Как устроен фотоэлемент: Физический принцип работы фотоэлемента ᐉ читать на Elektro.in.UA

Содержание

Как устроен фотоэлемент

В электронных фотоэлементах анодный ток образуется электронами, эмиттируемыми из катода под воздействием лучистого потока. В ионных фотоэлементах, наполненных газом неоном, гелием или аргоном , при высоком напряжении между анодом и катодом фотоэлектронная эмиссия создается не только электронами, вылетевшими из катода, но также электронами и ионами, появившимися в результате ионизации газа. Устройство простейших электронных фотоэлементов показано на рис. Катодом обычно служит тонкий металлический светочувствительный слой, нанесенный непосредственно на внутреннюю поверхность стеклянного баллона. Иногда катод выполняют в виде специального электрода пластинка из никеля. Анод выполнен в форме стержня, кольца или рамки для того, чтобы он не препятствовал попаданию света на катод, и обычно имеет вывод в нижнюю часть цоколя.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

  • Фотоэлементы
  • Читать онлайн Электрический глаз. Мезенцев Владимир Андреевич.
  • Фотоэлемент это. Фотоэлемент с внешним фотоэффектом
  • Солнечные батареи: как это работает
  • Энциклопедия по машиностроению XXL
  • Фотоэлементы. Устройство фотоэлементов
  • Фотоэлементы и фотореле
  • Что такое фотоэлемент? Как устроен и где применяется? Принцип действия?
  • Принцип работы солнечной батареи: как устроена и работает солнечная панель
  • Селеновый фотоэлемент

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Что, если покрыть пустыни солнечными батареями?

Солнечные батареи уже сейчас используются для питания самой разнообразной техники: от мобильных гаджетов до электромобилей. Как устроены, какими бывают и на что способны современные солнечные батареи, вы узнаете из этой статьи. Так исторически сложилось, что солнечные батареи — это уже вторая попытка человечества обуздать безграничную энергию Солнца и заставить ее работать себе на благо. Первыми появились солнечные коллекторы солнечные термальные электростанции , в которых электричество вырабатывает нагретая до температуры кипения под сконцентрированными солнечными лучами вода.

Подразделяются на электровакуумные и полупроводниковые фотоэлементы [1]. Действие прибора основано на фотоэлектронной эмиссии или внутреннем фотоэффекте [2].

Принцип работы солнечной батареи: как устроена и работает солнечная панель

Фотоэлементом называется прибор, в котором воздействие лучистой энергии оптического диапазона вызывает изменение его электрических свойств. Фотоэлементы разделяются на три типа: 1 с внешним фотоэффектом, 2 с внутренним фотоэффектом, 3 с запирающим слоем. В фотоэлементе с внешним фотоэффектом действие света вызывает выход из поверхностного слоя фотокатода электронов во внешнее пространство — в вакуум или сильно разреженный газ. Схема устройства такого фотоэлемента приведена на рис. На внутреннюю стенку стеклянной колбы 1 , из которой откачан воздух, с одной стороны нанесен фотокатод 2. Широкое применение получили сурьмяно-цезиевые фотокатоды. В центре колбы вакуумного фотоэлемента укреплен металлический анод 3 в виде небольшого кольца или пластинки.

Селеновый фотоэлемент

Селеновый фотоэлемент представляет собой слой селена, на который напылением наносится тонкий слой серебра, а снизу находится стальная или железная пластинка рис. Свет, падая на прозрачный слой серебра Ag , частично вступает во взаимодействие с ним, выбивая из него фотоэлектроны, а частично проходит в слой селена Se , который, поглощая свет, увеличивает свою внутреннюю энергию и нагревается.

В результате нагрева селен меняет свою модификацию на кристаллическую, и в этой части селена появляются свободные электроны рис. Возникает п-р переход запирающий слой , открытый для дырок и закрытый для электронов.


