Politechnika Lubelska w Lublinie		Laboratorium Instalacji i Oświetlenia Elektr.
				Ćwiczenie Nr 1
Nazwisko: Kowalik Kuźma Król	Imię: Piotr Tomasz Tomasz		Semestr VI	Grupa ED. 6.3 / V	Rok akad. 2004/2005
Temat ćwiczenia: Badanie selenowego ogniwa fotoelektrycznego.				Data wykonania 20.03.2005r	Ocena ………………

Cel ćwiczenia: Zbadanie: zależności prądu fotoelektrycznego od kąta padania światła na powierzchnię ogniwa, zależności prądu fotoelektrycznego od natężenia oświetlenia na ogniwie przy różnych opornościach zewnętrznych.

Schemat budowy selenowego ogniwa fotoelektrycznego:

1. Niklowana płytka żelazna.

2. Warstewka selenu.

3. Warstewka zaporowa.

4. Warstewka platyny.

5. Pierścień metalowy.

Ogniwo fotoelektryczne selenowe jest najczęściej stosowanym elementem pomiarowym, działanie którego jest oparte na wyzwalaniu w półprzewodniku elektronów pod wpływem działania promieni świetlnych, oraz tworzeniu warstwy zaporowej na powierzchni styku przewodnika z półprzewodnikiem.

Układ pomiarowy do badania ogniwa fotoelektrycznego:

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

U = 223V , I = 232,37cd , Ф = 2920lm
E	r	Rz = 200Ω					Rz = 1000Ω					Rz = 5000Ω
lx	m	Rb	Rs	α	i	Ф	Rb	Rs	α	i	Ф	Rb	Rs	α	i	Ф
				Ω	Ω	dz	µA	lm	Ω	Ω	dz	µA	lm	Ω	Ω	dz	µA	lm
10	4,82	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
20	3,41	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
30	2,78	240	164	3,0	15,0	2912	1200	964	2,0	10,0	2912	6000	4964	1,5	7,5	2912
40	2,41	240	164	4,0	20,0	2918	1200	964	2,0	10,0	2918	6000	4964	2,0	10,0	2918
50	2,15	240	164	5,0	25,0	2903	1200	964	2,5	12,5	2903	6000	4964	2,0	10,0	2903
60	1,97	240	164	5,0	25,0	2925	1200	964	2,5	12,5	2925	6000	4964	2,5	12,5	2925
70	1,82	240	164	5,5	27,5	2912	1200	964	3,0	15,0	2912	6000	4964	3,0	15,0	2912
80	1,70	240	164	6,5	32,5	2904	1200	964	3,0	15,0	2904	6000	4964	3,0	15,0	2904
90	1,60	240	164	7,5	37,5	2894	1200	964	3,5	17,5	2894	6000	4964	3,5	17,5	2894
100	1,52	240	164	8,0	40,0	2902	1200	964	4,0	20,0	2902	6000	4964	4,0	20,0	2902
200	1,08	240	164	12,5	62,5	2930	1200	964	7,0	35,0	2930	6000	4964	5,5	27,5	2930
300	0,88	240	164	15,0	75,0	2918	1200	964	8,0	40,0	2918	6000	4964	6,0	30,0	2918
400	0,76	240	164	17,0	85,0	2902	1200	964	9,0	45,0	2902	6000	4964	6,5	32,5	2902
500	0,68	240	164	18,5	92,5	2903	1200	964	10,0	50,0	2903	6000	4964	7,0	35,0	2903
600	0,62	240	164	19,5	97,5	2897	1200	964	10,5	52,5	2897	6000	4964	7,0	35,0	2897
700	0,57	240	164	21,0	105,0	2856	1200	964	11,0	55,0	2856	6000	4964	7,5	37,5	2856
800	0,54	240	164	21,0	105,0	2930	1200	964	11,0	55,0	2930	6000	4964	7,5	37,5	2930
900	0,50	240	164	22,0	110,0	2826	1200	964	11,5	57,5	2826	6000	4964	7,5	37,5	2826
1000	0,48	240	164	23,0	115,0	2894	1200	964	12,0	60,0	2894	6000	4964	8,0	40,0	2894
2000	0,34	240	164	25,0	125,0	2903	1200	964	13,5	67,5	2903	6000	4964	8,0	40,0	2903
3000	0,28	240	164	27,0	135,0	2954	1200	964	14,0	70,0	2954	6000	4964	8,8	44,0	2954
4000	0,24	240	164	29,0	145,0	2894	1200	964	15,0	75,0	2894	6000	4964	9,0	45,0	2894
5000	0,21	240	164	31,0	155,0	2769	1200	964	15,0	75,0	2769	6000	4964	9,5	47,5	2769
6000	0,20	240	164	31,0	155,0	3014	1200	964	15,5	77,5	3014	6000	4964	9,5	47,5	3014
7000	0,18	240	164	32,5	162,5	2849	1200	964	15,5	77,5	2849	6000	4964	9,5	47,5	2849
8000	0,17	240	164	33,0	165,0	2903	1200	964	16,0	80,0	2903	6000	4964	9,5	47,5	2903
9000	0,16	240	164	33,5	167,5	2894	1200	964	16,0	80,0	2894	6000	4964	9,5	47,5	2894
10000	0,15	240	164	34,0	170,0	2826	1200	964	16,5	82,5	2826	6000	4964	10,0	50,0	2826

