Принцип действия фотоэлемента с внешним фотоэффектом: Фотоэлемент это. Фотоэлемент с внешним фотоэффектом

Содержание

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом — Справочник химика 21

    Элементы с запирающим слоем (вентильные), из которых наибольшее распространение получил селеновый фотоэлемент, и фотоэлементы с внешним фотоэффектом (вакуумные и газонаполненные баллоны), из которых наиболее известны сурьмяно-цезиевые и кислородно-цезиевые. Первые используются для работы в ультрафиолетовой и видимой областях спектра, вторые — в инфракрасной. [c.470]
    Приборы, в которых используются фотоэлементы с внешним фотоэффектом (например, ФЭК-Н-57, ФЭК-56), также необходимо перед работой настраивать на Т, равное 0%, при полностью закрытых фотоэлементах ( темповой ток ). Для этого.предварительно освещают фотоэлементы в течение 20 мин, затем потоки излучений перекрывают шторкой и приводят в нулевое положение прибор-индикатор, пользуясь соответствующим потенциометром. [c.472]

    Характеристики фотоэлементов с внешним фотоэффектом мало зависят от температуры, поэтому они могут быть использованы без термостатирования. К недостатку этих фотоэлементов относится их утомляемость, выражающаяся в уменьшении чувствительности при длительной работе. Величина фототока в данных фотоэлементах может составлять доли микроампера, поэтому требуется дополнительное его усиление. При этом усилитель фототока должен обладать большим входным сопротивлением, так как внутреннее сопротивление фотоэлементов составляет несколько сотен мегомов. 

[c.242]

    Из фотоэлементов с внешним фотоэффектом наиболее распространены сурьмяно-цезиевые и кислородно-цезиевые. Первые имеют максимум чувствительности в области 430 нм и используются для работы в ультрафиолетовой и видимой областях спектра. Вторые являются газонаполненными и имеют два максимума чувствительности (см. рис. 75) один в УФ-области, около 350 нм, второй в близкой ИК-области, около 800 нм. Минимум чувствительности лежит в области 500 нм. Поэтому кислородно-цезиевые фотоэлементы используют обычно для работы в ближней ИК-области. [c.242]

    Применение щелочных металлов для изготовления фотокатодов и для других целей. Из щелочных металлов готовят катоды вакуумных и газонаполненных (инертным газом) фотоэлементов с внешним фотоэффектом (рис. [c.273]

    Рнс. 87. Схема фотоэлемента с внешним фотоэффектом [c.273]

    Фотоэлементы с внешним фотоэффектом основаны на выбивании электронов из светочувствительного слоя (катод). Выбитые электроны направляются к аноду, и электрический ток возникает во внешней цепи. Фотоэлементы состоят из двух электродов, заключенных в стеклянный баллон (например, кислородно-цезиевые и сурьмяно-цезиевые). Применяются в спектрофотометре СФ-4 и СФ-2М. [c.466]

    В каких фотометрических приборах применяют следующие приемники света а) фотоэлементы с внешним фотоэффектом б) фотоэлементы с вентильным фотоэффектом в) термоэлементы г) глаз человека  [c.183]

    В спектрофотометре применяют два фотоэлемента с внешним фотоэффектом сурьмяно-цезиевый и кислородно-цезиевый. Первый используют для измерений в области 210—600 нм, второй— в области 600—1100 нм. В аттестате прибора указана длина волны, при которой следует переходить от одного фотоэлемента к другому. 

[c.348]


    Оптический принцип передачи информации позволяет реализовать также активные токосъемники, в которых функция электрического взаимодействия подвижного элемента с неподвижным элементом контакта совмещена с функцией энергоснабжения. На рис 4.20 представлен пример такого токосъемника с составе устройства контроля подшипников. Токосъемник выполнен в виде вакуумного фотоэлемента с внешним фотоэффектом. [c.497]

    Фотометры с фотоэлементами с внешним фотоэффектом. Фотоэлемент с внешним фотоэффектом состоит из двух электродов, заключен- [c.40]

    Основным преимуществом фотоэлементов с внешним фотоэффектом по сравнению с фотоэлементами с запирающим слоем является чувствительность первых в ультрафиолетовой области. Простой фотометр для ультрафиолетовой области можно сконструировать аналогично фотометру для видимой части спектра. Такие фотометры лабораторного применения не получили ввиду широкого распространения ультрафиолетовых спектрофотометров. Однако имеется много конструкций фотометров для ультрафиолетовой области, предназначенных для контролирования потоков жидкостей в промышленности. (Имеется обзор [22] применений таких приборов.) 

[c.41]

    Фотоэлементы с внешним фотоэффектом применяются также во многих спектрофотометрах, описание которых будет дано ниже. [c.42]

    Принцип действия фотоэлементов с внешним фотоэффектом основан на том, что при действии на катод, состоящий из свето- [c.106]

    Фотоэлемент с внешним фотоэффектом обычно состоит из баллона, в который помещены два электрода. Если к аноду и катоду приложить достаточную разность потен- [c.77]

Рис. 29. Фотоэлемент с внешним фотоэффектом
    У всех фотоэлементов с внешним фотоэффектом в определенных условиях наблюдается прямая пропорциональная зависимость между интенсивностью светового потока и силой фототока. Иа рис. 32 приведены кривые зависимости силы фототока от интенсивности светового потока при разных наложенных напряжениях. Как видно из графика, при небольшом наложенном напряжении имеется ясно выраженная прямая пропорциональность, но сила фототока невелика. При увеличении напряжения сила тока значительно возрастает, но участок кривой, на котором соблюдается прямая пропорциональность между силой тока и интенсивностью светового потока, уменьшается. [c.79]

    Основным недостатком фотоэлемента с внешним фотоэффектом является необходимость включения дополнительной разности потенциалов между анодом и катодом. У вакуумных фотоэлементов кривая зависимости силы фототока от приложенной разности 

[c.79]

    Рпс. 33. Вольт-амперная характеристика фотоэлемента с внешним фотоэффектом /—вакуумного 2—газонаполненного. [c.80]

    Существенным недостатком фотоэлементов с внешним фотоэффектом является также их хрупкость. [c.81]

    Вентильные фотоэлементы по пригодности для фотоэлектрической колориметрии отличаются следующими преимуществами у они не требуют добавочного напряжения бладают высокой чувствительностью, мало чувствительны к механическим воздействиям, К недостаткам этих фотоэлементов относятся значительный температурный коэффициент и меньшая устойчивость во времени по сравнению с фотоэлементами с внешним фотоэффектом. [c.84]

    Можно ли применить серебряный фотоэлемент с внешним фотоэффектом для цели фотоколориметрирования (Воспользуйтесь для ответа таблицей границ фотоэффектов.) [c.114]

    Каковы преимущества и недостатки фотоэлементов с внешним фотоэффектом  

[c.114]

    Фотоэлемент с внешним фотоэффектом представляет собой стеклянный баллон, в котором создан высокий вакуум. Иногда баллон заполняют сильно разреженными газами (гелий, аргон, неон, криптон и др.) такой фотоэлемент называют газонаполненным (рис. 44). [c.126]

    Вакуумные или газонаполненные (фотоэлементы с внешним фотоэффектом). [c.195]

    Работа фотоэлементов с внешним фотоэффектом основана на переходе электронов под действием света из светочувствительного катода к аноду. Основными недостатками этих фотоэлементов являются [c.93]

    Наиболее распространенными фотоэлементами с внешним фотоэффектом являются кислородно-цезиевые и сурьмяно-цезиевые. Первые используются при спектрофотометрических определениях в видимой и инфракрасной области спектра, а вторые — в видимой и ультрафиолетовой (стр. 64). [c.76]

    Работа фотоэлементов с внешним фотоэффектом основана на переходе электронов под действием света из светочувствительного катода к аноду. Основными недостатками этих фотоэлементов являются необходимость использования внешнего напряжения и малая чувствительность, требующая обязательного применения ламповых усилителей. Однако из-за чувствительности к излучению в широком интервале длин волн, они применяются в наиболее совершенных приборах — спектрофотометрах. 

[c.76]

    При спектральных измерениях практически используются только два типа фотоэлектрических приемников — фотоэлементы с внешним фотоэффектом и фотоумножители. Большинство приборов оснащено фотоумножителями. В качестве вспомогательного приемника иногда применяются фотоэлементы с внутренним фотоэффектом, например, селеновые фотоэлементы в микрофотометрах. Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом широко применяются для исследования инфракрасной области. Подробные сведения по этим вопросам изложены в литературе (см., например, [12.11, 10, И]). 

[c.316]


    В фотоэлектроколориметрии обычно употребляются три типа фотоэлементов 1) фотоэлементы с запирающим слоем (вентильные), 2) фотосопротивления (фотоэлементы с внутренним фотоэффектом) и 3) фотоэлементы с внешним фотоэффектом (вакуумные или газонаполненные). [c.119]

    Действие фотоэлементов с внешним фотоэффектом основано на выбивании электронов под действием света из светочувствительного слоя, являющегося катодом. Выбитые электроны устремляются к аноду, в результате чего во внешней цепи возникает электрический ток. [c.121]

    Наиболее распространенными фотоэлементами с внешним фотоэффектом являются кислородно-цезиевые и сурьмяно-цезиевые. Первые используются в основном для работы в инфракрасной области спектра, вторые—в ультрафиолетовой и видимой областях спектра (см. спектрофотометр СФ-4, стр. 99). Основными недостатками фотоэлементов с внешним фотоэффектом являются необходимость использовать внешнее напряжение, а также их малая интегральная чувствительность, вследствие чего они требуют применения ламповых усилителей. Однако благодаря их чувствительности к более широкому интервалу длин волн они применяются в наиболее совершенных приборах последних конструкций (например, СФ-4, СФ-2М и т. д.). 

[c.121]

    Количество света, попадающее на фотоэлемент, в спектрофотометрах значительно меньше, чем в фотометрах со светофильтрами. Поэтому ток фотоэлемента не может быть измерен непосредственно, а должен быть предварительно усилен. Фотоэлементы с запирающим слоем в данном случае не применяются, так как их фототок ввиду относительно небольшого внутреннего сопротивления нельзя эффективно усилить до нужных размеров обычными усилителями на электронных лампах. Коэффициент усиления для используемых фотоэлементов с внешним фотоэффектом должен быть порядка 100 000—1 000 000. [c.139]

    Для работы в широком интервале спектра в приборах используют в качестве детекторов два фотоэлемента с внешним фотоэффектом (что требует предварительной компенсации темпового тока ) сурь-мяно-цезиевый для работы в области 185—650 нм и кислородно-цезиевый — в области 600—1100 нм. Длина волны, при которой следует переходить от измерений с одним фотоэлементом к измерениям с другим, указана в аттестате прибора. 

[c.79]

    Действие фотоэлементов с запирающим слоем заключается в том, что световой поток, падающий на поверхность полупроводника, нанесенного на железную пластинку и обладающего односторонней проводимостью, возбуждает на ней движение электронов, которые не могут проникнуть в нижний слой (фронтальный фотоэффект). Если соединить верхний и нижний слои каким-либо проводником через гальванометр, можно измерить фототек, появляющийся во внешней цепи. Вентильные фотоэлементы обладают некоторым преимуществом перед фотоэлементами с внешним фотоэффектом, так как не требует дополнительных источников питания и имеют невысокое внутреннеее сопротивление, что позволяет непосредственно подключать к ним измерительный прибор. При непосредственном включении в цепь вентильного фотоэлемента измерительного прибора необходимо, чтобы последний обладал малым внутренним сопротивлением. Из вентильных фотоэлементов наибольшее распространение получил селеновый фотоэлемент [4]. [c.241]

    Фотоэлементы с внешним фотоэффектом представляют собой эвакуированный или газонаполненный баллон с двумя электродами. При этом катод является светочувствительным. Выбитые из светочувствительного катода электроны устремляются к аноду, в результате чего во нешней цепи возникает электрический ток. Спектральная [c.241]

    Для фотометрироваиия пиротехнических составов находят применение два типа фотоэлементов а) фотоэлементы с внешним фотоэффектом (например, калиевый, цезиевый)  [c.181]

    В фотоуровнемерах используют фотоэлементы с внешни. фотоэффектом и фотоэлементы с внутренним фотоэффектом (фотосопротивления). Фотоэлементы с внешним фотоэффектом (вакуумные) применяют чаще, так как они обладают высокой стабильностью характеристик и малой инерционностью. Фотосопротивления имеют очень большую интегральную чувствитель- [c.87]

    Вакуумный с кислородно-серебряно-цезиевым катодом фотоэлемент Ф-5, используемый для регистрации красной флуоресценции, принадлежит к группе фотоэлементов с внешним фотоэффектом. Такие фотоэлементы в наибольшей мере подходят для фотохимических исследований выходной ток фотоэлементов, почти линейно зависит от интенсивности монохроматического пучка света й широком интервале интенсивйостей. Эти фотоэлементы достаточно устойчивы, фактически не зависят от температуры и обыкновенно безынерционны относительно изменений интенсивности света. [c.202]

    Наиболее широко используются в фотометрах со светофильтрами фотоэлементы с запирающим слоем, фототок которых может быть измерен непосредственно чувствительным зеркальным гальванометром. Реже применяются фотоэлементы с внешним фотоэффектом, требующим обычно усиления фототока. Их преимущество-возможность измерения фототоков (после усиления) при помощи стрелочных рриборов. Перспективным является использование фотосопротивлений  [c.134]


Фотоэлементы с внешним и внутренним фотоэффектом

     Фотоэлементы с внешним фотоэффектом.

   Фотоэлементом называется электровакуумный, полупроводниковый или ионный прибор, в котором воздействие лучистой энергии оптического диапазона вызывает изменение его электрических свойств.
 Внешний фотоэффект или фотоэлектронная эмиссия заключается в том, что источник излучения сообщает части электронов дополнительную энергию, достаточную для выхода их вещества в окружающую среду (в вакуум или разрежённый газ). В вакуумных или электронных фотоэлементах движение происходит в вакууме, в газонаполненных или ионных фотоэлементах электроны перемещаются в разреженном газе и ионизируют атомы газа.

 
Фотоэлемент с внешним фотоэффектом (изо) имеет стеклянную колбу 2, в которой создан вакуум (в вакуумном фотоэлементе) или после откачки воздуха колба заполнена разреженным газом (аргоном при низком давлении — в ионных фотоэлементах).

Внутренняя поверхность колбы, за исключением небольшого «окна» для прохождения светового потока 1, покрыта фотокатодом 3, который представляет собой слой серебра (подложка), на который нанесен полупроводниковый слой окиси цезия.
Анод 4 фотоэлемента изготовляют в виде кольца, чтобы он не преграждал путь световому потоку к катоду. Колба помещается в пластмассовом цоколе 5, в нижней части которого находятся контактные штырьки 6 с выводами от анода и катода.

Под действием приложенного напряжения U источника питания между анодом и катодом фотоэлемента создается электрическое поле, и электроны, вылетающие с освещенной поверхности катода, направляются к положительно заряженному аноду. 

 

  Таким образом, в цепи установится фототок Iф, зависимость которого от светового потока Ф при неизменном напряжении источника питания (Ifr=f(Ф)) называется световой характеристикой. В ионном фотоэлементе электроны ионизируют атомы газа и увеличивают поток электронов т. е. увеличивают ток фотоэлемента, повышая его чувствительность.

Фотоэлектронная эмиссия и фототок фотоэлемента зависят от длины волны светового излучения, поэтому помимо световой чувствительности фотоэлементы характеризуются спектральной чувствительностью.

Анодные вольт амперные характеристики фотоэлементов показывают зависимость фототока от приложенного к зажимам фотоэлемента напряжения при неизменном световом потоке, освещающем фотокатод, т. е. Iф =f(U) при Ф = const.

  У электронного фотоэлемента фототок сначала быстро растет при увеличении напряжения, а затем рост его замедляется и, наконец, почти совсем прекращается, т. е., наступает режим насыщения (изо, а).
 Для ионных фотоэлементов анодная вольт амперная характеристика после горизонтального участка (электронный ток) поднимается вверх вследствие ионизации газа (изо, б).
В процессе работы фотоэлементов их параметры со временем изменяются, т. е. проявляется свойство их «утомляемости».
Обычно фотоэлементы используют совместно с ламповыми или транзисторными усилителями вследствие малого значения фототока, который может быть получен от фотоэлемента.  Наряду с фотоэлементами существуют фотоэлектронные приборы с усилением фототока, называемые фотоэлектронными умножителями. Эти приборы с внешним фотоэффектом, в которых фототок усиливается под действием вторичной электронной эмиссии.

 Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом и с запирающим слоем.

  Внутренний фотоэффект заключается в том, что источник излучения световой энергии вызывает увеличение энергии у части электронов вещества, ионизацию атомов и образование новых носителей зарядов (электронов и дырок), вследствие чего уменьшается электрическое сопротивление освещаемого материала.  Если при внешнем фотоэффекте электроны покидают пределы освещаемого вещества, то при внутреннем фотоэффекте они остаются внутри вещества,увеличивая количество носителей электрических зарядов.
 Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом называются фоторезисторами (фотосопротивлениями). Они представляют собой полупроводниковые приборы, электрическое сопротивление которых резко изменяется под действием падающего на них светового излучения. В качестве полупроводников применяют сернистый свинец (фоторезистор ФСА), селенид кадмия (фоторезистор ФСД), сернистый кадмий (фоторезистор ФСК).  Фоторезисторы ФСА применяются в инфракрасной, а остальные — в видимой области света. Чувствительность фоторезисторов значительно выше чувствительности фотоэлементов с внешним фотоэффектом, так что в ряде устройств фоторезисторы заменяют ранее используемые фотоэлементы с внешним фотоэффектом. Фоторезистор представляет собой (изо, а) стеклянную пластинку 1, на которую нанесен тонкий слой полупроводника 2, покрытый прозрачным лаком для защиты от механических повреждений и влаги. По краям выведены два металлических электрода 3. Фоторезистор помещен в пластмассовый корпус с двумя штырьками, к которым присоединяются электроды. Условное обозначение и схема включения фоторезистора показаны на изо, б.

Фоторезистор:а — схема устройства,б — схема включения и условное обозначение ФР,в — вольт амперная характеристика;1 — пластинка, 2 — слой полупроводника, 3 -электроды

Фоторезистор работает только от внешнего источника питания и имеет одинаковое сопротивление в обоих направлениях.
Неосвещенный фоторезистор обладает большим «темновым» сопротивлением (от сотен килоом до нескольких мегаом) и через него проходит малый «темновой» ток. При освещенном фоторезисторе его сопротивление резко уменьшается и ток увеличивается до некоторого значения , зависящего от интенсивности освещения. Разность между токами при освещении и «темновым» называется фототоком, т. е.
Iф = Iс — Iт.
Вольт амперная характеристика фоторезистора (изо, в), т. е. зависимость фототока от напряжения источника питания при неизменном световом потоке Iф = f(U) при
Ф = const линейна. Видно, что прямая затенённого положе, чем освещённого.
Это говорит о меньшей чувствительности неосвещённого элемента. К недостаткам фоторезисторов относится их инерционность (при освещении фототок не сразу достигает своего конечного значения, а лишь через некоторое время), нелинейность световой характеристики (фототок возрастает медленнее, чем сила света), зависимость электрического сопротивления и фототока от температуры окружающей среды. Фотоэлементы с фотоэффектом в запирающем слое, называющиеся вентильными фотоэлементами, имеют запирающий слой между полупроводниками с р-и n-проводимости. В этих фотоэлементах под воздействием светового излучения возникает ЭДС, называемая фото-эдс. Для изготовления вентильных фотоэлементов применяют селен, сернистый таллий, сернистое серебро, германий и кремний.

 Схема устройства кремниевого
вентильного фотоэлемента
1 — пластина кремния,2 — слой полупроводника

 Освещение поверхности фотоэлемента вблизи р-n-перехода вызывает ионизацию атомов кристалла и образование новых пар свободных носителей зарядов — электронов и дырок.
Под действием электрического поля р-n-перехода образующиеся в результате ионизации атомов кристалла электроны переходят в слой n, а дырки — в слой р, что приводит к избытку электронов в слое n и дырок в слое р.
Под действием разности потенциалов (фото-эдс) между слоями р и n во внешней цепи проходит ток I, направленный от электрода р к электроду n. Этот ток зависит от количества носителей зарядов — электронов и дырок, т. е. от силы света.

Чувствительность вентильных фотоэлементов высока (до 10 мА/лм), они не требуют источника питания и находят широкое применение в различных областях электроники, автоматики, измерительной технике и т. д. Принцип устройства кремниевого фотоэлемента с запирающим слоем показан на изо.
На пластину кремния 1 с примесью, создающей электронную проводимость, вводят примесь бора путем диффузии в вакууме, в результате этого образуется слой полупроводника с дырочной проводимостью 2 очень малой толщины, так что световые лучи свободно проникают в зону перехода. Батареи кремниевых элементов находят применение для непосредственного преобразования солнечной энергии в электрическую. Такие преобразователи, называемые солнечными батареями, применяют, например, на искусственных спутниках Земли для питания их аппаратуры.
Полупроводниковый фотоэлемент с двумя электродами, разделенными р-n-переходом, называемый фотодиодом, может работать как с внешним источником питания (преобразовательный режим), так и без внешнего источника (генераторный режим). При работе в генераторном режиме фотодиода его освещение вызывает возникновение фото-эдс, под действием которой во внешней цепи через нагрузку проходит ток, т. е. источником питания является фотодиод.  При работе в фотопреобразовательном режиме напряжение внешнего источника питания приложено встречно фото-эдс и фотодиод подобен фоторезистору с более высокой чувствительностью.
Если фотодиод не освещен, то через него проходит не большой обратный ток (темновой ток) под действием внешнего источника питания. При освещении электронной области фотодиода образуются носители зарядов — электроны и дырки. Дырки доходят до р-n-перехода и под действием электрического поля переходят в р-область, т. е. освещение вызывает увеличение числа перешедших неосновных носителей из n-области в р-область, и, следовательно, ток в цепи возрастает (возникает фототок).
 