Устройство и действие вакуумного фотоэлемента


Устройство и действие вакуумного фотоэлемента

 Фотоэлемент состоит из стеклянного баллона с двумя электродами в нем, катодом и анодом. Он используется для преобразования световых сигналов в электрические. Модель наглядно демонстрирует принцип действия фотоэлемента. Приведена схема включения фотоэлемента. Интенсивность света, его частоту и напряжение на фотоэлементе можно изменять.

Подробнее

 Фотоэлемент  —  двухэлектродный электровакуумный прибор, служащий для преобразования световых сигналов в электрические.

Фотоэлемент состоит из стеклянного баллона с двумя электродами в нем, катодом и анодом.   Электроды выводятся в виде жестких штырей в общий цоколь или разносятся в два самостоятельных цилиндрических вывода. Катод — слой металла с малой работой выхода, покрывающий часть внутренней поверхности баллона. Анодом служит проволочное кольцо (сетка, петля из тонкой проволоки), расположенное так, чтобы не мешать освещению катода. В центре баллона находится небольшое металлическое кольцо — анод фотоэлемента. Чтобы электроды фотоэлемента не окислялись, воздух из баллона выкачан и добавлено небольшое количеством химически инертного газа (гелия), повышающего также чувствительность фотоэлемента.


Рис. Принципиальная схема включения фотоэлемента в электрическую цепь. Здесь V — фотоэлемент; R — нагрузка, GB — источник высокого постоянного напряжения (примерно 250 В).

Если к аноду и катоду подключить батарею и чувствительный электроизмерительный прибор — гальванометр, то при освещении фотоэлемента стрелка гальванометра отклонится. Значит, внутри баллона фотоэлемента течет ток.  Дело в том, что свет, падая на поверхность катода, выбивает с его поверхности электроны. Анод подключен к «плюсу» батареи и поэтому электроны притягиваются к нему.
Следовательно, электроны из катода попадают на анод, во внешней цепи появляется электрический ток, заставляющий стрелку гальванометра отклониться. Инертный газ в баллоне увеличивает ток, т. к. электроны, летящие от катода к аноду, сталкиваются с атомами газа и выбивают из них новые электроны, которые также летят к аноду. Образовавшиеся положительные ионы летят к катоду. В результате общий заряд, проходящий между анодом и катодом, получается больше, чем в вакууме. 

Изменяя освещенность фотоэлемента, можно регулировать силу тока. Чем сильнее освещен катод, тем больше электронов вырывается из него и тем больше будет сила тока во внешней цепи. Ток через фотоэлемент при сильной освещенности катода и высоком напряжении на аноде составляет сотни микроампер. В последнее время вместо вакуумных фотоэлементов используются полупроводниковые приборы, например, фотодиоды, фототранзисторы, фоторезисторы и др.

Полупроводниковый фотодиод имеет небольшие размеры, по сравнению с хрупким стеклянным баллоном фотоэлемента. Конструкция фотодиода мало чем отличается от полупроводникового диода: p-n-переход между двумя полупроводниковыми кристаллами с разной электрической проводимостью. При освещении фотодиода один его электрод заряжается положительно, а другой — отрицательно. Если к электродам, соединенным с кристаллами подключить нагрузку, например резистор, то через него потечет постоянный ток. Следовательно, в фотодиоде световая энергия непосредственно превращается в электрическую. 

При освещении светом рабочей (светочувствительной) поверхности фоторезистора, его сопротивление уменьшается во много раз.


Как работают фотоэлементы?

Вы когда-нибудь были в одной из тех уборных, где краны включаются автоматически, когда вы проводите рукой под ними? Или шел через электрическую дверь, которая открылась, как только вы подошли? Может быть ваш дом оснащен невидимыми лучами «волшебный глаз», которые «отключают нарушителей, подав сигнал тревоги? Или, может быть, у вас есть калькулятор, который вырабатывает энергию с небольшой встроенной солнечной батареей? Все эти вещи являются примерами

фотоэлементы (иногда называемые фотоэлементами) — электронные устройства, вырабатывающие электричество при на них падает свет. Что они собой представляют и как они работают? давайте возьмем пристальный взгляд!

