Wydajność emisji po odjęciu prądu ciemnego

Rozwiązanie

Oddzielamy sygnał od tła

Prąd wywołany oświetleniem wynosi I_f=180−20=160 nA. Foton ma E_f=1240/450 eV≈2,75556 eV. Zatem E_f/e≈2,75556 V.

Odwracamy rachunek liczby zdarzeń

\eta=\frac{I_f}{P}\frac{E_f}{e}=\frac{160\cdot10^{-9}\ \mathrm A}{4{,}00\cdot10^{-6}\ \mathrm W}(2{,}75556\ \mathrm V)\approx0{,}11022.

Wynik wynosi 11,02%. Jednostki skracają się, ponieważ A·V/W=1. To udział padających fotonów prowadzących do emisji w podanych warunkach, a nie część mocy optycznej zamieniona w użyteczną moc elektryczną.

Słabsze oświetlenie

Nowa moc stanowi 0,80/4,00=0,20 poprzedniej. Część fotoelektryczna spada do 0,20·160=32 nA. Dodajemy niezmieniony prąd ciemny 20 nA, otrzymując 52 nA całkowitego odczytu. Przeskalowanie całych 180 nA dałoby błędne 36 nA.

Skutek pominięcia tła

Użycie 180 zamiast 160 nA zawyżyłoby η w stosunku 180/160=1,125. Otrzymalibyśmy 12,40% zamiast 11,02%. Błąd jest względnie większy przy słabszym sygnale. Odejmowanie tła ma sens tylko wtedy, gdy jego wartość w porównywanych warunkach pozostaje taka sama; nie naprawia niepełnego zbierania ani nieznanej mocy docierającej do emitera.

Odejmowanie tła też ma niepewność

Jeśli niezależne odczyty prądu przy świetle i bez światła miałyby po 5 nA standardowej niepewności, to niepewność różnicy wyniosłaby \sqrt{5^2+5^2}\approx7{,}07\,\mathrm{nA}. Dla fotoprądu 160 nA byłoby to około 4,42%. Niepewności mocy i długości fali wniosłyby kolejne składniki do η. Oryginalny rachunek wartości η nie jest więc automatycznie rachunkiem jej niepewności.

Powiązana teoria

Moc światła, strumień fotonów i prąd: co właściwie porównujemy?

Dalsza lektura

Materiał referencyjny