В данном задании вам необходимо исследовать свойства солнечного фотоэлемента, как источника электрической энергии. В качестве Солнца, используйте фонарик. Чтобы избежать излишней разрядки батареек фонарика, включайте его только во время проведения измерений. Фонарик и фотоэлемент закрепляйте на столе с помощью пластилина. Следите, чтобы панель фотоэлемента все время была полностью освещена светом фонарика. Если во время измерений изменится взаимное положение фонарика и солнечного элемента -- измерения придется проводить сначала. Во время проведения измерений фонарик и фотоэлемент закрывайте от внешнего света картонной папкой.

Для проведения измерений используйте электрическую цепь, схема которой показана на рисунке. С помощью этой цепи Вы можете измерять, как сопротивление переменного резистора (для этого мультиметр переключить в режим омметра), так и напряжение на нем (переключив мультиметр в режим вольтметра). Правильно выбирайте диапазоны измерений.

Немного о фотоэлементе.

Основная часть фотоэлемента -- два слоя полупроводников типа и типа (так, называемый переход). Под действием света происходит разделение носителей зарядов в этих слоях, в результате чего, возникает ЭДС.

Электрические свойства фотоэлемента подобны свойствам обычного полупроводникового диода. В частности, зависимость силы тока через диод нелинейно зависит от напряжения на нем, как схематически показано на рисунке (при небольших токах)

При обратном подключении сила тока через диод практически равна нулю.

Непосредственно Вы можете измерять сопротивление переменного резистора и соответствующее напряжение на нем . Для анализа работы Вам предстоит рассчитывать силы токов и мощности, выделяющиеся на переменных резисторах.

1. Запишите формулы, позволяющие по измеренным значениям сопротивления резистора и напряжения на нем рассчитывать силу тока в цепи и мощность, выделяющуюся на резисторах.

Все измерения необходимо провести при двух значениях расстояния между фотоэлементом и фонариком. Для имитации дневного освещения фонарик расположите на расстоянии нескольких сантиметров от фотоэлемента. При этом напряжение на резисторе при его максимальном сопротивлении (примерно 22 кОм) должно быть не меньше 1,9 В.

Для проведения «вечерних» измерений отодвиньте фонарик, так чтобы напряжение на резисторе (опять 22 кОм) лежало в диапазоне 1,3 -- 1,5 В.

Используйте максимальный диапазон изменения сопротивления (используйте оба переменных резистора). В таблице результатов укажите, какие резисторы Вы использовали для проведения измерений.

Обозначьте:

1 -- использован резистор 22 кОм;

2 -- использован резистор 5,0 кОм;

3 -- использованы оба резистора (последовательно).

Рекомендуем сначала провести все измерения «днем», а потом все измерения «вечером».

2. Проведите в максимально широком диапазоне измерения зависимости напряжения на резисторе от его сопротивления .

3. Для каждого измерения рассчитайте значения силы тока и мощности на резисторе . Результаты занесите в Таблицу. Используйте указанные в таблице единицы измерения.

4. На одном бланке постройте нагрузочные характеристики фотоэлемента -- зависимость напряжения на резисторе от силы тока через него .

5. Дайте качественное объяснение полученным зависимостям: почему при малых токах напряжение слабо зависит от силы тока. Дайте качественное объяснение зависимостей при малых сопротивлениях. Можете предложить примитивную модель работы фотоэлемента -- несколько формул не помешают.

6. Постройте графики зависимости мощности от сопротивления нагрузки .

7. Укажите, при каких сопротивлениях достигается максимальная мощность. Кратко объясните, почему эти значения различаются «днем» и «вечером».