Фото: мини-панель солнечных батарей на этом карманном калькуляторе использует тип фотоэлемента, известного как фотогальванический: когда на него падает свет, он производит достаточное напряжение для питания дисплея и электроники внутри.

Содержание

  1. Что такое фотоэлектричество?
  2. Что такое фотоэффект?
  3. Три типа фотоэлектричества
    • Фотопроводящий
    • Фотогальванический
    • Фотоэмиссионный
  4. Для чего используются фотоэлементы?
    • Производители электроэнергии
    • Датчики света
    • Усилители света
  5. Узнать больше

Что такое фотоэлектричество?

«Фото» означает свет, поэтому фотоэлектричество означает просто электричество производится световым лучом. Эта идея совсем не кажется необычной в 21-м века, когда большинство людей слышали о солнечных панелях (куски материал, например кремний, генерирующий электрический ток при на них светит солнечный свет). Но представьте, как удивительно фотоэлектрический эффект должен был казаться немногим более века назад, в 1887 году, когда он был впервые обнаружен немецким физиком Генрихом Герцем (1857–1894), один из пионеров радио. Это оставалось чем-то вроде загадкой почти 20 лет, пока Альберт Эйнштейн не взвесил почти полное объяснение явления в 1905 году.

Что такое фотоэффект?

Фото: Альберт Эйнштейн получил Нобелевскую премию не за теорию относительности — его самая известная вклад в физику, но за его более раннюю работу по фотоэлектрическому эффекту. Фото предоставлено Библиотека Конгресса США.

» Кванты энергии проникают через поверхность материала и их соответствующие энергии по крайней мере частично превращаются в кинетическую энергию электронов».

Альберт Эйнштейн, Annalen der Physik, Vol 17, 1905.

Как свет может волшебным образом превратиться в электричество? это не так как ни странно это звучит. Мы знаем, например, что свет — это своего рода электромагнитная энергия: она распространяется таким же образом (и в том же скорость) как рентгеновские лучи, микроволны, радиоволны и другие виды электромагнетизм. Мы также знаем, что энергия легко может быть трансформируется из одного вида в другой: потенциальная энергия может быть превращается в кинетическую энергию и может быть преобразована либо в тепло, либо звук. Так что идея о том, что свет можно превратить в электричество, неверна. все такое удивительное.

Тем не менее, когда фотоэлектричество было впервые объяснено в 1905 году, начало научной революции. Человек, который сделал объясняя, Альберт Эйнштейн (1879–1955) показал, что световой луч, падающий на что-то вроде куска металла, можно представить как поезд энергичные частицы, называемые фотонами . Фотоны прошли свой энергии в фиксированных количествах атомам внутри металла, выбивая некоторые их электронов из них, таким образом производя электрический ток.

Иллюстрация: фотоэлектрический эффект: когда фотоны света (слева) ударяются о лист металла, они передают свою энергию электронам (оранжевые) в металле, выбивая некоторые из них, создавая электрический ток. Вы можете подумать, что более яркий или близкий (более интенсивный) свет выбьет электроны с большей энергией, но это не так. Энергия испускаемых электронов зависит не от интенсивности света, а от его цвета (частоты): чем выше частота, тем больше энергии имеют фотоны и тем больше они могут передать электронам в металле. Фотоны более высокочастотного фиолетового света обладают большей энергией, чем фотоны низкочастотного красного света, поэтому они с большей вероятностью выбивают электроны (и освобождают их с более высокой энергией). Фотонам нужно минимум пороговая частота (минимальное количество энергии) для свободных электронов и создания фотоэлектрического эффекта, известного как работа выхода . В показанном здесь примере у фиолетовых фотонов достаточно энергии, чтобы выбить электроны, а у красных — нет.