Курс по радиоэлектронике 2012

 

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом — Энциклопедия по машиностроению XXL

Фотоэлемент с внешним фотоэффектом — см. фотоэлемент электровакуумный.  [c.164]

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом. Фотоэлемент (фиг. 84) состоит из стеклянного баллона, из которого откачан до высокого ва-  [c.546]

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом — приборы, которые основаны на явлении фотоэлектронной эмиссии. Фотоэлемент состоит из стеклянного баллона, воздух из которого откачан до высокого вакуума. Внутри помещены кольцеобразный анод и катод в виде тонкого слоя светочувствительного металла (цезий, калий), нанесенного иа внутреннюю поверхность баллона по серебряной подкладке.  [c.364]


Наряду с фотоэлементами с внешним фотоэффектом находят иногда применение фотоэлементы с запирающим слоем и фотосопротивления.  [c.365]

Чувствительность 364 Фотоэлементы с внешним фотоэффектом 364  [c.555]

В настоящее время для регистрации световых потоков в различных областях спектра применяются различные типы ФЭП — фотоэлементы и фотоумножители [113]. Наиболее широко применяются фотоэлементы с внешним фотоэффектом. В табл. 11 приведены данные для некоторых наиболее распространенных марок отечественных фотоэлементов, применяемых для регистрации интерференционных полос, спектральных линий и фотометрических измерений. В сравнительно широком спектральном интервале сохраняется линейная зависимость фототока этих приборов от интенсивности падающего света, что весьма удобно при  [c.107]

В фотоэлементах с внешним фотоэффектом используется явление эмиссии электронов с поверхности катода под воздействием светового потока. Фотоэлемент состоит из анода и катода, которые находятся в стеклянном баллоне.  [c.348]

К фотоэлементам с внешним фотоэффектом относятся фотоумножители, в которых для усиления полученного фототока применяется вторичная электронная эмиссия. На коэффициент усиления влияют конструкция фотоумножителя, свойства эмиттирующих поверхностей, условия эксплуатации, линейность характеристики, стабильность работы и т. д. Фотоумножители часто применяют в фотоэлектрических измерительных устройствах. Основные характеристики фотоумножителей приведены в табл. 41.  [c.349]

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом имеют меньший срок службы, чем фотогальванические элементы их чувствительность резко уменьшается с увеличением освещенности. Эти фотоэлементы имеют высокий коэффициент чувствительности и широкий диапазон рабочих температур.  [c.349]

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом типа ионных приборов выполняются в виде вакуумных или газонаполненных приборов (фиг. 44). При облучении фотокатода ток в электрической цепи будет изменяться, что регистрируется электроизмерительным прибором.  [c.139]

Анод фотоэлемента с внешним фотоэффектом выполняется в виде круглой плоской пластинки, а катод — в виде фоточувствительного слоя, нанесенного на внутренней поверхности колбы фотоэлемента.  [c.140]

Фиг. 44. Фотоэлемент с внешним фотоэффектом

Чувствительность фотоэлемента с внешним фотоэффектом зависит от температуры  [c.140]

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом типа фотоумножителей (фиг. 45) дают значительное увеличение чувствительности прибора за счет использования эффекта вторичной эмиссии.  [c.140]

Существует три вида фотоэлементов с внешним фотоэффектом— явление излучения электронов с поверхности вещества под воздействием света с внутренним фотоэффектом — способность материалов уменьшать свое электрическое сопротивление под действием света с запирающим слоем — в фотоэлементе под действием света создается электродвижущая сила.  [c.283]

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом типа ионных приборов (рис. 111.10, а) бывают вакуумные и газонаполненные. Последние  [c.146]

Метод закона косинусов. Из выражения (У.13) следует, что освещенность прямо пропорциональна косинусу угла между направлением светового потока и нормалью к освещаемой поверхности. Следовательно, при постоянных I г освещенность поверхности можно менять, изменяя угол падения лучей. Этот метод не следует применять, если приемниками излучения служат фотоэлементы с внешним фотоэффектом или селеновые фотоэлементы, так как освещение в этом случае происходит под переменным углом, что нежелательно.  [c.271]

Этот метод неприменим, если приемником излучения является вакуумный фотоэлемент с внешним фотоэффектом. Объясняется это тем, что эти фотоэлементы практически безынерционны и фототек изменяется одновременно с изменением освещенности.  [c.253]

Неодинаковые свойства глаз разных наблюдателей, их изменяемость во времени, а также трудоемкость визуальных измерений привели к широкому применению физич. (объективной) Ф. В качестве приемников и 3 луче н и я в физической Ф. применяют селеновые фотоэлементы, вакуумные фотоэлементы с внешним фотоэффектом, фотоэлектронные умножители, фотоматериалы и др. Кривые спектральной чувствительности этих приемников излучения отличаются от кривой видности. Поэтому для приведения кривых чувствительности к кривой видности перед светочувствительной поверхностью приемника излучения помещают соответствующий цветной светофильтр. Из физич. приемников излучения наибольшее применение в Ф. нашли селеновые фотоэлементы вследствие сравнительно высокой чувствительности (400— 500 мка/лм) и наибольшей близости относительной спектральной чувствительности к v .  [c.344]

ФОТОЭЛЕМЕНТ С ВНЕШНИМ ФОТОЭФФЕКТОМ  [c.361]

Рис. I. а — Общий вид фотоэлементов с внешним фотоэффектом б — схема включения.  [c.361]

ФОТОЭЛЕМЕНТ С ВНЕШНИМ ФОТОЭФФЕКТОМ — ФОТОЭЛЕМЕНТ С ЗАПИРАЮЩИМ СЛОЕМ  [c.362]

Зависимость / от освещенности (световая характеристика) имеет нелинейный характер. Нелинейность увеличивается с ростом Ф (рис. 3). В отличие от фотоэлементов с внешним фотоэффектом, Ф. с а. с. под действием излучения вырабатывают собств. эдс, т. е. являются преобразователями лучистой энергии в электрическую.  [c.363]

Другой прием увеличения фототока основан на вторичной электронной эмиссии и реализован в фотоэлектронных умножителях (ФЭУ). у ФЭУ такая же, как у вакуумных фотоэлементов. Коэфф. ФЭУ может быть сделан очень большим (см. табл.). Фотоэлементы с внешним фотоэффектом в зависимости от природы фотокатода, определяющей их спектральную чувствительность, применяются в диапазоне от ультрафиолетовой области спектра до Я = 1,2 мкм.  [c.199]

Приборы, в которых используется фотоэлектрический эффект, получили название фотоэлементов. В соответствии с перечисленными видами фотоэффекта фотоэлементы разделяются на три основные группы 1) фотоэлементы с внешним фотоэффектом 2) фотоэлементы с внутренним фотоэффектом (фотосопротивления) и 3) фотоэлементы с запирающим слоем (вентильные фотоэлементы).  [c.193]

Принципиальная схема устройства фотоэлемента с внешним фотоэффектом показана на фиг. 150. Фотоэлемент (фиг. 150, а) состоит из стеклянной колбы 1. Внутренняя поверхность колбы, за исключением окна 3, покрыта слоем серебра 4, на котором нанесен слой щелочного металла (калия, натрия или цезия).  [c.193]


Огромное разнообразие задач, решаемых с помощью фотоэлементов, вызвало к жизни чрезвычайно большое разнообразие типов фотоэлементов с различными техническими характеристиками. Выбор оптимального типа фотоэлементов для решения каждой конкретной задачи основывается на знании этих характеристик. Для фотоэлементов с внешним фотоэффектом (вакуумных фотоэле-.. ментов) необходимо знание следующих характеристик рабочая область спектра относительная характеристика спектральной чувствительности (она строится как зависимость от длины волны падающего света безразмерной величины отношения спектральной чувствительности при монохроматическом освещении к чувствительности в максимуме этой характеристики) интегральная чувствительность (она определяется при освещении фотоэлемента стандартным источником света) величина квантового выхода (процентное отношение числа эмиттированных фотоэлектронов к числу падающих на фотокатод фотонов) инерционность (для вакуумных фотоэлементов она определяется обычно через время пролета электронов от фотокатода к аноду). Важным параметром служит также темновой ток фотоэлемента, который складывается из термоэмиссии фотокатода при комнатной температуре и тока утечки.  [c.650]

Этим видам фотоэффекта соответствуют три основные группы фотоэлементов — приборов, превращающих световую энергию в энергию электрического тока фотоэлементы с внешним фотоэффектом (вакуумные и газонаполненные) фотоэлементы с внутренним фотоэффектом (фотосопротивления или фоторезисторы) фотоэлементы с запирающим слоем (вентильные или нолуиронодниковые).  [c.156]

Примечание. Первые называют фотоэлементами с внешним фотоэффектом, вторые — вентилы1ыми фотоэлементами или фотоэлементами с запирающим слоем.  [c.63]

Точность метода, основанного на законе Тальбота, зависит от точности выполнения вырезов в диске и от стабильности его угловой скорости. Такое светоослабляющее устройство не изменяет спектрального состава излучения. Этот метод не применим, если приемником излучения является вакуумный фотоэлемент с внешним фотоэффектом. Объясняется это тем, что эти фотоэлементы практически безынерционны, и фототок точно изменяется вслед за изменением освещенности.  [c.273]

Для целей Ф. разработаны спец. измерительные вакуумные фотоэлементы с внешним фотоэффектом, конструкция которых обеспечивает низкую величину темпового тока и линейность световой характе]ш-стики в широких нределах изменения освещенности катода. Песелективное уменьшение светового потока в известном отношении, необходимое для ряда фотометров, может быть достигнуто увеличением расстояния от источника света до приемника, применением вращающихся поглотителей (дисков с секторными вырезами), диафрагмированием однородного светового пучка. Обычно невелика селективность нри ас-лаблении света ноляризацией (двумя скрещенными Hj)h4MaMU Николя). Заметной селективностью обладают се1)ые, так называемые нейтральные свето-фильтры.  [c.344]

ФОТОЭЛЕМЕНТ С ВНЕШНИМ ФОТОЭФФЕКТОМ — вакуумный или газонаполненный прибор, основанный па эмиссии электронов в вакуум под действием света (см. Фотоэффект внешний). Основные элементы прибора — фотокашод и коллектор электронов (анод) фоточувствит. слой наносится либо нено-сродствонно на стеклянный баллон, либо на металлич. слой (п о д л о ж к у), предварительно осажденный на стекло, либо на поверхность металлич. пластинки, смонтированной внутри баллона (рис. 1, а).  [c.361]

Рпс. 2. Вольтамперпые характеристики фотоэлементов с внешним фотоэффектом а) вакуумных, б) газонаполненных Ф- > 1.  [c.362]

Ф. наз. также вакуумные и газонаполненные приборы, де11ствие к-рых основано на фотоэлектронной эмиссии (см. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом). Характеристики этих Ф. определяются гл. обр. типом фотокатода. я, А. Соболева.  [c.363]

П. и. и изменяется в очень широких пределах (см. Инфракрасное излучение). К фотозлектрич. приемникам относятся различного рода фотоэлементы [с внешним фотоэффектом, с внутр. фотоэффектом (или фотосопротивления), с запирающим слоем (или вентильные фотоэлементы)], фотодиоды, фотозлектрич. агсюды электронно-оптических преобразователей, счетчики фотонов.  [c.199]

В вакуумных фотоэлементах с внешним фотоэффектом ток /ф пропорционален потоку излучения, /ф == = (Я.) Ф (X) в том случае, если все вылетающие из фотокатода электроны попадают на анод, но во многих фотоэлементах такая линейная зависимость соблюдается лишь при малых потоках. т у вакуумных фотоэлементов мала (10 —10″ сек). Мал обычно и фототок ( 10 а), для его увеличения баллон наполняют инертным газом при низком давлении (т. н. га-зопаполнеппые фотоэлементы) у газонаполненных фотоэлементов значительно больше, чем у вакуумных, по они еще менее линейны (см. табл.).  [c.199]

Для фотоэлектронного прибора могут быть использованы вакуумные и газонаполнительные фотоэлементы с внешним фотоэффектом, фотоумножители, вентильные фотоэлементы, фотосопротивления, фотодиоды и фототриоды.  [c.166]

В фотореле усилители применяются обычно при использовании фотоэлементов с внешним фотоэффектом и фотосопротивлений. В фотореле с вентильными фотоэлементами усилители, как правило, не применяются, так как усилител требуют источника питания и, следовательно, основное преимущество вентильных фотоэлементов, являющихся источником э. д. с., теряет свое значение.  [c.170]


Принцип работы фотоэлемента

Примеров использования солнечной энергии великое множество. Это и солнечная энергетика и сельское хозяйство, фотоэлектрические системы и, наконец, фотосинтез без которого не было бы жизни. Одним из важных современных технологических решений является преобразование энергии Солнца в источник электрической энергии. В основу этого преобразования заложен принцип работы солнечного элемента.

Принцип получения электроэнергии

Батареи собраны из некоторого количества элементов, в которых энергия солнечного излучения преобразуется в электрическое напряжение. Каждый из упомянутых элементов – это фотодиод, изготовленный из специального полупроводящего материала. Каждый элемент батареи состоит из двух частей. Обе части – это определенным образом обработанный полупроводниковый материал.

Электроны в полупроводниках расположены в определенных диапазонах по энергии, диапазоны называют зонами. В каждой упомянутой части, как во всяком полупроводнике, существует заполненная зона, проводимости и разделяющая их зона. Если электрон находится в зоне проводимости, он может перемещаться. В заполненной зоне электроны вообще неподвижны. Но, если электрону сообщить добавочную энергию, он перейдет в зону проводимости и сможет перемещаться.

Возможен также переход электронов из заполненной на какой-нибудь уровень в промежуточной зоне. В обоих случаях в заполненной зоне окажется пустой уровень. На этот уровень может перейти другой электрон, оставив свой уровень незаполненным. Последний может занять соседний из этой же зоны, вместо того следующий и т.д.

Таким образом, перемещение зарядов в заполненной зоне приведет к тому, что электроны  тоже могут проводить ток. Такие создающие ток заряды, в отличие от электронов в зоне проводимости, называют дырками, так как при перемещении  в этом случае перемещается дырка – в место, где нет электрона. А теперь представим себе, что мы соединили друг с другом полупроводники, в одном из которых электрический ток проводят электроны, а в другом – дырки.  Падение солнечных лучей на элемент сгенерирует неравновесные электронно-дырочные пары с образованием тока.

Электрические процессы в такой паре весьма сложны. Поэтому упростим их насколько возможно, для этого положим, что освещается только один из двух полупроводников, скажем для определенности тот, в котором ток проводят свободные электроны. Тогда при соединении двух полупроводников, благодаря тому, что электроны совершают тепловое движение, часть из них перейдет в дырочный полупроводник. Значит, в электронном полупроводнике возникает недостача зарядов, и он благодаря этому получит положительный заряд.

Дырочный же полупроводник, получивший электроны от соседа, очевидно, получит отрицательный заряд. А для внешней цепи соединение двух таких полупроводников будет как источник напряжения, и будет создавать во внешней цепи ток, который нужен для движения чего-либо. Это практический пример использования солнечного электричества, который положен в основу и принцип работы солнечных элементов и батарей в целом.

Фотоэффект, применение в технике фотоэлементов

На протяжении почти всего XIX века ученые наблюдали странное поведение веществ, металлов и электролитов под действием на них прямого света. Эти вещества увеличивали свою проводимость. Первым, кто смог собрать и обосновать данное явление, был Альберт Эйнштейн. Он доказал, что свет существует в виде квантовых порций и может оказывать влияние на некоторые элементы, увеличивая проводимость, то есть высвобождая свободные электроны.

Фотоэффект

Фотоэффектом называют явление испускания веществом свободных электронов под воздействием света или другого электромагнитного облучения. Протекает он в твердых веществах и конденсированных жидкостях. Применение фотоэффекта привело к открытию и обоснованию квантовой теории. На основе этой теории удалось объяснить закономерности фотоэффекта.

Из этой теории выходит, что свободный электрон облучаемого вещества не может поглотить фотон, отдаваемый излучателем, ввиду того, что невозможно соблюдение законов сохранения энергии и импульса. Связь электрона вещества с окружением обуславливает фотоэффект в молекулах и конденсированной среде. Такая связь характеризуется ионизирующей энергией, так называемой энергией выхода электрона. Применение фотоэффекта в настоящее время на практике очень широко.

Виды фотоэффекта

Внешним фотоэффектом называют явление испускания электронов под воздействием электромагнитного излучения. При этом электроны, выходящие из вещества, называются фотоэлектронами, соответственно, электрический ток в нем называется фототоком. Непосредственно элемент в аппарате, подвергающийся облучению и отдающий электроны, называется фотокатодом. Спектральная характеристика фотокатода — это зависимость чувствительности к воздействию от частоты и длины волны излучения.

Внутренним фотоэффектом называют перераспределение внутри вещества согласно энергетическим особенностям. Применение фотоэффекта внутреннего объяснило явление фотопроводимости, то есть изменения концентрации заряда в веществе под воздействием излучения, при этом выход электронов не происходит.

Фотовольтаический эффект возникает под воздействием конкретно электромагнитного излучения на вещество со свободными электронами. Ядерный фотоэффект возникает при поглощении ядром атома гамма-излучения при неизменном нуклонном количестве. При этом происходит распад ядра и выход ядерной энергии.

Фотоэлемент

Широкое применение фотоэффекта стало возможным благодаря изобретению фотоэлемента. Он применяется как оптический датчик на станках, позволяя обрабатывать сложнейшие детали без применения человеческого труда согласно созданным для этого программам. Также в кино фотоэлемент считывает запись с пленки, преобразуя ее в звук.

Фотоэлементы и их применение намного упрощают нашу жизнь как потребителей электроэнергии. Связано это с тем, что они широко используются в таких аппаратах, как солнечные батареи. В них прямое солнечное излучение попадает на вещество, преобразуясь в электрический ток.

Принцип действия и устройство вакуумных фотоэлементов

Он основан на использовании внешнего фотоэффекта, при котором падающий на поверхность материала лучистый поток вызывает эмиссию электронов в вакуум. Эти фотоэлектроны увлекаются внешним электрическим полем, создающимся приложенным напряжением между двумя электродами. При этом роль катода играет фоточувствительный слой (фотокатод). Вторым электродом является анод. Фотоэлектроны под действием приложенного напряжения устремляются к аноду, создавая ток во внешней цепи.

Эмиссия электронов из фотокатода порождается следующими процессами: поглощением падающего фотона, которое приводит к передаче энергии фотона к электрону; диффузией возбужденного электрона к поверхности твердого тела; прохождением электрона через поверхностный потенциальный барьер в вакуум. Энергия, необходимая для преодоления потенциального барьера, называется работой выхода.

Эмиссионная способность материала характеризуется квантовым выходом, равным отношению числа освобожденных электронов к числу падающих фотонов. Величина квантового выхода будет тем больше, чем выше эффективность первых двух этапов фотоэмиссии и чем меньше работа выхода. Удачным сочетанием таких качеств обладают некоторые сложные полупроводники, являющиеся эффективными фотокатодами.

Анализ показывает, что для данного материала существует оптимальная длина волны, на которой наблюдается максимальное значение квантового выхода. В соответствии с законом Столетова, величина фототока пропорциональна потоку излучения, поглощенному веществом. максимальная же кинетическая энергия фотоэлектронов тем больше, чем больше частота падающего излучения и не зависит от величины потока излучения (закон Эйнштейна).

, (28)

где – работа выхода электрона;

h – постоянная Планка.

Из этой формулы следует, что внешний фотоэффект наблюдается только для излучения, длина волны которого меньше красной границы фотоэффекта, определяемой выражением

. (29)

Вакуумный фотоэлемент с внешним фотоэффектом представляет собой стеклянный вакуумированный баллон, на одну из стенок которого наносится фотокатод. Роль анода выполняет металлическая пластинка или кольцо, находящиеся в центре баллона. В некоторых конструкциях фотоэлементов, предназначенных для измерения слабых потоков, имеется третий вспомогательный электрод – охранное кольцо, помещаемое таким образом, чтобы улавливать токи утечки по баллону между выводами катода и анода. Баллон выполняется полностью из стекла или имеет окно для прохождения регистрируемого излучения из увиолевого стекла или кварца, или сапфира.

Конструктивно все фотоэлементы можно разделить на четыре группы.

1 Фотоэлементы с массивными непрозрачными фотокатодами, освещаемыми с фронта (рисунок 9, а). Они применяются для сфокусированных световых потоков, постоянных или модулированных с небольшой частотой.

а – с массивным фотокатодом; б – измерительного фотоэлемента с торцевым фотокатодом и охранным кольцом; в – сильноточного коаксиального фотоэлемента; 1 – фотокатод; 2 – анод; 3 – вывод фотокатода; 4 – вывод анода; 5 – охранное кольцо.

