Краткая Теория

ЛАБОРАТОРИЯ АТОМНОЙ ФИЗИКИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ИЗУЧЕНИЕ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА

Талдыкорган

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ИЗУЧЕНИЕ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА

Цель работы: Изучение вольтамперных и световых характеристик

газонаполненных фотоэлементов.

Необходимые приборы: Газонаполненный фотоэлемент, источник постоянного

тока «ЛИП-4», зеркальный гальванометр, вольтметр,

светофильтры из оптического стекла.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием света. Энергетической баланс при фотоэффекте выражается уравнением Эйнштейна:

(1)

где - энергия светового кванта, переданная электрону.

- работа выхода электрона за пределы вещества.

- максимальная энергия кинетическая освободившегося электрона.

Уравнение дает теоретическое обоснование законов фотоэффекта, экспериментально установленных еще Столетовым (1883-1889):

1) максимальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности;

2) фототок насыщения пропорционален световому потоку;

3) для каждой поверхности существует минимальная частота (так называемая - красная граница фотоэффекта), при которой еще возможен внешний фотоэффект:

(2)

При фотоэффект отсутствует.

Внешний фотоэффект находит широкое практическое применение. Приборы, действие которых основано на явлении фотоэлектрического эффекта, называются фотоэлементами. Простейший тип вакуумного фотоэлемента представлен на рис. 1.

Рисунок-1

Это откаченный стеклянный баллон, одна половина которого покрыта изнутри металлом, играющим роль фото катода . Анод обычно выполняется в виде кольца. Между анодом и катодом с помощью батареи создается разность потенциалов. При неосвещенном катоде ток в цепи фотоэлемента отсутствует. Чувствительность вакуумных фотоэлементов не превышает (световой поток в 1 вызывает фототок в ). Очень важным для практики свойством вакуумных фотоэлементов является их практическая без инерционность. Время между началом освоения и моментом появления фототока в них не превышает

Газонаполненный фотоэлемент по своему внешнему виду, устройству и схеме включения не отличается от вакуумного фотоэлемента. Различие заключается в том, что его стеклянный баллон содержит инертный газ (обычно аргон или неон) давление которого лежит в пределах от до 0,05 рту. ст. Ионизация молекул газа электронами, летящими катода, приводит к увеличению тока, текущего в цепи фотоэлемента. Коэффициентом усиления называется величина:

где ток,проходящийчерез фотоэлемент,

ток, обусловленный только электронами, вырванными светом катода.

Величина коэффициента усиления является функцией разности потенциалов, геометрических параметров фотоэлемента, давления и природы газа в нем. Одной из основных характеристик фотоэлемента является вольтамперная характеристика, т.е. зависимость тока от напряжения между анодом и катодом. Вольтамперная характеристика газонаполненного фотоэлемента приведена на рис. 2 кривая - 1.

Рисунок-2

Вольтамперная характеристика этого же фотоэлемента до заполнения его газом (т.е. вакуумного фотоэлемента) приведена на этом же рисунке кривая - 2 для сравнения. Пока напряжение не превышает потенциала ионизации наполняющего газа (для аргона, например ), ток в цепи газонаполненного фотоэлемента несколько меньше, чем в цепи вакуумного, из-за рассеяния электронов на молекулах наполняющего газа. При ток быстро возрастает.

Рабочее напряжение газонаполненного фотоэлемента должно быть меньше потенциала зажигания, при котором начинается самостоятельный разряд, так как интенсивная ионная бомбардировка фото катода приводит к его разрушению.

Применение газонаполненных фотоэлементов ограничено рядом недостатков, одним из которых является нелинейность их световых характеристик при работе с нагрузочным сопротивлением, т.е. нелинейность зависимости тока от освещенности при постоянной величине напряжения, приложенного между анодом и катодом.