Vizsgálata a külső fotoelektromos hatás fénysorompó
Cím a munka: tanulmány külső fotoelektromos hatás a fénysorompó
Tárgykörben: fizika
Leírás: Lab №14 hatásának vizsgálata a külső fotovoltaikus fotocella Célkitűzés: Az építőiparban az áram-feszültség jellemzőit napelemek fémek meghatározása Planck-állandó meghatározására elektron kilépési munkáját a fotokatód felületi.
Fájl mérete: 87.5 KB
Job letöltve: 31 fő.
Laboratóriumi munka №14
Külső tanulmány fotoelektromos hatás a fénysorompó
Célkitűzés: Az építőiparban a áram-feszültség jellemzőit napelemek fémek, meghatározása a Planck-állandó, a meghatározását az elektron kilépési munkáját a fotokatód felületi.
Hardver: A telepítés a tanulás külső PhotoEffect FPC 10, fényérzékelők F-8 és F-25.
Külső fotoelektromos hatás (PhotoEffect) nevezik az elektron emissziós anyagot elektromágneses sugárzás (fény). Ez a jelenség által felfedezett Hertz és Stoletov vizsgálták a végén a XIX. Rendkívül fontos, mint egy elméleti érték, ami azt az elképzelést, fénykvantumokra, és praktikus, széles körben használják a nevezett készülék napelemek.
A lényege a jelenség a fotoelektromos hatás a modern fizika miatt a kvantum elmélet a fény. Ezen elmélet szerint, a fény frekvenciája (ahol c # 150; a fény sebessége; - hullámhossz) nem csak hagyja az atomot formájában részeinek energiájú H . ahol h # 150; Planck-állandó, de további terjedését ugyanazon részének lokalizált térben és mozgó, mint egy egység a fény sebessége. Az ilyen elemi részek fény elfogadott neve # 150; foton.
Egy fém vannak elektronok, amelyek szabadon mozoghatnak, de nem tudnak szabadon elhagyhatják, ahogyan ezt a pozitív ionok a felületen. Ebben az felületi régiója potenciális különbség (mintegy 5,3 V), amely megakadályozza, hogy a kilépési az elektronok a fém a környező vákuum. Következésképpen, egy elektron lehet menni a fém, meg kell legyőzni a potenciális különbség, azaz Azt kell elvégezni a munkát, amely az úgynevezett munka fém elektront. Ez határozza meg a kapcsolat A = E, ahol E U. # 150; elektron töltése, U # 150; potenciális különbség (is nevezik egy fém érintkező potenciál vagy a potenciálgát magasság).
Ami a zenekar elmélete munka funkciót, de megérteni a minimális energia, hogy be kell jelenteni az elektron (1. ábra), távolítsa el a legfelső töltött egyenletei potenciálgödör határain túl.
Falling anyag fénykvantumok energia elnyelődik h atomok anyag. Upon felszívódását fém foton, az energia átadódik a szabad elektronokat. Ez a fény energia sokkal nagyobb, mint a hőenergia az elektronok. Elektronikus vett energia hagyhatja el a fém. Ehhez meg kell, hogy a kilépési munkája A. Ha az elektron energia kapott több mint egy, akkor a felesleges energia megy neki egy üzenetet a kinetikus energia, ami miatt ő mozog kívül a fém.
Einstein theorized kvantitatív összefüggés van a termelt energia egy elektron annak felszabadulását fényt, és gyakoriságát, hogy a fény. Ennek eredményeként megkapjuk az egyenlet róla elnevezett:
ahol h - a foton energiája; A # 150; elektron kilépési munkáját a fém; - a kinetikus energia az elektron.
Ha a fotonenergia olyan, hogy elegendő csak végezni a munkát, azaz if. A felszabaduló elektronok lesz nulla sebességről. 0 frekvenciája meghatározza a legalacsonyabb frekvenciát, amelynél a fotoelektromos hatás lehetséges. Ez a frekvencia határozza meg a „küszöböt”, a fotoelektromos hatás. A kommunikációs frekvencia hullámhosszon. megtalálható 0. hullámhossz megfelelő küszöbérték PhotoEffect. Ezt a hullámhosszt az úgynevezett „vörös él” a fotoelektromos hatás. Ezért, sugárzás hullámhossza 0 előidézésére képes fotoelektromos hatás, és a 0 fotoelektromos hatás nem okoz, mivel ebben az esetben kisebb, mint az elektron kilépési munkát.
