Порядок выполнения задания 2.1

На рейтерах оптической скамьи укреплена лампа накаливания и фотоэлемент с запирающим слоем. В качестве осветителя используется лампа накаливания. Фотоэлемент подключается к чувствительному стрелочному микроамперметру. Фотоэлемент должен быть укреплён перпендикулярно к направлению падающих лучей, а его фотоприемная площадка полностью освещена.

1. Установить фотоэлемент на расстоянии 10 см от лампы. Включить лампу сетевым тумблером, записать показания микроамперметра.

2. Последовательно изменить расстояние от фотоэлемента до лампы, передвигая его на 10 см, всякий раз записывая расстояние и показания микроамперметра. Записи ведут при увеличении расстояния и соответствующем уменьшении его, находят среднее значение показаний микроамперметра для каждого расстояния (измерения проводятся не менее трёх раз).

3. Проверить выполнение закона обратных квадратов, построив для этого по экспериментальным данным зависимость I= f(r) и наложив на нее теоретическую кривую

.

Очевидно, что const = r_i²I_i, где r_i и I_i – любая пара экспериментальных значений (так как источник света можно считать точечным только с некоторым приближением, экспериментальные значения лучше взять в достаточно удаленной точке).

Замечание. При проведении измерений следует исключить попадание постороннего света на фотоэлемент.

4. Полученные экспериментальные и расчетные значения занести в табл. 2.1, построить на одном графике экспериментальную и теоретическую зависимости I= f(r).

Таблица 2.1

Контрольные вопросы к заданию 2.1

1. В чём заключается явление внутреннего фотоэффекта? В каких фотоприемниках оно используется?

2. В чем заключается явление вентильного фотоэффекта?

3. Что такое фотоэлементы и каков принцип действия фотоэлемента, используемого в данном задании?

4. Какие фотометрические величины Вам известны?

5. В чем суть закона обратных квадратов?

Задание 2.2 Изучение внешнего фотоэффекта, снятие вольт-амперной характеристики электровакуумного фотоэлемента

Приборы и принадлежности: электровакуумный фотоэлемент; регулируемый источник питания с изменяемой полярностью; микроамперметр; вольтметр; масштабная линейка; осветитель; оптическая скамья.

Цель задания: снятие вольтамперной характеристики газонаполненного фотоэлемента, проверка законов фотоэффекта.

Краткая теория

Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под действием света. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, - фототоком.

На рис. 2.3 показана схема установки для изучения внешнего фотоэффекта в металлах.

Рис. 2.3. Схема установки для изучения внешнего фотоэффекта

Свет падает через окно D, прозрачное во всей исследуемой спектральной области, на поверхность катода фотокатода К, помещенного внутрь трубки, в которой создан вакуум. Характер зависимости фототока I в трубке от разности потенциалов U между анодом А и катодом К при постоянной энергетической освещенности Е_э катода монохроматическим светом изображен на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Зависимость фототока I от разности потенциалов U между анодом и катодом: Е _э= const

Существование фототока при отрицательных значениях U от 0 до – U₀ свидетельствует о том, что фотоэлектроны выходят из катода, имея некоторую начальную скорость и соответственно кинетическую энергию. Максимальная начальная скорость фотоэлектронов mv²_max связана с задерживающим напряжением (задерживающим потенциалом) U₀ соотношением

, (2.4)

где е и m – абсолютные величины заряда и масса электрона.

Фототок увеличивается с ростом U лишь до определенного предельного значения I_н, называемого фототоком насыщения. При фототоке насыщения все электроны, вылетающие из катода под влиянием света, достигают анода. Если n_с – число фотоэлектронов, покидающих катод за 1 с, то I_н = en_с .