Рисунок 9 – Схема вакуумного фотоэлемента

Такие фотоэлементы используются в звуковом кино, фототелеграфии и контрольно-измерительной технике. Сферическая форма баллона является оптимальной, так как отраженное от поверхности фотокатода излучение снова попадает на соседние участки фотокатода.

2 Измерительные фотоэлементы (рисунок 9, б) используются в фотометрии для измерения слабых световых потоков, медленно меняющихся по величине или модулированных с определенной частотой. Они выполняются как с массивным фотокатодом, так и с торцевым полупрозрачным. Они, как правило, имеют охранное кольцо.

3 Специальные сильноточные фотоэлементы коаксиальной конструкции (ФЭК), предназначенные для регистрации лазерных импульсов с длительностью в несколько наносекунд. Для этого фотокатод выполнен в виде плоской пластинки, а анод в виде сетки располагается перед фотокатодом. Вся конструкция фотоэлемента выполнена в виде отрезка коаксиальной линии, согласованной с коаксиальным кабелем. Такие фотоэлементы имеют линейную световую характеристику для фототоков вплоть до нескольких ампер. Для снижения времени пролета электронов анодное напряжение увеличивают до 2-5 кВ. а расстояние между анодом и фотокатодом уменьшают до нескольких миллиметров.

4 Газонаполненные фотоэлементы, в которых для повышения интегральной чувствительности прибегают к усилению первичного фототока с помощью инертного газа, которым наполняется баллон фотоэлемента. В газе под воздействием приложенного анодного напряжения при движении электронов возникает лавинная ионизация, что вызывает увеличение тока в цепи. Так, чувствительность газонаполненного фотоэлемента ЦГ-4 в 2,5 раза выше, чем у аналогичных вакуумированных.

При выборе типа фотокатода при использовании фотоэлементов в оптико-электронных приборах руководствуются следующими требованиями.

1. Для работы в ИК области пригоден лишь серебряно-кислородно-цезиевый фотокатод. Но он не пригоден для работы со слабыми потоками из-за большой термоэмиссии и малой интегральной чувствительности.

2. Для монохроматических источников выбирают фотокатоды с максимальным квантовым выходом в заданной области спектра. В коротковолновой области спектра используют сурьмяно-цезиевые или бищелочные фотокатоды с пониженной термоэмиссией. В более длинноволновой (600-900 нм) – многощелочные.

3. Многощелочные, а также более простые в изготовлении сурьмяно-цезиевые фотокатоды, сенсибилизированные кислородом, имеют более высокую интегральную чувствительность.

4. В телевидении и других областях, требующих характеристики, близкие к кривой чувствительности глаза, используют висмут-серебряно-цезиевые или сурьмяно-рубидиево-цезиевые фотокатоды.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 3 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ — PDF Free Download

Работа 5.2 Изучение фотоэффекта

Работа 5. Изучение фотоэффекта Оборудование: фотоэлементы, блок питания, регулятор напряжения, источники света, монохроматор, вольтметр, гальванометр. Введение Среди различных явлений, в которых проявляется

Подробнее

Исследование характеристик фоторезистора

Работа 42 Исследование характеристик фоторезистора Цель работы Ознакомиться с принципом действия фоторезистора и исследовать его вольт-амперные, световые и спектральную характеристики, оценить ширину запрещенной

Подробнее

ОПТИЧЕСКИЕ МОДУЛЯТОРЫ

ОПТИЧЕСКИЕ МОДУЛЯТОРЫ Модуляция света это изменение его параметров в зависимости от управляющего (модулирующего) сигнала. С ее помощью производят наложение информации на световую волну или световой поток,

Подробнее

Лабораторная работа 19

Лабораторная работа 19 ВНУТРЕННИЙ ФОТОЭФФЕКТ. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОРЕЗИСТОРА Цель работы: экспериментально исследовать вольтамперную, световую и спектральную характеристики фотосопротивления.

Подробнее

Изучение внешнего фотоэффекта

Лабораторная работа 8 Изучение внешнего фотоэффекта ЦЕЛЬ РАБОТЫ 1. Построить вольтамперную характеристику фотоэлемента;. Построить световую характеристику и определить чувствительность фотоэлемента. ПРИБОРЫ

Подробнее

Лабораторная работа 11 А

Лабораторная работа 11 А ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА И РАБОТЫ ВЫХОДА ФОТОКАТОДА МЕТОДОМ ЗАДЕРЖИВАЮЩЕГО ПОТЕНЦИАЛА Цель работы экспериментальная проверка уравнения Эйнштейна для внешнего фотоэффекта;

Подробнее

Виды электронной эмиссии

Виды электронной эмиссии Физические процессы, протекающие в вакуумных электронных приборах и устройствах: эмиссия электронов из накаливаемых, холодных и плазменных катодов; формирование (фокусировка) и

Подробнее

Дисциплина «Твердотельная электроника»

Дисциплина «Твердотельная электроника» ТЕМА 7: «Оптоэлектронные полупроводниковые приборы» Легостаев Николай Степанович, профессор кафедры «Промышленная электроника» Оптоэлектронные полупроводниковые приборы.

Подробнее

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ПОКРЫТИЙ

Рисунок 3 Зависимость удельного расхода электроэнергии турбокомпрессора К500-61-5 от температуры воздуха после промежуточных воздухоохладителей Таким образом, повышение температуры воздуха после промежуточных

Подробнее

Приборы для измерения потерь.

Приборы для измерения потерь. Все приборы для измерения потерь в волокне делятся на несколько видов:! оптические тестеры;! оптические рефлектометры;! оптические измерительные ослабители лазерного излучения

Подробнее

Детектирование оптического излучения, шумы и статистическая обработка данных эксперимента http://cm.ilc.edu.ru План лекции Измеряемые величины в лазерной физике Функция фотодетектора Режимы измерения Аналогия

Подробнее

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 5 ВАРИАНТ 1.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 5 ВАРИАНТ 1. 1. Во сколько раз увеличится расстояние между соседними интерференционными полосами на экране в опыте Юнга, если зеленый светофильтр (λ 1 = 500 нм) заменить красным (λ 2

Подробнее

ФОТОЭФФЕКТ. (ПОДГОТОВКА К ЕГЭ)

МБОУ Школа 57 г.о. Самара ФОТОЭФФЕКТ. (ПОДГОТОВКА К ЕГЭ) 1. Какие максимальные скорость и импульс получат электроны, вырванные из натрия излучением с длиной волны 66 нм, если работа выхода составляет 4

Подробнее

ФОТОЭЛЕМЕНТЫ ВАКУУМНЫЕ

ФОТОЭЛЕМЕНТЫ ВАКУУМНЫЕ Принцип действия вакуумных фотоэлектронных приборов основан на так называемом внешнем фотоэффекте. К таким приборам относятся: вакуумные фотоэлементы и фотоумножители. Спектральная

Подробнее

Краткое теоретическое введение

010504. Двулучепреломление. Четвертьволновая фазовая пластинка. Цель работы: получение эллиптически поляризованного света из линейно поляризованного с помощью четвертьволновой пластинки и его анализ. Требуемое

Подробнее

I н ~Ф. mv max =eu. hν= A вых. + mv max

1 ЛАБОРАТОРНАДРАБОТА 2А ИЗУЧЕНИЕ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА Цель работы: изучение законов внешнего фотоэффекта; исследование вольтамперных характеристик вакуумного фотоэлемента; определение красной границы материала

Подробнее

Физика. Простые задачи. Задача 1. Задача 2

Физика Простые задачи Задача 1 Для элементного анализа пробу наночастиц подготавливают следующим образом: сперва её испаряют, а затем ионизируют электронным пучком. Температура кипения серебра T = 2485

Подробнее

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Программа составлена на основе федерального государственного образовательного стандарта высшего образования (уровень подготовки кадров высшей квалификации) по направлению подготовки 16.06.01 Физикотехнологические

Подробнее

РАЗДЕЛ 3 ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

РАЗДЕЛ 3 ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ Фотометрический шар диаметром 2 метра для поверки светоизмерительных ламп и для измерения светового потока источников света Элементы теоретической фотометрии W [Вт] Элементы

Подробнее

Задачи по оптике Па, 8W

Задачи по оптике 1. Лазер излучает импульсы с длительностью τ =,16 мкс с энергией W = 1 Дж. Излучение фокусируется на круглую мишень диаметром d =,1 мм, расположенную перпендикулярно пучку и имеющую коэффициент

Подробнее

Урок физики по теме «Применение фотоэффекта в технике»

Работа 5.2 Изучение фотоэффекта

Работа 5. Изучение фотоэффекта Оборудование: фотоэлементы, блок питания, регулятор напряжения, источники света, монохроматор, вольтметр, гальванометр. Введение Среди различных явлений, в которых проявляется

Подробнее

Изучение внешнего фотоэффекта

Лабораторная работа 8 Изучение внешнего фотоэффекта ЦЕЛЬ РАБОТЫ 1. Построить вольтамперную характеристику фотоэлемента;. Построить световую характеристику и определить чувствительность фотоэлемента. ПРИБОРЫ

Подробнее

Лабораторная работа 3.3

Лабораторная работа 3.3 ИЗУЧЕНИЕ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА И.Л. Дорошевич Цели работы: 1. Изучить основные закономерности внешнего фотоэффекта. 2. Построить вольт-амперные характеристики фотоэлемента при различных

Подробнее

ИЗУЧЕНИЕ ФОТОЭЛЕМЕНТА С ВНЕШНИМ ФОТОЭФФЕКТОМ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» УТВЕРЖДАЮ Проректор-директор

Подробнее

Исследование характеристик фоторезистора

Работа 42 Исследование характеристик фоторезистора Цель работы Ознакомиться с принципом действия фоторезистора и исследовать его вольт-амперные, световые и спектральную характеристики, оценить ширину запрещенной

Подробнее

Лабораторная работа 11 А

Лабораторная работа 11 А ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА И РАБОТЫ ВЫХОДА ФОТОКАТОДА МЕТОДОМ ЗАДЕРЖИВАЮЩЕГО ПОТЕНЦИАЛА Цель работы экспериментальная проверка уравнения Эйнштейна для внешнего фотоэффекта;

Подробнее

Лабораторная работа 19

Лабораторная работа 19 ВНУТРЕННИЙ ФОТОЭФФЕКТ. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОРЕЗИСТОРА Цель работы: экспериментально исследовать вольтамперную, световую и спектральную характеристики фотосопротивления.

Подробнее

Виды электронной эмиссии

Виды электронной эмиссии Физические процессы, протекающие в вакуумных электронных приборах и устройствах: эмиссия электронов из накаливаемых, холодных и плазменных катодов; формирование (фокусировка) и

Подробнее

Лабораторная работа 46.2

Лабораторная работа 46. Изучение законов внешнего фотоэффекта Методическое руководство Москва 015 г. Изучение законов внешнего фотоэффекта 1. Цель лабораторной работы Целью лабораторной работы является

Подробнее

ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

Подробнее

1.Тормозное рентгеновское излучение

1.Тормозное рентгеновское излучение Квантовая природа излучения подтверждается также существованием коротковолновой границы тормозного рентгеновского спектра. Рентгеновские лучи возникают при бомбардировке

Подробнее

ФОТОЭФФЕКТ. (ПОДГОТОВКА К ЕГЭ)

МБОУ Школа 57 г.о. Самара ФОТОЭФФЕКТ. (ПОДГОТОВКА К ЕГЭ) 1. Какие максимальные скорость и импульс получат электроны, вырванные из натрия излучением с длиной волны 66 нм, если работа выхода составляет 4

Подробнее

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по курсу физики

Ю. В. Тихомиров ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по курсу физики С ЭЛЕМЕНТАМИ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КВАНТОВАЯ ОПТИКА. АТОМНАЯ ФИЗИКА. ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ для студентов всех специальностей

Подробнее

Кафедра физики. Квантовая физика

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физики Квантовая физика Фотоэффект Учебное пособие для лабораторного практикума по физике. Для дневного и

Подробнее

Лекция 4 Ток в вакууме. Полупроводники

Лекция 4 Ток в вакууме. Полупроводники Электрический ток в вакууме. Вакуумный диод Если два электрода поместить в герметичный сосуд и удалить из сосуда воздух, то, как показывает опыт, электрический ток

Подробнее

Лабораторная работа 46.2

Лабораторная работа 46. Изучение законов внешнего фотоэффекта Методическое руководство Москва 015 г. Изучение законов внешнего фотоэффекта 1. Цель лабораторной работы Целью лабораторной работы является

Подробнее

ФОТОЭЛЕМЕНТЫ ВАКУУМНЫЕ

ФОТОЭЛЕМЕНТЫ ВАКУУМНЫЕ Принцип действия вакуумных фотоэлектронных приборов основан на так называемом внешнем фотоэффекте. К таким приборам относятся: вакуумные фотоэлементы и фотоумножители. Спектральная

Подробнее

Элементы оптоэлектроники

Элементы оптоэлектроники Электроника Оптоэлектронные приборы предназначены для преобразования электрической энергии в электромагнитное излучение в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне (в

Подробнее

ЛЕКЦИЯ 1 ФОТОЭФФЕКТ. ЭФФЕКТ КОМПТОНА

ЛЕКЦИЯ 1 ФОТОЭФФЕКТ. ЭФФЕКТ КОМПТОНА Элементарные частицы обладают квантовыми (волновыми) свойствами. Но фотоны (кванты электромагнитного излучения) обладают свойствами частиц тоже. Первый семинар посвящается

Подробнее

Квантовая физика. Строение атома

Квантовая физика. Строение атома Какой график соответствует зависимости максимальной кинетической энергии фотоэлектронов Е от частоты падающих на вещество фотонов при фотоэффекте 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 Поверхность

Подробнее

Дисциплина «Твердотельная электроника»

Дисциплина «Твердотельная электроника» ТЕМА 7: «Оптоэлектронные полупроводниковые приборы» Легостаев Николай Степанович, профессор кафедры «Промышленная электроника» Оптоэлектронные полупроводниковые приборы.

Подробнее

ФИЗИКА, ч. 3 ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 1

ФИЗИКА, ч. 3 ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 1 Вариант 1 1. Какая доля энергии фотона израсходована на работу вырывания фотоэлектрона, если красная граница фотоэффекта 307 нм и максимальная кинетическая энергия

Подробнее

I н ~Ф. mv max =eu. hν= A вых. + mv max

1 ЛАБОРАТОРНАДРАБОТА 2А ИЗУЧЕНИЕ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА Цель работы: изучение законов внешнего фотоэффекта; исследование вольтамперных характеристик вакуумного фотоэлемента; определение красной границы материала

Подробнее

Лекц ия 18 Электрический ток в вакууме

Лекц ия 8 Электрический ток в вакууме Вопросы. Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Электронные лампы (диод и триод) и их использование. 8.. Вакуум. Электрический ток в вакуумном диоде

Подробнее

Собственный полупроводник

Собственный полупроводник Для изготовления полупроводников применяют в основном германий и кремний, а также некоторые соединения галлия, индия и пр. Для полупроводников характерен отрицательный температурный

Подробнее

г.минск тел Страница 1

ФОТОРЕЗИСТОР ФСК-Г1, Минск т.80447584780 www.fotorele.net www.tiristor.by радиодетали, электронные компоненты email [email protected] tel.+375 29 758 47 80 мтс каталог, описание, технические, характеристики,

Подробнее

Бакулова Н.В. НГТУ Страница 4

ВАРИАНТ 1 1. Оголенный проводник сложили в 2 раза. Как изменится его сопротивление? Как изменится его вольт-амперная характеристика? Изобразить графически в относительных единицах. 2. Подсчитайте общее

Подробнее

Фотоэффект. Содержание. История открытия

Фотоэффект Материал из Википедии свободной энциклопедии Фотоэффеќт это испускание электронов веществом под действием света (и, вообще говоря, любого электромагнитного излучения). В конденсированных веществах

Подробнее

6.2. Объясните принцип работы фотоэлемента с внешним фотоэффектом?

Современный фотоэлемент представляет собой стеклянную колбу, часть внутренней поверхности которой покрыта тонким слоем металла с малой работой выхода. Это — катод. Через прозрачное «окошко» свет проникает внутрь колбы. В ее центре расположена проволочная петля или диск – анод. Он служит для улавливания фотоэлектронов и присоединения к положительному полюсу батареи. Применяемые фотоэлементы реагируют на видимый свет и даже на инфракрасные лучи.

При попадании света на катод фотоэлемента в цепи возникает электрический ток, который приводит в действие то или иное реле. Комбинация фотоэлемента с реле позволяет конструировать множество различных видящих автоматов. Одним из них является автомат в метро. Он срабатывает (выдвигает перегородку) при пересечении светового пучка, если предварительно не опущен жетон.

6.3. Что такое «красная граница» фотоэффекта? Чем обусловлено ее наличие и положение на шкале длин волн?

Предельную частоту vm называют красной границей фотоэффекта. Она выражается так:

Если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной частоты, то фотоэффект не происходит (красная граница фотоэффекта).

К оптическому излучению, помимо воспринимаемого человеческим глазом видимого излучения (400-760 нм), относятся инфракрасное (λ > 760 нм) и ультрафиолетовое (λ < 400 нм) излечения.

6.4. Объясните причину различия вольтамперных характеристик в прямом направлении для разных световых потоков.

Различие вольтамперных характеристик в прямом направлении для разных световых потоков связано с различием в длине волны (или частоте световых волн). Световым потокам различного цвета соответствуют волны различной длины.

Для каждого вещества фотоэффект наблюдается лишь в том случае, если частота v света больше минимального значения vm. Ведь чтобы вырвать электрон из металла даже без сообщения ему кинетической энергии, нужно совершить работу выхода А. Следовательно, энергия кванта должна быть больше этой работы: hv > A.

Работа выхода А зависит от рода вещества. Поэтому и предельная частота vm фотоэффекта (красная граница) для разных веществ различна.

6.5. При каких условиях возникает ток насыщения?

Максимальное значение силы тока Iн называется током насыщения.

Ток насыщения определяется числом электронов, испущенных за секунду освещаемым электродом. При малых напряжениях не все вырванные светом электроны достигают другого электрода.

Количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за секунду, прямо пропорционально интенсивности световой волны. Чем больше энергия светового пучка, тем эффективнее его действие.

6.6. Изобразите вольтамперную характеристику фотоэлемента, включенного в обратном направлении. Поясните ее.

Величина задерживающего напряжения Uз зависит от максимальной кинетической энергии, которую имеют вырванные светом электроны. При изменении интенсивности света задерживающее напряжение не меняется. Это означает, что не меняется и кинетическая энергия электронов. Кинетическая энергия вырываемых светом электронов зависит только от частоты света.

Задерживающее напряжение Uз зависит от частоты света v линейно, то есть график зависимости Uз от v имеет вид прямой линии. Отсюда следует, что чем больше энергия фотона, тем больше запирающее напряжение (рис. 4.2.).

Каковы основные принципы фотоэлектрического датчика?

Введение

Фотоэлектрический датчик представляет собой датчик, в котором в качестве элемента преобразования используется фотоэлектрический компонент. В электронике фотоэлектрический датчик преобразует интенсивность света в электрические сигналы. Обычно он состоит из трех частей: передатчика, приемника и схемы обнаружения.
Передатчик излучает световой луч к цели, и испускаемый световой луч обычно представляет собой полупроводниковый источник света, такой как светоизлучающий диод (LED), лазерный диод и инфракрасный излучающий диод.Луч излучается непрерывно, или измените ширину импульса, чтобы добиться этого. Приемник обычно состоит из фотодиода, фототранзистора и фотоэлемента. Перед приемником устанавливаются такие оптические компоненты, как линза и апертура. За ним находится схема обнаружения, которая может отфильтровывать эффективный сигнал и выполнять действия.

Что такое фотоэлектрический датчик?

Каталог


Ⅰ Базовый фотоэлектрический датчик

1.1 Характеристики фотоэлектрического датчика

Фотоэлектрические датчики могут использоваться для обнаружения неэлектрических физических величин, которые непосредственно вызывают изменения в освещении, таких как интенсивность света, освещенность, измерение температуры излучения, анализ состава газа и т. д., а также могут использоваться для обнаружения другие неэлектрические величины, которые могут быть преобразованы в изменения количества света, такие как диаметр детали, шероховатость поверхности, смещение, вибрация, скорость, ускорение, а также распознавание формы и рабочего состояния объекта.Он обладает характеристиками бесконтактности, быстрого реагирования, надежной работы и т. Д., Поэтому он широко используется в устройствах промышленной автоматизации и роботах.

1.2 Фотоэлектрический эффект

Принцип действия фотоэлектрических датчиков обычно подразделяют на три категории: 
(1) Явление, при котором электроны могут перетекать через поверхность объекта под действием света, называется внешним фотоэлектрическим эффектом, например фотоэлектрическим. трубка, фотоумножитель и т. д.
(2) Под действием света изменение сопротивления называется внутренним фотоэффектом, например фоторезистор, фототранзистор и т. д.
(3) Объект, генерирующий определенную направленную электродвижущую силу под действием света, называется фотогальваническим эффектом, например фотогальванические элементы.

