Әдістемелік нұсқаулық

Жұмыстың мақсаты:
Вакуумды фотоэлементтің жарықтық және вольт-
амперлік сипаттамасының түсірілуі.
Қысқаша теория
Түскен жарық ықпалынан заттан электрондардың бөлініп шығу 
құбылысын фотоэлектрлік эффект деп атаймыз. Фотоэффект құбылысын 
1888 ж. орыс физигі А.Г.Столетов(1839-1896) тереңірек зерттеді.Мұндай 
құбылыстар сыртқы фотоэлектрлік құбылыстар деп аталады.Сыртқы 
фотоэффект құбылысы үшін Столетов мынадай үш заң тағайындады:
1.Фотоэлектрондардың алғашқы максимал жылдамдығы фотокатодқа 
түскен жарықтың интенсивтігіне тәуелді болмай, тек жарықтың тербеліс 
жиілігіне байланысты анықталады.
2.Бірлік уақыт ішінде катодтан бөлініп шыққан фотоэлектрондар саны 
түскен жарық интенсивтігіне пропорционал болады(өйткені қанығу тогі 
жарық ағыны қуатына пропорционал).
3.Кез келген заттың әлі де болса фотоэффект құбылысын қоздыра алатын 
жарық жиілігін υ фотоэффектінің қызыл шекарасы деп атайды. 
Сонымен фотоэлектрондардың кинетикалық энергиясы жарықтың
тербелістер жиілігіне тәуелді болады, өйткені катодқа түскен жарықтың
тербеліс жиілігі көп болса, электрондардың жылдамдығы да соғұрлым көп
болады.
Енді фотоэлектрлік құбылыстың сыртқы фотоэффектіден басқа да түрлері
бар, енді соларды қарастырайық.
Ішкі фотоэффект мазмұнын былайша түсіндіруге болады: кристалдарға
немесе жартылай өткізгіштерге жарық сәулелері түскенде жарық жұтылады
да, олардың құрамындағы кейбір электрондар сыртқа ұшып шықпағанымен,
босанып,толы зоналардан өткізгіштік зоналарға ауысып қозғалады. Осының
нәтижесінде жартылай өткізгіштердің электрлік кедергісі кемиді де, электр
өткізгіштігі артады. Олай болса, жарық әсерінен кедергісі кемитін жартылай
өткізгіштер фотокедергілер деп аталады.
Вентильдік фотоэффектіде сыртқы фотоэффект сияқты жарықтың әсерінен
заттың бетінен фотоэлектрондар бөлінеді, бірақ олар сыртқа ұшып шықпай,
тек тежеуіш қабат деп аталатын өте жұқа қабаттан бір беткей ғана өтеді де,
сол қабаттың үстіне орнатылған металл пластинаны зарядтайды, сөйтіп
фотоэлектрондар тежеуіш қабаттан кері қарай өте алмайды. Ал жарық
түскенде жартылай өткізгіш пен металл пластина аралығында электр өрісі
болмайды.
Эйнштейннің пікірінше әрбір фотоэлектрондар тек бір фотон энергиясын
жұта алады.Сөйтіп жұтылған фотон энергиясы (hυ) фотоэлектронды металл
бетінен бөліп шығаратын шығу жұмысына (А
ш
) және оның кинетикалық
энергиясына айналады. Олай болса, Эйнштейн теңдеуі мына түрде
жазылады:
hυ=A
ш
+mv
2
/2.

Егер жарықтың жиілігі υ белгілі бір минимал υ
с
мәнінен артық болса
ғана, кез келген зат үшін фотоэффект байқалады. Фотоэлектронды металдан,
оған кинетикалық энергия берместен бұрын шығарып алу үшін, А
ш
шығу
жұмысы істелуі керек. Олай болса жарық квантының энергиясы бұл
жұмыстан артық болуға тиіс:
Ћυ
с
>А
ш
.
Сөйтіп шектік жиілік υ
с
-фотоэффектінің қызыл шекарасы деп аталады. Оны
мына өрнек арқылы жазамыз:
υ
с
=А
ш
/h.
Шығу жұмысы (А
ш
) заттың тегіне тәуелді. Сондықтан түрлі заттар үшін
фотоэффектінің шектік жиілігі (υ
с
) түрліше болады. 
Электрлікте жарық сигналын түрлендіретін сәуле шығаратын қабылдағыш
фотоэлемент деп аталады. Сыртқы фотоэффект вакуумды фотоэлементтің
әрекет жасау принципінің негізіне қойылған. Вакуумды фотоэлемент фотокод
қызметін атқаратын фотоэлектрлік сезгіш қабат 2 және анод қызметін
атқаратын электрондар коллекторы 3 ішкі қабырғасына 
қойылған шыны баллоннан 1 тұрады. Баллонда 
10
7

