Типы фотоэлементов: особенности, применение и принцип работы

Что такое фотоэлементы и как они работают. Какие бывают основные типы фотоэлементов. Где применяются различные виды фотоэлементов. Какие преимущества и недостатки у разных типов фотоэлементов.

Что такое фотоэлемент и на чем основан принцип его работы

Фотоэлемент — это устройство, которое преобразует энергию света в электрическую энергию. Принцип работы фотоэлементов основан на фотоэффекте — явлении испускания электронов веществом под действием света.

Как работает фотоэлемент. При попадании света на светочувствительный слой фотоэлемента происходит следующее:

• Фотоны света выбивают электроны из атомов вещества
• Образуется поток свободных электронов
• Возникает электрический ток

Таким образом, световая энергия преобразуется в электрическую. Этот процесс и лежит в основе работы всех типов фотоэлементов.

Основные типы фотоэлементов

Существует несколько основных типов фотоэлементов, которые различаются по конструкции и принципу действия:

1. Фотоэмиссионные элементы

Фотоэмиссионные элементы работают на основе внешнего фотоэффекта. Их конструкция включает:

• Катод с нанесенным фоточувствительным слоем
• Анод для сбора выбитых электронов
• Вакуумированный или газонаполненный баллон

При освещении катода происходит эмиссия электронов, которые создают ток в цепи. Фотоэмиссионные элементы обладают высоким быстродействием.

2. Фотогальванические элементы

Фотогальванические элементы основаны на внутреннем фотоэффекте в полупроводниках. Их главный компонент — p-n переход. При освещении в p-n переходе генерируются пары электрон-дырка, создающие фотоЭДС. Это самый распространенный тип солнечных элементов.

3. Фоторезистивные элементы

Фоторезистивные элементы изменяют свое сопротивление под действием света. Их активным слоем является полупроводник, в котором свет генерирует дополнительные носители заряда. Это приводит к уменьшению сопротивления.

Сравнительные характеристики разных типов фотоэлементов

Рассмотрим основные параметры и особенности различных типов фотоэлементов:

Тип фотоэлемента	Чувствительность	Быстродействие	Спектральный диапазон
Фотоэмиссионный	Средняя	Очень высокое	УФ, видимый
Фотогальванический	Высокая	Среднее	Видимый, ближний ИК
Фоторезистивный	Очень высокая	Низкое	Видимый, ИК

Как видно из таблицы, каждый тип имеет свои преимущества и недостатки. Выбор конкретного типа зависит от требований конкретного применения.

Области применения различных типов фотоэлементов

Благодаря своим уникальным свойствам, разные типы фотоэлементов нашли широкое применение в различных областях:

Применение фотоэмиссионных элементов

• Фотоэлектронные умножители
• Передающие телевизионные трубки
• Фотоэлектрические экспонометры
• Датчики систем автоматики

Применение фотогальванических элементов

• Солнечные батареи
• Фотодатчики
• Измерители освещенности
• Детекторы ядерных излучений

Применение фоторезистивных элементов

• Фотореле
• Экспонометры
• Датчики присутствия
• Системы сортировки

Преимущества и недостатки разных типов фотоэлементов

У каждого типа фотоэлементов есть свои сильные и слабые стороны:

Фотоэмиссионные элементы

Преимущества:

• Высокое быстродействие
• Широкий динамический диапазон
• Высокая чувствительность в УФ области

Недостатки:

• Хрупкость конструкции
• Необходимость высоковольтного питания
• Чувствительность к магнитным полям

Фотогальванические элементы

Преимущества:

• Высокий КПД преобразования
• Не требуют внешнего источника питания
• Долговечность

Недостатки:

• Зависимость характеристик от температуры
• Деградация параметров со временем
• Высокая стоимость

Фоторезистивные элементы

Преимущества:

• Простота конструкции
• Низкая стоимость
• Высокая чувствительность

Недостатки:

• Нелинейность характеристик
• Значительная инерционность
• Температурная зависимость параметров

Перспективы развития фотоэлементов

Технологии фотоэлементов продолжают активно развиваться. Основные направления исследований включают:

• Повышение КПД преобразования световой энергии
• Расширение спектрального диапазона чувствительности
• Создание гибких и прозрачных фотоэлементов
• Снижение стоимости производства
• Разработка новых материалов для фотоэлементов

Развитие технологий фотоэлементов открывает новые возможности для их применения в различных областях — от портативной электроники до космических аппаратов.

