Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 185. Применение фотоэлектрических явлений
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
Ð Ð Ð½Ð Ñ Ð ÐµÑ Ð³ Ð Ð ÐÐ ÐµÐ¼ÐµÐ½Ñ Ð Ñ Ð½Ñ Ð¹ Ñ Ñ ÐµÐ
| § 185. Применение фотоэлектрических явлений. Изучение
законов фотоэффекта дало очень много для углубления наших знаний о свете. Поэтому фотоэлектрические явления имеют очень большое научное значение. В то же время и практическое (техническое) значение фотоэффекта очень велико. Особенно возросли возможности разнообразных применений фотоэффекта после того, как научились изготовлять фотоэлементы, чувстви- тельные не только к ультрафиолетовому излучению, как это было описано в § 184, но и к инфракрасному излучению и к ви- димому свету. Соотношение A + 1 / 2 mv 2 = hν показывает, что при уменьше- нии ν, т. е. увеличении длины волны падающего света, скорость вырываемых электронов уменьшается. Когда ν = A h , то v = 0. Это значит, что при соответствующей частоте электроны не могут отделиться от металла, т. е. фотоэффект не имеет места. Таким образом, для каждого металла существует п р е д е л ь- н а я длина волны света, способного вызвать фотоэффект. Если падающий свет имеет длину волны больше предельной, то фото- эффект не возникает, как бы ни был интенсивен свет. Поэтому, например, для наблюдения фотоэффекта на цинке необходимо было прибегать к ультрафиолетовому излучению, ибо работа вы- хода для цинка довольно велика (A Zn = 6,8 · 10 − 19 Дж). При ра- боте с другими веществами можно увеличить λ, ибо работа вы- хода для них меньше; удобны щелочные металлы (натрий, калий, рубидий и особенно цезий: A Cs = 3 · 10 − 19 Дж). Еще значи- тельнее понижается работа выхода, если обработать поверхность этих металлов, покрыв их соответствующей пленкой. Благодаря этому удалось получить поверхности, чувствительные не только к видимому, но даже и к инфракрасному свету. Фотоэлементы, удобные для практических применений, изго- товляют в виде эвакуированного стеклянного баллона, на внут- ренней поверхности которого нанесен слой чувствительного ме- талла. Нередко в баллон вводят некоторое количество нейтраль- 1 ) Как уже упоминалось в § 65, в настоящее время удается для получения фототока использовать до 15 % энергии света. Цифра, приводимая в тексте, относится к явлениям фотоэффекта, наблюдаемым при освещении м е т а л- л о в.
Гл. XXI. Действия света 431
ного газа (например, аргона), который не портит поверхности ме- талла, но может ионизоваться под ударами летящих электронов и увеличивать за счет своих ионов наблюдаемый ток (см. том II, § 93). Поверхность чувствительного металла служит одним элек- тродом фотоэлемента (катодом). Анодом является металлическое кольцо или пластинка, впаянная в баллон. Приложив между электродами достаточное напряжение, получаем готовый к дей- ствию фотоэлемент (рис. 332). Рис. 332. Вакуумный фотоэлемент: а) схема включения: 1 — светочув- ствительный слой (катод), 2 — анод в виде кольца; б) схематическое изображение Впоследствии удалось использовать фотоэффект, возникаю- щий между металлом и образованной на нем пленкой окисла. Между металлом и окислом образуется тонкий слой пол у прово- дящего вещества, обладающего свойством пропускать электроны, выделяющиеся из металла, и препятствовать прохождению элек- тронов противоположного направления. Объяснение действия этого так называемого запирающего слоя довольно сложно (см. т. II, § 110). Практически же применение указанных по- верхностей позволяет создавать фотоэлементы, имеющие очень большие преимущества. Они чувствительнее элементов перво- го типа (использующих фотоэффект со свободной поверхности металла), не нуждаются во вспомогательной батарее, им мо- жет быть придана весьма разнообразная и очень удобная форма (рис. 333). Так как фототок пропорционален световому потоку, то фотоэлементы широко используются для устройства фотомет- ров разнообразного назначения. Один из таких фотометров, слу- жащий для определения о с в е щ е н н о с т и (люксметр), опи- 432 Гл. XXI. Действия света сан в § 78. Возможность регистрировать световые сигналы при помощи электрических приборов позволяет комбинировать фото- элементы с реле (см. том II, § 180), благодаря чему фотоэлемен- ты могут выполнять а в т о м а т и ч е с к и различные сложные операции. Построены многочисленные автоматы для счета, реги- страции, пуска в ход или прекращения тех или иных операций и т. д. Число разнообразных применений фотоэлементов крайне велико, и каждый новый день приносит новые устройства этого рода. Во введении уже упоминалось, что новые фотоэлементы (с использованием полупроводников — германия и особенно кремния) способны превращать довольно значительную световую энергию в электрическую и применяются для использования солнечной энергии (солнечные батареи). Солнечные батареи пло- щадью в десятки квадратных метров обеспечивают электроснаб- жение искусственных спутников Земли. Рис. 333. Фотоэлемент с запирающим слоем: а) Схема включения: 1 — металл, 2 — пленка окисла с запирающим слоем; на пленку напылен тонкий (прозрачный) слой металла, к которому прижато металлическое кольцо 3, служащее вторым электродом; б) внешний вид фотоэлемента с запирающим слоем
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|