Как математически показал Эйнштейн, энергия падающих фотонов была точно связаны с частотой или длиной волны сияющего света и равны энергии электронов, которые они выбрасывают. объяснение Эйнштейна фотоэлектрического эффекта было убедительным доказательством того, что энергия может существуют только в фиксированных количествах, называемых кванты . (Другими словами, вы можете получить энергию в пакеты семейного размера, но вы не можете разделить пакеты меньше!) Это стало центральным элемент квантовой теории : сложная, математическая объяснение загадочного мира атомов и частиц скрывается внутри них. И именно за эту работу по фотоэлектричеству Эйнштейн выиграл Нобелевская премия по физике 1921 г.

Три типа фотоэлектричества

Фотоэлектричество связано с преобразованием световой энергии в электрическую и происходит в трех разных (хотя, на первый взгляд, очень похожих) способы. Они известны как фотопроводящие, фотоэмиссионные и фотогальванические эффекты — и мы рассмотрим каждый из них по очереди.

Между прочим, когда я говорю о свете в этой статье, я имею в виду не только «видимый» свет мы можем видеть: фотоэлементы также работают с невидимые формы света, такие как инфракрасный и ультрафиолетовый: светочувствительные материалы могут «видеть» и реагировать на частоты свет за пределами диапазона, к которому чувствительны наши собственные глаза.

Фотопроводящий

Фото: Типовой фоторезистор (LDR).

Это самый простой для понимания эффект из трех. Когда я был подростком, я помню, как недолго играл с электронным компонент под названием светочувствительный резистор (LDR) . Это было похоже на маленькая кнопка с двумя клеммами, выходящими сзади, и вы можете впаяйте его в схему, как и любой другой резистор. Поверхность на «кнопке» была линза сверху (для концентрации падающего света) и под объективом есть представлял собой кусок светочувствительного материала, сделанный из чего-то вроде сульфид кальция со змеиным рисунком электрических соединений, проходящих через Это. В темноте или при обычном свете фоторезистор имел довольно высокое сопротивление. но если светить прямо на него, то сопротивление уменьшалось весьма драматично: LDR преобразовывал входящий свет в электрической энергии и добавления ее к уже проходящему току через. Это пример фотопроводящего эффекта, где свет уменьшает сопротивление материала (или увеличивает его проводимость, если хотите), делая электроны внутри него более мобильный.

Фотогальваника

Фото: Установленная на крыше солнечная панель из фотогальванических элементов.

Небольшие солнечные батареи на таких устройствах, как калькуляторы и цифровые часы иногда называют фотогальваническими элементами. Они немного похожи диоды, изготовленные из двух слоев полупроводникового материала, размещенных сверху друг друга. Верхний слой богат электронами, нижний слой, электрон бедный. Когда вы освещаете верхний слой, электроны прыгают. вверх от нижнего слоя к верхнему, создавая напряжение, которое может управлять ток через внешнюю цепь, поэтому обеспечивая то, что мы считаем солнечная энергия. Узнайте больше о фотогальванике в нашей основной статье на солнечные батареи.

Фотоэмиссионный

Фото: Базовый фотоэлемент.

Фотоэмиссионные элементы — старейший и самый сложный способ преобразования света в электричество. Это герметичные стеклянные вакуумные трубки (из которых воздух полностью удален), внутри которого находится большой металлический пластина, служащая отрицательной клеммой (или катодом) с меньшим, положительно заряженный стержнеобразный вывод (или анод), проходящий внутри него. Минусовая клемма изготовлена ​​из светочувствительного материала. Когда световые фотоны падают на него, они заставляют электроны выпрыгивать из него и они сразу же притягиваются к положительной клемме, которая собирает их и направляет их в цепь, производя электроэнергию. Этот базовый дизайн называется 9Фотоэлемент 0007 или фотоэлемент . В несколько иной конструкции, называемой фотоумножителем , есть целый ряд тарелок, расположенных так, что одна входящий фотон высвобождает несколько электронов, эффективно усиливая входящий световой сигнал, поэтому он производит больший электрический отклик.