Заключение

Фотоэлементы — это устройства, преобразующие энергию света в электрическую энергию. Существует несколько основных типов фотоэлементов, каждый из которых имеет свои особенности и области применения. Развитие технологий фотоэлементов позволяет создавать все более эффективные и универсальные устройства для широкого спектра применений.

Типы фотоэлементов

Широкое применение в технике четыре вида фотоэлемента.

а) Фотоэлементы с внешним фотоэффектом.

1. Вакуумные фотоэлементы, практически не обладающие инерционностью.

2. Газонаполненные фотоэлементы, обладающие большей, по сравнению с вакуумным, чувствительностью, но и большей инерционностью, т.е. изменения фототока запаздывают по времени относительно изменения светового потока.

б) Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом.

1. Фотосопротивления.

2. Вентильные фотоэлементы.

Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом обладает значительно большей инерционностью по сравнению с фотоэлементами основанными на внешнем фотоэффекте.

Порядок выполнения работы

Работа состоит из 2-х частей:

1. Определение чувствительности фотоэлемента.

В работе применяется селеновый фотоэлемент.

Устанавливают фотоэлемент и электролампу с известной силой света так, чтобы их центры были на одной горизонтали. Устанавливают фотоэлемент на указанном в работе расстоянии от электролампы и подсоединяют гальванометр к фотоэлементу. Включают лампу в сеть и устанавливают указанное в работе напряжение.

При освещении фотоэлемента гальванометр покажет наличие фототока. Записывают в таблицу расстояние R от фотоэлемента до электролампы и силу фототока i. Повторяют измерения измеряя расстояние через равные интервалы.

Пройдя весь указанный в работе интервал расстояний, выключают электролампу и отключают гальванометр от фотоэлемента.

Результаты измерений записывают в таблицу.

Таблица результатов по определению чувствительности фотоэлемента типа ….

Фоточувствительная поверхность S=

Сила света лампы J =

№ п/п	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
R
i
E
Ф

Обрабатывают результаты измерений.

Зная силу света J лампы при данном напряжении и расстояние от лампы до фотоэлемента, находят освещенность фотоэлемента по закону освещенности

Е = .Зная освещенность и светочувствительность площадь фотоэлемента, (она указана в работе), находят световой поток, падающий на фотоэлемент

Ф = ЕS

Зная световой поток Ф и силу фототока i, строят график зависимости i от Ф. Из графика находят чувствительность фотоэлемента к = .

2. Определение удельной мощности электролампы.

Устанавливают фотоэлемент на таком расстоянии от электролампы, чтобы при максимальном освещении фотоэлемента стрелка гальванометра отклонялась почти на всю шкалу гальванометра. Записывают мощность P потребляемую электролампой и силу фототока i. Повторяют измерения уменьшая мощность, потребляемую лампой через равные интервалы. Пройдя весь указанный в работе интервал напряжений, выключают электролампу и отключают гальванометр от фотоэлемента.

Результаты измерений записывают в таблицу.

Таблица результатов определения удельной мощности лампы

тип лампы …….; V = …….; P = …….;

чувствительность фотоэлемента к = ……

№ п/п	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Р
i
Ф

Обрабатывают результаты измерений.

Зная силу фототока и чувствительность фотоэлемента, определенную в первой части работы, находят световой поток Ф = .

По известным Ф и Р строят график зависимости Ф от Р.

График не будет прямолинейным. Объясняется это следующим образом.

