Методика вимірювань
Для дослідження закономірностей зовнішнього фотоефекту в роботі досліджуються основні характеристики фотоелемента, в якості якого використовується промисловий фотоелектронний помножувач ФЕП-128.
Вивчаються такі основні характеристики фотоелемента:
1) вольтамперная характеристика - залежність фотоструму i від напруги на фотоелементі U при постійному світловому потоці ;
2) світлова характеристика - залежність фотоструму насичення iн від світлового потоку при незмінній частоті світла ;
3) спектральна характеристика - залежність фотоструму насичення від частоти світла при постійному світловому потоці і постійній напрузі на фотоелементі.
Вольтамперная характеристика фотоелемента
У даній роботі вимірюються вольтамперні характеристики фотоелемента (див. Рис. 1.2) для різних значень частоти падаючого світлового випромінювання . З їх допомогою можна визначити значення замикаючої напруги при різних частотах.
Теоретичну залежність Uз () можна знайти з співвідношень (1.1) і (1.2):
де
Побудувавши експериментальну залежність | Uз (ω) | і порівнявши її з теоретичної залежністю, представленої на рис. 1.3, можна знайти кутовий коефіцієнт нахилу прямої
Визначивши точку перетину експериментального графіка | Uз (ω) | з віссю частот, можна знайти червону кордон фотоефекту 0 і роботу виходу фотокатода
Зауважимо, що плавний вихід фотоструму i на нульове значення (рис. 1.2), обумовлений розкидом фотоелектронів за швидкостями, а також помітний зворотний струм фотоелемента i0. викликаний зовнішнім фотоефектом на аноді, в значній мірі ускладнюють отримання точного значення замикаючої напруги Uз. при якому фототок звертається в нуль.
Світлова характеристика фотоелемента
Світлова характеристика фотоелемента iн () знімається при фіксованій напрузі U. відповідному току насичення iн. Відповідно до закону Столєтова фотострум насичення лінійно залежить від світлового потоку , що падає на фотоелемент, при незмінному спектральному складі світла. Зміна світлового потоку на фотоелементі забезпечується збільшенням або зменшенням ширини вхідної щілини монохроматора.
Слід врахувати, що навіть за відсутності освітлення катода в електричному ланцюзі реального фотоелемента присутній струм IТ. званий темновим. Основною причиною виникнення темнового струму при кімнатних температурах є термоелектронна емісія - випускання електронів нагрітими тілами в вакуум або інше середовище. Величина термоеміссіі залежить від властивостей матеріалу фотокатода, технології виробництва і розмірів фотокатода, а також його температури. Іншими слабшими джерелами темнового струму фотоелемента є: розпад радіоактивних атомів в склі колби, космічні промені, емісія під дією електричного поля і т.д.
Спектральна характеристика фотоелемента
Спектральна характеристика фотоелемента iн () знімається при фіксованій напрузі U. відповідному току насичення iн. Типова спектральна характеристика фотоелемента має максимум на деякій частоті max. залежної від особливостей фотоелемента. Зростання спектральної характеристики на початковій ділянці обумовлено тим, що в міру зростання частоти падаючого випромінювання від 0 до max додатковий внесок починають давати електрони, які мають велику енергію зв'язку в металі. Спад спектральної характеристики при частотах, великих max. викликане тим, що фотострум починає зменшуватися через поглинання падаючого випромінювання вхідним вікном фотоелемента, а також внаслідок зниження ймовірності фотоефекту при збільшенні енергії фотонів.
У табл. 1.2 представлені типові спектральні характеристики реальних фотоелементів з різними фотокатодами.
Інтенсивність випромінювання світлового джерела залежить від частоти. Тому при дослідженні спектральної характеристики фотоелемента необхідно робити відповідні поправки, що враховують розподіл інтенсивності випромінювання в спектрі використовуваного джерела.