Ф отоелементи та їх застосування

Вакуумний фотоелемент. Явище фотоефекту дає можливість перетворювати світлову енергію на електричну. Прилади, що перетворюють світлову енергію в електричну, називаються фотоелементами. Схема пристрою вакуумного фотоелемента приведена на мал. 170, а. З скляного балона 1 викачують повітря і на його внутрішню поверхню наносять тонкий шар 2 метали, що інтенсивно випускають електрони під дією видимого світла. Для цієї мети використовують цезій. Світлочутливий шар металу з'єднується з негативним полюсом джерела струму, тобто служить катодом. Усередині балона зміцнюється дротяне кільце 3, яке сполучають з позитивним полюсом джерела струму. Кільце служить анодом.

Світлочутливий шар при освітленні випускає електрони. Під дією електричного поля електрони спрямовуються до анода і в колі виникає електричний струм. Для збільшення сили фотоструму в балон вводять невелику кількість інертного газу-аргону, який під дією фотоелектронів іонізується, за рахунок чого збільшується сила фотоструму..

Згідно першому закону фотоефекту, сила струму пропорційна світловому потоку. Таким чином, регулюючи світловий потік, можна змінювати силу струму в ланцюзі.

Фотоелементи із замикаючим шаром засновані на внутрішньому фотоефекті. Такий фотоелемент складається з двох напівпровідникових (селенових) пластинок 1 (мал. 170, б) з різним типом провідності. Між ними виникає електронно-дірчастий перехід. Під дією світла у верхній пластинці селену виникає внутрішній фотоефект — в ній утворюються електрони і дірки. На межі двох напівпровідників виникає контактне електричне поле, під дією якого в ланцюзі фотоелемента проходить електричний струм без стороннього джерела електричної енергії.

Л юксметр. Фотоелементи із замикаючим шаром застосовуються для вимірювання освітленості, яка є найважливішим фізіологічним і гігієнічним чинником. Прилади, службовці, для об'єктивного вимірювання освітленості називаються люксметрами. Люксметр складається з фотоелемента1 (мал. 171) і чутливого гальванометра 2, шкалу якого градуюють безпосередньо в люксах.

Е лектрофотоколориметр. Явище фотоефекту використовують для визначення концентрації розчинів. Для цієї мети застосовують прилад, званий электрофотоколориметром. Схема простого электрофотоколориметра приведена на мал. 172. Світло від електричної лампочки 1 проходить через світлофільтр 2, лінзу 3, кювету з досліджуваним розчином 4 і потрапляє на фотоелемент 5. Чим вище концентрація розчину, тим сильніше поглинається в нім світло і тим менший струм показує гальванометр 6, шкалу якого безпосередньо градуюють у відсотках концентрації розчину. Електрофотоколориметри широко застосовується в мікробіологічних дослідженнях.

3.3. Рекомендована література.

Перелік навчальної літератури:

1. Л.Ф. Ємчик, Я.М. Кміт «Медична і біологічна фізика».

2. О.В. Чалий «Медична і біологічна фізика».

3.4. Матеріали для самоконтролю.

1. Дати відповідь на питання одного з запропонованих варіантів.

Варіант 1

1. Розкрийте зміст поняття "спектральна поглинальна здатність". Модель абсолютно чорного тіла. Закон Кірхгофа для випромінювання абсолютно чорного тіла.

2. Закон зміщення Віна.

3. Квантова гіпотеза Планка.

4. Що таке зовнішній та внутрішній фотоефект. Робота виходу.

5. Ефект Комптона. На яких об'єктах спостерігається цей ефект?

Варіант 2

1. Якими величинами характеризується випромінювання та поглинання тіл? Опишіть модель абсолютно чорного тіла.

2. Розмірність сталої Стефана-Больцмана.

3. В чому суть так званої "ультрафіолетової катастрофи"?

4. Закони Столєтова для фотоефекту.

5. Тиск світла та його залежність від відбивальних характеристикповерхні.

Варіант З

1. Розкрийте зміст поняття "випромінюваність". Як по-іншому називають цю величину? Випромінюваність та спектральна поглинальна здатність тіла.

2. Опишіть розподіл енергії в спектрі абсолютно чорного тіла.

3. Що таке квант випромінювання?

4. Червона межа фотоефекту.

5. Які з фотонної точки зору можна пояснити тиск світла? Значення величини тиску світла.

Варіант 4

1. Що показує величина "спектральна поглинальна здатність" тіла. Що таке сіре тіло?

2. Що таке універсальна функція Кірхгофа?

3. Вольт-амперна характеристика фотоефекту. Струм насичення в явищі фотоефекту.

4. Енергія, маса та імпульс фотона.

5. В чому суть ефекту Комптона? Як, у загальних рисах, пояснити зміну довжини хвилі фотона, розсіяного на слабо зв'язаному електроні?

Варіант 6

1. Розкрийте зміст понять "світимість" або "випромінюваність". У яких одиницях вимірюється ця величина?

2. Закон Стефана-Больцмана.

3. Перерахуйте експериментальні факти, які не можна пояснити, виходячи із хвильових уявлень про світло.

4. Рівняння Ейнштейна для фотоефекту.

5. В чому проявляється корпускулярно-хвильова природа світла (дуалізм)?