A legtöbb anyag „vörös határ” az ultraibolya része a spektrum. De számos fémek, különösen alkálifémek, fekszik a látható és infravörös része a spektrum.
Minden esetben az a jelenség, amikor az elektron hatására fényt hagy az ügyet külső fotoelektromos hatás.
Egy speciális csoportját szerek (például, szelén), amely alatt a fény hatása megváltozhat a vezetőképessége (előfordulása fényvezető jelenség). Elektronikus elnyelésére fénykvantumot, nem hagyja, hanem azért, mert a megszerzett energia megy a kitöltetlen régióban, és ezáltal az elektromos vezetőképesség anyag. Ezt a jelenséget nevezik a fotoelektromos hatás belső.
Eszközök, amelyekben a technikai alkalmazásában a fényelektromos hatás, ismert napelemek.
Ebben a tanulmányban azt vizsgáljuk a vákuum fotocella külső fotoelektromos hatás. Az ilyen, a fénysorompót egy lyukacsos üveghengerbe, ahonnan a levegő kimerül. Az egyik felét a belső felület bevonva egy réteg antimon, cézium, kálium és nátrium (SbKaNaCs). A kapott vegyületet, és így ez szolgál a fotokatód amelyek alacsony elektron kilépési munka. Ez csatlakozik a negatív külső áramforrás. Az anód egy vékony fém hurkot vagy háló közepére helyezzük a ballon. Az anód csatlakozik a pozitív külső áramforrásra.
Sematikus kapcsolási rajz a fotocella a látható elektromos kapcsolásban is.2 p.
Ha a katód K és irányítsa a fénysugarat, hogy csatolja az anód-katód feszültség U. majd az elektronok kivesszük a megvilágított fény a katód és gyorsított az elektromos mező által, repül az anód.
Így a jelenlegi jelenik meg a lánc, az úgynevezett fotoáram, amely mérhető milliammeter m A. A fotoelektromos arányos a beeső fényáram a katód.
A fotoelektromos együtt növekszik feszültséget. A függőség a jelenlegi az anód feszültségét állandó fényáram nevezzük az áram-feszültség jellemző a fotocella. Nagysága a jelenlegi, a továbbiakban egy lumen fényáram, az úgynevezett fénysorompó érzékenységét.
A vákuumos fotocellák, kiindulva egy bizonyos értéket az anód feszültség, áram leáll a további növekedést. Ott jön egy telítettségi állapotát a fotocella. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az összes emittált elektronok a katód felől az anód esik teljesen.
Azonban, a fotoáram az áramkörben, és hiányában között egy elektromos teret az anód és a katód, ha a fotocella megvilágítottak. Emittált elektronok a katód az intézkedés alapján a fény, egy bizonyos mozgási energiát. Ezért, annak érdekében, hogy a fék a mozgás, alkalmazni kell az elektródák akadályozó a potenciális különbség (negatív feszültség), azaz a katód alkalmazni pozitív potenciál és az anód # 150; negatív. Minél több akadályozó potenciál közötti különbség az anód és a katód, a kevésbé az elektronok eléri az anód, annál kisebb lesz milliamp aktuális.
Egyes értéke potenciál különbség még a leggyorsabb elektronok nem jutnak az anód, nincs áram az áramkörben. rendelkezése a
Az értéket U G nevezzük retenciós potenciális különbség.
Így Stoletov tanulmányozta a törvények a fotoelektromos hatás a telepítéssel (2. ábra), arra a következtetésre jutott:
- A maximális kiindulási sebessége fotoelektronok független a beeső fény intenzitása és esetben csak annak gyakorisága (lineárisan növekszik a frekvencia).
- telítettség fotoáram arányos a fényáram.
- Minden anyag van egy minimális sebességet, amely alatt a fotoelektromos hatás figyelhető meg.
Einstein egyenlet (1) azt mutatja, hogy egy akadályozó potenciál különbség gyakoriságától függ beeső fény a napelem, azaz
Akadályozó esetleges különbségek a különböző hullámhosszú fényt 1. és 2., illetve:
Kivonása a (4) (5), megkapjuk
Így, ismerve a késedelem potenciálok frekvenciák 1. és 2. lehet számítani Planck-állandó h.
