Для вакуумных фотоэлементов

U

Измеритель расстояния и определение расстояния с помощью его

Измеритель расстояния предназначается для установки приборов на скамье для точного и простого определения необходимых для дальнейших расчетов расстояний.

Измеритель расстояния – это стержень, на одном конце которого симметрично по отношению к оси стержня укреплена металлическая дуга. Для определения расстояния между различными деталями собранной установки (например, между поверхностью тела накала лампы и наружной поверхностью приемной пластины фотометрической головки, или поверхностью фотоэлемента) используют измеритель расстояния (рис.1).

Лампу накаливания вводят между ветвями дуги измерителя и устанавливают так, чтобы плоскость, от которой измеряется расстояние, совпала с плоскостью, проходящей через вертикальные штрихи визирных сеток измерителя. С другой стороны измерителя к концу его стержня подводится до соприкосновения плоскость второго объекта. При этой предварительной установке действительное расстояние между объектами будет равно указанному в паспорте измерителя расстоянию L₀=473,9 мм. Пусть отчеты, прочитанные по шкале скамьи по указателям кареток будут n₁′ и n₂′, причем всегда n₂′>n₁′.

Действительно расстояние L₀ может отличаться от расстояния между указателями кареток (n₂′-n₁′) на некоторую величину Δ (положительную или отрицательную).

Δ= L₀-(n₂′-n₁′)

При дальнейшей работе обе каретки могут быть перемещены по скамье и отсчеты по шкале скамьи будут n₁ и n₂. Полагая при этом n₂>n₁, легко определить действительное расстояние между объектами

L=( n₂-n₁)+ Δ.

На концах скамьи размещаются концевые экраны, в середине скамьи размещаются промежуточные экраны с отверстиями. Если поверхность второго объекта не плоская (в случае фотоэлемента), то совмещаются концы выступов измерителя с поверхностью баллона фотоэлемента.

Измеритель расстояния

Половина сферической поверхности фотоэлемента покрыта слоем металла. Для измерения расстояния нужно брать середину этого слоя. От начала баллона середина отстоит на ¾ диаметра баллона D. В этом случае

Δ= L₀-(n₂′-n₁′)+3/4D,

где D - диаметр баллона, измеренный штангенциркулем.

Порядок работы

1. Собираем схему:

2. С помощью измерителя расстояния определяют поправку Δ.

3. Устанавливают анод фотоэлемента и волосок эталонной лампы на одном уровне.

4. Сначала фотоэлемент устанавливают на таком расстоянии, чтобы отклонение стрелки гальванометра было на всю шкалу. При этом устанавливают постоянное напряжение на фотоэлементе (примерно 15-20 вольт для газонаполненных и около 5 вольт для вакуумных).

5. Для проверки закона обратных квадратов перемещают фотоэлемент каждый раз настолько, чтобы показание гальванометра «n» изменялось на 2-3 деления. Каждый раз измеряют расстояние между источником света и фотоэлементом, учитывая поправку Δ. Можно те же измерения проделать в обратном порядке. Данные записываются в таблицу.

Таблица для проверки закона обратных квадратов

№ п-п	прямой ход r	обратный ход z	rср	r2ср

.

6. Для снятия вольтамперной характеристики фотоэлемент закрепляют на определенном расстоянии от источника света (примерно 40-50 см).

7. Потенциометром изменяют напряжение так, чтобы показание гальванометра каждый раз изменялось на 2-3 деления до максимального. Число делений гальванометра пропорционально величине фототока.

Поэтому вместо фототока I можно откладывать число делений n/

Таблица снятия вольтамперной характеристики

№ п-п	для вакуумного		для газонаполненного
	u	n~i	u	n~i

n

u

2-я часть

Во второй части работы на фотометрической скамье следует выполнить следующие задачи:

1. Проградуировать селеновый фотоэлемент

2. Проверить формулу освещенности.

ТЕОРИЯ

В настоящее время кроме описанного в первой части внешнего фотоэффекта широко используется так называемый внутренний фотоэффект. Этот фотоэффект сводится к высвобождению под влиянием света электронов внутри тела и повышению его электропроводности. Особый интерес представляют твердые фотоэлементы с запирающим слоем, которые не нуждаются в источнике внешнего напряжения. Наиболее распространенными фотоэлементами этого типа являются железо-селеновые. Такой фотоэлемент состоит из железного диска (C), покрытого тонким слоем селена (B). Поверх слоя селена наносится тонкая полупрозрачная пленка (A) другого металла (чаще всего свинца, серебра и платины). Эта пластинка служит коллектором электронов (анодом), в то время как железный диск является катодом. Поверхность между железом и селеном, обладающая односторонней проводимостью, образует детектирующий слой (запирающий) и является активной поверхностью фотоэлемента. Если осветить эту поверхность через прозрачный анод, то между катодом и анодом возникает разность потенциалов, которая может быть обнаружена с помощью гальванометра или миллиамперметра. Эта разность потенциалов пропорциональна интенсивности падающего света.

Итак, фотоэлементы с внутренним фотоэффектом являются преобразованиями световой энергии в электрическую.

Аналогичное устройство имеют медно-закисные фотоэлементы.

Проградуировать фотоэлемент – это значит установить зависимость отклонения стрелки гальванометра от освещенности поверхности.

n

E

Освещенность вычисляется по формуле

где I_k - сила света контрольной лампы.

На фотометрической скамье с помощью селенового фотоэлемента можно проверить зависимость освещенности от угла падения света.

n

Cos(α)

ПОРЯДОК РАБОТЫ

1. С помощью измерителя расстояний определяют поправку Δ.

2. Фотоэлемент и источник света устанавливают на одном уровне.

3. Выводы от селенового фотоэлемента присоединяют к миллиамперметру.

4. На контрольной лампочке поддерживается постоянное напряжение 12 вольт.

5. Селеновый фотоэлемент устанавливают перпендикулярно световому потоку на таком расстоянии от источника света, чтобы стрелка миллиамперметра немного отклонилась.

6. Измеряют расстояние r, учитывая поправку.

7. Селеновый фотоэлемент приближают к источнику света настолько, чтобы показание миллиамперметра каждый раз изменялось на 2 деления, при этом производят измерение расстояния.

8. Зная силу света контрольной лампы, определяют по формуле освещенность.

при cos(α)=1.

9. Данный записывают в таблицу и строят графики зависимости n от E (n – показание миллиамперметра)

№ п/п	N	r	r2	E	Ik

10. Для проверки зависимостей освещенности E от cos(α) оставляют неизмененными расстояния между лампой и фотоэлементом.

11. Закрепляют фотоэлемент в штативе с лимбом. Лимб позволяет изменить углы падения.

12. Меняют угол падения света каждый раз на 10^˚ от 0˚ до 90˚, фиксируя при этом показания амперметра.

13. Данные записывают в таблицу и строят график зависимости n от cosα

N	α	Cos(α)	n

Вопросы к первой и второй части

1. В чем заключается явление фотоэффекта? (внешний и внутренний)?

2. Как объясняется явление фотоэффекта с квантовой точки зрения?

3. Каково устройство фотоэлементов и их характеристика?

4. Как формулируются законы фотоэффекта?