Работа: Краткое описание трех типов фотоэлементов.
1) Фотопроводимость — свет увеличивает поток электронов и уменьшает сопротивление.
2) Фотогальваника — свет заставляет электроны перемещаться между слоями, создавая напряжение и ток во внешней цепи.
3) Фотоэмиссионный — свет выбивает электроны с катода на анод, вызывая протекание тока по внешней цепи.

Для чего используются фотоэлементы?

Фото: Фотоэлектрический фонарь безопасности, установленный снаружи дома, где я живу: Когда фотоэлектрический датчик (внизу) обнаруживает движение, свет (вверху) автоматически включается на несколько минут.

Все три типа фотоэлементов могут обнаруживать свет или преобразовывать его в электричество, но на практике они имеют совсем другое применение.

Генераторы электроэнергии

Подобно миниатюрным электростанциям, фотоэлементы предназначены для производства стабильные поставки полезной электроэнергии. От небольших солнечных батарей на электронных калькуляторов до полностью фотогальванических крыш, их задача по существу, чтобы производить постоянный запас электроэнергии, которую мы можем использовать для питания электроприборов или хранить в батареях на потом.

Фото: Как отличить самцов мух от самок? Куколки бахчевых мух либо коричневые (если они мужчины), либо белые (если они женщины). Их можно разделить, погрузив их в фотоэлектрический сортировщик, который освещает каждую куколку, определяет, сколько света отражается обратно с помощью фотоэлемента, а затем просеивает куколку в ту или другую коробку в зависимости от ее цвета. Этот же аппарат можно использовать и для сортировки семян. Фото Стивена Осмуса предоставлено Службой сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США.

Детекторы света

Фотопроводящие элементы, такие как светочувствительные резисторы, скорее всего, будут использоваться в качестве детекторы света в таких вещах, как автоматические смесители для туалетов, сигнализации, дверные проемы, которые открываются автоматически, датчики дыма, детекторы угарного газа и так далее. Как правило, они имеют луч инфракрасный свет постоянно светит на светозависимый резистор и вырабатывающий постоянный электрический ток. Когда вы двигаетесь перед детектор, вы прерываете луч и останавливаете свет, достигающий резистора, поэтому его сопротивление меняется, и он внезапно производит гораздо меньше тока. Электронная схема обнаруживает изменение тока и запускает любое действие цепи предназначен для того, чтобы включать кран, открывать дверь, сигнализация или что это может быть. Фотопроводящие элементы также используются в качестве детекторов света в камерах, а также для считывания и декодирования саундтреки на кинолентах старого образца. Датчик изображения CCD или CMOS, который захватывает фотография в вашей цифровой камере или смартфоне — это более сложная версия той же идеи. В оружии некоторые конструкции неконтактных взрывателей используют фотоэлементы для обнаружения. когда ракеты достигли цели. Ракета выпускает свет (или радиоволны) и бортовой фотоэлемент (или радиоприемник) «слушает» отражения. Когда отраженные волны внезапно увеличиваются, Ракета предполагает, что она находится рядом с целью, и взрывается.


Фото: Типичный фотоэлектрический бесконтактный взрыватель времен Второй мировой войны: Т-4, датируемый с 1941 года. Он взорвался, когда бортовой фотоэлемент обнаружил внезапное изменение интенсивности света. Фото любезно предоставлено Цифровыми коллекциями Национального института стандартов и технологий, Gaithersburg, MD 20899. громоздкий, сложный и дорогой; электронный меньше и дешевле такие компоненты, как LDR, теперь более широко используются в качестве детекторов света. Фотоумножители до сих пор используются в научных приложениях, таких как обнаружение излучений разного рода, а в гаджетах вроде очки ночного видения, где они усиливают тусклый свет в ночное время сцену, чтобы ее можно было увидеть более четко.

Как работают фотоэлементы?