1.3 Преобразование оптических сигналов в электрические сигналы

Фотоэлектрические датчики, в которых в качестве чувствительных частей используются фотоэлектрические компоненты, основанные на фотоэлектрическом эффекте, имеют широкий спектр применений. В соответствии с характером вывода устройства, оно имеет два принципа:
1) Непрерывно изменяющийся фототок можно использовать для измерения интенсивности света и физических величин, таких как температура, способность пропускания света, смещение и состояние поверхности объекта.Например: люксметр для измерения силы света, фотоэлектрический пирометр, фотоэлектрический колориметр и мутномер, фотоэлектрическая сигнализация, устройство автоматического обнаружения для проверки качества продукции. Полупроводниковые оптоэлектронные компоненты не только широко используются в гражданской промышленности, но и играют важную роль в военной. Например, фоторезисторы на основе сульфида свинца можно использовать в инфракрасных приборах ночного видения, инфракрасных камерах и инфракрасных навигационных системах.
2) Преобразование измеренного вещества в непрерывно меняющийся фототок.Различные фотоэлектрические автоматические устройства изготавливаются с характеристиками «с» или «без» вывода электрического сигнала при облучении фотоэлектрических элементов светом или без него. Фотоэлемент используется в качестве элемента фотоэлектрического преобразования переключающего типа. Например, фотоэлектрическое устройство ввода электронного компьютера, устройство регулировки температуры переключающего типа, цифровой фотоэлектрический измеритель скорости и т. д. лазерно-отражательного и диффузного типа.

Ⅱ Применение фотоэлектрических датчиков

2.1 Для чего используются фотоэлектрические датчики?

1) Монитор задымления и пыли
Предотвращение промышленного задымления и пылеобразования является одной из важных задач охраны окружающей среды. Чтобы его устранить, надо сначала узнать количество дымовых и пылевых выбросов. Следовательно, источник дыма и пыли должен контролироваться, автоматически отображаться и сигнализировать о превышении нормы. Мутность дыма и пыли в дымоходе определяют по величине изменения при пропускании света в дымоходе.Если она увеличивается, свет, излучаемый источником света, поглощается и преломляется частицами сажи, и свет, достигающий фотоприемника, уменьшается. Следовательно, сила выходного сигнала фотодетектора может отражать изменение мутности дымовых газов.

2) Сканер штрих-кода
Когда сканирующее перо движется по штрих-коду, если оно встречает черную линию, свет светодиода будет поглощаться черной линией, а фототранзистор не будет получать отраженный свет, присутствующий высоким импедансом и находиться в состоянии отсечки.При попадании в белый интервал свет, излучаемый светодиодом, отражается к базе светочувствительного триода, который генерирует фототок для проведения. После сканирования всего штрих-кода фототранзистор преобразует штрих-код в электрические импульсные сигналы, которые усиливаются, а затем преобразуются в последовательность импульсов и, наконец, обрабатываются компьютером для завершения идентификации информации штрих-кода.

3) Счетчик продуктов
Когда продукт движется по конвейерной ленте, он постоянно экранирует путь света от источника света к фотоэлектрическому датчику, так что схема фотоэлектрических импульсов генерирует электрический импульсный сигнал.Каждый раз, когда продукты затемняют свет, схема фотоэлектрического датчика генерирует импульсный сигнал. Таким образом, количество выходных импульсов представляет собой количество продуктов. Импульс подсчитывается счетной схемой и отображается схемой дисплея.

4) Фотоэлектрический дымовой извещатель
При отсутствии дыма свет, излучаемый светодиодом, распространяется прямолинейно, и фототранзистор не получает сигнала. Когда выхода нет, но есть дым, свет, излучаемый светодиодом, преломляется частицами дыма, так что свет попадает на триод, сигнальный выход посылает сигнал тревоги.

5) Измерение скорости
Черно-белое покрытие на вращающемся валу двигателя. При вращении попеременно появляется отраженный и неотраженный свет. Соответственно фотоэлектрический датчик прерывисто принимает отраженный световой сигнал и выдает прерывистый электрический сигнал, который усиливается усилителем и схемой формирования. Сигнал прямоугольной формы формируется и выводится, и, наконец, скорость двигателя выводится на электронный цифровой дисплей.

6) Фотоэлементы в фотоэлектрическом обнаружении и автоматическом управлении
Когда фотоэлементы используются в качестве фотодетекторов, их основные принципы такие же, как у фотодиодов, но их основные конструкции и производственные процессы не совсем такие же. Поскольку фотогальванический элемент не требует внешнего напряжения при работе, он обладает такими преимуществами, как высокая эффективность фотоэлектрического преобразования, широкий спектральный диапазон, хорошие частотные характеристики, низкий уровень шума и т. д. Они широко используются в фотоэлектрическом считывании, фотоэлектрической связи, дальномерной решетке, лазерная коллимация, пленочное восстановление звука, УФ-мониторы и устройства защиты от возгорания газовых турбин и т. д.

2.2 Пример: переключатель инфракрасного фотоэлектрического датчика

Использует блокировку или отражение луча инфракрасного света измеряемым объектом для определения наличия тестируемого объекта. Когда обнаруженный объект проходит через зону обнаружения, состояние выхода инфракрасного фотоэлектрического переключателя изменится для достижения автоматического обнаружения. Кроме того, могут быть обнаружены объекты, обладающие способностью отражать и блокировать инфракрасный свет.

Конструкция переключателя с фотоэлектрическим датчиком: параметры и чертежи

Параметры

Описание

Потребляемый ток

5 мА~30 мА

Выходной ток

Постоянный ток: менее 200 мА Переменный ток: менее 200 мА Релейные выходы, контактный ток: 1–3 А

Время отклика

DC: менее 2.5 мс переменного тока: менее 30 мс

Обнаружение объекта

Прозрачный, непрозрачный

Непрозрачный

Прозрачный, непрозрачный

Непрозрачный

Дифференциальное расстояние

Менее 20%

 

Менее 20%

 

Угол наведения

 

3°~20°

3°~10°

 

3°~20°

3°~10°

Окружающая освещенность

Интенсивность поверхностного освещения: Менее 3000 лк (лампа накаливания) Менее 10000 лк (солнечный свет)

Сопротивление изоляции

Более 200 МОм


Ⅲ Разработка фотоэлектрического датчика

3.1 Преимущества

① Большое расстояние обнаружения
Если расстояние обнаружения 10 м или более установлено для типа сквозного луча, он может обнаруживать дистанционно, чем другие методы обнаружения (магнитные, ультразвуковые и т. д.).

② Меньше ограничений на обнаружение объектов
Поскольку принцип обнаружения основан на затенении и отражении, вызванных объектом обнаружения, в отличие от датчиков приближения, которые ограничивают объект обнаружения металлом. Фотоэлектрический датчик может обнаружить практически все объекты, такие как стекло, пластик, дерево и жидкость.

③ Короткое время отклика
Свет сам по себе является высокоскоростным, а схема датчика состоит из электронных частей, поэтому нет механического рабочего времени, а время отклика очень короткое.

④ Высокое разрешение
Высокое разрешение может быть достигнуто за счет использования передовых технологий проектирования для концентрации проецируемого светового луча в небольшом пятне или за счет формирования специальной светоприемной оптической системы. Он также может обнаруживать мелкие объекты и высокоточное положение.

⑤ Бесконтактное обнаружение
Обнаружение может быть достигнуто без механического прикосновения к объекту обнаружения, поэтому оно не приведет к повреждению объекта обнаружения и датчика.Поэтому фотоэлектрический датчик можно использовать длительное время.

⑥ Цветовая дискриминация
Коэффициент отражения и поглощения света, формируемого объектом обнаружения, различается в зависимости от комбинации длины волны проецируемого света и цвета объекта обнаружения. Используя эту характеристику, можно определить цвет обнаруженного объекта.

⑦ Простота настройки
В случае проецируемого видимого света, поскольку проецируемый луч света виден глазу, положение объекта обнаружения можно легко изменить.

3.2 Интеллектуальные фотоэлектрические датчики

Откройте для себя лучшие фотоэлектрические датчики будущего. Интеллектуальные фотоэлектрические датчики обеспечивают важные входные данные для каждой технологической цепочки. Они поддерживают динамичные, оптимизированные в режиме реального времени и самоорганизующиеся отраслевые процессы. Функции интеллектуального фотоэлектрического датчика: самокомпенсация, самокалибровка, самодиагностика, числовая обработка, двусторонняя связь, хранение информации и цифровой вывод. С развитием науки и техники функции интеллектуальных фотоэлектрических датчиков будут постепенно увеличиваться.Он будет использовать искусственные нейронные сети, искусственный интеллект и технологии обработки информации (такие как технология объединения сенсорной информации, нечеткая теория и т. д.), чтобы позволить датчикам иметь более продвинутый интеллект, навыки анализа и суждения. Таким образом, его функции самоадаптации и самообучения могут выполнять сложные задачи, такие как распознавание изображений, обнаружение признаков и многомерное обнаружение.

 

Ⅳ Часто задаваемые вопросы о фотоэлектрическом датчике

1.Что такое фотоэлектрический датчик?
Фотоэлектрический датчик — это устройство, обнаруживающее изменение интенсивности света. Как правило, это означает либо необнаружение, либо обнаружение источника света, излучаемого датчиком.

 

2. Как работает фотоэлектрический датчик?
Фотоэлектрический датчик состоит в основном из излучателя для излучения света и приемника для приема света. Когда излучаемый свет прерывается или отражается чувствительным объектом, количество света, попадающего на приемник, меняется.Приемник обнаруживает это изменение и преобразует его в электрический выходной сигнал.

 

3. Где используются фотоэлектрические датчики?
Проверка объектов на производственных линиях или конвейерах: фотоэлектрические датчики могут определять размеры предметов, чтобы обнаруживать любые ошибки или просто обнаруживать их отсутствие, а также выявлять такие проблемы, как смещенные крышки на бутылках. Они широко используются в пищевой и фармацевтической промышленности, а также на упаковочных предприятиях.

 

4.Какие три типа фотоэлектрических устройств существуют?
Существует три основных типа фотоэлектрических датчиков: сквозной луч, рефлекторный и рассеянный. Каждый датчик имеет свои сильные стороны и может использоваться по-разному.

 

5. Какие два основных компонента фотоэлектрического датчика?
Фотоэлектрический датчик состоит из двух основных компонентов. Это передатчик (источник света) и приемник (датчик).

 

6.Из каких трех основных частей состоит фотоэлектрический датчик?

Фотоэлектрический датчик состоит из источника света, приемника света, основной цепи и выходной цепи, и эти части выполняют следующие функции соответственно. Фотодиоды и фототранзисторы светоприемника принимают свет, излучаемый источником света, и преобразуют его в электрический сигнал.

 

7. Что такое датчик фотоэлектрического переключателя?

Фотоэлектрический датчик представляет собой тип переключателя.Это переключатель, который есть. выключается и включается по наличию или отсутствию полученного света. Собственных преимуществ у такого «бесконтактного» выключателя нет. привело к широкому применению в промышленности.

 

8. Для чего используется фотоэлектрический датчик?

Фотоэлектрический датчик излучает световой луч (видимый или инфракрасный) от своего светоизлучающего элемента. Фотоэлектрический датчик отражательного типа используется для обнаружения светового луча, отраженного от цели.Датчик сквозного луча используется для измерения изменения количества света, вызванного пересечением мишенью оптической оси.

 

9. Как подключить фотоэлектрический датчик?

Подсоедините один черный провод фотоэлемента к черному проводу, идущему из здания. Обязательно скрутите оголенный медный провод так, чтобы он образовывал плотное соединение. Подсоедините второй черный провод на фотоэлементе к черному проводу на вашем светильнике, убедившись, что медный провод полностью скручен.

 

10. Как проверить фотоэлектрический датчик?

Самый простой способ определить, как работает ваш фотоэлемент, это подключить мультиметр в режиме измерения сопротивления к двум проводам и посмотреть, как меняется сопротивление при затенении датчика рукой, выключении света и т. д. Потому что сопротивление сильно меняется , здесь хорошо работает автоматический измеритель диапазона.

 

Альтернативные модели

Деталь Сравнить Производители Категория Описание
Произв.Номер детали: TC4427EOA713 Сравните: Текущая часть Производители:Microchip Категория: Драйверы FET Описание: 1.5A Двойной МОП-транзистор Drvr8 SOIC 3,9 мм (0,15 дюйма) T/R
№ производителя: TC4426EOA Сравните: TC4427EOA713 против TC4426EOA Производители:Microchip Категория: Драйверы FET Описание: TC4426EOA; Двойной драйвер питания MOSFET 1.5А; от 4,5 до 18 В; инвертирование; 8-контактный разъем SOIC
№ производителя: TC4427COA Сравните: TC4427EOA713 против TC4427COA Производители:Microchip Категория: Драйверы FET Описание: TC4427COA, драйвер питания с двумя полевыми МОП-транзисторами 1.5 А, от 4,5 до 18 В, неинвертирующий, 8-контактный, SOIC
№ производителя: TC4427EOA Сравните: TC4427EOA713 против TC4427EOA Производители:Microchip Категория: Драйверы FET Описание: TC4427EOA, драйвер питания с двумя полевыми МОП-транзисторами 1.5 А, от 4,5 до 18 В, неинвертирующий, 8-контактный, SOIC

Фотоэлектрический эффект — University Physics Volume 3

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Описать физические характеристики фотоэлектрического эффекта
  • Объясните, почему фотоэффект не может быть объяснен классической физикой
  • Опишите, как идея Эйнштейна о частице излучения объясняет фотоэлектрический эффект

Когда на металлическую поверхность воздействует монохроматическая электромагнитная волна с достаточно короткой длиной волны (или, что эквивалентно, выше пороговой частоты), падающее излучение поглощается, а подвергаемая воздействию поверхность испускает электроны.Это явление известно как фотоэлектрический эффект. Электроны, испускаемые в этом процессе, называются фотоэлектронами.

Экспериментальная установка для изучения фотоэффекта схематически показана на (рис.). Материал мишени служит анодом, который становится эмиттером фотоэлектронов при освещении монохроматическим излучением. Мы называем этот электрод фотоэлектродом. Фотоэлектроны собираются на катоде, который поддерживается при более низком потенциале по сравнению с анодом.Разность потенциалов между электродами может быть увеличена или уменьшена, или ее полярность может быть изменена на противоположную. Электроды заключены в вакуумированную стеклянную трубку, чтобы фотоэлектроны не теряли своей кинетической энергии при столкновениях с молекулами воздуха в пространстве между электродами.

Когда материал мишени не подвергается облучению, ток в этой цепи не регистрируется, так как цепь разорвана (обратите внимание, между электродами имеется зазор). Но когда материал мишени соединяется с отрицательным полюсом батареи и подвергается воздействию излучения, в этой цепи регистрируется ток; этот ток называется фототоком.Предположим, что теперь мы меняем разность потенциалов между электродами так, что материал мишени теперь соединяется с положительной клеммой батареи, а затем мы медленно увеличиваем напряжение. Фототок постепенно затухает и в конце концов полностью перестает течь при некотором значении этого обратного напряжения. Разность потенциалов, при которой фототок перестает течь, называется тормозным потенциалом.

Характеристики фотоэлектрического эффекта

Фотоэлектрический эффект имеет три важные характеристики, которые не могут быть объяснены классической физикой: (1) отсутствие запаздывания, (2) независимость кинетической энергии фотоэлектронов от интенсивности падающего излучения и (3) наличие частоты среза.Рассмотрим каждую из этих характеристик.

Отсутствие времени задержки

Когда излучение попадает на материал мишени в электроде, электроны испускаются почти мгновенно, даже при очень низкой интенсивности падающего излучения. Это отсутствие запаздывания противоречит нашему пониманию, основанному на классической физике. Классическая физика предсказывает, что для низкоэнергетического излучения потребуется значительное время, прежде чем облученные электроны смогут набрать достаточную энергию, чтобы покинуть поверхность электрода; однако такого накопления энергии не наблюдается.

Интенсивность падающего излучения и кинетическая энергия фотоэлектронов

Типичные экспериментальные кривые показаны на (Рисунок), на которых фототок построен в зависимости от приложенной разности потенциалов между электродами. При положительной разности потенциалов ток неуклонно растет, пока не выйдет на плато. Дальнейшее увеличение потенциала за пределами этой точки вообще не увеличивает фототок. Более высокая интенсивность излучения дает более высокое значение фототока.Для отрицательной разности потенциалов с увеличением абсолютной величины разности потенциалов величина фототока уменьшается и становится равной нулю при останавливающем потенциале. При любой интенсивности падающего излучения, будь то высокая или низкая интенсивность, значение тормозного потенциала всегда остается на одном уровне.

Чтобы понять, почему этот результат необычен с точки зрения классической физики, мы должны сначала проанализировать энергию фотоэлектронов. Фотоэлектрон, покидающий поверхность, имеет кинетическую энергию K .Он получил эту энергию от падающей электромагнитной волны. В пространстве между электродами фотоэлектрон движется в электрическом потенциале, и его энергия изменяется на величину где — разность потенциалов и Поскольку нет никаких сил, кроме электрической силы, применяя теорему о работе-энергии, мы получаем баланс энергии для фотоэлектрон, где — изменение кинетической энергии фотоэлектрона. При приложении тормозного потенциала фотоэлектрон теряет свою первоначальную кинетическую энергию и останавливается.Таким образом, его энергетический баланс становится таким, что при наличии тормозящего потенциала наибольшей кинетической энергией, которой может обладать фотоэлектрон, является его начальная кинетическая энергия, которую он имеет на поверхности фотоэлектрода. Следовательно, наибольшую кинетическую энергию фотоэлектронов можно непосредственно измерить, измерив тормозной потенциал:

На данный момент мы можем видеть, где классическая теория расходится с экспериментальными результатами. В классической теории фотоэлектрон непрерывно поглощает электромагнитную энергию; это означает, что когда падающее излучение имеет высокую интенсивность, ожидается, что кинетическая энергия на (рисунке) будет высокой.Точно так же, когда излучение имеет низкую интенсивность, ожидается, что кинетическая энергия будет низкой. Но эксперимент показывает, что максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности света.

Зависимость обнаруженного фототока от приложенной разности потенциалов показывает, что при любой интенсивности падающего излучения, будь то высокая (верхняя кривая) или низкая (нижняя кривая), значение тормозного потенциала всегда одинаково.

Наличие частоты среза

Для любой металлической поверхности существует минимальная частота падающего излучения, ниже которой фототок не возникает.Значение этой предельной частоты для фотоэффекта является физическим свойством металла: разные материалы имеют разные значения предельной частоты. Экспериментальные данные показывают типичный линейный тренд (см. (Рисунок)). Кинетическая энергия фотоэлектронов на поверхности линейно растет с увеличением частоты падающего излучения. Измерения для всех металлических поверхностей дают линейные графики с одним наклоном. Ни одно из этих наблюдаемых явлений не согласуется с классическим пониманием природы.Согласно классическому описанию, кинетическая энергия фотоэлектронов вообще не должна зависеть от частоты падающего излучения, и не должно быть частоты отсечки. Вместо этого в классической картине электроны получают энергию от падающей электромагнитной волны непрерывным образом, и количество получаемой ими энергии зависит только от интенсивности падающего света и больше ни от чего. Таким образом, в классическом понимании, пока светит свет, ожидается, что фотоэлектрический эффект будет продолжаться.

Кинетическая энергия фотоэлектронов на поверхности в зависимости от частоты падающего излучения. Фотоэффект может возникать только выше частоты среза. Измерения для всех металлических поверхностей дают линейные графики с одним наклоном. Каждая металлическая поверхность имеет свою частоту среза.

Рабочая функция

Фотоэффект был объяснен в 1905 году А. Эйнштейном. Эйнштейн рассудил, что если гипотеза Планка о квантах энергии верна для описания обмена энергией между электромагнитным излучением и стенками резонатора, то она также должна работать и для описания поглощения энергии электромагнитного излучения поверхностью фотоэлектрода.Он постулировал, что электромагнитная волна переносит свою энергию дискретными пакетами. Постулат Эйнштейна выходит за рамки гипотезы Планка, поскольку утверждает, что свет сам по себе состоит из квантов энергии. Другими словами, в нем говорится, что электромагнитные волны квантуются.

В подходе Эйнштейна пучок монохроматического света с частотой f состоит из фотонов. Фотон — это частица света. Каждый фотон движется со скоростью света и несет квант энергии Энергия фотона зависит только от его частоты f .В явном виде энергия фотона равна

где постоянная Планка. При фотоэффекте фотоны достигают поверхности металла, и каждый фотон отдает все своей энергии только одному электрону на поверхности металла. Эта передача энергии от фотона к электрону относится к типу «все или ничего», и не существует дробных передач, при которых фотон терял бы только часть своей энергии и выживал. Суть квантового явления в том, что либо фотон передает всю свою энергию и перестает существовать, либо передачи нет вообще.Это контрастирует с классической картиной, где разрешена дробная передача энергии. При таком квантовом понимании энергетический баланс электрона на поверхности, получающей энергию от фотона, составляет

.

где — кинетическая энергия, определяемая (рисунок), которой обладает электрон в тот самый момент, когда он отрывается от поверхности. В этом уравнении баланса энергии – энергия, необходимая для отрыва фотоэлектрона от поверхности. Эта энергия называется работой выхода металла.Каждый металл имеет свою характерную работу выхода, как показано на (рис.). Чтобы получить кинетическую энергию фотоэлектронов на поверхности, мы просто инвертируем уравнение баланса энергии и используем (рисунок) для выражения энергии поглощенного фотона. Это дает нам выражение для кинетической энергии фотоэлектронов, явно зависящее от частоты падающего излучения:

Это уравнение имеет простую математическую форму, но его физика глубока. Теперь мы можем уточнить физический смысл, стоящий за (рис.).