Továbbá, ismerve a Planck-állandó és a frekvencia a beeső fény, ez lehet számítani az elektron kilépési munkáját a fém:
ahol U s # 150; késleltető potenciális vonatkozó megfelelő frekvencia .
Minden mérést a telepítéskor FPC 10 álló két blokk kábel köti össze: a mérőkészülék és a kutatás tárgyát.
A vizsgálat tárgya magában foglalja a megvilágító (spektrális higanylámpával) tápegységgel interferencia szűrőket 1-4, és a fény vezérlő eszköz. Csatolni kell a szervezet a fotoáram erősítő, a cserélhető fotodetektorok F-8, amely fel van szerelve egy felső fedelet, és az F-25. Amikor telepíti őket fényérzékelők vételi ablak egy vonalban van a kijárat ablak a jelzőfényt. Az oldalsó fedél egyensúlyt erősítő elrendezve szabályozók erősítő „durva” és „pontosan”.
A mérőberendezés mérését teszi lehetővé a jelenlegi fénysorompó, telepítve van a tárgy szerinti vizsgálat megállapítása és mérje meg a tápfeszültséget a fényérzékelő és végre rendszer ellenőrzési funkciók (beleértve beállításával előre vagy hátra módok mérés). A közvetlen módban, a feszültség mérési tartománya 0 és 40 V, fordított 0 és -2.5 V, gombok „+”, „-” és a „mentesítés” arra használjuk, hogy állítsa be a feszültséget a fényérzékelőt, és visszaáll nullára. Mutatók és mA vannak, amelyek jelzik a feszültség és a fotoelektromos fényérzékelő a folyamatban.
Így, a fejezési művelet elve mérésén alapul a jelenlegi keresztül a napelem, amikor a polaritása és nagysága az alkalmazott feszültség hozzá, és a változó nagyságát és spektrális összetétele a megvilágítás a fotocella katód.
Az, hogy a teljesítményt.
- Állítsa be a vizsgálat tárgya fotodetektor fénysorompó F-8. Engedélyezése mérőeszközzel. Miután egy 5 perces meleg rendezi „nullázás” a kutatási létesítmény létrehozása nulla értéket a kijelzőn uA mérőeszközzel. Ugyanakkor a dobon szűrőket kell „0”. Ebben a helyzetben nincs szűrő.
- Tartalmazza a vizsgálat tárgya és így a lámpatest felmelegedni 15 percig.
- A gomb „közvetlen inverz” gombot a közvetlen feszültség mérést.
- Adja meg a szűrő №1.
- A feszültség változtatásával 0-40 V a billentyűk „+” vagy „-” olvasni fotoáram olvasás az indikátorral „uA”. A mérési eredményeket a tablitsu1.
- Miután befejezte a mérést közvetlen módban, nyomja meg a „reset”. Amikor ez a feszültség visszaáll nullára. Ezután kattints a „közvetlen inverz” gombot a fordított mérésmódot. A tartomány a feszültség változás fordított mód 0 -2,5 V. A mérést a fotoelektromos, amíg fotoáram nem fogadja a null értéket. A feszültség U s zár. A méréseket az alacsonyabb U nem ajánlott.
- Utasítása szerint a tanár, hogy állítsa be az új napelem és a megfelelő szűrők. Végezze mérés szerint p.3-6. A kapott eredményeket a tablitsu1.
- A képlet szerint (6) kiszámításához a Planck-állandó h.
- A (7) képletű értékének kiszámításához a kilépési munkát A (elektron V) különböző hullámhosszokon.
1. Milyen hatással van a külső és belső fotoelektromos hatás?
2. Fogalmazza törvények Stoletov és magyarázza őket szempontjából a kvantumelmélet a fény.
3. Vedd az Einstein-egyenlet és magyarázza a fizikai jelentése, hogy a külső, a fotoelektromos hatás.
4. Mi a „vörös szélén a fotoelektromos hatás”?
5. Magyarázza meg a természet a lassító képességét és függ a sugárzás hullámhossza.
6. Mi a függőség a fényáram a megvilágítás a katód? Magyarázni szemszögéből kvantum ötleteket a világon.
7. Gyakorlati alkalmazása fotocellával.
a laborba száma 14