Фотоэффект. Самостоятельная работа

Из истории фотоэффекта…
1887 год – немецкий физик Генрих Герц

Второе открытие фотоэффекта
1888 год – немецкий ученый Вильгельм
Гальвакс.

Третье открытие фотоэффекта
1888 год – итальянец Аугусто Риги. Он же
придумал первый фотоэлемент – прибор,
преобразующий энергию света в
электрический ток.

Четвертое и окончательное открытие…
1888 год – русский ученый Александр
Григорьевич Столетов. Он
подверг фотоэффект
тщательному эксперимен-
тальному исследованию и
установил законы
фотоэффекта.

Схема установки Столетова
1-й вариант опыта
!
V
Ток есть!

Схема установки Столетова
1-й вариант опыта
!
V
Тока нет!

Вывод, который сделал вывод Столетов…
…при освещении цинковой пластины
ультрафиолетовыми лучами из неё
вырываются электроны. Под действием ЭП
они устремляются к сетке и в цепи возникает
электрический ток, который называют
фототоком.

Задачи, которые ставил перед собой Столетов…
1.Нужно было установить, от чего зависит
количество электронов, вырываемых из
металла, за 1 с?
2.От чего зависит скорость фотоэлектронов, а
значит, и кинетическая энергия
фотоэлектронов?

Схема установки, на которой Столетов
установил законы фотоэффекта

Первый закон фотоэффекта
Сила тока насыщения (фактически, число выбиваемых с поверхности электронов за единицу времени) прямо пропорциональна интенсивности светового излучения, падающего на поверхность тела. Iнас ˜ световому потоку!
Внимание!
Световой поток,
падающий на фотокатод,
увеличивается, а его
спектральный состав
остается неизменным:
Ф2 > Ф1

Второй закон фотоэффекта
Если частоту света увеличить, то при неизменном световом
потоке запирающее напряжение увеличивается, а, следовательно,
увеличивается и кинетическая энергия фотоэлектронов.
Максимальная скорость фотоэлектронов зависит
только от частоты падающего света и не зависит от его
интенсивности.
Важно!
По модулю запирающего напряжения можно судить о
скорости фотоэлектронов и об их кинетической
энергии!

Третий закон фотоэффекта
Для каждого вещества существует
минимальная частота (так называемая
красная граница фотоэффекта), ниже которой
фотоэффект невозможен.

Красная граница фотоэффекта
При ν < νmin ни при
какой интенсивности
волны падающего на
фотокатод света
фотоэффект не
произойдет!
Для каждого вещества своя!!!

Применение фотоэффекта
На явлении фотоэффекта основано действие фотоэлектронных приборов, получивших разнообразное применение в различных областях науки и техники. В настоящее время практически невозможно указать отрасли производства, где бы не использовались фотоэлементы - приемники излучения, работающие на основе фотоэффекта и преобразующие энергию излучения в электрическую.

Вакуумный
фотоэлемент
Простейшим фотоэлементом
с внешним фотоэффектом
является вакуумный фотоэлемент.
Он представляет собой
откачанный стеклянный баллон,
внутренняя поверхность которого (за
исключением окошка для доступа
излучения) покрыта
фоточувствительным слоем,
служащим фотокатодом. В качестве
анода обычно используется кольцо
или сетка, помещаемая в центре
баллона.

Вакуумные фотоэлементы безынерционны, и для них наблюдается строгая пропорциональность фототока интенсивности излучения. Эти свойства позволяют использовать вакуумные фотоэлементы в качестве фотометрических приборов, например фотоэлектрический экспонометр, люксметр (измеритель освещенности) и т.д.

Фоторезисторы
Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом,
называемые полупроводниковыми
фотоэлементами или фотосопротивлениями
(фоторезисторами), обладают гораздо большей
интегральной чувствительностью, чем
вакуумные. Недостаток фотосопротивлений –
их заметная инерционность, поэтому они
непригодны для регистрации
быстропеременных световых потоков.

Вентильные фотоэлементы
Фотоэлементы с вентильным фотоэффектом, называемые вентильными фотоэлементами (фотоэлементы с запирающим слоем), обладая, подобно элементам с внешним фотоэффектом, строгой пропорциональностью фототока интенсивности излучения, имеют большую по сравнению с ними интегральную чувствительность и не нуждаются во внешнем источнике э.д.с.
Кремниевые и другие вентильные фотоэлементы применяются для создания солнечных батарей, непосредственно преобразующих световую энергию в электрическую.

Такие батареи уже
в течение многих лет
работают на космичес-
ких спутниках и
кораблях. Их КПД
приблизительно
10% и, как показывают теоретические
расчеты, может быть доведён до 22%,
что открывает широкие перспективы их
использования в качестве источников для
бытовых и производственных нужд.