Вивчення зовнішнього фотоефекту, Світловий потік
Назва роботи: Вивчення зовнішнього фотоефекту, Світловий потік
Категорія: Лабораторна робота
Предметна область: Фізика
Опис: Світловий потік – це фізична величина, яка визначається оптичною потужністю випромінювання за світловим відчуттям, що викликається (за його дії на селективний приймач світла із заданою спектральною чутливістю); вимірюється у люменах (лм).
Дата завантаження: 2015-01-17
Розмір файлу: 380.5 KB
Роботу завантажили: 38 чол.
Вивчення зовнішнього фотоефекту
Методичні вказівки до лабораторної роботи №11(а,б)
Вказівки містять коротку теорію щодо явища зовнішнього фотоефекту та порядок виконання лабораторної роботи.
Методичні вказівки призначені для виконання лабораторної роботи студентами всіх форм навчання в лабораторному практикумі з фізики (розділ «Оптика»).
Лабораторна робота №11(а,б)
Мета роботи: вивчення явища зовнішнього фотоефекту на прикладі вакуумного фотоелемента; обчислення інтегральної чутливості фотоелемента.
Прилади та приладдя : вакуумний фотоелемент СЦВ-4, джерело живлення в ланцюзі фотоелемента, вольтметр, мікроамперметр, потенціометр для зміни напруги в ланцюзі фотоелемента, та з точник світла (лампа розжарювання), джерело живлення в ланцюзі джерела світла, амперметр у ланцюзі розжарювання лампи, реостат, що змінює струм напруження освітлювача.
Основні поняття та визначення
1. Основи фотометрії
Світловий потік - це фізична величина, що визначається оптичною потужністю випромінювання по викликаному ним світловому відчуттю (за його дією на селективний приймач світла із заданою спетральною чутливістю); вимірюється у люменах (лм).
Освітленість - це фізична величина,визначається відношенням світлового потоку, що падає на поверхню, до величини цієї поверхні: ; вимірюється у люксах (лк). Прилад для вимірювання освітленості називається люксметром.
Сила світла - це фізична величина, що визначається відношенням світлового потоку до тілесного кута, в межах якого поширюється випромінювання: ; вимірюється у канделах (кд). Зв'язок між освітленістю і силою світла при нормальному падінні світла на майданчик при заданій відстані від джерела світла: .
Інтегральна чутливість фотоелемента | відношення сили фотоструму насичення до світлового потоку
при постійній напрузі на фотоелементі, що відповідає даному значенню струму насичення. Зазвичай виявляється у мкА/лм.
2. Зовнішній фотоефект
Зовнішнім фотоефектом називається випромінювання електронів речовиною під дією світла. Фотоефект - це квантове явище, його відкриття і дослідження зіграло важливу роль в експериментальному обґрунтуванні квантової теорії. Практичне значення має фотоефект з твердих тіл у вакуум. Систематичні дослідження фотоефекту були проведені А.Г. Столітовим. Ідея дослідів Столетова зрозуміла з установки, представленої на рис. 1,а. Світло, проходячи через дротяну сітку (С), падало на металеву пластину (М). При освітленні пластини гальванометр фіксував наявність у ланцюзі електричного струму, що отримав назву фотоструму.
Рис.1. Схема дослідів щодо спостереження фотоефекту.
Надалі дослідження закономірностей фотоефекту проводилося за подібною схемою (рис.1,б), але з тією різницею, що електроди були поміщені у вакуумований посудину, а світло проникав у нього і висвітлював електрод через кварцове віконце (О), добре пропу з кає ультрафіолетові промені. Електрод,під- що викидається освітленню, катод (К), другий електрод анод (А). Підтримуючи освітлення постійним, і, змінюючи напругу між електродами, можна отримати зв'язок між фотострумом і доданою напругою при фіксованому світловому потоці. Ця залежність отримала назву вольт – амперної характеристики (ВАХ) фотоструму. ВАХ, зняті при різних світлових потоках, представлені на рис.2.
Для всіх залежностей характерна наявність ділянки струму насичення , коли електрони, вирвані світлом з катода До , потрапляють на анод А . Щоб затримати фотоелектрони, що вилітають з катода з максимальними швидкостями, і, тим самим, припинити фото, до електродів потрібно прикласти зворотну затримуючу різницю потенціалів.
Опис у с тановки
Лабораторна робота виконується на установці, принципова схема якої представлена на рис. 3. На оптичній лаві в спеціальних власниках встановлені джерело світла - лампа розжарювання (Л) і фотоелемент (ФЕ). Відстань між лампою і фото елементом можна змінювати переміщенням вздовж оптичної лави фотоелемента. Від лампи розжарювання світло попадає у віконце фотоелемента (О) і в ланцюзі фотоелемента починає протікати фотострум. Величина фото струму вимірюється мікроамперметром (), а прикладена до електродів фотоелемента напруга волтметром (V). Величина напруги, що подається, може регулюватися потенціометром (П). З допомогою реостата (R) можна змінювати струм в ланцюгу розжарення лампи і вимірювати його величину амперметром (А). Вакуумний фотоелемент (ФЕ) СЦВ-4 являє собою сферичний скляний вакуумований балон з нанесеним на нього зсередини шаром цезію (виконує роль катода (К)). Збираючий електрод (анод (А)) виконаний у вигляді металевого кільця,розташованого в центрі балону.
Мал. 3. Блок - схема вимірювальної установки.
Порядок виконання роботи №11(а) у лабораторії "ОПТИКА" к.433
1. На робочому місці представлений графік залежності сили світла джерела від струму, що протікає через лампу. Викладачем задаються три значення сили струму, а студент повинен самостійно за графіком визначити відповідні їм значення сили світла і джерела,,,.
2. Встановити між джерелом світла і фотоелементом запропонована викладачем фіксована відстань, що залишається незмінною при подальших вимірах.
3. За формулою (- площа фотокатода) обчислити 3 значення світлового потоку , , , що відповідають різним значенням струму розжарення.
Значення струмів розжарення, сили світла, відстані і світлових потоків занести в таблицю 1 (а).
4. Встановивши реостатом R струм розжарення лампи, що відповідає, наприклад, значенню сили світла джерела і світловому потоку, зняти залежність фотоструму від напруги на фотоелементі. Для цього за допомогою потенціометра П напруга на фото елементі змінюють з кроком 5? 10 В від 0 до такого його значення, при якому фотострум прийме своє максимальне значення і при подальшому збільшенні змінюватися не буде (фото струм насичення).
5. Аналогічно зняти ВАХ фотоструму і для двох інших значень світлового потоку і . Результати вимірювань та обчислень занести до таблиці 1(а).
6. За даними таблиці 1 (а) побудувати три графіки світлових характеристик і з них визначити струми насичення,, що відповідають світловим потокам, і.
7. Обчислити три значення інтегральної чутливості за формулою та результати обчислень занести до таблиці 1( a ).