadką korekcyjną. W związku z tym ,że fotokomórka nie była ustawiona idealnie w osi ze żródłem dla obrotu w prawo przy kącie 90⁰ prąd jest różny od zera.

Również w zależności od odległości fotokomórki od żródła światła zmienia się natężenie oświetlenia, a co za tym idzie i wartość prądu fotokomórki.

α

[cos(α-1)/cos(α)]*100%

α

I/I_α=0

Bez nasadki

korekcyjnej

Z nasadką

korekcyjną

α

I/I_α=0

Bez nasadki

korekcyjnej

Z nasadką

korekcyjną

E[lx]

I[mA]

R_z=200Ω

R_z=1000Ω

R_z=5000Ω

S

---