МУ - К-21 (1003919), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Атом водорода могут ионизовать фотоны УФ-излучения с энергией больше 13,6 эВ.Фотоны очень большой энергии (рентгеновского и гамма-излучения) вырывают электроны извнутренних оболочек тяжелых атомов. Это основной процесс поглощения рентгеновских лучей в свинце.Подставив (1) в формулу (3), получим(4)hν AU ЗАД =−e eВ данной работе изучают зависимость запирающего напряжения от частоты, проверяют формулу (4) (есть ли линейная зависимость между UЗАП и ν) и определяют значение постоянной Планка.4. Характеристики фотоэлементовСпектральной чувствительностью называют отношение тока насыщения к вызывающему его лучистому потоку монохроматического света с длиной волны λS(λ) = I0 / Ф, мкА/Вт.Если измерить ток насыщения I0 для монохроматического излучения с известной длиной волны, то поток излучения можно найти по формуле7(5)Ф = I0 / S(λ).У промышленных вакуумных фотоэлементов диапазон спектральной чувствительностинаходится в области спектра 115 – 1100 нм (в зависимости от работы выхода фотокатода икоэффициента спектрального пропускания материала входного окна).
Вместо металла фотокатод чаще изготавливают из полупроводников, для которых чувствительность выше, а красная граница смещается в область больших длин волн.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ1. Описание установкиСтруктурная схема установки показана на рис. 8. Источником света служит газоразрядная ртутная лампа Л с линейчатым спектром излучения. С помощью узкополосных (интерференционных) светофильтров СФ выделяют монохроматическое излучение с различнойдлиной волны.
Излучение можно ослаблять с помощью специального устройства ОСЛ.ЛСФОСЛФЭVИПIRУСмкAРис. 8На электроды фотоэлемента ФЭ подается напряжение от источника питания ИП. Величину и полярность напряжения можно изменять. Ток фотоэлемента I протекает через резисторсопротивлением R, на котором падает небольшое напряжение, пропорциональное силе тока:∆U = I⋅R.
Напряжение ∆U поступает на вход усилителя постоянного тока УС, к выходу которого подключен цифровой регистрирующий прибор мкА. Прибор показывает ток фотоэлемента в мкА. Усилитель имеет регулировку «установка нуля», с помощью которой устанавливается нулевое показание регистрирующего прибора мкА в отсутствие излучения. Напряжение U источника питания измеряют цифровым вольтметром V. Напряжение на ФЭ меньше намалую величину ∆U, которой можно пренебречь.8Установка состоит из блока фотоэлемента и измерительного устройства, соединенныхкабелем.В блоке фотоэлемента (изображен сверху на рис. 9) имеются: ртутная лампа 1; диск 2162345Рис.
9cо светофильтрами; устройство для изменения потока излучения при повороте кольца 3; фотоэлемент 4; две ручки 5 для установки нуля усилителя фототока; сетевой выключатель 6.Ослабление излучения производится с помощью двух поляроидов (поляризаторов),один из которых неподвижен, а второй можно повернуть на угол до 900. Свет проходит черезоба поляроида. Согласно закону Малюса, интенсивность прошедшего света зависит от углаповорота.
Поляризующая способность поляроидов для фиолетового света хуже, чем для желтого и зеленого. В результате получаем, что максимальное ослабление потока зависит от длины волны: оно равно 10 – 30 для желтого и зеленого излучений и только 2 – 3 - для фиолетового света.Диск для смены светофильтров имеет шесть пронумерованных положений, представленных в табл. 1.Таблица 1Положение дискаПроходящее излучение с длиной волны в нм1407, темное фиолетовое2435, фиолетовое3546, зеленое4578, желтое5Излучение перекрыто0Нет светофильтров, проходит все излучениеНа передней панели измерительного устройства размещены следующие органы управления и индикации:Цифровые индикаторы «В» и «мкА» предназначены для индикации напряжения нафотоэлементе U в вольтах и фототока I в мкА.Кнопки «+», «-» и СБРОС – предназначены для регулировки напряжения на фотоэлементе и его сброса в ноль; для увеличения напряжения необходимо нажать и удерживатькнопку «+», а для уменьшения – кнопку «-».9Кнопка ПРЯМАЯ – ОБРАТНАЯ с соответствующими индикаторами предназначенадля включения прямого или обратного напряжения на фотоэлементе.На задней панели измерительного устройства расположены выключатель СЕТЬ, клемма заземления и разъем для подключения блока фотоэлемента.2.
Выполнение работыЗадание 1. Ознакомиться с установкой и подготовить ее к работеОзнакомиться с установкой (см. раздел 1).Зарисовать схему на рис. 8.Проверить заземление блока фотоэлемента и измерительного устройства (клемма заземления находится на задней стенке). При отсутствии заземления работу не выполнять и обратиться к лаборанту.Перед включением установки в сеть выключатели СЕТЬ обоих блоков должны находиться в положении «Выкл».Подключить сетевые шнуры к сети. Включить измерительное устройство выключателем СЕТЬ на его задней панели. (Внимание! Не включать сеть блока фотоэлемента.) Приэтом должны загореться цифровые индикаторы. На индикаторе «В» должны загореться нули(допускается индикация до значения 2 младшего разряда). После 2-минутного прогрева ручками УСТАНОВКА НУЛЯ установить нулевое значение на индикаторе «мкА».Включить выключатель СЕТЬ блока фотоэлемента, при этом должен загореться индикатор включения сети.Дать лампе прогреться в течение 15 мин.Подготовить табл.