По закону смещения Вина, с повышением температуры (т.е. с повышением мощности) длина волны, на которую приходится максимум излучения, смещается в сторону более коротких волн. Это значит, что в повышением температуры большая часть всего излучения приходится на долю видимого света. Именно это явление и отражает изгиб кривой графика.

Отношение мощности, потребляемой лампой, к силе света лампы называют удельной мощностью электролампы.

 =

(6)

РИСУНКИ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 28

С

К А

Г V

R

РИС. 1

i ма

i _2н Ф₂ > Ф₁

i _1н Ф₁

-U_З U

0

РИС. 2

Е

Зона проводимости

Зона заполненная

РИС. 3 а

Е

Зона проводимости

Зона запрещенная Е

Зона проводимости

РИС. 3 б

Контрольные вопросы.

1. Что называется фотоэффектом?

2. Расскажите о внешнем и внутреннем фотоэффекте.

3. Напишите уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Поясните его.

4. Что такое красная граница фотоэффекта?

5. Для чего используется метод задерживающего потенциала?

6. Где используются и как применяется явление фотоэффекта?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №29

Типы фотоэлементов.

Давление света. Понятие о корпускулярно-волновой теории света

Похожие презентации:

Влияния состава и размера зерна аустенита на температуру фазового превращения и физико-механические свойства сплавов

Газовая хроматография

Геофизические исследования скважин

Искусственные алмазы

Трансформаторы тока и напряжения

Транзисторы

Воздушные и кабельные линии электропередач

Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса

Магнитные аномалии

Нанотехнологии

1. Типы фотоэлементов. Давление света. Понятие о корпускулярно-волновой теории света.

2. Повторение

Кто открыл фотоэффект
Кто исследовал это явление
Кто теоретически объяснил фотоэффект
Что называют фотоэффектом
Закономерности фотоэффекта
В чем заключается идея Макса Планка
Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта
Что называют работой выхода

3.

Корпускулярно-волновой   дуализм.Корпускулярно-волновой дуализм.
Явления интерференции и дифракции света
свидетельствуют и о волновых свойствах света.
Свет обладает, таким образом, своеобразным
дуализмом (двойственностью свойств). При
распространении света проявляются его волновые
свойства, а при взаимодействии с веществом
(излучении и поглощении) — корпускулярные.

4. Гипотеза де Бройля

Вопросом, что электрон и
другие частицы обладают
также и волновыми
свойствами задавался
французский ученый Луи де
Бройль и в 1923 г. высказал
необычную мысль….

5. Гипотеза де Бройля

Предположив, что с движением частиц связано
распространение некоторых волн, де Бройль сумел
найти длину волны этих волн. Связь длины волны с
импульсом частицы оказалась точно такой же, как и у
фотонов
формула де
Бройля — одна
из основных в
физике
микромира
Предсказанные де Бройлем волновые свойства частиц
впоследствии были обнаружены экспериментально.
Фотон — элементарная частица, не имеющая
массы покоя и электрического заряда, но
обладающая энергией и импульсом.
Это квант электромагнитного поля,
которое осуществляет взаимодействие между
заряженными частицами. Поглощение и
излучение электромагнитной энергии
отдельными порциями — проявление
корпускулярных свойств электромагнитного
поля.
Корпускулярно-волновой дуализм — общее
свойство материи, проявляющееся на
микроскопическом уровне.

7. Давление света

https://www.youtube.com/watch?v=XS3609U8LaY

8. ДАВЛЕНИЕ СВЕТА

Под действием электрического поля волны, падающей на поверхность тела,
например металла, свободный электрон движется в сторону,
противоположную вектору. На движущийся электрон действует сила
Лоренца , направленная в сторону распространения волны. Суммарная
сила, действующая на электроны поверхности металла, и определяет силу
светового давления.
Для доказательства
справедливости теории
Максвела было важно
измерить давление света.
Многие ученые пытались
это сделать, но безуспешно,
так как световое давление
очень мало. В яркий
солнечный день на
поверхности площадью
1м2 действует сила, равная
всего лишь 4 • 10-6 Н.
Впервые давление света
измерил русский физик
Петр Николаевич
Лебедев в 1900 г.