Типичные значения работы выхода для некоторых распространенных металлов
Металл (эВ)
Нет данных 2,46
Ал 4,08
Пб 4,14
Цинк 4,31
Fe 4,50
Медь 4,70
Аг 4.73
Пт 6,35

В интерпретации Эйнштейна взаимодействие происходит между отдельными электронами и отдельными фотонами. Отсутствие задержки означает, что эти взаимодействия один на один происходят мгновенно. Это время взаимодействия не может быть увеличено за счет снижения интенсивности света. Интенсивность света соответствует количеству фотонов, попадающих на поверхность металла в единицу времени. Даже при очень низкой интенсивности света фотоэлектрический эффект все еще возникает, потому что взаимодействие происходит между одним электроном и одним фотоном.Пока есть хотя бы один фотон с достаточной энергией, чтобы передать ее связанному электрону, на поверхности фотоэлектрода появится фотоэлектрон.

Существование частоты отсечки для фотоэффекта следует из (рис.), поскольку кинетическая энергия фотоэлектрона может принимать только положительные значения. Это означает, что должна существовать некоторая пороговая частота, для которой кинетическая энергия равна нулю. Таким образом, мы получаем явную формулу для частоты отсечки:

Частота среза зависит только от работы выхода металла и прямо пропорциональна ей.Когда работа выхода велика (когда электроны быстро связаны с поверхностью металла), энергия порогового фотона должна быть большой, чтобы произвести фотоэлектрон, и тогда соответствующая пороговая частота велика. Фотоны с частотами выше пороговой частоты всегда производят фотоэлектроны, потому что у них есть Фотоны с частотами меньше чем не имеют достаточно энергии для производства фотоэлектронов. Поэтому, когда падающее излучение имеет частоту ниже частоты отсечки, фотоэффект не наблюдается.Так как частота f и длина волны электромагнитных волн связаны фундаментальным соотношением (где скорость света в вакууме), частота среза имеет соответствующую длину волны среза

В этом уравнении наши наблюдения могут быть переформулированы следующим эквивалентным образом: когда падающее излучение имеет длину волны больше, чем длина волны отсечки, фотоэлектрический эффект не возникает.

Фотоэлектрический эффект для серебра Излучение с длиной волны 300 нм падает на поверхность серебра.Будут ли наблюдаться фотоэлектроны?

Стратегия

Фотоэлектроны могут быть выброшены с поверхности металла только тогда, когда падающее излучение имеет более короткую длину волны, чем длина волны отсечки. Работа выхода серебра ((Рисунок)). Для проведения оценки воспользуемся (рисунок).

Решение Пороговая длина волны для наблюдения фотоэффекта в серебре равна

.

Падающее излучение имеет длину волны 300 нм, что больше длины волны отсечки; поэтому фотоэлектроны не наблюдаются.

Значение Если бы фотоэлектрод был сделан из натрия вместо серебра, длина волны отсечки была бы 504 нм и наблюдались бы фотоэлектроны.

(рисунок) в модели Эйнштейна говорит нам, что максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов является линейной функцией частоты падающего излучения, что показано на (рисунке). Для любого металла наклон этого графика имеет значение постоянной Планка. Точка пересечения с осью — дает нам значение работы выхода, характерное для металла.С другой стороны, можно непосредственно измерить в эксперименте, измерив значение тормозящего потенциала (см. (рисунок)), при котором фототок останавливается. Эти прямые измерения позволяют экспериментально определить значение постоянной Планка, а также работу выхода материалов.

Модель

Эйнштейна также дает прямое объяснение значений фототока, показанных на (рис.). Например, удвоение интенсивности излучения приводит к удвоению количества фотонов, попадающих на поверхность в единицу времени.Чем больше число фотонов, тем больше число фотоэлектронов, что приводит к большему фототоку в цепи. Вот как интенсивность излучения влияет на фототок. Фототок должен выйти на плато при некотором значении разности потенциалов, поскольку в единицу времени число фотоэлектронов равно числу падающих фотонов, а число падающих фотонов вообще не зависит от приложенной разности потенциалов, а только от интенсивность падающего излучения.Тормозной потенциал не меняется с интенсивностью излучения, так как кинетическая энергия фотоэлектронов (см. (рисунок)) не зависит от интенсивности излучения.

Энергия фотонов и кинетическая энергия фотоэлектронов Фиолетовый свет с длиной волны 430 нм падает на кальциевый фотоэлектрод с работой выхода 2,71 эВ.

Найти энергию падающих фотонов и максимальную кинетическую энергию выбитых электронов.

Стратегия Мы используем энергию падающего фотона Чтобы получить максимальную энергию выброшенных электронов, мы используем (Рисунок).

Решение

Значение В этой экспериментальной установке поток фотоэлектронов прекращается при тормозном потенциале 0,17 В.

Проверьте свои знания Желтый свет с длиной волны 589 нм падает на поверхность, работа выхода которой равна 1,20 эВ. Что такое тормозной потенциал? Какова длина волны отсечки?

В; 1040 нм

Библиотека FLAX

.

ЛЕН (Гибкий выбор языка) стремится автоматизировать производство и доставку интерактивных цифровых языковых коллекций.Простые интерфейсы, разработанные для учащихся и преподавателей, сочетаются с мощными инструментами языкового анализа. Материалы для упражнений поступают из цифровых библиотек, обеспечивая практически бесконечный запас аутентичного изучения языка в контексте. (Все программное обеспечение, созданное в рамках этого проекта, имеет открытый исходный код и выпущено в рамках GNU General Public License.)

Команда FLAX выпустила десять новых мобильных приложений для Android, которые можно бесплатно загрузить из GooglePlay. Эти игровые приложения — интересный способ взаимодействия с языковыми коллекциями в FLAX.Дай им шанс!

    • Эти мощные коллекции основаны на больших справочных корпусах, таких как Британский национальный корпус (BNC), и даже на больших наборах данных из Google и Википедии. Более мощные, чем словарь, эти коллекции показывают многочисленные примеры языка в контексте для некоторых из самых сложных областей изучения английского языка — словосочетаний и фраз — где есть буквально сотни тысяч возможностей для сочетания слов.

    • Изучение словосочетаний
    • Изучение академических слов и словосочетаний
    • Книжные фразы
    • Веб-фразы
    • Веб-коллокации
  • Эти коллекции получены из онлайн-сервиса E-theses (EThOS). Инициатива открытого доступа, управляемая Британской библиотекой.

  • Ресурсы, используемые в этих сборниках законов, взяты из открытых подкастов, массовых открытых онлайн-курсов (МООК) и публикаций открытого доступа. Они были разработаны \ d, чтобы помочь учащимся с юридическим английским языком и продемонстрировать типы тематических коллекций, которые можно создать с помощью программного обеспечения FLAX.

  • Если вы хотите создать свои собственные коллекции и разместить их здесь, пожалуйста, напишите нам

    Примечание:Примечание: мы переместили некоторые созданные учителями коллекции, которые в настоящее время находятся в стадии создания, в коллекции.flax.nzdl.org. Однако, если вы хотите, чтобы ваши окончательные коллекции появились здесь, пожалуйста, напишите нам.

основанное на проектах преподавание и изучение оптики для студентов бакалавриата посредством модернизации современного физического эксперимента

1.

ВВЕДЕНИЕ

1.1

Немного увлекательной истории науки и ее педагогическое значение

Краеугольное открытие, сделанное в конце 19 90 695 го 90 696 века и на заре 20 90 695 го 90 696 века, фотоэлектрический эффект открыл ворота в квантовую физику. Это также начальный эксперимент в любом текущем курсе современной физики, оптики или углубленной лаборатории [1, 2, 3]. Из-за нехватки времени чаще всего типичная лекция или лаборатория по фотоэлектрическому эффекту будет сосредоточена на «точных науках» и технических аспектах эффекта и, в лучшем случае, будет иметь независимое задание по чтению, посвященное историческому контексту открытия. .Однако тщательное изучение этого исторического контекста не только оживляет и очеловечивает представленный материал, но и предоставляет учащимся важную техническую информацию. Он также представляет собой выдающийся пример практического применения научного метода рядом известных ученых в один из самых захватывающих моментов в истории физики. Представляя этот исторический контекст, можно вовлечь студентов в дискуссии о теориях и экспериментах того времени, которые были либо непосредственной частью дебатов, либо формировали фон, на котором проводились эти дебаты и открытия.Учащиеся узнают, что процесс научных открытий — это не линейный процесс, а скорее итеративный процесс построения головоломки по частям. Они узнают, что хорошо продуманные теоретические предположения и тщательно спланированные эксперименты для проверки этих предположений являются важными шагами в построении этой головоломки. Они также узнают, что кажущиеся некоррелированными экспериментальные факты могут дать важные кусочки головоломки, что позволит в конечном итоге получить полную и ясную картину. Мы считаем, что научные «изгибы и повороты» в открытии фотоэлектрического эффекта имеют уникальную ценность для воплощения этих идей в жизнь для студентов, и включение их в обязательный материал для курса приносит реальную пользу обучению студентов.По всем этим причинам мы представляем здесь некоторые основные моменты этой истории.

Захватывающая история открытия и возможного теоретического объяснения фотоэлектрического эффекта насчитывает около тридцати лет (1887-1916) и неразрывно переплетается с рядом других великих экспериментальных открытий, теоретических формулировок и физических дебатов того времени. В частности, открытие и возможное объяснение эффекта стало переломным моментом в спорах о природе света.Таким образом, этот эксперимент относится как к лаборатории оптики, так и к лаборатории современной физики. Первое наблюдение и систематическое – хотя и ограниченное, и только экспериментальное – изучение явления принадлежит немецкому физику Генриху Рудольфу Герцу в 1886-1887 гг. [4]. Это следует из теории электромагнитного излучения Максвелла, опубликованной в 1865 году, которая предсказала существование электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света, и, таким образом, пришла к выводу, что свет сам по себе является электромагнитной волной.В 1886 году Герц стал первым экспериментатором, успешно проверившим теорию Максвелла, генерируя и обнаруживая электромагнитные волны в лаборатории с помощью электрического прибора. В последующих экспериментах Герц смог измерить скорость и длину волны генерируемых им электромагнитных волн и продемонстрировать их поперечный характер. Он также изучил их свойства отражения и преломления и доказал, что они такие же, как у световых волн. В результате он вне всякого сомнения подтвердил, что свет представляет собой электромагнитную волну.

Интересно и достаточно иронично, что, экспериментально доказав, что свет является действительно электромагнитной волной, как и предсказывал Максвелл, Герц также сделал открытие «побочного эффекта», которое в конечном итоге обеспечило экспериментальную основу для современной частицы . Теория света, сформулированная много лет спустя Альбертом Эйнштейном. Действительно, в качестве передатчика электромагнитных волн Герц в своих экспериментах использовал индукционную катушку высокого напряжения, чтобы вызвать искровой разряд между двумя кусками латуни, разделенными небольшим зазором (генератор с искровым разрядником).В качестве приемника для обнаружения волн, генерируемых передатчиком, он использовал открытую петлю из медной проволоки с небольшой латунной сферой на одном конце и заостренным проводом на другом конце, подведенным в непосредственной близости от латунной сферы. По сути, этот приемник представлял собой простую полуволновую дипольную антенну с микрометровым искровым промежутком между элементами, настроенную на резонанс с передатчиком. Таким образом, обнаружение волн, генерируемых передатчиком, стало видимым благодаря искре внутри этого микрометрового зазора.Первое, что Герц заметил в своих экспериментах, заключалось в том, что искра, создаваемая приемником, была сильнее (длиннее), если на нее попадал свет от искры передатчика. С помощью серии тщательных экспериментов Герц смог определить, что именно ультрафиолетовый, а не видимый свет искры передатчика был ответственен за этот эффект. Однако Герц не предпринимал попыток объяснить природу явления и в 1887 г. решил, по его собственным словам, ограничиться « в настоящее время сообщением полученных результатов, не делая попыток какой-либо теории относительно того, каким образом наблюдаемые явления приводят к .

Вдохновленный исследованиями Герца, в 1888 году немецкий физик Вильгельм Хальвакс разработал более простой эксперимент: он использовал изолированные, отрицательно заряженные, нейтральные или положительно заряженные цинковые пластины и электрометр из сусального золота для изучения прямое воздействие ультрафиолета на эти объекты. Его эксперименты доказали, что при освещении ультрафиолетовым светом отрицательно заряженный объект быстро теряет свой заряд, нейтральный объект становится положительно заряженным, а положительно заряженный объект не теряет заряд быстро.Хотя это действительно внесло больше ясности в экспериментальные факты при исследовании явления, как и Герц, Халлвакс не пытался предложить теоретическое объяснение явления. Тем не менее, этот вариант фотоэлектрического эффекта известен как эффект Холлвакса.

Прошло еще десять лет, пока эксперименты, проведенные (независимо) Джозефом Джоном Томсоном и Филиппом фон Ленардом, направленные на раскрытие природы так называемых катодных лучей, заложили также экспериментальную основу для теоретического объяснения фотоэффекта. [5].Примерно в то же время были проведены эксперименты с катодными лучами (излучение, испускаемое при приложении напряжения между двумя металлическими пластинами в стеклянной трубке, заполненной газом низкого давления). В 1897 году Дж.Дж. Томсон пришел к выводу, что отклонение катодных лучей электрически заряженными пластинами и магнитами свидетельствует о том, что лучи состоят из потоков «тел, намного меньших, чем атомы» (позже названных электронами), которые были заряжены отрицательно, и рассчитал отношение их заряда к массе. . Через два года он определил, что при освещении катода электронно-лучевой трубки УФ-светом образуются частицы того же типа — электроны.Нобелевская премия по физике 1906 года была присуждена Дж.Дж. Томсон « в знак признания больших заслуг его теоретических и экспериментальных исследований по проводимости электричества газами ».

В ходе параллельных критических экспериментов, проведенных Филиппом фон Ленардом в 1893 году, стеклянная трубка была снабжена тонким алюминиевым окном. Это позволяло передавать и изучать катодные лучи вне вакуумной трубки, сохраняя при этом вакуум в трубке. Его эксперименты доказали, что катодные лучи не были электромагнитными волнами.Позже, в серии тщательно спланированных экспериментов между 1899 и 1902 годами, Ленард сосредоточился на фотоэлектрическом эффекте и, по сути, открыл то, что мы знаем сегодня как основные черты этого эффекта. Как Джей Джей Томсоном он показал, что при падении УФ-излучения на металл (катод в электронно-лучевой трубке) из металла удаляются электроны. Он показал, что эти электроны, распространяющиеся в вакууме трубки, могут отклоняться магнитным полем и ускоряться или замедляться электрическим полем.Их можно было бы даже полностью остановить от достижения анода с помощью соответствующего обратного напряжения между катодом и анодом, называемого останавливающим напряжением . На основании этих наблюдений он решил измерить поток (количество) и максимальную кинетическую энергию электронов, испускаемых катодом, в зависимости от интенсивности и длины волны падающего света. Он узнал, что при любой интенсивности света эффект был практически мгновенным. Он узнал, что поток электронов (электрический ток), испускаемый катодом, зависит от интенсивности падающего света, но максимальная кинетическая энергия отдельных электронов, измеряемая тормозным напряжением, не зависит.Он также узнал, что одна и та же кинетическая энергия зависит, однако, от цвета (длины волны) падающего света: в частности, более короткие длины волн производят электроны с более высокой кинетической энергией. Однако его наблюдения в этом отношении были более качественными и приводили к не очень воспроизводимым энергиям, ограниченным качеством вакуума в его трубке, что со временем приводило к частичному окислению катода. Тем не менее наблюдения были неожиданными и противоречили формировавшейся картине объяснения фотоэффекта, основанной на электромагнитной теории света.За всю свою работу Нобелевская премия по физике 1905 года была присуждена Филиппу Эдуарду Антону фон Ленарду « за его работу о катодных лучах », но не за фотоэлектрический эффект. По иронии судьбы, именно в 1905 году Альберт Эйнштейн, основываясь на теории квантов Планка, сформулировал свою обманчиво простую, но революционную революционную теорию фотоэффекта (подробно обсуждаемую в следующем разделе) [6]. Нобелевская премия по физике 1921 года была присуждена Альберту Эйнштейну (в 1922 году) « за его заслуги перед теоретической физикой и особенно за открытие закона фотоэлектрического эффекта », факт, который Ленард никогда не мог простить.

1.2

Теория фотоэлектрического эффекта Эйнштейна

Объяснение Эйнштейном экспериментальных результатов Ленарда основано на революционном предположении, что световой луч или луч — это не что иное, как поток «пакетов» энергии, называемых квантами. Это основано на гипотезе Планка 1900 года о том, что электромагнитное излучение может быть испущено и поглощено только дискретными (целочисленными) кратными фундаментальному кванту энергии, определяемому как Δ E = , гипотеза, необходимая Планку для объяснения спектрального распределения энергии в излучении абсолютно черного тела.Эта гипотеза также ввела постоянную Планка h. Эйнштейн сделал еще один шаг вперед в этой гипотезе и выдвинул идею о том, что поле электромагнитного излучения само по себе является квантованным. По словам Эйнштейна, « энергия светового луча, исходящего из точечного источника, не распределяется непрерывно по увеличивающемуся пространству, а состоит из конечного числа квантов энергии, локализованных в точках пространства, движущихся, не разделяясь, и могут производиться и потребляться только в виде полных единиц .Согласно Эйнштейну, каждый такой квант энергии, который мы теперь называем фотонами, имеет энергию

, где h — постоянная Планка, а v — частота электромагнитной волны, связанной с этим световым лучом. Тогда качественные экспериментальные результаты Ленарда могут быть объяснены точным количественным образом, если предположить, что при фотоэлектрическом эффекте один такой квант энергии (фотон) поглощается — как целостная единица — одним электроном. Таким образом, предсказывается, что наиболее энергичные электроны, испускаемые катодом, будут иметь кинетическую энергию

, где Вт — константа, зависящая от материала, представляющая «работу», необходимую для высвобождения электрона из фотокатода.Эти наиболее энергичные фотоэлектроны можно замедлить, если между анодом и катодом приложить тормозящее напряжение. Результирующий фототок можно свести к нулю при тормозном напряжении В 0 , называемом тормозным напряжением , где

При этом уравнение Эйнштейна для фотоэффекта принимает вид

Графики на рис. свойства, предсказанные уравнением 4. Однако данные, доступные в 1905 году, не были достаточно точными, чтобы окончательно подтвердить или опровергнуть теорию Эйнштейна.Прошло еще одиннадцать лет, пока в 1916 году Милликен, твердо веривший в волновую теорию света, не опубликовал результаты своей серии тщательно спланированных и выполненных экспериментов по фотоэлектрическому эффекту. Эти эксперименты, призванные доказать ошибочность представления Эйнштейна о свете как частице, в конечном итоге фактически подтвердили предсказание Эйнштейна. Милликен нашел значение 4,128 × 10 –15 эВ · с для наклона графика эВ 0 νs υ с использованием натриевого фотокатода (уравнение4, рис. 1в), число, которое хорошо согласуется со значением, полученным Планком из его теории излучения абсолютно черного тела [9,10,11]. Нобелевская премия по физике 1923 года была присуждена Роберту Эндрюсу Милликену « за работу по элементарному заряду электричества и фотоэлектрическому эффекту ».

Рисунок 1.

Графическое изображение свойств фотоэлектрического эффекта, предсказанное уравнением Эйнштейна 1905 года для эффекта (уравнение 4) и подтвержденное экспериментально (качественным образом) Ленардом между 1900 и 1902 годами

2 .

МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТА

Общая экспериментальная установка

Этот проект начался с обзора литературы по истории и теории фотоэлектрического эффекта, а также коммерческих и некоммерческих версий экспериментальной установки. В то время как многие колледжи и университеты имеют коммерческую версию устройства, используемого в их современной физике, передовой лаборатории или лаборатории оптики, поиск также выявил ряд творческих форм устройства, собранных в домашних условиях (в университетских лабораториях).Мы обнаружили, что этот поиск сам по себе имеет большую педагогическую ценность, поскольку позволил нам изучить, проанализировать, сравнить и сопоставить заявленные характеристики, сложность аппарата, стоимость, доступность и гибкость по отношению к нашему предполагаемому способу использования. Как указывалось ранее, коммерческие экспериментальные аппараты для изучения фотоэлектрического эффекта доступны от ряда поставщиков. На рис. 2 показано устройство, доступное от PASCO [7] по цене около 3700 долларов. Устройство состоит из ртутного источника света низкого давления с закрытым корпусом и связанного с ним источника питания, собственного закрытого блока фотоэлементов на вакуумных лампах, оснащенного фильтрующим колесом, концентричным с апертурным колесом, источника питания, который обеспечивает напряжение (переменное от положительного к отрицательному) между фотокатодом и анодом фотоэлемента, а также усилитель тока и измеритель для измерения очень малого фототока, генерируемого в фотоэлементе под действием падающего света.Ртутная лампа низкого давления излучает дискретные четкие спектральные линии 365, 405, 436, 546 и 577 нм соответственно. Каждый из них можно выбрать по очереди в качестве длины волны возбуждения для освещения фотокатода, вращая колесо фильтров и помещая соответствующий узкополосный фильтр перед фотоэлементом. Кроме того, интенсивность падающего света можно установить на один из трех возможных уровней, выбрав соответствующую апертуру перед полосовыми фильтрами. Усилитель тока может измерять фототоки в диапазоне от 10 -8 до 10 -13 А (диапазон выбирается вручную).Запатентованный вакуумный фотоэлемент с никеленодовым кольцом имеет заявленный темновой ток 20 × 10 90 695 –13 90 696 А. представляет собой качественную (хотя и не очень дешевую) коммерческую установку для изучения фотоэффекта. Это позволяет учащимся быстро собрать все данные и построить все кривые, обсуждавшиеся в разделе 1.2, тем самым подтверждая все выводы фон Ленарда об эффекте.Кроме того, это позволяет им проверить теорию эффекта Эйнштейна и рассчитать постоянную Планка с точностью (согласно PASCO) 5% или лучше от общепринятого значения. Это все достоинства этого аппарата, которые нельзя преуменьшать. То, что , а не , позволяет на регулярной основе или даже достаточно легко, так это экспериментировать со сложностями самой установки, чтобы лучше понять факторы, влияющие на их экспериментальные измерения. Стоимость замены фотоэлемента внутри корпуса составляет 549 долларов, и даже смотреть на него на регулярной основе может быть невозможно или нежелательно.Наша цель состоит в том, чтобы иметь переработанный экспериментальный аппарат для фотоэлектрического эффекта, который дает точные результаты для постоянной Планка, и в то же время позволяет студентам «возиться» — по крайней мере, в некоторой степени — с аппаратом, анализировать его оптическую схему (возможно, даже собирать его из подмодулей или даже отдельных компонентов) и выяснить влияние на их экспериментальные результаты.

