Studiul efectului fotoelectric exterior

Studiul efectului fotoelectric exterior

1.Teoria lucrarii

Sub actiunea luminii unele metale elibereaza electroni.Efectul poarta numele de efect fotoelectric exterior.

Studiind dependenta fotocurentului, de caracteristicile fluxului incident si de natura metalului iluminat, Stoletov a stabilit in jurul anului 1888 urmatoarele legi :

- intensitatea curentului fotoelectric este firect proportionala cu fluxul luminos incident;

- viteza fotoelectronilor emisi de metal creste cu frecventa luminii incidente ;

- efectul fotoelectric depinde de lungimea de unda a luminii incidente si are loc numai pana la o lungime de unda maxima care poarta numele de prag rosu al efectului fotoelectric. Lungimea de unda de prag depinde de natura metalului iluminat si e cu atat mai mare cu cat elementul este mai electropozitiv(de exemplu alcaline)

Fig.1 )Schema de montaj a unei celule fotoelectrice, c-celula ;A-anod,K-catod,Rs rezistenta de sarcina, v-voltmetru,A-microampermetru, P-reostat in montaj potentiometric ;S-sursa de tensiune.

Variatiile curentului fotoelectric in circuit produc variatii ale tensiunii pe rezistenta de sarcina Rs care pot fi masurate, amplificate, pot comanda eventual un releu, etc.

Principalele caracteristici ale celulelor fotoelectrice cu vid sunt : caracteristica voltamperica,caracteristica de iluminare si caracteristica spectrala.

   

Fig.2)Familie de caracteristici voltamper obtinute pentru diferite iluminari ( E1 > E2 > E3 )

Forma acestor caracteristici este explicabila. In primul rand se observa ca la o tensiune nula si chiar inversa aplicate celulei (portiunea AB) , curentul fotoelectric desi mic, e diferit de zero. Aceasta se datoreste faptului ca fotoelectronii emisi de catod au anumita viteza ce le permite sa ajunga la anot in absenta campului electric si chiar sa invinga un camp invers, care ii franeaza, daca acesta nu e prea mare. In al doilea rand, pentru cresterea tensiunii aplicate pe celula se observa o crestere rapida a fotocurentului (portiunea BC), dupa care acesta devine practic (portiunea CD) insensibil la variatia tensiunii aplicate pe celula.

2. Aparate necesare

Celula fotoelectrica, generator de tensiune continua stabilizatea, reglabila in domeniul 0-250 V, microampermetru,reostat 0,16 A, 23 400Ω , sursa luminoasa, monocromator, lentile de focalizare, amplificator de curent continuu, stabilizator de tensiune. Ampermetru 0 10 A curent continuu, reostat 10 A, voltmetru electronic.

3. Descrierea instalatiei

Pentru trasarea caracteristicii voltamper si a caracteristicii fotoelectrice, montajul cuprinde celula, cu carcasa protectoare, cuplata la alimentator, dupa o schema de tipul celei din fig.1 . Sursa de lumina in montura ei este plasata in fata celulei la o distanta convenabila.

4. Modul de lucru

se amplaseaza celula in fata sursei de lumina, distanta intre ele se alege de 30-60 cm

se realizeaza schema de alimentare a celulei si masurare a fotocurentului, conform fig.1 utilizandu-se reostatul de rezistenta mare si curent mic

se cupleaza la retea alimentatoarele si se asteapta putin timp pentru intrarea lor in regim termic de echilibru

se aplica pe celula o tensiune incepand de la zero si crescand-o din 5 in 5 volti (intre 0 80 V si din 10 in 10 intre 80 180 V ) se citeste curentul indicat de microampermetru.

Se alege o alta distanta sursa-celula si se repeta de 3-4 ori operatia anterioara. Rezultatele se trec intr-un tabel

5. Trasarea caracteristicii fotoelectice

cu montajul realizat pentru lucrarea precendenta, se calculeaza tensiunea de lucru a celulei care se va aplica pe celula

se plaseaza pe sursa de lumina la o distanta d=40-50 cm, distanta care va corespunde iluminarii etalon Ed.

Se miscsoreaza distanta x, sursa-celula , din 5 in 5 cm si se citeste de fiecare data curentul fotoelectric la microampermetru

Erori :

Sistematice : distanta nu este masurata corect datorita gradajului incorect al riglei

Accidentale : la citirea valorilor, privirea nu cade perpendicular, obinandu-se astfel date eronate