ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Вольтамперная характеристика фотоэлемента

На рис.1 показана схема включения фотоэлемента, позволяющая снять его вольтамперную характеристику (ВАХ) I(U).

Примерный вид таких ВАХ, полученных при фиксированной частоте, но при различных интенсивностях света, представлен на рис.2.

Участок АВ графика соответствует току насыщения I_нас фотоэлемента. При

сила тока не зависит от напряжения между катодом и анодом потому что электроны, выбитые светом в область пространства между катодом и анодом, попадают в достаточно сильное ускоряющее электрическое поле и вседостигают анода.

При напряжениях электрическое поле между катодом и анодом недостаточно для того, чтобы при данной геометрии фотоэлемента собрать на аноде все выбитые электроны. Часть выбитых светом электронов попадает на стенки фотоэлемента и наблюдаемая при этом сила тока меньше I_нас.. Причем при нулевом и даже отрицательном напряжении на аноде сила тока отлична от нуля. Это объясняется тем, что некоторые выбитые фотонами электроны (при hn >W) обладают достаточным запасом кинетической энергии для того чтобы даже в тормозящем поле достичь анода (участок графика СD).

При некоторой определенной разности потенциалов задерживающего поля U_з наступает состояние, когда даже обладающие самой большой энергией электроны, из летевших к аноду, не коснувшись анода, отбрасываются назад к фотокатоду. Ток через фотоэлемент при этом становится равным нулю (точка D графика). Работа сил тормозящего электрического поля над электронами с максимальной кинетической энергией в момент их остановки около анода равна приращению этой энергии:

eU_з =Е_К_max – 0. (7)

В реальном фотоэлементе анод и катод могут быть изготовлены из различных веществ. Поэтому между ними, кроме разности потенциалов U, обусловленной внешним источником, возникает так называемая контактная разность потенциалов U_конт. Вольтметр, включенный в схему, измерить U_конт не может. Следовательно, точке D графика соответствует истинное напряжение

. (8)

Методика эксперимента

В качестве источников света в работе используется набор светодиодов, излучающих в различных узких диапазонах длин волн. Эти диапазоны длин волн лежат в видимой и инфракрасной частях спектра.

В качестве фотоэмиттера используется полупрозрачный катод фотоэлемента, изготовленный из полупроводникового вещества. Электроны, выбитые светом из катода, собираются анодом. Поскольку катод и анод фотоэлемента обычно изготавливают из веществ близких по электрофизическим свойствам, контактную разность потенциалов между катодом и анодом можно считать малой.

Для определения красной границы фотоэффекта n_кр (или соответствующей длины волны света l_кр) предлагается в процессе эксперимента снять зависимость силы тока от напряжения I_ф(U) (вольт-амперную характеристику) при освещении катода светодиодами с различными длинами волн. Характерный вид таких зависимостей представлен на рис 3.

По полученным экспериментально вольт-амперным характеристикам I_ф(U) определяется величина задерживающего напряжения U_з для каждого светодиода.

Из (6) и (7) при условии, что контактной разностью потенциалов можно пренебречь (U_конт≈0), следует:

еU_з = hn –W, (9)

где n – частота световой волны, связанная с длинной волны соотношением

, (10)

где с=3·10⁸ м/с - скорость света в вакууме.

Из (9) следует, что еU_з линейно зависит от частоты, т.е. графиком функции еU_з(n) является прямая (рис. 4).

Точка пересечения графика с осью частот соответствует нулевому значению величины еU_з=0, что согласно (7) дает Е_К_max=0. Следовательно, частота n₀ это красная граница фотоэффекта для данного фотоэмиттера (n₀=n_кр).

Теперь, знаяn_кр, можно определить порог фотоэффекта , как:

W =hn_кр (11)

Кроме того из (9), видно, что, экстраполируя график еU_з(n) до пересечения с осью еU_з, получаем точку, для которой

еU_з = –W, (12)

что также позволяет оценить порог фотоэффекта (графически).

Порядок выполнения работы

Соберите схему измерений согласно рис.5. Анод на схеме подключен к «плюсу», а катод к «минусу» источника напряжения (блока питания ИПС-1) (прямое подключение фотоэлемента).

2. Подготовьте для записи результатов таблицу 1.

Таблица 1

U, B	-0,3	-0,25	-0,2	-0,15	-0,1	-0,05		0,05	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3	0,35	0,4	0,45	0,5
I_ф, мкА

3. Установите на выходе блока питания 1÷1,5 В по вольтметру V₁.

4. Установите значение интенсивности светового потока =1 (или иное по указанию преподавателя). Для этого необходимо вращать ручку, обозначенную (прибор измеряет не абсолютное, а относительное значение интенсивности). Запишите значение величины и следите, чтобы в последующих опытах она не менялась.

5. Установите длину волны источника света l₁. Снимите при этой длине волны вольт-амперную характеристику фотоэлемента I_ф(U) при его прямом подключении к источнику напряжения, для ускоряющих напряжений от 0 до 0,5 В с шагом 0,05 В (по вольтметру V₂). Результаты измерений занесите в таблицу 1.

6. Подключите анод фотоэлемента к «минусу», а катод к «плюсу» блока питания и снимите при той же длине волны вольт-амперную характеристику I_ф(U) для задерживающих напряжений от 0 до –0,3 В с шагом 0,05 В. Результаты измерений также занесите в таблицу 1.

7. Повторите эксперимент по п.5 и п.6 для длин волн l₂, l_3, l₄, занося данные в аналогичные таблицы.