2.2

Современная установка фотоэлектрического эффекта в Кеттерингском университете

В Кеттерингском университете мы давно используем (по историческим причинам) настольную установку фотоэлектрического эффекта, в которой используется фотоэлемент на вакуумной трубке (RCA/Cetron/GE). 1P39 или 929), за которым следует операционный (трансимпедансный) усилитель и соответствующие источники питания и измерители.Ячейка освещается расширенным лучом одного из четырех гелий-неоновых лазеров (зеленый 543,5 нм, желтый 594 нм, оранжевый 612 нм и красный 632,8 нм). Использование лазеров вместо фильтров обеспечивает узкую спектральную ширину облучающего луча. В то же время это делает настольную установку очень дорогой для замены или копирования, подверженной смещению лазеров и в целом довольно громоздкой. Это также требует, чтобы эксперимент проводился в темной (тусклой) комнате, чтобы свести к минимуму рассеянный комнатный свет на фотоэлемент, поскольку перед окном фотоэлемента нет полосовых фильтров лазерной линии.Еще одним недостатком является относительно узкий спектральный диапазон, охватываемый четырьмя лазерами (от 543,5 до 632,8 нм), что приводит к несколько большим ошибкам в определении постоянной Планка.

2.3

Модернизация устройства фотоэлектрического эффекта

Из-за возраста лазеров, которые также являются самыми дорогими компонентами в нашей установке, в течение прошлого года мы изучали варианты более компактной настольной установки, которую можно было бы воспроизвести в экономичным способом для шести станций и позволяющим проводить эксперимент при включенном комнатном освещении.Эта задача представила себя также как возможность рассмотреть педагогическую ценность установки, которая была фактически разработана (в некоторой степени при значительном участии научного руководителя факультета), собрана и протестирована студентом. Следует отметить, что в Кеттерингском университете каждый студент бакалавриата (любой специальности) должен работать над проектом «Кульминационный опыт бакалавриата» (CUE), результатом которого является завершение дипломной работы в качестве обязательного требования для получения диплома. Следовательно, для проекта был выбран старший специалист по прикладной физике (Брендан Бук), который будет работать под руководством доктора Б.Корнелиу Раблау (руководитель диссертации), доктор Ума Рамабадран (член диссертационного комитета) и Роберт Каннингем, магистр медицины (руководитель лаборатории). Практичность проблемы требовала, чтобы проектирование высокого уровня (т. е. выбор основного подхода и основных компонентов аппарата) осуществлялось под руководством курирующих преподавателей и сотрудников, а не самим студентом. Это было в основном продиктовано соображениями стоимости, и по-прежнему требовало участия студента на каждом этапе процесса. Различные возможные проекты высокого уровня были проанализированы со студентом и обсуждены в связи с известными параметрами и ограничениями проекта.Основными соображениями были целевая начальная стоимость станции, количество станций, которые необходимо собрать, стоимость и доступность заменяемых компонентов (таких как фотоэлемент с вакуумной трубкой, ртутные лампы низкого давления, широкополосные или узкополосные интерференционные фильтры) и желаемые технические характеристики. и педагогические результаты редизайна. Все они очень хорошо относятся к результату учащегося 2 (SO 2 ), одному из шести результатов учащихся, требуемых для программы прикладной физики, аккредитованной ABET в Кеттеринге, которая представляет собой « способность сформулировать или разработать систему, процесс, процедуру или программу. для удовлетворения желаемых потребностей .После того, как общая компоновка нового аппарата была определена в результате этой командной работы (следующий раздел), были получены основные строительные блоки, и студенту было поручено работать в основном самостоятельно, с минимальным руководством, чтобы индивидуально протестировать компоненты обоих наших текущих установки и предполагаемого модернизированного устройства, а также собрать новые компоненты в прототип системы и провести фактический эксперимент по фотоэлектрическому эффекту на новой системе.

Одно из основных соображений в аппарате фотоэлектрического эффекта — выбор источника света и селектора длины волны (при необходимости).Они работают в тандеме, чтобы производить монохроматический свет с выбираемыми длинами волн, необходимыми для проведения эксперимента. Использование уже монохроматических источников света (таких как гелий-неоновые лазеры, лазерные диоды, лазерные указки) является возможностью, которая уже использовалась в Кеттеринге. Хотя лазеры могут упростить устройство (в целом) за счет устранения необходимости в селекторе длины волны, они также могут создавать другие проблемы, которые необходимо учитывать, особенно при использовании в качестве незакрытых лучей в свободном пространстве. В частности, вопросы безопасности, связанные с мощностью лазера, имеют первостепенное значение при работе со студентами.Также следует учитывать наличие нескольких длин волн с соответствующими уровнями мощности, охватывающих диапазон длин волн, достаточно широкий и совместимый с кривой спектрального отклика вакуумного фотоэлемента. Общий размер установки и проблемы с оптическим выравниванием также являются факторами, особенно при использовании гелий-неоновых лазеров различных размеров и форм-факторов. Все это очень практические аспекты фактического оптического проектирования, и те, которые студент, участвующий в этом текущем проекте, должен был учитывать при проведении фотоэлектрического эксперимента с нашей текущей установкой и анализе полученных результатов.Как уже известно преподавателям и консультантам персонала, несмотря на то, что мы работаем и даем удовлетворительные результаты, наша текущая установка не является оптимальной, к такому выводу пришел сам студент. Второй возможностью является использование многоволнового или широкополосного источника света в сочетании с соответствующим селектором длины волны. Довольно часто используется ртутный источник света низкого давления, как в рассмотренном ранее аппарате PASCO. Затем по очереди используется набор полосовых фильтров для выбора одной из нескольких узких спектральных линий, присутствующих в излучении лампы.Требования к характеристикам фильтров не слишком строгие, поскольку фильтры используются только для выбора одной из довольно узких и хорошо разделенных линий излучения ртутной лампы. Сам по себе фильтр не определяет спектральную ширину света, освещающего фотокатод. Другой подход, основанный на фильтрах, заключается в использовании более мощного широкополосного источника света (кварцево-вольфрамово-галогенной лампы или ртутной или ксеноновой дуговой лампы высокого давления) в сочетании с узкополосными (интерференционными) фильтрами.Таков подход, например, в коммерческом приборе фотоэффекта Leybold [8], в котором используется широкополосная ртутная лампа высокого давления и набор интерференционных фильтров. В этом случае производительность фильтров становится критической (и стоимость их резко возрастает), поскольку теперь отдельный фильтр определяет спектральную ширину освещающего света. Более того, при использовании ртутной лампы низкого давления или широкополосного источника света можно использовать небольшой монохроматор в качестве селектора длины волны, хотя в целом это может значительно увеличить стоимость.Этот подход, который обеспечивает максимально возможную гибкость при выборе практически любого количества монохроматических линий для освещения фотокатода, в конечном итоге был использован в нашей модернизации, как обсуждается в следующем разделе.

3.

ТЕХНИЧЕСКИЕ И ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОЕКТА

3.1

Технические аспекты

На рис. 3 представлено изображение собранного модернизированного аппарата. Он состоит из ртутной лампы низкого давления, небольшого компактного монохроматора, оснащенного вакуумной насадкой для фотоэлемента, и соответствующей электроники для подачи и измерения напряжения на фотоэлемент и для измерения фототока, создаваемого фотоэлементом.Собранная примерно за половину стоимости коммерческого аппарата PASCO, эта установка имеет ряд как функциональных, так и педагогических преимуществ. Одним из основных преимуществ является его модульная конструкция, которая включает в себя больше стандартных, широко используемых компонентов, в отличие от запатентованных компонентов PASCO, которые предназначены исключительно для экспериментов с фотоэлектрическим эффектом. В частности, измерение фототока выполняется с помощью нового 6½-разрядного мультиметра Keysight (Agilent) 34461A (замена Agilent 34401A). Это первоклассный, высокопроизводительный многоцелевой промышленный прибор для испытаний и измерений, который можно приобрести по дидактической цене 900 долларов США, равной стоимости специального усилителя тока в установке PASCO.Это было очень прагматичное педагогическое решение со стороны нашей команды, позволяющее нашим студентам получить опыт работы с инструментом, широко используемым как в промышленности, так и в университетах. Универсальность этого прибора является важным преимуществом, поскольку его можно использовать в ряде других экспериментов по современной физике и оптике, в отличие от специализированного усилителя PASCO. Электрическая принципиальная схема нашего аппарата представлена ​​на рисунке 4.

Рисунок 3.

Экспериментальный прибор на фотоэлектрическом эффекте, собранный в рамках этого проекта (я заменю изображение собственным)

Рисунок 4.

Принципиальная схема устройства фотоэлектрического эффекта

Для минимизации шума для подачи напряжения с обратной полярностью на фотоэлемент используется аккумуляторная батарея (в отличие от источника питания постоянного тока с питанием от сети переменного тока). Напряжение можно регулировать с помощью 10-оборотного потенциометра в диапазоне от -3 В до +18 В, что позволяет собирать полные вольт-амперные характеристики, как показано в Разделе 1.2. Рисунок 1. Отрицательного предела -3 В более чем достаточно, учитывая работа выхода используемого фотокатода.Фототок, охватывающий диапазон примерно от 10 -13 до 10 -8 А (от 0,1 пА до 10 нА), измеряется путем измерения падения напряжения на резисторе 100 кОм. Это сводится к измерению напряжения до 0,010 мкВ, что находится в пределах диапазона мультиметра Keysight 34461A. Сбор всей кривой ВАХ от положительных напряжений до отрицательных напряжений вплоть до нулевого тока и, как показывает эксперимент, вплоть до очень малых 90 634 отрицательных 90 635 токов имеет важное значение для точного определения напряжения останова.

Центральным и важным компонентом нашего аппарата является монохроматор, оснащенный вакуумной фототрубкой (рис. 5). По счастливой случайности, изучая варианты модернизации нашего экспериментального аппарата, наша команда смогла приобрести (за небольшую часть их фактической стоимости) несколько монохроматоров Horiba h20-61 (Jobin-Yvon H-1061), которые использовались в качестве внутренних компонентов в выведенном из эксплуатации оборудовании полупроводниковой промышленности. Эти монохроматоры производителя оригинального оборудования (OEM) интегрированы и используются в различных промышленных приложениях для проверки длины волны или выбора полосы пропускания — в идеальном соответствии с их предполагаемым использованием в качестве селектора длины волны в нашем устройстве фотоэлектрического эффекта.Цитата из спецификации Horiba H-1061: «Монохроматоры серии h20-61 — это просто самые безотказные монохроматоры в мире, потому что они содержат только один оптический элемент — голографическую решетку с коррекцией аберраций. Они компактны, надежны и просты в настройке ». Хориба не преувеличивает! При компактных размерах всего около 10 90 634 см 90 635 × 9 90 634 см 90 635 × 8 90 634 см 90 635 (исключая фланцы, на которых размещаются входная и выходная щели), монохроматор имеет очень простую и прочную конструкцию и приводится в движение вручную с помощью прямого привода. длина волны в нм отградуирована до 0.2 нм. Внутри он оснащен только вогнутой решеткой (1200 штрихов/мм), что устраняет необходимость во внутренних зеркалах и обеспечивает достаточно большую светопропускную способность даже для входного источника света низкой интенсивности. Спектральный диапазон составляет от 200 до 800 нм. Полоса пропускания (с щелями 500 мкм) составляет около 1 нм, что более чем подходит для нашего приложения. Простая конструкция обеспечивает очень легкий доступ к внутренним компонентам и относительно простую калибровку монохроматора. Не менее интересно то, что входной и выходной щелевые фланцы обеспечивают простую и надежную механическую и оптическую интеграцию монохроматора с другими компонентами аппарата.В частности, вакуумная фототрубка монтируется непосредственно в цилиндрический корпус, который надежно крепится к фланцу выходной щели, обеспечивая светонепроницаемую интеграцию, что позволяет проводить эксперимент без помех от комнатного света. На рис. 5в представлен монохроматор со снятой верхней крышкой, оснащенный фотоэлементом. На входе используется оптоволоконный источник белого света, а дифрагированный спектр можно увидеть спроецированным на белую карту, расположенную внутри перед выходной щелью.Это также позволяет использовать модульную конструкцию аппарата, который можно легко собрать или разобрать, вплоть до отдельных компонентов, и хранить на полке. Эта модульная конструкция также позволяет использовать монохроматор в других экспериментах. В частности, мы планируем интегрировать эти монохроматоры в нашу лабораторную деятельность, направленную на изучение спектра водорода для определения константы Ридберга. В настоящее время мы используем традиционный дидактический спектроскоп, который использует дифракционную решетку на предметном столике гониометра и прямое наблюдение спектральных линий через телескоп.Монохроматор H-1061 дополнит, а не заменит существующую установку. Используя монохроматор, оснащенный фототрубкой, мы сможем обнаружить больше линий бальмеровской серии водорода, потенциально вплоть до предела коротковолновой серии 364,6 нм (656,3, 486,1, 434,0, 410,2, 397,0 и до 364,6 нм). ), все в пределах спектрального отклика фотоэлемента.

Рис 5.

Компактный монохроматор Horiba h20-61, использованный в модернизированной фотоэлектрической установке (а), световой путь через монохроматор (б) и монохроматор с фотоэлементом, установленным на выходной щели (в)

Компонентом, лежащим в основе самого фотоэффекта, является вакуумная фототрубка.В нынешний век микропроцессоров и интегральных схем выбор легкодоступных вакуумных фототрубок в качестве автономных компонентов для фотоэлектрического эффекта довольно ограничен, и в конечном итоге для нашего проекта мы свели к одному из двух вариантов. Первым рассмотренным был фотоэлемент Hamamatsu R-414, выпускаемый в настоящее время фотоэлемент диаметром 10 мм с окном на переднем конце и кольцевым анодом, доступный по цене около 180 долларов за штуку. Вторым вариантом был более старый RCA/Cetron/GE 1P39 (или его эквивалент 929), фототрубка с катодом Sb-Cs, имеющая так называемую кривую отклика S4.Это также трубка, используемая в наших старых фотоэлектрических устройствах. Отклик трубки достигает пика при 400 нм и простирается от 300 до 700 нм. Хотя эти фототрубки больше не производятся, они по-прежнему доступны как бывшие в употреблении, так и в виде компонентов из новых старых запасов (NOS) по цене от 25 до 100 долларов за штуку. 1P39 (929) представляет собой прямой проволочный анод с боковым освещением в центре полуцилиндрического фотокатода и примерно в три раза больше, чем у Hamamatsu R-414. Трубка помещается в восьмеричное основание вакуумной трубки, полностью совместимое с механическим корпусом, который крепится к монтажному фланцу с выходной щелью на монохроматоре.Очень важной особенностью является то, что механический корпус фотоэлемента может быть установлен как вертикально, так и горизонтально на монохроматор Н-1061. Это позволяет учащемуся оценить, какая из двух конфигураций приводит к меньшему количеству света, падающего на проволочный анод, что минимизирует количество электронов, которые могут (потенциально) испускаться анодом, а не катодом. Все эти характеристики сделали фотоэлемент 1П39 предпочтительным для нашей новой экспериментальной установки.

Наконец, источником света, который будет использоваться в нашем новом аппарате, является ртутная лампа низкого давления OPTiQuip Nobska мощностью 100 Вт.Разработанный для использования в качестве источника возбуждающего света для флуоресцентной микроскопии, он компактен и обеспечивает соответствующий уровень мощности для нашего эксперимента. В частности, линии 365, 405, 436, 546 и 577 нм ртутной лампы очень хорошо согласуются с кривой чувствительности S4 фотоэлемента 1П39. В качестве альтернативы использование монохроматора в качестве селектора длины волны также обеспечивает гибкость использования широкополосного источника света вместо узконаправленного ртутного источника света. Это может расширить диапазон длин волн, которые можно использовать, за пределы линии 577 нм ртутной лампы, но не более чем примерно на 650 нм из-за быстрого затухания кривой чувствительности трубки.В любом случае выход источника света может подаваться на входную щель либо через свободное пространство прямой видимости, как в нашем нынешнем аппарате (хотя и закрытое соединительной трубкой), либо по оптоволокну. Однако для этого потребуются волокна, пропускающие УФ-излучение, по крайней мере, до 350 нм.

Рис 6.

Боковой оконный вакуумный фотоэлемент RCA/GE/Cetron 1P39 (929) (а), его так называемая спектральная характеристика S4 (б) и фронтальный оконный фотоэлемент R-414 Hamamatsu (в)

3.2

Аспекты обучения студентов проекту

Исследование, тестирование и сборка этих компонентов в полную систему предоставили студенту множество возможностей изучить оптику, практикуясь в оптике. Студент должен был выполнить такие действия, как:

  • • Обзор конструкции двух наиболее широко используемых коммерческих установок для фотоэлектрического эффекта, а именно аппарата PASCO и аппарата Лейбольда [7,8] Руководства, предоставленные поставщиками, содержат достаточно технических деталей, чтобы сделать это очень полезным для студентов опытом обучения, как в отношении самого фотоэффекта, так и в отношении подхода к проектированию, который по своей сути является оптическим.

  • • Завершение литературного поиска по ряду узлов и агрегатов (источники света, монохроматоры, фотоэлементы, полосовые фильтры, слаботочные усилители, цифровые мультиметры и т.д.) и анализ их технических характеристик и стоимости применительно к требованиям предполагаемое использование аппарата

  • • Ручная (механическая) калибровка монохроматора H-1061 с использованием эталонной длины волны (линия гелий-неонового лазера 632,8 нм) и проверка этой калибровки с использованием как минимум второй длины волны лазера (543,8 нм).5 нм). Это по своей природе знакомит студента с оптикой дифракционных решеток и работой монохроматора с дифракционной решеткой

  • • Запись спектра ртутной лампы низкого давления. Для этой цели использовался небольшой оптоволоконный спектрометр Ocean Optics Red Tide 650, управляемый программным обеспечением Vernier LoggerPro. Это обеспечивает еще одно знакомство с оптической спектроскопией, на этот раз специально сфокусированное на автоматическом, управляемом компьютером получении спектра.

  • • Проверьте выходной сигнал монохроматора H-1061, настроенного вручную на длины волн отдельных ртутных ламп, с помощью спектрометра Red Tide. Это проверяет как калибровку монохроматора, так и ширину линий ртути на входе фотоэлемента.

  • • Исследование ряда вакуумных фототрубок в качестве потенциальных кандидатов на использование фотоэлектрического эффекта. Это включало изучение как вакуумных, так и заполненных газом фотоэлементов, а также анализ их спектральной характеристики в зависимости от доступных длин волн, создаваемых ртутной лампой.

  • • Изучить возможность использования широкополосного источника света (кварц-вольфрам-галоген) вместо ртутной лампы низкого давления. Это стало возможным благодаря использованию монохроматора в качестве селектора длины волны и включает проверку монохроматичности/ширины спектра выходного сигнала монохроматора H-1061 при использовании широкополосного источника света в качестве входного сигнала. Монохроматор имеет входную и выходную щели фиксированной ширины 500 мкм.

  • • Проверьте работу системы по отношению к ориентации фотоэлемента 1П39 относительно ориентации выходной щели монохроматора по причинам, обсуждавшимся ранее.

  • • Выполните поиск литературы по анализу и обработке исходных данных, полученных в ходе эксперимента по изучению фотоэлектрического эффекта. В то время как теория, изложенная в разделе 1.2 для извлечения постоянной Планка из наклона графика 90 634 эВ 90 742 0 90 743 90 635 90 634 против υ 90 635, является прямой, извлечение точного значения тормозного напряжения 90 634 В 90 742 0 90 743 90 635 из тока -вольтовая характеристика фотоэлемента на самом деле является более сложной процедурой, чем простая (стандартная хрестоматийная) процедура измерения напряжения, при котором фототок становится равным нулю.Фототок фактически переходит в очень маленькие отрицательные числа из-за того, что электроны испускаются анодом под падающим светом.

4.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Пока студент находится на последних этапах сбора и анализа первого набора данных с помощью этого нового прибора, мы представляем здесь некоторые предварительные результаты фактических измерений. Хотя это важно для результата этого проекта и, тем более, для проведения эксперимента по фотоэлектрическому эффекту в лаборатории с полным классом, качество графиков, построенных студентом, и значение постоянной Планка, извлеченное из этих измерений, становится всего лишь один из ряда мер обучения студентов в рамках этого проекта.Очевидно, что для улучшения значения h необходим более точный метод извлечения фактического напряжения останова, чем простое «напряжение при нулевом токе».