10. Прибор Лебедева

Прибор состоял из очень легкого стерженька на тонкой
стеклянной нити, но краям которого были приклеены
легкие крылыптки. Весь прибор помещался в сосуд,
откуда был выкачан воздух. Свет падал на крылышки,
расположенные по одну сторону от стерженька. О
значении давления можно было судить по углу
закручивания нити.
Давление света согласно электродинамике
Максвелла возникает из-за действия силы
Лоренца на электроны среды, колеблющиеся
под действием электрического поля
электромагнитной волны.
Фотоэлементами называют фотодиоды,
фоторезисторы, фототранзисторы и другие
светочувствительные приборы, используемые в
качестве датчиков устройств, реагирующих на
изменение интенсивности освещения.
Вакуумные фотоэлементы (с внешним
фотоэффектом) — практически безынерционны.
Полупроводниковые фотоэлементы (с
внутренним фотоэффектом) — инерционны, но
обладают механической прочностью и высокой
чувствительностью к различным областям
спектра.
Свойства фотоэлементов определяют области их
применения.

13.  Вакуумные фотоэлементы

Вакуумные фотоэлементы
Современный вакуумный фотоэлемент
представляет собой стеклянную колбу, часть
внутренней поверхности которой покрыта
тонким слоем металла с малой работой
выхода Это катод 1. Через прозрачное окошко
свет проникает внутрь колбы. В ее центре
расположена проволочная петля или диск —
анод 2, который служит для улавливания
фотоэлектронов. Анод присоединяют 1С
положительному полюсу батареи.
Фотоэлементы реагируют на видимое
излучение и даже на инфракрасные лучи.

14. Полупроводниковые фотоэлементы

На этом явлении основано устройство
фоторезисторов — приборов, сопротивление
которых зависит от освещенности. Кроме того,
сконструированы полупроводниковые
фотоэлементы, создающие ЭДС и
непосредственно преобразующие энергию
излучения в энергию электрического тока. ЭДС,
называемая в данном случае фотоЭДС,
возникает в области р—n-перехода двух
полупроводников при облучении этой области
светом. Под действием света образуются
пары электрон — дырка. В области р—nперехода существует электрическое поле. Это
поле заставляет неосновные носители
полупроводников перемещаться через контакт.
Солнечные батареи.
Солнечные батареи
В комбинации с реле – «видящие автоматы»
(турникеты метро, маяки, уличное освещение и т.д
Устройства, считывающие информацию с компакт
дисков
Измерители световых потоков
Приемники изображений в телевидении и
приборах ночного видения
Звуковое кино
Автоматические двери
Инфракрасный датчик
для дверей
Прибор ночного видения
Вид в приборе
ночного видения
Солнечная батарея
спутника
Космический корабль
«Галилей»

19.

ХИМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ СВЕТА. ФОТОГРАФИЯОтдельные молекулы поглощают световую энергию
порциями — квантами hv. В случае видимого
и ультрафиолетового излучений эта энергия
достаточна для расщепления многих молекул. В этом
проявляется химическое действие света.
Важнейшие химические реакции под действием света
происходят в зеленых лисчьях деревьев и траве, в иглах
хвои, во многих микроорганизмах.
Химическое действие света лежит в основе
фотографии.
Под действием света происходят химические
реакции, определяющие жизнь на Земле.
Что называют фотоэлементами
Какие бывают фотоэлементы
Применение фотоэлементов
Корпускулярно-волновой дуализм
Давление света

24. Домашнее задание

Конспект занятия
Решить задачи:
1. Длина волны, соответствующая красной границе
фотоэффекта, для натрия составляет 530 нм.
Определите работу выхода электронов из натри
2.Работа выхода из металла равна 4, 28 эВ. Найти
красную границу фотоэффекта.