мм сын.бағ. қысымы кезінде вакуум 
пайда болады. Егер фотоэлементке кернеуді 
қоссақ, онда фотокодтың жарықталуы кезінде 
тізбекте ток пайда болады. Сыртқы фотоэффектілі 
фотоэлементтердің негізгі сипаттамасы мыналар 
болады: 
1. Интегралды S=∂I
Ф
/∂Ф және спектралды S

=∂I
Ф
/∂Ф
А
сезімталдылық.
( ∂Ι
Ф
– жарық ағынының ∂Φ өлшеміне өзгеру арқасында болатын
фотоағынның өзгерілуі, ∂Ф
А
–толқын ұзындығы λ монохроматты ағынның
өзгерісі.
2. Жарықтық сипаттама –фототоктың жарық ағынына тәуелділігі
(фотоэлементтегі кернеу тұрақты болған кезде). 
3. Вольт-амперлік сипаттама—фототоктың фотоэлементтегі кернеуге
тәуелділігі (тұрақты жарық ағыны кезінде).
Вакуумды фотоэлементтің маңызды артықшылығы- ол оның жоғарғы
тұрақтылығы және жарық ағынының фототокпен сызықты байланысы.Бірақ
олардың сезімталдылығы үлкен емес (жарық ағынының 1лм-ге 20-100 мкА
шегінде). Фотоэлементтерді техникалық қолданудың көптеген жағдайында
ең алдымен фотоэлементтердің өзіндегі әлсіз фототоктарды күшейтуде
қажеттілік туады. Төмен қысымда (10
2

мм сын.бағ.) фотоэлемент қандай да
бір инертті газбен толтырылады. Катодтың әсерінен болған фотоэлектрондар
электр өрісінен үдемелі қозғала отырып, газ молекулаларын иондау
арқасында ток күшейеді, бұдан жаңа электрондар пайда болады.Газға
толтырылған фотоэлементтердің сезімталдылығы бірнеше есе жоғары, бірақ
олар үлкен инерттілікке және сызықты емес вольт-амперлік сипаттамаға ие

болады. Қосымша электрондардан екінші ретті электронды эмиссия
көмегімен алынған бастапқы фототоктың басқа күшею әдісі фотоэлектронды
көбейтінділер (ФЭК) деп аталатын құрылғы негізінде жатыр. Осындай 10-15
электрод болуы мүмкін. Мұндай жүйенің күшейткіш коэффициенті 10
7
–10
6
–ға жетеді, ал ФЭК-нің интегралды сезімталдылығы 1 люменде 1000-даған
амперге жетеді. Бұл азды жарық тіркеуге мүмкіндік береді. Біркаскадты және
көпкаскадты фотокөбейткіштер қазіргі кезде кең қолданылады.
Жұмыстың орындалу тәртібі:
Вольт-амперлік сипаттаманы алу үшін:
1.Жарықтатқышты фотоэлементтен үлкен емес қашықтықта орналастыру.
2.Анодты кернеуді ақырындап үлкейте отырып, вольтметрдің және
микроамперметрдің көрсеткіштерін таблицаға еңгізу.
3.Жарық көзін үлкен қашықтыққа орын ауыстырып, өлшеулерді қайталау.
4.Вольт-амперлік сипаттаманы құру.
Жарықтық сипаттаманы алу үшін:
1.Екі жарық ағыны үшін қанықты облыстан тұрақты анодтың кернеуін құру.
2.Фотоэлемент пен жарықтатқыштың ара қашықтығын (5-6 есе) өзгерте
отырып, люксметрмен фотоэлемент терезесінің Е жарықталуын өлшеу. Бұл
ара қашықтықтар үшін микроамперметрдің көрсеткішін таблицаға жазу.
3.Әрбір қашықтық үшін жарық ағынын Ф=Е*S формуласы бойынша есептеу,
мұндағы S фотоэлемент терезесінің ауданы.
4.Жарық ағынының барлық элементтері үшін j=I/Ф жарық сипаттамасын
есептеп, х=f(Ф) графигін құру. 

жүктеу/скачать 115,99 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: