I A i R	BADANIE FOTOKOMÓRKI	Data : 12.03.1998
Nr.ćw	Mikołaj Wawrzyniak	Ocena :

Wiadomości wstępne.

Zjawisko wyzwalania elektronów z ciał pod wpływem padającego na nie promieniowania elektromagnetycznego światła widzialnego, podczerwonego (nadfioletowego) dzielimy na trzy rodzaje :

• zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne (powierzchniowe);

• zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne (objętościowe);

• zjawisko fotowoltaiczne (fotoelektromotoryczne).

W latach 1899-1900 Leonard i Thomson stwierdzili, że elektrony emitowane z powierzchni metalu naświetlonego posiadają energię kilku elektronowoltów i energia ta zależy od częstotliwości padającego strumienia promieniowania. Fakt ten był całkowicie nie zrozumiały w świetle teorii falowej światła. Mechanizm zjawiska fotoelektrycznego wyjaśnił A. Einstein. Założył on, że światło ma budowę ziarnistą-kwantową . W myśl tych założeń strumień promieniowania składa się z pojedynczych kwantów posiadających określoną energię. Energia kwantu promieniowania, czyli fotonu padającego na powierzchnię metalu, przy czym kwant przestaje istnieć.

Prawa zjawiska fotoelektrycznego można wyrazić na gruncie teorii kwantowej w następujący sposób :

Prawo I

Ze wzrostem padającej energii promienistej, tj. ze zwiększeniem g ęstości strumienia kwantów zwiększa się liczba elektronów wychodzących w jednostce czasu z jednostki powierzchni oświetlonego ciała, lecz nie zmienia się ich prędkość V_max.

Prawo II

Prędkość początkowa V_max wychodzących na zewnątrz fotoelektronów jest tym większa, im większa jest energia kwantów promieniowania.

Pierwszą fotokomórkę skonstruowali Elster i Geitel, którzy w1890r.Opisali typy fotokomórek szklanych zawierających substancje fotoelektryczne w postaci warstw metali alkalicznych, ich stopów lub amalgamatów umieszczonych w bańkach szklanych.

Dzisiaj komórki fotoelektryczne dzieli się na dwie grupy :

1. próżniowe;

2) gazowe.

Schemat badanego układu :

Tabele pomiarowe.

Lp.	U [V]	d[cm]	I [μA]	U [V]	d[cm]	I [μA]	U [V]	d[cm]	I [μA]
1	60	10	43	80	10	50	100	10	60
2	60	12	28	80	12	34	100	12	42
3	60	14	20	80	14	24	100	14	30
4	60	16	14	80	16	18	100	16	22
5	60	18	12	80	18	14	100	18	18
6	60	20	10	80	20	12	100	20	14

Lp.	U [V]	d[cm]	I [μA]
1	0	20	0
2	10	20	4
3	20	20	5
4	30	20	6
5	40	20	7
6	50	20	8
7	60	20	9
8	70	20	10
9	80	20	11
10	90	20	12
11	100	20	13

Obliczenia i dyskusja błędów.

Woltomierz : Mikroamperomierz :

Kl.=0,5 Kl.=1,5

1dz=2V 1dz=2μA

Z=150V Z=100μA

Błędy :

Δd=2mm

ΔU=4V

ΔI=4μA

Błąd liczymy z pochodnej logarytmicznej X=1/d²

δ(ΔX)= ΔX/X=2•Δd/d

ΔX=2•Δd•X/d=2•Δd/d³

ΔX=0,4/d³

Lp.	d[cm]	1/d^2 [cm]	ΔX [cm]
1	10	0.01000	0.000400
2	12	0.00694	0.000231
3	14	0.00510	0.000146
4	16	0.00391	0.000098
5	18	0.00309	0.000069
6	20	0.00250	0.000050

Wnioski :

Celem ćwiczenia było wyznaczenie charakterystyk : prądowo-napięciowej i świetlnej badanej fotokomórki. Charakterystyka pierwsza pokazuje, że przy stałej odległości źródła światła, zwiększając napięcie przyłożone do fotokomórki wartość fotoprądu rośnie. Zmniejszając odległości źródła światła od fotokomórki wartości napięcia i fotoprądu rosną. Z charakterystyki świetlnej wynika że wraz ze zmniejszeniem odległości źródła światła wzrasta wartość fotoprądu. Przyczyną tego zjawiska jest wzrastający strumień promieniowania świetlnego. Na błąd pomiaru miało wpływ wiele czynników m.in. wahania napięcia zasilającego układ, błąd paralaksy oraz niepunktowość źródła światła.

Charakterystyka prądowo-napięciowa.

Charakterystyka świetlna.

[cm]

I [μA]

I [μA]

---