A fotoelektromos hatás és annak alkalmazása - studopediya
Fény hatása csökken anyagot az anyag átviteli energia által átutalt fényhullám, miáltal különböző hatások léphetnek fel. Az egyik a fényelektromos hatás (fotoelektromos hatás).
Jelenleg három fajta a fényelektromos hatás: Külső, belső és fényelektromos (fényelektromos hatás a blokkoló réteget, a fényelektromos hatás, vagy a szelep). Az alkalmazási területek a fotoelektromos hatás a következő:
1) automatikus fotoelektron Telemekhanika amelyben különböző kombinációi fotoelektromos eszközök és erősítők, válaszul fényjeleket, hatással van az ellenőrző és szabályozó rendszerek különböző energia, az ipari járművek és növények;
2) mérése fényerősség és megvilágítás (luxmeters) és a hőmérséklet (pirométerek);
3) adóvevők, műholdas, optikai adókészülék, látás a sötétben infravörös sugarak, stb
A külső fotoelektromos hatás a kibocsátott elektronok fémfelület a külső térbe (vákuum vagy gáz) hatása alatt beeső fény ezen a felületi energia fluxus.
Tapasztalati úton azt állapították meg a három törvény a külső fotoelektromos hatás:
1. Egy fix frekvenciájú sugárzás elektronok száma (fotoelektronok) kilökődik a fém felületén egységnyi idő egyenesen arányos a sűrűséggel, a fényáram.
2. A legnagyobb kezdeti mozgási energiája a fotoelektron gyakoriságától függ a beeső fény és nem függ az intenzitása.
3. Minden egyes fém létezik fotoelektromos küszöböt, t. E. maximális hullámhossza # 955; 0 (minimális frekvencia # 957; 0). Több, amelyben a fotoelektromos hatás lehetséges, függetlenül a fényáram sűrűsége és időtartama a besugárzás.
Megmagyarázni Einstein fotoelektromos jog feltételezte, hogy a fény hullám energia áramlását nem folyamatos, és képviseli az áramlás diszkrét részeinek energia, az úgynevezett fotonok vagy fotonok.
A fotonenergia megfelelő fény egy frekvencia # 957;, jelentése:
ahol h = 6,62 · 10 -34 J × s - Planck állandó.
Foton, szemben az elektronok a fém, ad neki minden szabad energiát. Ha ez az energia elég nagy, az elektron képes leküzdeni a gazdaságban fém ereje és kijutni a fém. Ebben a folyamatban, eleget tett a törvény az energiamegmaradás, amely felírható:
ahol - a maximális mozgási energiája a kilökött elektron, Avyh - kilépési munka (munka egy elektron legyőzzük az erőket tartva a mennyiség a fém). (2) egyenlet az úgynevezett Einstein egyenlet a fényelektromos hatás. Ez teljes mértékben megmagyarázza az összes funkcióját a külső fotoelektromos hatás.
Tól képletű (2), hogy amikor a kilépési munka meghaladja Avyh hn fotonenergia, elektron nem léphet túl a fém. Következésképpen, a megjelenése a fotoelektromos hatás, a következő feltétel: hn ≥ Avyh. Ez magyarázza a jelenléte a vörös él, azaz maximális hullámhossza # 955; 0 vagy a minimális frekvencia # 957; 0 = Avyh / h, ami a fényelektromos hatás is lehetséges. mert # 957; 0 = C / # 955; 0. az
ahol c = 3 × 10 8 m / s - a fénysebesség vákuumban.
Külső PhotoEffect használt vákuumban fénysorompók (1. ábra a). A belső felületét a henger borított vékony réteg a fém. Ez a réteg körülbelül 50% belső felületének a henger és a katód (fotokatód). Ellene hagyott átlátszó ablak általában kvarcüveg, amelyen keresztül a fény belép a katód. Az anód egy keret alakú, és úgy van elhelyezve, hogy ne akadályozzák a behatoló fény, hogy a katód. Áramkör a napelem látható 1b.
Ábra. Ábra az 1a. Ábra az 1b. 2
A katód K és az anód A létrejön állítható potenciométer R potenciális különbség - U feszültség, mért a voltmérő V. A jelenlegi intenzitása I, között áramló az anód és a katód határozzuk milliammeter (mA). Amikor megvilágított fénysorompó kezdődik elektronok emisszióját a katód és az aktuális felmerül az áramkörben, az úgynevezett a fotoáram. A 2. ábra az áram-feszültség jellemző vákuum fénysorompó. Amint a grafikonon látható, első fotoáram lineárisan növekszik az anód feszültség, mert egyre több emittált elektronok a katód éri el az anód. Egy bizonyos anódfeszültsége összes fotoelektronokat sújtotta az anód és a további növekedés a feszültség az áramerősség nem változik. Ez az áram az úgynevezett telítési áram. Az erőssége a telítési áram Ir egyenesen arányos a beeső fényáram F:
ahol # 947; - az érzékenység a fénysorompó.