Рисунок 7.

Спектры ртутной лампы высокого давления и ртутной лампы низкого давления, исследованные в качестве потенциальных источников света для модернизированного аппарата фотоэффекта (для использования с селектором длины волны монохроматора)

Рисунок 8.

Зависимость тормозного напряжения от обратной длины волны для фотоэлектрической трубки 1П39.Полученное значение постоянной Планка равно 5,34 × 10 –34 Дж · с , что на 18 % отличается от принятого значения. Работа выхода катода 1,166 эВ

5.

ВЫВОДЫ И БУДУЩАЯ РАБОТА

В связи с этим мы представили студенческий проект по разработке и сборке экспериментальной установки для изучения фотоэффекта. Хотя сам эксперимент является частью курса современной физики, деятельность, связанная с проектированием и сборкой аппарата, по своей природе во многом напоминала проектирование, сборку и тестирование оптики.Такая деятельность обеспечила студенту как теоретические знания, так и практические навыки оптики, оптоэлектроники и оптической спектроскопии. Поскольку модульная конструкция устройства проста и достаточно надежна, мы планируем использовать его в переработанной лаборатории фотоэлектрических эффектов для специалистов по физике и технике. В теоретической части переработанная деятельность будет подчеркивать как исторический контекст открытия эффекта, так и переломное значение его теоретического объяснения Эйнштейном в спорах о природе света.Что касается практической деятельности, мы намерены использовать модульную конструкцию прибора, чтобы познакомить студентов с элементами конструкции оптики (например, внутренняя конструкция монохроматора и его преимущества), оптической спектроскопии (дискретные источники света, широкополосные источники света, фильтры). ) и оптоэлектроника (вакуумные фотоэлементы как светоприемники, спектральный отклик детектора, старение детектора и др.).

БЛАГОДАРНОСТЬ

Средства на приобретение компонентов для модернизированного фотоэлектрического прибора были предоставлены Физическим факультетом Кеттерингского университета.Распространение этой работы на конференции «Образование и обучение оптике» (ETOP) 2019 года стало возможным благодаря средствам на поездки, предоставленным кафедрой физики и проректором Кеттерингского университета.

ССЫЛКИ

Брайант, Дж. Х., «Эксперименты и экспериментальная аппаратура Генриха Герца: его открытие радиоволн и описание их свойств», Генрих Герц: классический физик, современный философ. Бостонские исследования философии науки, 19839 –58 Kluwer Academic Publishers, Дордрехт (1998).Google ученый Уитон, Брюс Р., «Исторические исследования в физических науках», 9 299 –322 (1978). Google ученый Эйнштейн, А., «Относительно эвристической точки зрения на испускание и преобразование света». Американский журнал физики, 33 (5), 1 –16 Академия Google Кисинг, Р. Г. Эйнштейн, Милликен и фотоэлектрический эффект, Информационный бюллетень Физического общества Открытого университета, 1 (4), 1 –5 (2002). Google ученый

21.2 Эйнштейн и фотоэлектрический эффект — Физика

Раздел Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

  • Опишите объяснение Эйнштейном фотоэлектрического эффекта
  • Объясните, почему фотоэлектрический эффект не может быть объяснен классической физикой
  • Рассчитать энергию фотоэлектрона при заданных условиях
  • Описать использование фотоэффекта в биологических приложениях, фотоэлектрических устройствах и саундтреках к фильмам

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Цели обучения в этом разделе помогут вашим учащимся освоить следующие стандарты:

  • (3) Научные процессы.Учащийся использует критическое мышление, научные рассуждения и решение проблем для принятия обоснованных решений в классе и за его пределами. Ожидается, что студент:
    • (Д): объяснить влияние научного вклада различных исторических и современных ученых на научную мысль и общество.
  • (8) Научные понятия. Учащийся знает простые примеры атомных, ядерных и квантовых явлений. Ожидается, что студент:
    • (А): описать фотоэффект и двойственную природу света.

Основные термины раздела

электрический глаз фотоэлектрический эффект фотоэлектрон фотон

Фотоэлектрический эффект

Служба поддержки учителей

[EL]Спросите учащихся, что, по их мнению, означает термин фотоэлектрический . Как этот термин связан с его определением?

Когда свет попадает на определенные материалы, он может выбрасывать из них электроны.Это называется фотоэлектрическим эффектом, означающим, что свет ( фото ) производит электричество. Одним из распространенных применений фотоэлектрического эффекта являются экспонометры, например те, которые регулируют автоматическую диафрагму в различных типах камер. Другое применение — солнечные батареи, которые вы, вероятно, видели в своем калькуляторе или видели на крыше или придорожном знаке. Они используют фотоэлектрический эффект для преобразования света в электричество для работы различных устройств.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL][OL]Обсудите со студентами, что может заставить свет выбрасывать электроны из материала.Существуют ли определенные материалы, которые более восприимчивы к выбросу электронов?

[AL]Спросите учащихся, почему экспонометр может быть полезен в камере. Как количество электронов, испускаемых экспонометром, может управлять диафрагмой камеры? Предложите учащимся нарисовать схему камеры, которая может продемонстрировать этот эффект.

Фигура 21,5 Фотоэлектрический эффект можно наблюдать, позволяя свету падать на металлическую пластину в этой вакуумной трубке. Электроны, испускаемые светом, собираются на коллекторной проволоке и измеряются как ток.Замедляющее напряжение между токосъемной проволокой и пластиной затем можно отрегулировать таким образом, чтобы определить энергию выброшенных электронов. (кредит: П. П. Уроне)

Революционные свойства фотоэлектрического эффекта

Когда Макс Планк предположил, что энергия квантуется в излучателе абсолютно черного тела, маловероятно, что он осознал, насколько революционной была его идея. Используя инструменты, подобные экспонометру на рис. 21.5, потребуется ученый масштаба Альберта Эйнштейна, чтобы полностью раскрыть последствия радикальной концепции Макса Планка.

Благодаря тщательным наблюдениям за фотоэлектрическим эффектом Альберт Эйнштейн понял, что существует несколько характеристик, которые можно объяснить, только если электромагнитное излучение само по себе квантуется . Хотя эти характеристики будут объяснены чуть позже в этом разделе, вы уже можете начать понимать, почему идея Эйнштейна очень важна. Это означает, что кажущийся непрерывным поток энергии в электромагнитной волне на самом деле вовсе не является непрерывным потоком. На самом деле, сама электромагнитная волна на самом деле состоит из крошечных квантовых пакетов энергии, называемых фотонами.

В форме уравнения Эйнштейн нашел, что энергия фотона или фотоэлектрона равна

, где E — энергия фотона с частотой f , а h — постоянная Планка. Луч фонарика, который до этого считался волной, теперь можно рассматривать как серию фотонов, каждый из которых выделяет определенное количество энергии (см. рис. 21.6). Кроме того, количество энергии в каждом отдельном фотоне основано на его индивидуальной частоте, как это диктуется E=hf.Е=hf. В результате общее количество энергии, обеспечиваемой лучом, теперь можно было рассматривать как сумму всех частотно-зависимых энергий фотонов, сложенных вместе.

Фигура 21,6 ЭМ волна с частотой f состоит из фотонов или отдельных квантов ЭМ излучения. Энергия каждого фотона равна E=hfE=hf, где ч — постоянная Планка, а f — частота ЭМ излучения. Более высокая интенсивность означает большее количество фотонов на единицу площади в секунду.Фонарик испускает большое количество фотонов с разными частотами, следовательно, другие имеют энергию E′=hf′E′=hf′ и так далее.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Важно, чтобы учащиеся освоились с материалом до этого момента, прежде чем двигаться дальше. Чтобы убедиться в этом, вы можете попросить их сделать несколько рисунков, подобных рисунку 21.6. Предложите учащимся нарисовать фотоны, вылетающие из фонарика низкой интенсивности против фонарика высокой интенсивности, фонарика высокой частоты против фонарика высокой интенсивности.низкочастотный фонарик и фонарик с высокой длиной волны против фонарика с низкой длиной волны. Эти диаграммы помогут учащимся понять основные понятия, прежде чем переходить к последующим трудным доказательствам.

Как и в случае с излучением черного тела Планка, эйнштейновская концепция фотона могла бы закрепиться в научном сообществе только в том случае, если бы ей удалось добиться успеха там, где классическая физика потерпела неудачу. Фотоэлектрический эффект мог бы стать ключом к демонстрации гениальности Эйнштейна.

Рассмотрим следующие пять свойств фотоэффекта.Все эти свойства согласуются с идеей о том, что отдельные фотоны электромагнитного излучения поглощаются отдельными электронами в материале, при этом электрон получает энергию фотона. Некоторые из этих свойств несовместимы с идеей, что электромагнитное излучение представляет собой простую волну. Для простоты рассмотрим, что происходит с монохроматическим ЭМ-излучением, в котором все фотоны имеют одинаковую энергию hf .

Фигура 21,7 Падающее излучение попадает на чистую металлическую поверхность, выбрасывая с нее несколько электронов.То, как частота и интенсивность входящего излучения влияют на выброшенные электроны, убедительно свидетельствует о том, что электромагнитное излучение квантуется. Это явление, называемое фотоэлектрическим эффектом, является веским доказательством существования фотонов.

  1. Если варьировать частоту ЭМ-излучения, падающего на чистую металлическую поверхность, то находим следующее: Для данного материала существует пороговая частота f 0 для ЭМ-излучения, ниже которой не происходит выброса электронов, независимо от интенсивности.Используя фотонную модель, объяснение этому ясно. Отдельные фотоны взаимодействуют с отдельными электронами. Таким образом, если энергия отдельного фотона слишком мала, чтобы оторвать электрон, электроны не будут выброшены. Однако, если бы электромагнитное излучение было простой волной, достаточно энергии можно было бы получить, просто увеличив интенсивность.
  2. Как только электромагнитное излучение падает на материал, электроны выбрасываются без задержки . Как только отдельный фотон достаточно высокой частоты поглощается отдельным электроном, электрон выбрасывается.Если бы ЭМ-излучение было простой волной, потребовалось бы несколько минут, чтобы на поверхности металла было выделено достаточно энергии для выбрасывания электрона.
  3. Количество электронов, выбрасываемых в единицу времени, пропорционально интенсивности ЭМ-излучения и никаким другим характеристикам. Высокоинтенсивное электромагнитное излучение состоит из большого количества фотонов на единицу площади, при этом все фотоны имеют одинаковую характеристическую энергию hf . Увеличение количества фотонов на единицу площади приводит к увеличению количества выбрасываемых электронов на единицу площади.
  4. Если мы варьируем интенсивность ЭМ-излучения и измеряем энергию выбитых электронов, то находим следующее: Максимальная кинетическая энергия выбитых электронов не зависит от интенсивности ЭМ-излучения . Вместо этого, как отмечено в пункте 3 выше, увеличение интенсивности приводит к выбрасыванию большего количества электронов с той же энергией. Если бы ЭМ-излучение было простой волной, более высокая интенсивность могла бы передавать больше энергии, и электроны с более высокой энергией выбрасывались бы.
  5. Кинетическая энергия KE выброшенного электрона равна энергии фотона за вычетом энергии связи BE электрона в конкретном материале.Отдельный фотон может отдать всю свою энергию электрону. Энергия фотона частично используется для отрыва электрона от материала. Остальное идет на кинетическую энергию выбитого электрона. В форме уравнения это дается как
KEe=hf-BE,KEe=hf-BE,

21,6

, где KEeKEe — максимальная кинетическая энергия выброшенного электрона, hfhf — энергия фотона, а BE — энергия связи электрона с конкретным материалом. Это уравнение количественно объясняет свойства фотоэлектрического эффекта и демонстрирует, что BE — это минимальное количество энергии, необходимое для выброса электрона.Если подводимая энергия меньше BE, электрон не может быть выброшен. Энергия связи также может быть записана как BE=hf0,BE=hf0, где f0f0 — пороговая частота для конкретного материала. На рис. 21.8 показан график максимальной KEeKEe в зависимости от частоты падающего на конкретный материал электромагнитного излучения.

Фигура 21,8 График кинетической энергии выбитого электрона, KE e в зависимости от частоты электромагнитного излучения, воздействующего на определенный материал.Существует пороговая частота, ниже которой никакие электроны не выбрасываются, потому что отдельный фотон, взаимодействующий с отдельным электроном, имеет недостаточную энергию, чтобы оторваться от него. Выше пороговой энергии KE e линейно возрастает с f , что соответствует KE e = hf − BE. Наклон этой линии составляет ч , поэтому данные можно использовать для экспериментального определения постоянной Планка.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Покажите учащимся рисунок 21.8. Какова будет кинетическая энергия электрона, если f меньше f 0 ? Что это значит? Почему это так? Эти вопросы направлены на то, чтобы помочь учащимся усвоить концепцию энергии связи.

Советы для успеха

Следующие пять частей информации могут быть трудны для понимания без какой-либо организации. Может быть полезно создать таблицу ожидаемых результатов для каждого из пяти свойств, с одним столбцом, показывающим результат классической волновой модели, и одним столбцом, показывающим результат современной фотонной модели.

Таблица может выглядеть примерно как Таблица 21.1

Классическая модель Wave Современная фотонная модель
Пороговая частота
Задержка выброса электрона
Интенсивность электромагнитного излучения
Скорость вылетающих электронов
Связь между кинетической энергией и энергией связи

Стол 21.1 Таблица ожидаемых результатов

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Может быть полезно заполнить приведенную выше таблицу всем классом. Этот материал требует некоторого времени для интерпретации, поэтому поощряйте студентов двигаться медленно. После заполнения ваша таблица может выглядеть так, как показано в Таблице 21.2.

Классическая модель Wave Современная фотонная модель
Пороговая частота Нет пороговой частоты.Увеличение интенсивности достаточно, чтобы обеспечить энергию, необходимую для свободных электронов. Существует пороговая частота, ниже которой электроны не испускаются независимо от интенсивности энергии.
Задержка выброса электрона Электроны выбрасываются после подачи достаточного количества энергии. Поэтому может возникнуть задержка. Задержка выброса отсутствует.
Интенсивность электромагнитного излучения Увеличение интенсивности приведет к выбросу большего количества электронов или к выбросу электронов с более высокой энергией. Увеличение интенсивности приведет к выбросу большего количества электронов.
Скорость выбитых электронов По мере увеличения интенсивности электроны могут покидать поверхность с большей скоростью выброса. Увеличение интенсивности не повлияет на скорость выброса электрона.
Связь между KE и BE Связь не указана, так как BE не привязан к частоте. KEe=hf-BEKEe=hf-BE

Стол 21.2 Заполненная таблица

Виртуальная физика

Фотоэлектрический эффект

В этой демонстрации вы увидите, как свет выбивает электроны из металлической мишени, и воссоздайте эксперимент, который породил область квантовой механики.

Проверка захвата

Какие три способа увеличения тока в представленной схеме?

  1. увеличить интенсивность, увеличить длину волны, изменить цель
  2. уменьшить интенсивность, увеличить длину волны, изменить цель
  3. уменьшить интенсивность, уменьшить длину волны, изменить цель
  4. увеличить интенсивность, уменьшить длину волны, изменить цель

Рабочий пример

Фотонная энергия и фотоэлектрический эффект: фиолетовый свет

(a) Какова энергия в джоулях и электрон-вольтах фотона фиолетового света с длиной волны 420 нм? б) Какова максимальная кинетическая энергия электронов, выбрасываемых из кальция фиолетовым светом с длиной волны 420 нм, если энергия связи электронов с металлическим кальцием равна 2.71 эВ?

Стратегия

Чтобы решить часть (а), обратите внимание, что энергия фотона определяется выражением E=hfE=hf . В части (b) после вычисления энергии фотона можно напрямую применить KEe=hf-BEKEe=hf-BE для нахождения максимальной кинетической энергии выброшенного электрона, поскольку BE задано.

Раствор для (а)

Энергия фотона определяется числом

.

E=hf.E=hf.

Поскольку нам дана длина волны, а не частота, мы решаем известное соотношение c=fλc=fλ для частоты, что дает

Объединение этих двух уравнений дает полезное соотношение

Теперь замена известных значений дает

Е=(6.63×10-34Дж⋅с)(3,00×108м/с)4,20×10-7м=4,74×10-19Дж.E=(6,63×10-34Дж⋅с)(3,00×108м/с)4,20×10-7м =4,74×10−19 Дж.

21,9

Переводя в эВ, энергия фотона равна

E = (4,74 × 10–19 Дж⋅с) 1 эВ 1,60 × 10–19 Дж = 2,96 эВ. E = (4,74 × 10–19 Дж⋅ с) 1 эВ 1,60 × 10–19 Дж = 2,96 эВ.

21.10

Раствор для (б)

Нахождение кинетической энергии выбитого электрона теперь является простым применением уравнения KEe=hf-BEKEe=hf-BE . Подстановка энергии фотона и энергии связи дает

KEe=hf-BE=2.96эВ-2,71эВ=0,25эВ.KEe=hf-BE=2,96эВ-2,71эВ=0,25эВ.

21.11

Обсуждение

Энергия этого фотона фиолетового света с длиной волны 420 нм составляет ничтожную долю джоуля, поэтому неудивительно, что нам будет трудно непосредственно ощутить отдельный фотон — люди более приспособлены к энергиям порядка джоулей. Но глядя на энергию в электрон-вольтах, мы видим, что у этого фотона достаточно энергии, чтобы воздействовать на атомы и молекулы. Например, молекула ДНК может быть разрушена с энергией около 1 эВ, а типичные атомные и молекулярные энергии имеют порядок эВ, так что фотон в этом примере может иметь биологические эффекты, такие как солнечный ожог.Выброшенный электрон имеет довольно низкую энергию, и он не улетит далеко, кроме как в вакууме. Электрон был бы остановлен тормозящим потенциалом всего 0,26 эВ, что немного больше, чем рассчитано выше. На самом деле, если бы длина волны фотона была больше, а его энергия меньше 2,71 эВ, то формула давала бы отрицательную кинетическую энергию, что невозможно. Это просто означает, что фотоны 420 нм с их энергией 2,96 эВ ненамного превышают частотный порог. Вы сами видите, что пороговая длина волны составляет 458 нм (синий свет).Это означает, что если бы в люксметре использовался металлический кальций, то он был бы нечувствителен к длинам волн больше, чем у синего света. Например, такой экспонометр был бы совершенно нечувствителен к красному свету.

Практические задачи

10 .

Какое электромагнитное излучение с наибольшей длиной волны может выбить фотоэлектрон из серебра, учитывая, что энергия связи составляет 4,73 эВ? Это излучение в видимом диапазоне?

  1. 2.63 × 10 −7 м; Нет, излучение находится в микроволновом диапазоне.
  2. 2.63 × 10 −7 м; Нет, излучение находится в видимой области.
  3. 2.63 × 10 −7 м; Нет, излучение находится в инфракрасном диапазоне.
  4. 2,63 × 10 -7 м; Нет, излучение находится в ультрафиолетовой области.
11 .

Какова максимальная кинетическая энергия в эВ электронов, выброшенных из металлического натрия электромагнитным излучением с длиной волны 450 нм, при условии, что энергия связи равна 2,28 эВ?

  1. 0,48 В
  2. 0,82 эВ
  3. 1,21 эВ
  4. 0.48 эВ

Технологические применения фотоэлектрического эффекта

Хотя понимание Эйнштейном фотоэлектрического эффекта было революционным открытием в начале 1900-х годов, сегодня его присутствие повсеместно. Если вы видели, как автоматически включаются уличные фонари в ответ на заходящее солнце, как останавливали двери лифта, просто просунув между ними руки, или открывали водопроводный кран, поднося к нему руки, вы знакомы с электрическим глазом, название, данное группе устройств, использующих фотоэлектрический эффект для обнаружения.

Все эти устройства основаны на фотоэлементах. Эти клетки активируются, когда свет поглощается полупроводниковым материалом, сбивая свободный электрон. Когда это происходит, остается электронная пустота, которая притягивает соседний электрон. Движение этого электрона и результирующая цепочка движений электронов создают ток. Если выброс электронов продолжается, создаются дополнительные отверстия, тем самым увеличивая электропроводность клетки. Этот ток может включать и выключать выключатели и активировать различные знакомые механизмы.

Один из таких механизмов срабатывает там, где вы этого не ожидаете. В следующий раз, когда будете в кинотеатре, обратите внимание на звук, исходящий из динамиков. Этот звук на самом деле создается с помощью фотоэлектрического эффекта! Аудиокассета в проекционной будке представляет собой прозрачную пленку разной ширины. Эта пленка подается между фотоэлементом и ярким светом, создаваемым возбуждающей лампой. Поскольку прозрачная часть пленки имеет разную ширину, количество света, падающего на фотоэлемент, также меняется.В результате ток в фотопроводящей цепи меняется в зависимости от ширины кинопленки. Этот изменяющийся ток преобразуется в изменяющуюся частоту, которая создает саундтрек, обычно слышимый в театре.

Работа по физике

Физик по солнечной энергии

По данным Министерства энергетики США, Земля каждый час получает достаточно солнечного света, чтобы обеспечить электроэнергией весь земной шар в течение года. Хотя преобразование всей этой энергии невозможно, работа физика, занимающегося солнечной энергетикой, состоит в том, чтобы исследовать и совершенствовать технологии преобразования солнечной энергии, чтобы мы могли использовать больше этого богатого ресурса.