English     Русский Правила

Обзор фотоэлементов |Узнайте важные термины и понятия

Фотоэлементы — это общий термин для различных типов фотоэлементов, которые в основном используют световую энергию или излучение, испускаемое солнцем, поглощают его и преобразуют в электрическую энергию. Их основная работа основана на явлении, известном как фотоэлектрический эффект, при котором светочувствительный материал поглощает световую энергию или фотоны и испускает электрон, генерируя электричество. Они используются в различных электрических устройствах. Мы обсудим эти фотоэлементы, их типы, значение и использование в этой статье.

Принципиальная схема фотоэлемента

Типы фотоэлементов

В этом разделе рассматриваются в основном три типа фотоэлементов.

Термин «фотоэмиссионный» означает материал, который может испускать электроны, когда к материалу подводится энергия в определенных формах, таких как излучение. Когда энергия передается материалу, электроны в материале возбуждаются и, таким образом, вылетают со своих первоначальных орбит.

Фотоэмиссионная ячейка более известна как фототрубка. Он основан на фотоэлектрическом эффекте, который представляет собой явление, при котором световая энергия бомбардируется любым светочувствительным материалом, который затем испускает электроны.

Фотоэмиссионный элемент

Фотоэлектрический элемент, также известный как просто солнечный элемент. Это электронное устройство, которое преобразует падающую на него солнечную энергию в электричество. Это известно как фотогальванический эффект, который по существу является физическим и химическим явлением.

Фотоэлектрический элемент

Это электрическое устройство, чувствительное к свету и работающее как резистор. Сопротивление уменьшается с увеличением интенсивности света.

A Фотопроводящая ячейка

Какое значение имеет фотоэлемент?

В этом разделе мы поговорим о значении фотоэлемента. Фотоэлементы в настоящее время используются во многих электроприборах, что делает их использование более экологичным, поскольку все типы фотоэлементов в основном основаны на фотоэлектрическом эффекте, который получает энергию в основном от Солнца, таким образом практически не загрязняя окружающую среду и даже хотя это требует больших первоначальных инвестиций, но на более поздних этапах это очень рентабельно.

Использование фотоэлементов

Ниже перечислены некоторые области применения фотоэлементов.

Они используются в различных устройствах, таких как:

Примеры вопросов

Укажите, верны ли приведенные ниже утверждения или нет.

1. Фотоэлектрические элементы и солнечные элементы — это одно и то же.

Ответ: Верно.

2. Фотоэлементы являются экологически безопасным вариантом.

Ответ: Верно.

3. Загрязняет ли фотоэлемент?

Ответ: Нет, фотоэлементы не загрязняют окружающую среду, потому что они в основном используют солнечный свет и преобразуют его в электрическую энергию.

Дополните следующие утверждения, заполнив пропуски.

1. Существуют ______ типы фотоэлементов.

Ответ: три.

2. Фотоэлементы в основном работают на основе ________

Ответ: фотоэлектрический эффект.

3. Фотоэлектрический эффект чаще всего использует _______ энергию.

Ответ: свет

Резюме

Существует три типа фотоэлементов: фотоэмиссионные, фотогальванические и фотопроводящие. Они в основном основаны на фотоэлектрическом эффекте, когда энергия в любой форме подается на чувствительный материал, материал испускает электрон, энергия может быть в форме света, тепла и т. д., и материал мишени будет соответствующим к форме энергии. Фотоэлементы обычно используются во многих электронных устройствах. Они экологически чистые и не загрязняют окружающую среду.

Типы фотоэлементов

Физический мир обрезает внутреннюю работу мира. Он вращается вокруг изучения сил и энергий, которые нас окружают. Этот купол исследования тесно связан со световой энергией.

Одним из таких объяснений световой энергии в физике являются фотоэлементы или фотоэлементы. Эти фотоэлементы играют роль в объяснении того, что может произойти со световой энергией. Он также подчеркивает, что можно использовать с помощью световой энергии. Фотоэлементы можно разделить на несколько типов. Однако, прежде чем мы углубимся в изучение типа фотоэлемента очень важно знать базу. Начнем с понимания того, что такое фотоэлемент. Затем мы рассмотрим типа фотоэлемента.

