фізика 1/20

 07.10.2022

Уроки 11, 12

Тема. Розв'язування задач на рівняння фотоефекту. Застосування фотоефекту. Сонячні батареї.

Завдання:

1. Переглянути відеоуроки, нище за посиланням
2. Записати задачі в зошит
3. Записати конспект в зошит
4. Відповісти на запитання в зошиті

https://www.youtube.com/watch?v=5tffPhHOep4

https://www.youtube.com/watch?v=AOq7e8_TdzI

https://www.youtube.com/watch?v=7AyhWLdTfKg

Застосування фотоефекту

Фотоефект широко використовується в науці та техніці:

• для реєстрації та вимірювання світлових потоків;

• для безпосереднього перетворення енергії світла в енергію електричного струму;

• для перетворення світлових сигналів в електричні.

Прилади, дія яких ґрунтується на використанні фотоелектричного ефекту, називають фотоелементами. Залежно від видів фотоефекту створено фотоелементи із зовнішнім фотоефектом (вакуумні та газонаповнені) і внутрішнім (фотоопори і вентильні фотоелементи).

Вакуумний фотоелемент – це відкачаний скляний балон, частина внутрішньої поверхні якого покрита шаром металу, що відіграє роль фотокатода. Як анод використовують металеве кільце або рідку сітку, що також міститься всередині балона. Фотоелемент вмикають в коло акумуляторної батареї. При освітленні катода з нього внаслідок зовнішнього фотоефекту вибиваються електрони і в колі виникає фотоелектричний струм. Значення ЕРС батареї беруть таким, щоб фотострум дорівнював струму насичення. Залежно від спектрального складу світла використовують фотоелементи, катоди яких виготовлені з різних матеріалів. Інтегральна чутливість вакуумних фотоелементів, яка дорівнює відношенню фотоструму насичення до світлового потоку, що падає на катод, не перевищує 150 мкА/лм. Фото-струм насичення та інтегральну чутливість можна значно збільшити, заповнюючи балон фотоелемента розрідженим інертним газом (звичайно аргоном при тиску від 0,01 до 0,1 мм. рт. ст.). Такі фотоелементи називають газонаповненими. Більша чутливість газонаповненого фотоелемента порівняно з таким самим вакуумним обумовлена збільшенням числа носіїв струму внаслідок ударної іонізації молекул газу електронами. Проте газонаповнені фотоелементи менш стабільні в роботі та мають більшу інерційність, ніж вакуумні. Для підсилення фотоструму часто використовують фотопомножувачі, дія яких ґрунтується на явищі вторинної електронної емісії.

Напівпровідникові фотоелементи з внутрішнім фотоефектом, або фотоопори, мають значно більшу чутливість, ніж описані фотоелементи, в яких використано зовнішній фотоефект. Наприклад, чутливість фотоопору сульфіду кадмію може досягати 1 А/лм. Фоторезистори (фотоопори) широко застосовуються для виявлення і вимірювання інфрачервоного та інших видів випромінювання. На відміну від фотоелементів із зовнішнім фотоефектом, які мають односторонню провідність, фоторезистори проводять струм в обох напрямках. Основний недолік фотоопорів – їх велика інерційність, яка зростає із збільшенням чутливості.

Широко застосовуються вентильні фотоелементи, дія яких ґрунтується на вентильному фотоефекті. До їх числа належать кремнієві, германієві, селенові та інші фотоелементи. Вентильні фотоелементи дають можливість безпосередньо перетворювати променисту енергію в електричну, оскільки під дією освітлення вони збуджують електричний струм у зовнішньому колі без застосування якого-небудь додаткового джерела ЕРС. Інтегральна чутливість цих фотелементів значно більша, ніж у фотоелементів із зовнішнім фотоефектом. Наприклад, максимальна інтегральна чутливість при освітленні еталонним джерелом із температурою 2840 К у селенового фотоелемента дорівнює 600 мкА/лм, у германієвого – 30000 мкА/лм. Вентильні фотоелементи широко застосовуються у фотометрії для вимірювання світлових потоків. Кремнієві та деякі інші вентильні фотоелементи використовують для виготовлення “сонячних” батарей, які перетворюють енергію сонячного світла в електричну. Кремнієві “сонячні” батареї використовують, наприклад, для живлення радіоапаратури на штучних супутниках Землі та автоматичних міжпланетних станціях. Їх коефіцієнт корисної дії досягає 15 %.

Контрольні запитання

1. Яке явище називають фотоелектричний ефект?

2. Від чого залежить величина фотоструму насичення? Наведіть приклад вольт-амперної характеристики для фотоелектронів.

3. Що таке робота виходу електронів? Від чого вона залежить?

4. Чим визначається максимальна кінетична енергія фотоелектронів?

5. Яке застосування фотоефекту в науці та техніці?

https://www.youtube.com/watch?v=jUTMVBn8lrg