Далее: 3.  Описание установки Вверх: Методические указания для студентов Назад: 1.  Вопросы для подготовки

2.  Краткая теория

Измерение силы света сводится к измерению энергии, приносимой световой волной, или к измерению величин, так или иначе связанных с этой энергией.

Абсолютные измерения световой энергии связаны с большими трудностями, поэтому практические методы световых измерений основываются на сравнении энергии исследуемого источника и эталонного. Все измерения, проводимые при помощи фотометра, относительны. Если в фотометрическом измерении участвует глаз, то фотометрирование сводится к сравнению освещенностей или яркостей.

В этой работе предлагается провести фотометрирование с помощью фотоэлемента с внутренним (в данном случае -- вентильным) фотоэффектом.

Внутренний фотоэффект заключается в освобождении связанных с атомом электронов внутри кристалла полупроводника под действием света, что приводит к увеличению электропроводности полупроводника. К полупроводникам относятся такие вещества, как селен, германий, кремний.

В некоторых полупроводниках имеет место так называемый вентильный фотоэффект. В месте контакта двух полупроводников $p$- и $n$-типа, или контакта металла и полупроводника, возникает запирающий слой, обладающий односторонней проводимостью, в котором образуется равновесная контактная разность потенциалов. При освещении такого полупроводника освободившиеся электроны вызывают изменение контактной разности потенциалов. В результате возникает фотоэлектродвижущая сила (ф.э.д.с.), величина которой пропорциональна интенсивности падающего света. Вентильные фотоэлементы позволяют осуществлять непосредственное преобразование лучистой энергии в электрическую. Под действием света они возбуждают ток во внешней цепи без применения дополнительного источника э.д.с.

Применяемый в работе кремниевый фотоэлемент со специальным покрытием имеет спектральную чувствительность, весьма близкую к спектральной чувствительности среднего человеческого глаза. Это обстоятельство очень важно, так как позволяет использовать этот фотоэлемент для фотометрирования в видимом диапазоне длин волн.

Фотометр состоит из фотоэлемента и микроамперметра. Фотометр такого типа позволяет сравнить силу света эталонного источника с силой света неизвестного источника по величине светового потока, падающего на фотоэлемент. Если токи, возникающие в фотоэлементе от разных источников, одинаковы, то одинаковы и потоки света, падающие на фотоэлемент. Если источник света находится на достаточно большом удалении от фотоэлемента (т.е. линейные размеры источника не превышают $0,1$ расстояния от источника до освещаемой поверхности), то при расчетах можно считать источник точечным. При выполнении этого условия световой поток, падающий на фотоэлемент, равен:

$$\Phi=J\omega=J{S\over r} ,$$

где	$J$	--	сила света источника;
	$\omega$	--	телесный угол, под которым из источника виден фотоэлемент;
	$S$	--	площадь фотоэлемента;
	$r$	--	расстояние от источника до фотоэлемента.

Приравняв световые потоки от двух источников света -- эталонного $\Phi_1$ и исследуемого $\Phi_2$, получим:

$${J_1\over r_1^2} = {J_2\over r_2^2} .$$ (1)

Равенство (1) позволяет определить отношение сил света источников.

В работе одна из ламп является эталонной, сила света ее иэвестна. Сила света другой лампы неизвестна. Тогда, принимая за эталон $J_1$, имеем:

$$J_2=J_1{r_2^2\over r_1^2} .$$ (2)

Для определения расстояний $r_{_1}$ и $r_{_2}$ подбираются такие положения источников и фотоэлемента, чтобы микроамперметр показывал одинаковые значения токов.

Далее: 3.  Описание установки Вверх: Методические указания для студентов Назад: 1.  Вопросы для подготовки