Что такое фотоэлемент?

В общем случае фотоэлемент — это средство для преобразования световой энергии в электрическую. Фотоэлементы считаются резисторами, сопротивление которых продолжает колебаться. Это колебание в основном зависит от света и его интенсивности.

Идея, на которой работает фотоэлемент, заключается в сопротивлении электричества и фотоэлектрическом эффекте. Фотоэлектрический — это процесс, при котором электроны испускаются после того, как электромагнитное излучение попадает на объект. Здесь свет считается электромагнитным излучением и испускает электроны.

Фотоэлементы также известны под разными названиями. Фотоэлементы называются элементами CdS, так как они сделаны из сульфида кадмия. Фотоэлементы также известны под термином «светозависимые резисторы» (LDR). Фотоэлементы также известны как датчики, поскольку они могут отображать наименьшую долю света. Фотоэлементы также известны как фоторезисторы.

Сегодня фотоэлементы используются в различных областях. Начиная с изготовления игрушек и заканчивая созданием различного оборудования, использование фотоэлементов охватывает различные области. Давайте разберемся, где сработало применение фотоэлементов.

Применение фотоэлементов:

Использование фотоэлементов расширилось до различных областей. Технические специалисты используют этот резистор и датчик для создания различных инноваций и применения их в различных секторах. Ниже приведены некоторые моменты, которые подчеркивают применение фотоэлементов.

• Фотоэлементы являются важным компонентом уличных фонарей. Уличные фонари автоматические. Фотоэлементы используются для включения света в темное время суток. Он отключает уличное освещение в дневное время.
• Фотоэлементы также используются в гонках. Эти ячейки используются в таймерах для расчета времени и скорости гонщика.
• Фотоэлементы также являются важным средством для подсчета количества автомобилей на дороге или в любом выставочном зале.
• Фотоэлементы также используются в сигнализации, особенно для обнаружения любого движения. Эти сигнализации используются в колониях, чтобы избежать подозрений в краже.
• В робототехнике фотоэлементы используются для управления движениями роботов. Эти клетки могут указывать роботу прятаться в темноте или следовать за светом.
• Фотоэлементы также являются своего рода датчиками. Их используют в магазинах и лавках для обнаружения некупленных вещей.
• Фотоэлементы используются для воспроизведения звука.

Это области применения фотоэлементов. Существуют различные типы фотоэлементов. Расскажите нам о них подробно.

Типы фотоэлементов:

Существует 3 распространенных типа фотоэлемента . Это:

Фотогальванический элемент:

Фотогальванический элемент — это тип фотоэлемента, который используется для преобразования солнечной энергии в электрическую. Он состоит из полупроводникового материала, который поглощает фотоны, присутствующие в лучах солнечного света, для создания потока электронов. Этот поток электронов генерирует электрический ток, который часто называют солнечным электричеством.

Устройства с зарядовой связью:

Почти все фотографии, которые делаются сегодня, сделаны с помощью фотодатчика. Одним из наиболее точных фотодатчиков является устройство с зарядовой связью или ПЗС. Он улавливает фотоны, отраженные объектом, и разбивает изображение на пиксели.

Каждый фотон, попадающий на ПЗС, преобразуется в электрический заряд. Интенсивность электрического заряда соответствует энергии фотона. Он часто используется в научных изображениях для получения подробных изображений молекул или больших галактик.

Фоторезистор:

Фоторезистор — это особый тип фотоэлемента, который изменяет свое сопротивление в зависимости от количества падающего на него света. Одним из лучших примеров такого фотоэлемента является LDR или светочувствительный резистор.

LDR — компонент, используемый в электрических цепях, сопротивление LDR уменьшается с увеличением количества света, падающего на него. Например, если LDR подключен к батарее и на него падает больше света, через него будет проходить больший ток.

Заключение:

В общем случае фотоэлемент — это средство для преобразования световой энергии в электрическую. Фотоэлементы считаются резисторами, сопротивление которых продолжает колебаться. Это колебание в основном зависит от света и его интенсивности.