2 – 5.Задание 2. Измерить ВАХ при прямой полярности и определить поток излученияС помощью кнопки ПРЯМАЯ – ОБРАТНАЯ установить прямую полярность.Установить длину волны 407 нм, для этого диск со светофильтрами повернуть в положение 1.Установить максимальный поток излучения, для этого кольцо 3 (см. рис. 9) повернутьпротив часовой стрелки до упора.Изменяя напряжение с помощью кнопок «+» и «-» и считывая показания фототока синдикатора «мкА», получить данные для построения вольт-амперной характеристики. Напряжение изменять от нуля до 5 В с шагом примерно 1 В, а дальше - с шагом примерно 5 В домаксимального напряжения (около 40 В).
Результаты измерений записать в табл. 2.Таблица 2. ВАХ при прямой полярности, λ= 407 нм.Максимальный потокМинимальный потокU, ВI, мкАU, ВI, мкАПримечание: в таблице должно быть 15 – 20 строкУменьшить поток излучения примерно в 2 – 3 раза, повернув кольцо 3 поляроида по часовойстрелке до упора. Повторить измерения п. 4.Задание 3. Измерить ВАХ на λ = 407 нм при обратной полярностии определить запирающее напряжение.С помощью кнопки ПРЯМАЯ – ОБРАТНАЯ установить обратную полярность.10Установить максимальный поток излучения, для этого кольцо 3 (см. рис.
9) повернутьпротив часовой стрелки до упора.Установить нулевое напряжение на фотоэлементе, для этого нажать кнопку СБРОС.Перекрыть излучение, повернув диск смены фильтров в положение 5. Ручками УСТАНОВКАНУЛЯ установить нулевое значение на индикаторе «мкА» (строго 0,00 мкА).Таблица 3. ВАХ при обратной полярности, длина волны 407 нм.U, ВI, мкАU, ВI, мкАПримечание: в таблице должно быть 7 - 10 строкУстановить длину волны 407 нм, повернув диск в положение 1.Измерить ВАХ, изменяя напряжение от нуля до запирающего напряжения. Результатызаписать в табл.
3. Шаг измерения рекомендуем выбирать следующим образом. Плавно увеличивая напряжение, следить за изменением тока. Как только ток уменьшится примерно в двараза по сравнению с предыдущим отсчетом, произвести очередное измерение напряжения итока. Так поступать, пока ток не уменьшится до 0,07…0,05 мкА.
Далее каждый следующийотсчет выполнять с шагом 0,01 мкА до нулевого тока. Наименьшее напряжение, при которомток стал равным 0,00 мкА, есть напряжение запирания UЗАП. Величину запирающего напряжения записать в табл. 4.Установить минимальный поток, повернув кольцо 3 (рис. 9) по часовой стрелке, и измерить запирающее напряжение.
Результат записать в табл. 4.8. Сделать вывод, зависит ли запирающее напряжение от интенсивности излучения?Задание 4. Определить запирающее напряжение на других длинах волнУстановить нулевое напряжение кнопкой СБРОС.Перекрыть излучение, повернув диск со светофильтрами в положение 5, и установитьстрого ноль на индикаторе тока.Установить светофильтр на длину волны 435 нм (положение 2).Установить максимальный поток излучения (кольцо повернуть против часовой стрелки).Увеличивая напряжение, следить за уменьшением тока. При приближении тока к нулюнеобходимо увеличивать напряжение малыми ступенями, чтобы точно заметить, когда токстал равен 0,00 мкА. Найденное напряжение запирания записать в табл. 4.Повторить измерения п. 5 для длин волн 546 нм (положение 3) и 578 нм (положение 4).Выключить установку: сначала выключателями СЕТЬ обоих блоков, а затем отключитьсетевые шнуры.Таблица 4.
Результаты измерения запирающего напряжения407435546λ, нмЧастота ν, ГцUЗАП для максимального потокаUЗАП для минимального потока5783. Обработка результатов измеренийПо результатам измерений задания 2 построить на одном графике зависимости тока Iот прямого напряжения U для двух потоков излучения.Определить по графику значения тока насыщения I0 и записать их в табл. 5.11По результатам измерения тока насыщения вычислить по формуле (5) поток излучения, падающий на фотокатод, и записать результаты в табл. 5. Спектральная чувствительностьфотоэлемента на λ= 407 нм равна S(λ) = 450 мкА / Вт.Вычислить по формуле n = I0/e количество электронов, испускаемых за единицу времени с фотокатода. Модуль заряда электрона e = 1,6⋅10–19 Кл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