Вы когда-нибудь были в одной из тех уборных, где краны включаются автоматически, когда вы проводите рукой под ними? Или шел через электрическую дверь, которая открылась, как только вы подошли? Может быть ваш дом оснащен невидимыми лучами «волшебный глаз», которые «отключают нарушителей, подав сигнал тревоги? Или, может быть, у вас есть калькулятор, который вырабатывает энергию с небольшой встроенной солнечной батареей? Все эти вещи являются примерами фотоэлементы (иногда называемые фотоэлементами) — электронные устройства, вырабатывающие электричество при на них падает свет. Что они собой представляют и как они работают? давайте возьмем пристальный взгляд!

Фото: мини-панель солнечных батарей на этом карманном калькуляторе использует тип фотоэлемента, известного как фотогальванический: когда на него падает свет, он производит достаточное напряжение для питания дисплея и электроники внутри.

Содержание

  1. Что такое фотоэлектричество?
  2. Что такое фотоэффект?
  3. Три типа фотоэлектричества
    • Фотопроводящий
    • Фотогальванический
    • Фотоэмиссионный
  4. Для чего используются фотоэлементы?
    • Производители электроэнергии
    • Датчики света
    • Усилители света
  5. Узнать больше

Что такое фотоэлектричество?

«Фото» означает свет, поэтому фотоэлектричество означает просто электричество производится световым лучом. Эта идея совсем не кажется необычной в 21-м века, когда большинство людей слышали о солнечных панелях (куски материал, например кремний, генерирующий электрический ток при на них светит солнечный свет). Но представьте, как удивительно фотоэлектрический эффект должен был казаться немногим более века назад, в 1887 году, когда он был впервые обнаружен немецким физиком Генрихом Герцем (1857–1894), один из пионеров радио. Это оставалось чем-то вроде загадкой почти 20 лет, пока Альберт Эйнштейн не взвесил почти полное объяснение явления в 1905 году.

Что такое фотоэффект?

Фото: Альберт Эйнштейн получил Нобелевскую премию не за теорию относительности — его самая известная вклад в физику, но за его более раннюю работу по фотоэлектрическому эффекту. Фото предоставлено Библиотека Конгресса США.

» Кванты энергии проникают через поверхность материала и их соответствующие энергии по крайней мере частично превращаются в кинетическую энергию электронов».

Альберт Эйнштейн, Annalen der Physik, Vol 17, 1905.

Как свет может волшебным образом превратиться в электричество? это не так как ни странно это звучит. Мы знаем, например, что свет — это своего рода электромагнитная энергия: она распространяется таким же образом (и в том же скорость) как рентгеновские лучи, микроволны, радиоволны и другие виды электромагнетизм. Мы также знаем, что энергия легко может быть трансформируется из одного вида в другой: потенциальная энергия может быть превращается в кинетическую энергию и может быть преобразована либо в тепло, либо звук. Так что идея о том, что свет можно превратить в электричество, неверна. все такое удивительное.

Тем не менее, когда фотоэлектричество было впервые объяснено в 1905 году, начало научной революции. Человек, который сделал объясняя, Альберт Эйнштейн (1879–1955) показал, что световой луч, падающий на что-то вроде куска металла, можно представить как поезд энергичные частицы, называемые фотонами . Фотоны прошли свой энергии в фиксированных количествах атомам внутри металла, выбивая некоторые их электронов из них, таким образом производя электрический ток.

Иллюстрация: фотоэлектрический эффект: когда фотоны света (слева) ударяются о лист металла, они передают свою энергию электронам (оранжевые) в металле, выбивая некоторые из них, создавая электрический ток. Вы можете подумать, что более яркий или близкий (более интенсивный) свет выбьет электроны с большей энергией, но это не так. Энергия испускаемых электронов зависит не от интенсивности света, а от его цвета (частоты): чем выше частота, тем больше энергии имеют фотоны и тем больше они могут передать электронам в металле. Фотоны более высокочастотного фиолетового света обладают большей энергией, чем фотоны низкочастотного красного света, поэтому они с большей вероятностью выбивают электроны (и освобождают их с более высокой энергией). Фотонам нужно минимум пороговая частота (минимальное количество энергии) для свободных электронов и создания фотоэлектрического эффекта, известного как работа выхода . В показанном здесь примере у фиолетовых фотонов достаточно энергии, чтобы выбить электроны, а у красных — нет.

