Ответы на контрольные ответы

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

Целью работы является проверка закона Столетова применительно к интегральному фотоэффекту.

 

 

ПРОГРАММА РАБОТЫ

 

1. Установить против окошка О исследуемый фотоэлемент и включить в его цепь гальванометр Г. Проверка производится для двух фотоэлементов – цезиевого Cs и селенового Se.

2. Включить осветитель (лампу Л).

3. Закрепить на валу мотора один из дисков, включить мотор и записать установившееся показание гальванометра в делениях шкалы. Выключить мотор.

4. Повторить описанную операцию со всеми дисками поочередно, а также при отсутствии диска, то есть при интенсивности, равной единице.

5. Установить перед окошком О второй фотоэлемент, переключить гальванометр и измерить зависимость силы фототока от интенсивности светового потока для этого фотоэлемента.

6. По полученным данным построить на одной сетке кривые зависимости силы фототока каждого из фотоэлементов от интенсивности светового потока, выраженной в относительных единицах или в процентах. Силу фототока можно откладывать в делениях шкалы гальванометра. Таблицу для записи данных опыта следует составить самостоятельно.

 

СХЕМА УСТАНОВКИ

 

 

РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ

 

Результаты показаний гальванометра при различной интенсивности светового потока для различных фотоэлементах приведены в таблице 1:

Таблица 1

Интенсивность светового потока	Показание гальванометра для цезиевого Cs фотоэлемента, дел.	Показание гальванометра для селенового Se фотоэлемента, дел.
0.15	0.02	0.10
0.25	0.03	0.16
0.33	0.04	0.20
0.65	0.07	0.42
0.75	0.08	0.47
1 (без диска)	0.12	0.67

 

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

 

По полученным данным (таблица 1) построим на одной сетке кривые зависимости силы фототока каждого из фотоэлементов от интенсивности светового потока, выраженной в относительных единицах или в процентах. Силу фототока откладываем в делениях шкалы гальванометра.

Графики построены с помощью программы Excel.

 

 

ВЫВОДЫ

 

В результате проделанной работы:

- освоена работа на установке по изучению внутреннего фотоэффекта;

- сняты и построены графики зависимостей показаний гальванометра от интенсивности светового потока для двух фотоэлементов различного типа (цезиевого Cs и селенового Se);

- проверено выполнение закона Столетова – полученные характеристики получились линейными; небольшое отклонение от линейности объясняется погрешностями измерений.

 

 

ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

 

1. Что называется внешним фотоэффектом?

Фотоэффектом называется освобождение в веществе носителей тока под действием света. Под внешним фотоэффектом понимают вырывание светом электронов из твердых и жидких веществ.

Механизм этого явления заключается в том, что электрон, находящийся внутри твердого тела, поглотив фотон (световой квант), может приобрести энергию, достаточную для преодоления сил, удерживающих его в твердом теле.

 

 

2. Напишите уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Внешний фотоэффект подчиняется закону Эйнштейна:

,

где – энергия поглощенного фотона (n – частота падающего света, – постоянная Планка);

– максимальная кинетическая энергия электрона массой m со скоростью v;

A – работа выхода, то есть работа, которую должен совершить электрон, чтобы выйти из металла.

Из уравнения Эйнштейна следует, что скорость электрона v в момент вылета определяется частотой падающего света n и не зависит от его интенсивности.

 

 

3. Что такое внутренний фотоэффект?

Внутренний фотоэффект (фотопроводимость) – это увеличение электропроводности полупроводников и диэлектриков за счет возрастания в них числа свободных носителей тока под действием света.

 

 

4. Объясните возникновение фотоЭДС на запирающем слое.

Возникновение электродвижущей силы вследствие внутреннего фотоэффекта вблизи поверхности контакта между металлом и полупроводником или двумя полупроводниками с разными типами электропроводности – это вентильный фотоэффект (фотоэффект в запирающем слое).

Запирающий слой с металлом могут образовать только полупроводники с дырочной проводимостью. Таким образом, запирающий слой образуют два материала, имеющие различные механизмы проводимости: один – электронный, а другой дырочный.

Из-за различной концентрации носителей заряда на границе соприкосновения часть электронов переходит в материал с дырочной проводимостью. Поэтому на границе металл–полупроводник (или двух полупроводников с разными типами электропроводности, n- и p-типа) образуется слой, обедненный носителями заряда, то есть слой с повышенным сопротивлением.

Этот слой называют запирающим слоем. Поле в этом слое направлено так, что любой электрон, подошедший к нему со стороны материала с дырочной проводимостью (полупроводника p-типа), втягивается этим полем. При падении света на полупроводник p-типа в нем создаются пары электрон–дырка. Если эти пары созданы достаточно близко от запирающего слоя, то электроны, попадающие в запирающий слой, переносятся на материал с электронной проводимостью (металл или полупроводник n-типа), дырки же этим полем не втягиваются и остаются в полупроводнике p-типа.

В результате между электродами создается разность потенциалов, вызывающая ток при замыкании электродов на внешнюю цепь. Таким образом, всякий фотоэлемент с запирающим слоем не требует внешней ЭДС и является преобразователем световой энергии в электрическую.

 

 

5. Что устанавливает закон Столетова?

Важнейшим законом фотоэффекта является закон, открытый в 1888–1889 гг. профессором Московского университета А. Г. Столетовым.

Этот закон относится в равной мере ко всем видам фотоэффекта и устанавливает следующее: количество испускаемых в единицу времени электронов или сила насыщенного фотоэлектрического тока пропорциональны при прочих равных условиях интенсивности падающего света.

Под равным условием здесь надо понимать освещение поверхности монохроматическим светом, то есть светом одной и той же длины волны. Интенсивность света по квантовой теории – это физическая величина, равная числу квантов, падающих за 1 с на единицу площади.

Пропорциональная зависимость между силой фототока и интенсивностью света позволяет использовать фотоэлементы для целей фотометрии – регистрации и измерения световых потоков, освещенности и других величин, а также в сигнализационных, автоматических и телемеханических устройствах, телевидении, звуковом кино, солнечных батареях.