Область солнечной энергетики не нова. Уже более полувека спутники и космические корабли используют фотогальванические элементы для выработки тока и питания своих операций. Со временем ученые работали над адаптацией этого процесса, чтобы его можно было использовать в домах, на предприятиях и на полномасштабных электростанциях, использующих солнечные элементы, подобные той, что показана на рис. 21.9.

Фигура 21,9 Солнечная батарея является примером фотогальванического элемента. Когда свет попадает на клетку, клетка поглощает энергию фотонов.Если эта энергия превышает энергию связи электронов, то электроны будут вынуждены двигаться в ячейке, создавая тем самым ток. Этот ток можно использовать для различных целей. (кредит: Министерство энергетики США)

Солнечная энергия преобразуется в электрическую одним из двух способов: прямой передачей через фотогальванические элементы или тепловым преобразованием с использованием системы CSP, концентрирующей солнечную энергию. В отличие от электрических глаз, которые запускают механизм при потере тока, фотогальванические элементы используют полупроводники для прямого преобразования электронов, высвобождаемых в результате фотоэлектрического эффекта, в направленный ток.Затем энергия этого тока может быть преобразована для хранения или немедленно использована в электрическом процессе. Система CSP представляет собой непрямой метод преобразования энергии. В этом процессе солнечный свет направляется с помощью параболических зеркал. Свет от этих зеркал падает на теплопроводящий материал, который затем нагревает бассейн с водой. Эта вода, в свою очередь, превращается в пар, который вращает турбину и вырабатывает электричество. Несмотря на косвенный характер, этот метод уже давно является традиционным средством крупномасштабного производства электроэнергии.

Конечно, эффективность солнечной энергии ограничена. Облачность, наступление ночи и угол падения на больших высотах — все это факторы, напрямую влияющие на количество доступной световой энергии. Кроме того, для создания фотогальванических элементов требуются редкоземельные минералы, которые бывает трудно достать. Однако основная роль физика, занимающегося солнечной энергетикой, заключается в том, чтобы найти способы повысить эффективность процесса преобразования солнечной энергии. В настоящее время это делается путем экспериментов с новыми полупроводниковыми материалами, совершенствования существующих методов передачи энергии и определения новых способов включения солнечных структур в существующую энергосистему.

Кроме того, многие физики-солнечники ищут способы увеличить использование солнечной энергии в бедных и более отдаленных местах. Поскольку преобразование солнечной энергии не требует подключения к крупномасштабной энергосистеме, исследования более тонких и мобильных материалов позволят отдаленным культурам использовать солнечные элементы для преобразования солнечного света, собранного в течение дня, в накопленную энергию, которую затем можно будет использовать ночью.

Независимо от области применения, физики солнечной энергии являются важной частью будущего ответственного роста энергетики.В то время как докторская степень часто необходима для передовых исследовательских приложений, степени бакалавра или магистра в смежной области науки или техники обычно достаточно, чтобы получить доступ к отрасли. Для моделирования энергопотребления очень важны навыки работы с компьютером, включая знание программного обеспечения САПР для целей проектирования. Кроме того, способность сотрудничать и общаться с другими имеет решающее значение для того, чтобы стать физиком солнечной энергии.

Проверка захвата

Какую роль фотоэффект играет в исследованиях физика солнечной энергетики?

  1. Понимание фотоэлектрического эффекта позволяет физику понять генерацию световой энергии при использовании фотогальванических элементов.
  2. Понимание фотоэлектрического эффекта позволяет физику понять генерацию электрической энергии при использовании фотогальванических элементов.
  3. Понимание фотоэлектрического эффекта позволяет физику понять генерацию электромагнитной энергии при использовании фотогальванических элементов.
  4. Понимание фотоэлектрического эффекта позволяет физику понять генерацию магнитной энергии при использовании фотогальванических элементов.

Проверьте свое понимание

12 .

Как модель фотонов Эйнштейна изменила представление о луче энергии, выходящем из фонарика?

  1. Луч световой энергии теперь считается непрерывным потоком волновой энергии, а не фотонов.

  2. Луч световой энергии теперь считается набором фотонов, каждый из которых несет свою индивидуальную энергию.

13 .

Правда или ложь — видимый свет — это единственный тип электромагнитного излучения, который может вызывать фотоэлектрический эффект.

  1. ложный
  2. правда
14 .

Является ли фотоэлектрический эффект прямым следствием волнового характера ЭМ излучения или корпускулярного характера ЭМ излучения?

  1. Фотоэлектрический эффект является прямым следствием корпускулярной природы электромагнитного излучения.

  2. Фотоэффект является прямым следствием волновой природы ЭМ излучения.

  3. Фотоэлектрический эффект является прямым следствием как волновой, так и корпускулярной природы ЭМ излучения.

  4. Фотоэффект не является прямым следствием ни волновой, ни корпускулярной природы ЭМ излучения.

15 .

Какие аспекты фотоэффекта можно объяснить только с помощью фотонов?

  1. аспекты 1, 2 и 3
  2. аспекты 1, 2 и 4
  3. аспекты 1, 2, 4 и 5
  4. аспекты 1, 2, 3, 4 и 5
16 .

Какое преобразование энергии происходит в фотогальваническом элементе?

  1. Солнечная энергия превращается в электрическую.

  2. Солнечная энергия превращается в механическую энергию.

  3. Солнечная энергия превращается в тепловую.

  4. В фотогальваническом элементе тепловая энергия преобразуется в электрическую.

17 .

Верно или неверно — в фотопроводящей ячейке создается ток, даже если при ударе фотона вылетает только один электрон.

  1. ложный
  2. правда
18 .

Что такое фотон и чем он отличается от других элементарных частиц?

  1. Фотон — это квантовый пакет энергии; имеет бесконечную массу.

  2. Фотон — это квантовый пакет энергии; он безмассовый.

  3. Фотон — фундаментальная частица атома; имеет бесконечную массу.

  4. Фотон — фундаментальная частица атома; он безмассовый.

Основное введение в фотоэлемент — Utmel

В этой статье рассматривается описание фотоэлемента, которое включает процесс, принципиальную схему, формы и области применения фотоэлемента.Фотоэлемент, по сути, представляет собой своего рода резистор, который можно использовать для регулировки значения сопротивления в зависимости от силы света. Они дешевы, их легко приобрести, а также спецификации различных размеров. По сравнению с другими устройствами каждый датчик фотоэлемента может работать по-разному, даже если они принадлежат к одному семейству.

Каталог

 

Ⅰ Что такое фотоэлемент?

Фотоэлемент можно описать как светочувствительный модуль. В самых разных целях, таких как освещение от заката до восхода солнца, это можно использовать путем подключения к электрической или электронной схеме, которая механически включается при низкой интенсивности света.Они также используются в других приложениях, таких как автоматические двери и детекторы вторжения.

фотоэлемент

Фотоэлементы легкие, дешевые, маломощные, удобные в использовании и не изнашиваются. У них также есть куклы, гаджеты и приспособления для этой цели. Обычно называют элементы CdS (изготовленные из сульфида кадмия), светозависимые резисторы (LDR) и фоторезисторы.

Для большинства светочувствительных приложений, таких как «ярко или темно на улице», «есть ли что-либо перед датчиком (что блокирует свет),» есть ли что-либо, прерывающее лазерный луч» (датчики прерывания луча). ), или «что больше всего света попадает в него с различных датчиков», фотоэлементы были бы сильным вариантом!

Одним из типов датчиков является фотоэлемент, который можно использовать для обнаружения света.Они очень тонкие, маломощные, экономичные, очень простые в использовании и являются ключевыми характеристиками фотоэлементов. Для этих целей они широко используются в гаджетах, играх и бытовой технике. Этими датчиками часто называют клетки с сульфидом кадмия (CdS). Из них состоят фоторезисторы и LDR.

Эти датчики идеально подходят для устройств, чувствительных к свету, таких как свет, который в противном случае отключился бы. Если блок света находится перед датчиком, если есть что-то, что мешает лазерному свету, датчики, которые касаются большей части света.

Ⅱ Работа фотоэлементов 

Вакуумированная стеклянная трубка, содержащая два электрода, таких как коллектор и эмиттер, может использоваться для создания фотоэлемента. Форма вывода излучателя примет вид полуполого цилиндра. При отрицательном потенциале все же планируется. Контур вывода коллектора может быть выполнен в виде металла, который может располагаться на частично цилиндрической оси эмиттера. Это может постоянно поддерживаться на положительной клемме.Вакуумную стеклянную трубку можно закрепить на неметаллическом основании, а для внешнего крепления к основанию предусмотрены штифты.

Теория работы фотоэлемента будет зависеть от явления электрического сопротивления и фотоэлектрического эффекта. Это может быть использовано для преобразования электрической энергии в энергию света.

Положительная (+ve) клемма батареи соединена, а клемма эмиттера подключена к отрицательной (-ve) клемме и клемме коллектора. Частота излучения в эмиттере будет выше пороговой частоты материала, поэтому произойдет утечка фототонов.Фотонные электроны участвуют в пути коллектора. Здесь, по отношению к терминалу эмиттера, терминал коллектора является положительным терминалом. Следовательно, движение тока внутри цепи будет иметь место. Если сила излучения улучшается, то фотоэлектрический ток увеличивается.

Ⅲ Принципиальная схема фотоэлементов 

Фотоэлемент, используемый в схеме, иначе называется схемой с транзисторным переключением в качестве схемы обнаружения темноты. Макет, перемычки, батарея-9В, транзистор 2N222A, фотоэлемент, резисторы-22 кОм, 47 Ом и светодиоды — необходимые компоненты для построения схемы.

В двух условиях, например, когда светло и темно, срабатывает описанная выше схема фотоэлемента.

Сопротивление фотоэлемента меньше в первом примере, а затем будет протекать ток через второй резистор, например, 22 кОм и фотоэлемент. Транзистор 2N222A здесь выполняет роль изолятора. Дорожка, которая содержит LED1, R1 и транзистор, также будет выключена.

Во втором примере сопротивление фотоэлемента велико, и тогда полоса движения изменится.Так что низкое сопротивление базы транзистора или через фотоэлемент будет.

Всякий раз, когда на базовый вывод транзистора подается питание, транзистор 2N222A работает как проводник. Включится дорожка, включающая вывод, R1 и резистор 2N222A, а светодиод будет мигать. Но если на базовую клемму транзистора подается питание, то транзистор будет вести себя как проводник, после чего загорится светодиод.

Ⅳ Типы фотоэлементов

Доступны различные типы фотоэлементов.

Фотогальваника

Устройства с зарядовой связью

Фоторезистор

Ячейка Голея

Фотоумножитель

По мере того, как фотоны проталкивают электроны через клетку в высокоэнергетическое состояние, возникает функциональный ток.

2)Устройства с зарядовой связью

Научному сообществу следует использовать систему с зарядовой связью, потому что это очень стабильный и точный фотодатчик.Если можно использовать заряд, производимый фоточувствительными датчиками, для анализа целого ряда объектов, от галактик до просто молекул.

3) Фоторезистор

Фоторезисторы — это один из типов систем для датчиков, удельное сопротивление которых можно уменьшить за счет количества выставленного света. В своих приложениях экспонометры камеры и многократные сигналы тревоги используют недорогие фоторезисторы.

4)Ячейка Голея

Для обнаружения ИК-излучения в основном используется ячейка Голея.С одной стороны цилиндр из почерневшей металлической пластины заполнен ксеноном. Газ внутри цилиндра будет нагреваться и скручивать эластичную диафрагму на другом конце ИК-энергии, падающей на почерневшую пластину. Здесь движение используется для определения выхода источника энергии.

5) Фотоумножитель

Фотоумножитель — это очень чувствительный датчик. Неясный свет можно умножить в сто миллионов раз.

Ⅴ Применение фотоэлементов

В автоматических светильниках фотоэлементы используются для включения при наступлении темноты, а включение/выключение уличного освещения в основном зависит от дня, будь то день или ночь.

В забеге они используются как таймеры для расчета скорости бегуна.

Для подсчета транспортных средств на дороге используются фотоэлементы.

Используются вместо переменных резисторов и фотогальванических элементов.

Используются для определения силы света в люксметрах.

Используются как переключатели и датчики.

Используются для защиты вора от охранной сигнализации.

В робототехнике они используются везде, где они указывают роботам прятаться в темноте от глаз, в противном случае следовать за маяком или линией.

Они используются в экспонометрах, которые можно использовать с камерой, чтобы получить хороший снимок, чтобы узнать правильное время экспозиции.

При воспроизведении звука, который можно записать на кинопленку, используются фотоэлементы.

Используются для освещения от заката до рассвета.

Фототрубки, объяснение в энциклопедии RP Photonics; фотоэлемент, фотокатод, спектральная характеристика, полоса пропускания, чувствительность, электроника

Энциклопедия > буква П > фототрубки

можно найти в Руководстве покупателя RP Photonics.

Вас еще нет в списке? Получите вход!

Используя наш рекламный пакет, вы можете разместить свой логотип и далее под описанием вашего продукта.

Определение: газонаполненные или вакуумные трубки, которые можно использовать в качестве фотодетекторов

Более общий термин: фотодетекторы

Немецкий: Photozellen, Fotozellen

Категории: фотонные устройства, обнаружение и характеристика света, оптоэлектроника, оптическая метрология

Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

Автор: Др.Рюдигер Пашотта

URL-адрес: https://www.rp-photonics.com/phototubes.html

Фотоэлемент (или фотоэлемент ), изобретенный Юлиусом Эльстером и Гансом Гейтелем в 1893 году, представляет собой фотоэмиссионный детектор на основе небольшой стеклянной трубки, содержащей электроды, в которых используется внешний фотоэлектрический эффект (или фотоэмиссионный эффект ). Такие трубки часто вакуумируют или иногда наполняют газом под низким давлением.

Обычный фотоэлемент содержит всего два электрода: фоточувствительный катод и анод.Во время работы к электродам прикладывается некоторое напряжение (например, 15 В или 50 В) (положительный полюс к аноду), так что фотоэлектроны быстро перемещаются от катода к аноду, и можно измерить фототок. Для вакуумированного фотоэлемента (вакуумного фотоэлемента) фототок зависит от падающей оптической мощности по уравнению

, где η — квантовая эффективность, e — заряд электрона и — энергия фотона. (Величина S называется отзывчивостью.) Используемый динамический диапазон может быть довольно большим, например, с фототоками от нескольких пикоампер (пА) до нескольких микроампер (мкА), хотя максимально допустимый фототок обычно намного ниже, чем у фотодиода. Влияние температуры на чувствительность практически отсутствует.

В частности, для работы с максимально допустимым фототоком важно освещать достаточно большое пятно на фотокатоде, чтобы избежать чрезмерной плотности тока на части катода.

Квантовая эффективность фототрубки часто намного ниже, чем у фотодиода.

Квантовая эффективность существенно зависит от используемого фотокатода, используемого стекла трубки, оптической длины волны и угла падения. Доступны различные катодные материалы для использования с видимым светом, инфракрасным светом или ультрафиолетовым светом, и необходимо выбирать очки с высоким коэффициентом пропускания в соответствующем спектральном диапазоне. (Обратите внимание, что не только поглощение света в стекле, но и френелевское отражение на поверхности стекла могут снизить квантовую эффективность.) Достигаемая квантовая эффективность в большинстве случаев ниже 25%, а в некоторых случаях даже ниже 1%. Некоторые устройства нечувствительны к солнечным лучам, т. е. не чувствительны к видимому и ближнему ультрафиолетовому излучению.

Возможна работа на относительно длинных оптических длинах волн (средний ИК спектральный отклик) при использовании катодного материала с низкой работой выхода. Однако в этом случае это может быть значительный темновой ток (т. е. фототок без падающего света), генерируемый термоэлектронной эмиссией. В некоторых случаях инфракрасные фотоэлементы охлаждаются (напр.грамм. жидким азотом) для уменьшения темнового тока.

Геометрия труб

Существуют трубки «в лоб», когда падающий свет попадает в устройство напротив электрического разъема. Другие представляют собой трубки, расположенные сбоку, когда падающий свет падает сбоку, например. под углом 90° к концу разъема.

Электроника для фотоламп

Электроника, используемая в сочетании с фотоэлементами, может быть аналогична электронике для фотодиодов, за исключением того, что требуемое напряжение для фотоэлементов ориентировочно выше.

Можно использовать простую схему с нагрузочным резистором для преобразования фототока в напряжение. Выгодным аспектом является обычно более низкая электрическая емкость фототрубок, по крайней мере, по сравнению с фотодиодами с большими активными площадями. Это позволяет использовать более высокий нагрузочный резистор для заданной полосы обнаружения, чтобы получить более высокое напряжение.

Усилитель тока, принимающий на вход фототок и обеспечивающий выход по напряжению, также подходит для фототрубок.Конечно, следует использовать операционные усилители с малым смещением, чтобы избежать кажущегося темнового тока.

При работе в области пикоампер необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать токов утечки, т.е. на плате или на контактах фотоэлемента; к таким вещам нельзя прикасаться голыми пальцами.

Газонаполненные фототрубки

Некоторые фототрубки заполнены газом, часто инертным газом, таким как неон (Ne) или аргон (Ar) при низком давлении. Если к трубке приложено достаточно высокое напряжение (т.например, 50 В или 100 В, в зависимости от модели), можно использовать внутренний механизм усиления на основе ионизации. По сути, фотоэлектроны достаточно ускорены, чтобы создавать вторичные носители при столкновении с атомами газа. Следовательно, чувствительность может быть увеличена, например. с коэффициентом 5 и выше. Коэффициент умножения увеличивается с увеличением приложенного напряжения; однако рабочее напряжение ограничено возникновением тлеющего разряда, который может повредить электроды и привести к существенной неопределенной чувствительности.

Хотя повышенная чувствительность может быть преимуществом для чувствительного обнаружения низких уровней освещенности, внутреннее умножение также имеет свои недостатки. Одним из них является зависимость чувствительности от приложенного напряжения, что может повлиять на точность измерения оптической мощности. Другой аспект заключается в том, что достижимая полоса частот измерения уменьшается, поскольку для сбора несущих требуется больше времени.

Фотоумножители

Особой формой фотоэлемента является фотоумножитель .Он содержит дополнительные электроды, с помощью которых можно добиться сильного усиления фототока за счет вторичной электронной эмиссии. Такие устройства обычно называются фотоумножителями , т. е. фотоэлемент обычно считается простой трубкой только с двумя электродами.

Фотодиоды в качестве замены

В настоящее время фотоэлементы в значительной степени заменены твердотельными устройствами, такими как фотодиоды, в которых используется внутренний фотоэлектрический эффект.Однако для некоторых применений фототрубки все же могут иметь существенные преимущества:

  • Они могут иметь меньший темновой ток, что приводит к меньшей эквивалентной шумовой мощности.
  • Они могут быть изготовлены с большой светочувствительной поверхностью, но при этом иметь высокую полосу обнаружения.
  • Широкий динамический диапазон и высокая стабильность фотоэлементов могут быть полезны для точных измерений, например в спектрометрах.
  • Высокая стабильность (например, по сравнению с полупроводниковыми приборами) может быть существенным преимуществом, особенно для УФ-приложений.

С другой стороны, фотоэлементы имеют более низкую квантовую эффективность, более чувствительны к механическим вибрациям и ударам, обычно требуют высокого рабочего напряжения и могут выдерживать лишь очень ограниченную величину фототока. В частности, для приложений с высокой чувствительностью следует избегать попадания яркого окружающего света на фотокатод, когда устройство включено. В средах, где гелий может содержаться в воздухе, может случиться так, что газообразный гелий диффундирует через стеклянную трубку и затем повлияет на работу фототрубки.

Вопросы и комментарии пользователей

Здесь вы можете оставить вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о принятии на основе определенных критериев. По существу, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы удалили его в ближайшее время. (См. также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личную обратную связь или консультацию от автора, свяжитесь с ним по электронной почте.грамм. по электронной почте.

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами. (Если вы позже отзовете свое согласие, мы удалим эти материалы.) Поскольку ваши материалы сначала просматриваются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

Библиография

20607
[1] J. Elster и H. Geitel, «Über die Entladung negativ electroscher Körper durch das Sonnen- und Tageslicht», Ann.Physik 38, 497 (1889)
[2] А. Эйнштейн, «Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden Heuristischen Gesichtspunkt», Ann. Physik 17, 132 (1905), doi:10.1002/andp.1
[3] H.P. Bonzel and Ch. Кляйнт, “К истории фотоэмиссии”, Prog. Серф. науч. 49 (2), 107 (1995), doi:10.1016/0079-6816(95)00035-W

(Предложите дополнительную литературу!)

См. также: фотоэмиссионные детекторы, фотокатоды, фотоприемники, фотоумножители, фотодиоды
и другие изделия в категориях фотонные устройства, обнаружение и характеризация света, оптоэлектроника, оптическая метрология

Поделитесь этим с друзьями и коллегами, e.грамм. через социальные сети:

Эти кнопки обмена реализованы с учетом конфиденциальности!

Код для ссылок на других сайтах

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем сайте, в социальных сетях, на дискуссионном форуме, в Википедии), вы можете получить необходимый код здесь.

HTML-ссылка на эту статью:

   
Статья о фотолампах

в разделе
RP Photonics Encyclopedia

С изображением для предварительного просмотра (см. поле чуть выше):

   
alt ="статья">

Для Википедии, например. в разделе «==Внешние ссылки==»:

  * [https://www.rp-photonics.com/phototubes.html 
статья о фотолампах в Энциклопедии RP Photonics]
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.