33 Bernady 2.doc

Zastosowanie Fotoogniwa do Pomiarów Fotometrycznych

Odróżniamy trzy główne rodzaje zjawisk fotoelektrycznych:

a)     zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne, polegające na emisji elektronów przez ciała naświetlane promieniowaniem elektromagnetycznym o dostatecznie dużej energii kwantów E = hn. Prawa rządzące tym zjawiskiem podał Einstein, a wyzyskano je w budowie fotokomórki;

b)     zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne, które polega na zwiększaniu przewodnictwa półprzewodników pod wpływem naświetlania; zostało ono wykorzystane do budowy fotooporów;

c)    

d)     zjawisko fotoelektryczne zaporowe, polegające na tym, że na powierzchni granicznej między półprzewodnikiem a metalem gromadzą się pod wpływem naświetlania elektrony przewodnictwa. Warstewka ta, zwana warstwą zaporową, przepuszcza elektrony tylko w jednym kierunku. Jednym z rodzajów fotoogniw fotoelektrycznych jest fotoogniwo selenowe.

Górna elektroda jest bardzo cienką warstewką ołowiu napyloną na warstewkę selenu. Selen znajduje się na podstawie żelaznej. Jeżeli obie elektrody ogniwa połączymy obwodem zewnętrznym i oświetlimy półprzezroczystą warstewkę Pb, wówczas w obwodzie popłynie prąd od selenu ku Pb. Mechanizm działania ogniwa jest następujący: pod wpływem światła z warstwy Se wysyłane są elektrony. Powierzchnia styku pomiędzy Pb i Se ma działanie prostujące, pozwala przechodzić elektronom tylko od Se do Pb. W rezultacie wysyłane przez selen elektrony mogą poruszać się poprzez warstwę tylko w jednym kierunku, dając w obwodzie zewnętrznym prąd.

              Za wielkość podstawową przyjmuje się w fotometrii światłość I źródła światła. Jednostką światłości jest 1 kandela [cd]. Jedna kandela jest 1/60 światłości wypromieniowanej w kierunku prostopadłym przez 1 cm2 ciała doskonale czarnego w temperaturze krzepnięcia platyny pod ciśnieniem 1,013×105 [N/m2].

              Strumień świetlny F wysyłany równomiernie we wszystkich kierunkach przez punktowe źródło światła o światłości I w kąt bryłowy w wynosi F = Iw. Wobec tego takie źródło światła wysyła w pełny kąt bryłowy strumień F = 4pI. Jednostką strumienia świetlnego jest 1 lumen [lm]. Jeden lumen jest to strumień świetlny wysyłany w kąt bryłowy równy 1 steradianowi przez punktowe źródło światła o światłości 1 cd.

              Oświetleniem E powierzchni dS, na którą pada prostopadle strumień światła dF, nazywamy

Jednostką oświetlenia jest 1 lux [lx]. Jeden lux jest to oświetlenie, jakie sprawia strumień światła równy 1 lumenowi równomiernie rozłożony na powierzchni 1 [m2].

              Jeżeli przez jednorodny, przezroczysty ośrodek biegnie równoległa wiązka promieni prostopadle do powierzchni płaskorównoległej płyty, ulega ona wówczas osłabieniu zgodnie z równaniem

gdzie:

J0  – gęstość strumienia energii w wiązce wnikającej w płytę, tzn. ilość energii  przechodzącej w czasie 1 s przez powierzchnię 1 m2 przy kącie padania 0° [W/m2]

J    – gęstość strumienia po przejściu przez warstwę ośrodka grubości d

m                      – współczynnik absorpcji [m-1]

Wiązka światła białego jest mieszaniną promieniowań o różnych długościach fali i różnych współczynnikach absorpcji. Promieniowanie widzialne różnych barw jest w szkle w przybliżeniu jednakowo absorbowane, gdyż wiązka światła białego po przejściu przez płytę szklaną pozostaje nadal bezbarwna. Natomiast bardzo skąpe promieniowanie ultrafioletowe i bardzo obfite promieniowanie podczerwone zawarte w świetle żarówki są przez płytki szkła ołowianego paru mm w zupełności pochłonięte. Wynik pomiaru daje nam średni współczynnik absorpcji promieniowania widzialnego.

Wykonanie ćwiczenia

Pomiar 1

Badanie zależności wychylenia galwanometru x od oświetlenia E fotoogniwa. Oświetlenie

gdzie I jest światłością źródła, zaś r jego odległością od fotoogniwa. Zmianę oświetlenia uzyskujemy przez zmianę odległości źródła światła od fotoogniwa, przy stałej wartości światłości źródła I.

Wyniki pomiarów zamieszczam poniżej.