Obliczenia do tabeli:

U = 223V

P = 200W

Ф = 2920lm

n = 6

I = Ф/4Π = 2920/4Π = 232,37cd

Rg = 27/0,75 = 36Ω

Rb = Rz*n/(n-1)

1: Rb = 200*6/(6-1) = 240Ω

2: Rb = 1000*6/(6-1) = 1200Ω

3: Rb = 5000*6/(6-1) = 6000Ω

Rs = Rz - Rg

1: Rs = 200 - 36 = 164Ω

2: Rs = 1000 - 36 = 964Ω

3: Rs = 5000 - 36 = 4964Ω

Ф = E*S

S = ω * r²

Ф = E* ω * r²

Mikroamperomierz:

ilość działek - 150dz

zakres: - 0,75mA

i = α * zakres / ilość działek = α * 5 [µA]

Zależność prądu fotoelektrycznego od natężenia oświetlenia jego powierzchni przy różnych opornościach obwodu zewnętrznego:

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

U = 223V , I = 232,37cd , Ф = 2920lm , E = 195lx , l = 100cm
Kąt padania światła	bez nasadki korekcyjnej				z nasadką korekcyjną
		α	I	I/Iα=0	|cos(α)-1| *100%/cos(α)	α	I	I/Iα=0	|cos(α)-1| *100%/cos(α)
10º	24,0	120,0	0,92	-6.08	11,0	55,0	0,88	-6.42
20º	23,5	117,5	0,90	-5.76	11,0	55,0	0,88	-6.08
30º	23,0	115,0	0,88	-5.14	10,5	52,5	0,84	-4.85
40º	23,0	115,0	0,88	-4.03	10,0	50,0	0,80	-3.53
50º	21,5	107,5	0,83	-2.81	9,0	45,0	0,72	-2.63
60º	18,0	90,0	0,69	-1.39	6,5	32,5	0,52	-1.54
70º	12,0	60,0	0,46	-0.55	4,0	20,0	0,32	-0.75
80º	6,0	30,0	0,23	-0.06	2,0	10,0	0,16	-0.24
90º	0,0	0,0	0,0	0	0,5	2,5	0,04	-0.02
10º	24,0	120	0,92	-5.76	11	55,0	0,88	-6.08
20º	24,0	120	0,92	-5.14	10,5	52,5	0,84	-5.14
30º	24,0	120	0,92	-4.03	10,0	50,0	0,80	-4.03
40º	23,0	115	0,88	-3.06	9,0	45,0	0,72	-3.06
50º	22,0	110	0,84	-1.87	8,0	40,0	0,64	-2.05
60º	18,0	90,0	0,69	-0.86	6,0	30,0	0,48	-0.98
70º	12,5	62,5	0,48	-0.14	4,5	22,5	0,36	-0.38
80º	5,0	25,0	0,19	-0.03	2,5	12,5	0,20	-0.06
90º	0,5	2,5	0,02	0	1,0	5,0	0,08	0

0º - α = 26 , I = 130µA 0º - α = 12,5 , I = 62,5µA

Wykres zależności: I/Iα=0 = f(α)

Wykres zależności: |cos(α)-1|*100%/cos(α)

bez nasadki korekcyjnej a nasadką korekcyjną

3. Uwagi i wnioski:

Pomiarów dokonywaliśmy metodą obiektywną przy pomocy ogniwa fotoelektrycznego (selenowego). Jak widać z zależności prądu fotoelektrycznego od natężenia oświetlenia jego powierzchni przy różnych opornościach obwodu zewnętrznego, prąd jest proporcjonalny w zakresie natężenia E od 0 do około 2000lx, ale tylko przy małych opornościach obwodu zewnętrznego. Ilość strumienia świetlnego wysyłanego przez źródło na wprost (światłość) jest tym większa, im kąt padania światła na ogniwo jest mniejszy. W miarę oddalania ogniwa od źródła zmniejsza się również wskazanie miernika. Nałożenie nakładki korekcyjnej spowodowało zmniejszenie wskazań miernika, jednak spowodowało to poprawę symetryczności wykresu (pomiary są równiejsze przy tych samych kątach wychylania w obydwu kierunkach). Ogniwo fotoelektryczne (selenowe) daje więc dobre wyniki w dokładności pomiarów techniki świetlnej.

3

α

α

lewo

prawo

prawo

lewo

---