Задание №1. Регистрация вольтамперных характеристик фотоэлемента в режиме ускоряющего потенциала

Измерения вольтамперных характеристик фотоэлемента следует провести для трех различных участков спектра видимого излучения, используя или лампу накаливания, или ртутную лампу. В случае ртутной лампы обеспечивается сравнительно хорошая монохроматичность излучения (ширина линии ≈ 10 Å), но дуговой разряд в этой лампе не стабилен во времени, что затрудняет проведение измерений. В случае лампы накаливания обеспечивается высокая стабильность интенсивности излучения, но для нее характерна большая ширина спектра излучения, поступающего на фотоэлемент. При использовании ртутной лампы в качестве реперных точек следует использовать спектральные линии со следующими длинами волн:

Цвет линии	, нм
ярко-красная	623,44
жёлтый дублет	579,06 576,96
ярко-зелёная	546,07
тёмно-зелёная	491,60
ярко-синяя	435,83
ярко фиолетовая	404,66

1. Перед началом работы ознакомиться с описанием наноамперметра, используемого в работе, и инструкцией по его эксплуатации.

2. Установите переключатель блоков питания в разомкнутое положение.

3. Включите блоки питания и измерительные приборы тумблерами «Сеть» для не менее чем трёх минутного прогрева.

4. Проверьте установку режимов работы наноамперметра.

Должно быть установлено:

Режим работы – измерение постоянного тока

Диапазон измерения – 10000 нА

5. После не менее чем трёхминутного прогрева наноамперметр проверьте установку его нуля при нулевом напряжении на фотоэлементе и закрытой задвижке фотокатода фотоэлемента. Для этого:

а) выключить блоки питания.

б) закрыть фотокатод фотоэлемента;

6. Включить лампу накаливания. Внимание! Первое включение лампы накаливания выполняет лаборант или преподаватель! Самостоятельное включение категорически запрещено!

Перед включением лампы накаливания включите вентилятор охлаждения лампы.

Внимание! Выключение лампы накаливания производится в обратном порядке. Выключить вентилятор можно только после пятиминутного охлаждения лампы накаливания.

7. Включите тумблер «Сеть» на панели монохроматора SPM-2. Вращая рифлёную ручку 27 (описание монохроматора SPM-2 в Приложении 5) установите по шкале монохроматора длину волны, соответствующую зеленой части спектра = 540÷490 нм.

8. Подключите лабораторный источник питания. Перевести тумблер в положение ускоряющего напряжения.

9. На дисплее установите максимальное ускоряющее напряжение (примерно 20÷25,5 В) и подберите интенсивность светового потока изменением ширины входной и выходной щелей монохроматора SPM-2 так, чтобы лабораторный блок питания показывал не более 10000 нА. Эта операция исключает возможность «зашкаливания» комбинированного прибора лабораторного блока.

10. На цифровой панели лабораторного блока установите минимальное напряжение 1В и внимательно снимите усреднённое показание наноамперметра.

11. Затем сделайте отсчёты значений тока, увеличивая ускоряющее напряжение через 1 В до 9 В и далее при 10, 15, 20, 25 вольтах. Данные занести в таблицу 1. Такие же измерения проведите для желтой части спектра ( = 570÷480 нм.) и фиолетовой ( = 400 ÷ 450 нм), либо синей ( = 430÷440 нм).

Конкретные значения длин волн задаются преподавателем. По результатам измерений постройте графики зависимости тока от напряжения для трех длин волн (три кривые на одном графике).

Таблица 1

	, В				…...					……
, мкм.	, нА
, мкм.	, нА
, мкм.	, нА

12. Экстраполируя прямолинейный участок вольтамперных характеристик, определите напряжение (рис. 100) для используемых длин волн.

13. Определите напряжение , при котором достигается насыщение фототока (начало прямолинейного участка кривой параллельного оси напряжения).

14. Определите запирающее напряжение по формуле . Данные занесите в таблицу 2.

15. Рассчитайте постоянную Планка. Постоянная Планка определяется по результатам двух измерений запирающего напряжения

Задание №2. Определение работы выхода катода и красной границы фотоэффекта методом запирающего потенциала. Оценка постоянной Планка

Определение работы выхода катода и красной границы фотоэффекта выполняется по графической зависимости запирающего напряжения от частоты света. Для построения графика зависимости величины запирающего потенциала от частоты (или длины волны) необходимо:

1. Выполнить последовательно пункты 1÷7 по заданию № 1

2. Перевести тумблер в положение запирающего напряжения.

3. Открыть задвижку фотоэлемента и, вращая рифлёную ручку 28 монохроматора SPM-2, установить длину волны излучения в ультрафиолетовой части спектра (0,400÷0,450 мкм). При этом наноамперметр должен показывать ток в интервале 20÷60 нА

4. Увеличивая задерживающий потенциал на аноде фотоэлемента набором напряжения на цифровой панели лабораторного блока, начиная с минимального значения 0,1В, с шагом 0,1 В, добиться нулевого значения тока.

5. Зафиксируйте величину запирающего напряжения , и занесите его значение в таблицу. Измерения выполните не менее трёх раз для установленной длины волны. Определите среднее значение запирающего потенциала для данной длины волны.

6. Выполните измерение запирающего напряжения для не менее чем пяти значений длин волн; в синей, зелёной, жёлтой, оранжевой и красной областях спектра. Результаты занесите в таблицу.

7. Постройте график зависимости – запирающего напряжения от частоты света.

Таблица 2

	, мкм.	, В.	, с-1
			, В.
			, В.
			, В.
			, В.
			, В.

8. Экстраполируя график , определите работу выхода и граничную частоту . С целью проверки надежности полученных результатов определите постоянную Планка . и сравните её с табличным значением.

9. Оцените погрешности измерений работы выхода , граничной частоты , и постоянной Планка .