Применение фотоэлементов
Фотоэлементы используются в технике и в научных исследованиях. Например, они применяются в звуковом кино для воспроизведения звука, для сигнализации, в телевидении, автоматике и телемеханике. Фотоэлементы позволяют управлять на расстоянии процессами производства. При нарушениях хода процесса изменяется поток света, попадающего на фотоэлемент, и создается ток, выключающий весь процесс. С помощью фотоэлементов измеряются весьма слабые световые потоки (например, в биологии, астрофизике), регистрируются инфракрасные спектры, осуществляется фотографирование в темноте и т.д.
Вентильные фотоэлементы используются для изготовления “солнечных” батарей, преобразующих энергию Солнца в электрическую. Кремневые “солнечные” батареи применяются, например, для питания аппаратуры на искусственных спутниках Земли и автоматических межпланетных станциях.
Фотоэлементы могут быть использованы для измерения освещенности рабочих мест. Приборы, служащие для измерения освещенности, называются люксметрами.
Выполнение работы
1. Ознакомиться с имеющимися на лабораторном столе приборами.
2.Снять вольт-ампернуюхарактеристику вакуумного фотоэлемента (СЦВ-4):
2.1. Поместив фотоэлемент СЦВ-4 на оптическую скамью, собрать электрическую цепь по рис.9.4.
2.2. Подать напряжение сети на выпрямитель и источник света.
 |
Рис. 9.4
Изменяя напряжение U, подаваемое на фотоэлемент, от 0 до 120-150 В, снять зависимость (7-10 точек) силы фототока Iфот напряжения для двух расстояний r1 и r2 фотоэлемента от источника света. Результаты измерений занести в табл. 1.
П р и м е ч а н и е. Расстояния r1 и r2 необходимо подбирать такими, чтобы шкала миллиамперметра использовалась как можно полнее. Фототок можно измерять в относительных единицах (в делениях шкалы прибора).
Таблица 1
| Номер | U, В | Iф, А | |
| измерения | r1 = | r2 = | |
| . . |
2.3. По измеренным данным построить графики Iф = f (U).
3. Снять люкс-амперную характеристику:
3.1. При постоянном напряжении (U = cоnst) снять зависимость силы фототока Iфот освещенности Е фотоэлемента. Так как освещенность обратно пропорциональна квадрату расстояния r 
, то изменять ее можно путем изменения r. Результаты измерений занести в табл. 2.
П р и м е ч а н и е. U = сonst должно быть подобрано так, чтобы r можно было менять в широком пределе.
3.2. По данным табл. 2 построить график Iф = f (E) = f (1 / r2).
4. Снять характеристики фотосопротивления:
Таблица 2
| Номер | U, B = | ||
| измере-ния | r | Iф, А | E = 1/r2 |
| . . . |
4.1. Выключить выпрямитель. На место фотоэлемента подключить в цепь фотосопротивление, установив его на оптическую скамью. По аналогии с пп. 2,3 снять однувольт-амперную и одну люкс-амперную кривые для фотосопротивления. Результаты занести в таблицы, аналогичные табл. 1 и 2.
4.2. По измеренным данным построить графики Iф= f (U), Iф =f (E).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Понятие о квантовых свойствах света. Энергия кванта света.
2. Явление внешнего фотоэффекта и его закономерности.
3. Внутренний фотоэффект и его объяснение на основе зонной теории строения вещества.
4. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта, его физический смысл.
5. “Красная граница” фотоэффекта.
6. Объяснение закономерностей фотоэффекта на основе квантовой природы света
7. Вольт-амперные и люкс-амперные характеристики вакуумного и газонаполненного фотоэлементов.
8. Зависимость тока насыщения фотоэлементов от освещенности.
9. Задерживающая разность потенциалов и ее связь с кинетической энергией электрона, вылетевшего из катода в результате фотоэффекта.
10. Зависимость проводимости фотосопротивления от освещенности.
11. Вольт-амперная и люкс-амперная характеристики фотосопротивления.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Предельные приборные погрешности
Некоторых приборов
| № n/n | Приборы | Значение меры | DХпр |
| Линейка металлическая Линейка деревянная Линейка пластмассовая Гири обычные Штангенциркули с ценой деления: 0.1 мм 0,005 мм Микрометры с ценой деления 0,01 мм Весы лабораторные Секундомеры механические и электрические Термометры стеклянные жидкостные | 150… 500 мм 200… 500 мм 200… 300 мм 1 , 2 , 3 г 0-155 мм 0-250 мм 0-50 мм до 200 г до 30 мин до 1000 | 0,1 мм 0,5 мм 1мм 6, 8, 12 мг 0,1 мм 0,05 мм 4 мкм 3миним.делен. шкалы 1миним.делен. шкалы за 1 оборот секундной (большой) стрелки Цена миним. деления шкалы, если оно = 1о,2о,5о и удвоенная цена, если оно = 0.2о, 0,5о |