Как математически показал Эйнштейн, энергия падающих фотонов была точно связаны с частотой или длиной волны сияющего света и равны энергии электронов, которые они выбрасывают. объяснение Эйнштейна фотоэлектрического эффекта было убедительным доказательством того, что энергия может существуют только в фиксированных количествах, называемых кванты . (Другими словами, вы можете получить энергию в пакеты семейного размера, но вы не можете разделить пакеты меньше!) Это стало центральным элемент квантовой теории : сложная, математическая объяснение загадочного мира атомов и частиц скрывается внутри них. И именно за эту работу по фотоэлектричеству Эйнштейн выиграл Нобелевская премия по физике 1921 г.

Три типа фотоэлектричества

Фотоэлектричество связано с преобразованием световой энергии в электрическую и происходит в трех разных (хотя, на первый взгляд, очень похожих) способы. Они известны как фотопроводящие, фотоэмиссионные и фотогальванические эффекты — и мы рассмотрим каждый из них по очереди.

Между прочим, когда я говорю о свете в этой статье, я имею в виду не только «видимый» свет мы можем видеть: фотоэлементы также работают с невидимые формы света, такие как инфракрасный и ультрафиолетовый: светочувствительные материалы могут «видеть» и реагировать на частоты свет за пределами диапазона, к которому чувствительны наши собственные глаза.

Фотопроводящий

Фото: Типовой фоторезистор (LDR).

Это самый простой для понимания эффект из трех. Когда я был подростком, я помню, как недолго играл с электронным компонент под названием светочувствительный резистор (LDR) . Это было похоже на маленькая кнопка с двумя клеммами, выходящими сзади, и вы можете впаяйте его в схему, как и любой другой резистор. Поверхность на «кнопке» была линза сверху (для концентрации падающего света) и под объективом есть представлял собой кусок светочувствительного материала, сделанный из чего-то вроде сульфид кальция со змеиным рисунком электрических соединений, проходящих через Это. В темноте или при обычном свете фоторезистор имел довольно высокое сопротивление. но если светить прямо на него, то сопротивление уменьшалось весьма драматично: LDR преобразовывал входящий свет в электрической энергии и добавления ее к уже проходящему току через. Это пример фотопроводящего эффекта, где свет уменьшает сопротивление материала (или увеличивает его проводимость, если хотите), делая электроны внутри него более мобильный.

Фотогальваника

Фото: Установленная на крыше солнечная панель из фотогальванических элементов.

Небольшие солнечные батареи на таких устройствах, как калькуляторы и цифровые часы иногда называют фотогальваническими элементами. Они немного похожи диоды, изготовленные из двух слоев полупроводникового материала, размещенных сверху друг друга. Верхний слой богат электронами, нижний слой, электрон бедный. Когда вы освещаете верхний слой, электроны прыгают. вверх от нижнего слоя к верхнему, создавая напряжение, которое может управлять ток через внешнюю цепь, поэтому обеспечивая то, что мы считаем солнечная энергия. Узнайте больше о фотогальванике в нашей основной статье на солнечные батареи.

Фотоэмиссионный

Фото: Базовый фотоэлемент.

