Вопрос №111 Фотоэлементы с внешним фотоэффектом. Их применение

Фотоэлементом называется такой прибор, с помощью которого осуществляется превращение энергии излучения в электрическую энергию.

В фотоэлементах в внешним фотоэффектом происходит превращение лишь незначительной части энергии излучения в электрическую, поэтому в качестве источников электрической энергии они не применяются.

Достоинства: Безынерционность; пропорциональность фототока интенсивности излучения, что позволяет использовать их в фотометрии.

Недостатки: слабый ток в цепи фотоэлемента (который можно усилить с помощью электронных ламп), недостаточная чувствительность к длинноволновому излучению, хрупкость и сравнительная сложность изготовления.

Наиболее распространенное применение фотоэлементов – использование их в звуковом кино для воспроизведения звука, записанного на киноленте в виде «звуковой дорожки». Для автоматического управления различным производственными процессами часто применяются фотореле. Фотореле имеет очень много различных применений. Оно выключает и включает маяки, освещения на улицах. Фотоэлементы широко применяются в фотометрии для измерения силы света, яркости, освещенности. Фотоэлементы используют в астрокомпасе – автоматическом приборе, служащем для ориентации по Солнцу и звездам.

Вопрос №112 Внутренний фотоэффект. Фотосопротивление и фотоэлементы, их применение

Генерация свободных носителей зарядов в полупроводнике, происходящая вследствиеоблучение полупроводника, называется внутренним фотоэффектом.

Различия между внешним и внутренним фотоэффектами: при внешнем фотоэффекте электроны вырываются из вещества, а при внутреннем остаются внутри него.

Дополнительная проводимость полупроводника, обусловленная облучением, называется фотопроводимостью.

Устройства, действия которых основано на использовании фотопроводимости полупроводников, называются фотосопротивлениями (фоторезисторами). Их применяют для автоматического управления электрическими цепями с помощью световых сигналов.

Достоинства фотосопротивлений: высокая фоточувствительность, большой срок службы, малые размеры, простота изготовления, возможность выбора фотосопротивления для нужного интервала длин волн, в частности и для инфракрасной области.

Недостатки фотосопротивлений: отсутствие прямой пропорциональности между током в цепи и интенсивностью освещения, влияние на величину сопротивления температуры окружающей среды, инерционность.

Вопрос №113 Излучение и поглощение энергии атомом

Согласно теории Бора при движении электрона по ближайшей к ядру дозволенной орбите атом находится в основномсостоянии, являющемся наиболее устойчивым. Когда электрон движется по какой-либо другой из дозволенных орбит, состояние атом называется возбужденным и является менее устойчивым, чем основное состояние. Через небольшое время (порядка ) атом самопроизвольно переходит из возбужденного состояния в основное, излучая при этом квант энергии.

Когда атом находится в основном состоянии, то он может поглотить только такую порцию энергии, которая необходима для его перехода в одно из возможных возбужденных состояний. При переходе на более высокий энергетический уровень атом может поглотить только целый квант энергии.

Обычно энергию квантов выражают в электронвольтах. Электронвольтом (эВ) называется работа, совершаемая электрическим полем при перемещении электрона между двумя точками с разностью потенциалов в 1 В. Так как работа выражается формулой: , то Чтобы ионизировать атом водорода, находящийся в нормальном состоянии, ему нужно сообщить энергию в 13,6 эВ.

Бор показал, что радиус ближайшей к ядру орбиты, соответствующей нормальному (т.е. невозбужденному) состоянию атома водорода, равен м и радиусы дозволенных орбит пропорциональны квадратам чисел натурального ряда, т.е. 1,4,9 и т.д

Из теории Бора следует, что в формуле означает номер орбиты, с которой происходит переход электрона, а номер орбиты, на которую попадает электрон после перехода. При каждом из переходов с одного энергетического уровня на другой излучаются различные кванты энергии.

Выводы: 1) свободный атом поглощает и излучает энергию только целыми квантами; 2) при переходе в возбужденное состояние атом поглощает только такие кванты, которые может сам испускать;

Исключительное постоянство частот излучения атомов было использовано для определения нового эталона основной единицы времени – секунда.

Чем больше электронов имеет атом, тем сложнее схема энергетических уровней и спектр. Так, спектр железа состоит из нескольких тысяч линий.

В жидких и твердых телах, где частицы сильно взаимодействуют друг с другом, энергия каждой частицы включает в себя и энергию ее взаимодействия с другими частицами. Так как энергия взаимодействия частиц может иметь самые разнообразные значения, то вместо отдельных энергетических уровней образуются сплошные полосы возможных энергетических состояний. Поэтому и величина квантов излучения может быть самой различной и спектр излучения получается сплошным. Такой спектр имеет температурное излучение, свойства которого определяются температурой и мало зависят от структуры вещества и строения его частиц.