Megkülönböztetése elválaszthatatlan és spektrális érzékenysége a napelem. Integrál fotocella érzékenység jellemzi a képessége, hogy válaszoljon a hatását a fényáram komplex sugárzás. Meghatározza az erejét a spektrális érzékenységét a fotoáram kitett monokromatikus fény fluxus (fényében egyetlen hullámhosszon). Érzékenység fotocellák vákuum eléri a 100 mA / lm.
A külső fotoelektromos hatás használják fotoelektron-sokszorozó (PMT) és elektro-optikai konverterek (EOC). PMT mérésére használják alacsony intenzitású fényáramokra. Ezeket fel lehet használni, hogy meghatározzuk a gyenge biolumineszcenciával. EOC használnak a gyógyászatban, hogy fokozza a fényerőt a röntgenkép, a termográfia - átalakítani infravörös sugárzást látható fénnyé.
Belső fotoelektromos hatást nevezzük változás a villamos vezetőképessége bizonyos kristályos anyagok (félvezetők) megjelenése miatt az intézkedés alapján a fényenergia belül minden ilyen további vezetési elektronok szervek.
A jelenség növeli a vezetőképességet a félvezető megvilágítás fény alapú fényelektromos hatást. Fényérzékeny sejtek alapján készülnek kadmium-szulfid, ólom-szulfid, és mások. A fényérzékeny elemek helyezni egy műanyag vagy fém ház. Fényérzékeny sejtek sokkal érzékenyebbek, mint a fotocella a külső PhotoEffect. Az érték érzékenység értéket érhet nagyságrendileg 1 A / lm. Azonban, az érzékenység növelésével növekszik tehetetlenségi fotorezisztek (azaz, nem azonnal fotoáram elér egy értéket, amely megfelel a fényáram, és csak egy bizonyos idő után intervallum), amely korlátozza a lehetőségét, hogy ezek használatát a magas frekvenciájú változó fényáramokra. Fényérzékeny sejteket használjuk létesítményekben fotoelektromos érzékelők, valamint a fotometriás mérésére szolgáló berendezés fény jellemzőit.
Napelem (szelep) PhotoEffect - egy aktuális előfordulása közötti határfelületen a félvezető és a fém, ha az elektronok a határain a test, áthalad a felület egy másik szilárd anyag (félvezető) vagy folyékony (elektrolit) hatására fényenergia nélküli idegen elektromotoros erő.
Egy tipikus szerkezeti kapu félvezető napelemek gyártott alapján réz, szelén, germánium, szilícium, ezüst, kén, és mások. Lásd 3. ábra. A lemezt 1, például tiszta rézből végzett hevítéssel, majd oxigénatmoszférában borítja vékony film 3 réz-oxid (I) (Cu2 O). Top 4 réteg van alkalmazva bármilyen fém, a fény által átjárható (például arany). Fénnyel történő besugárzás réteg réz-oxid (I) benne, mivel a belső fotoelektromos hatás, vannak szabad elektronok. A határ között a réz-oxid (I), és a rézlemez van kialakítva nagyon vékony (10 -5 - 10 -6 cm) 2 réteget, amely közvetíti csak elektronokat Cu CU2O és megakadályozzák azok kölcsönös mozgását. Ennek eredményeként, a réz negatív töltésű, és a réz-oxid (I) - pozitív.
A jelenléte ilyen szelep, vagy zár, a réteg a határ, amely alatt a fény hatására, további potenciális különbség (photoelectromotive erő) hatására a egyengető hatását az eszköz megfigyelt sok félvezetők. Ennélfogva fényelektromos fotoelektromos hatás gyakran nevezik BLDC, vagy a fényelektromos hatás a záróréteget. Ha az áramkör, amely a fénysorompó, akkor felmerül a jelenlegi.
Az előnye kapu fotocella az, hogy a munka nem igényel áramforrást, mint ők maguk által generált elektromotoros erőt hatására fényt.
Beépített szelepet fotocellák érzékenysége sokkal magasabb, mint az érzékenység a vákuum fotocellák. Ez elérheti a több ezer mikroamperen per lumen. Valve fotocellák használt napelem használt űrhajó meghajtani a fedélzeti berendezés és a fotometriai mérésére fényáram és a fény, hogy a használt higiéniai gyakorlat. (Fotometria - szakasz optika részt mérő fényáramokra és változók társított ilyen áramlások.)