Фотоэмиссионные элементы — старейший и самый сложный способ преобразования света в электричество. Это герметичные стеклянные вакуумные трубки (из которых воздух полностью удален), внутри которого находится большой металлический пластина, служащая отрицательной клеммой (или катодом) с меньшим, положительно заряженный стержнеобразный вывод (или анод), проходящий внутри него. Минусовая клемма изготовлена ​​из светочувствительного материала. Когда световые фотоны падают на него, они заставляют электроны выпрыгивать из него и они сразу же притягиваются к положительной клемме, которая собирает их и направляет их в цепь, производя электроэнергию. Этот базовый дизайн называется 9Фотоэлемент 0007 или фотоэлемент . В несколько иной конструкции, называемой фотоумножителем , есть целый ряд тарелок, расположенных так, что одна входящий фотон высвобождает несколько электронов, эффективно усиливая входящий световой сигнал, поэтому он производит больший электрический отклик.


Работа: Краткое описание трех типов фотоэлементов.
1) Фотопроводимость — свет увеличивает поток электронов и уменьшает сопротивление.
2) Фотогальваника — свет заставляет электроны перемещаться между слоями, создавая напряжение и ток во внешней цепи.
3) Фотоэмиссионный — свет выбивает электроны с катода на анод, вызывая протекание тока по внешней цепи.

Для чего используются фотоэлементы?

Фото: Фотоэлектрический фонарь безопасности, установленный снаружи дома, где я живу: Когда фотоэлектрический датчик (внизу) обнаруживает движение, свет (вверху) автоматически включается на несколько минут.

Все три типа фотоэлементов могут обнаруживать свет или преобразовывать его в электричество, но на практике они имеют совсем другое применение.

Генераторы электроэнергии

Подобно миниатюрным электростанциям, фотоэлементы предназначены для производства стабильные поставки полезной электроэнергии. От небольших солнечных батарей на электронных калькуляторов до полностью фотогальванических крыш, их задача по существу, чтобы производить постоянный запас электроэнергии, которую мы можем использовать для питания электроприборов или хранить в батареях на потом.

Фото: Как отличить самцов мух от самок? Куколки бахчевых мух либо коричневые (если они мужчины), либо белые (если они женщины). Их можно разделить, погрузив их в фотоэлектрический сортировщик, который освещает каждую куколку, определяет, сколько света отражается обратно с помощью фотоэлемента, а затем просеивает куколку в ту или другую коробку в зависимости от ее цвета. Этот же аппарат можно использовать и для сортировки семян. Фото Стивена Осмуса предоставлено Службой сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США.

Детекторы света

Фотопроводящие элементы, такие как светочувствительные резисторы, скорее всего, будут использоваться в качестве детекторы света в таких вещах, как автоматические смесители для туалетов, сигнализации, дверные проемы, которые открываются автоматически, датчики дыма, детекторы угарного газа и так далее. Как правило, они имеют луч инфракрасный свет постоянно светит на светозависимый резистор и вырабатывающий постоянный электрический ток. Когда вы двигаетесь перед детектор, вы прерываете луч и останавливаете свет, достигающий резистора, поэтому его сопротивление меняется, и он внезапно производит гораздо меньше тока. Электронная схема обнаруживает изменение тока и запускает любое действие цепи предназначен для того, чтобы включать кран, открывать дверь, сигнализация или что это может быть. Фотопроводящие элементы также используются в качестве детекторов света в камерах, а также для считывания и декодирования саундтреки на кинолентах старого образца. Датчик изображения CCD или CMOS, который захватывает фотография в вашей цифровой камере или смартфоне — это более сложная версия той же идеи. В оружии некоторые конструкции неконтактных взрывателей используют фотоэлементы для обнаружения. когда ракеты достигли цели. Ракета выпускает свет (или радиоволны) и бортовой фотоэлемент (или радиоприемник) «слушает» отражения. Когда отраженные волны внезапно увеличиваются, Ракета предполагает, что она находится рядом с целью, и взрывается.


Фото: Типичный фотоэлектрический бесконтактный взрыватель времен Второй мировой войны: Т-4, датируемый с 1941 года. Он взорвался, когда бортовой фотоэлемент обнаружил внезапное изменение интенсивности света.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *