Фотоэлементы и их применение - Световые кванты - Квантовая физика

Цель: ознакомить учащихся с практическим применением фотоэффекта.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Изучение нового материала

Эксперимент

Собирается схема (рис. 96):

Фотореле включить так, чтобы оно срабатывало при затемнении фотосопротивления. В качестве нагрузки включить электролампу. Если этой же лампой осветить фотосопротивление, то лампа будет периодически зажигаться и гаснуть. Объяснить явление.

(Ответ: Когда лампа L осветит фотосопротивление, через него пойдет ток, реле r разорвет цепь лампы L и она погаснет. Фотосопротивление затемнится, ток, текущий через него, прервется и якорь - реле, возвращаясь в исходное положение, замкнет цепь и т. д. Подобное устройство можно было бы, например, использовать для управления мигающими сфетосферами. Приборы, в основе принципа действия которых лежит явление фотоэффекта, называют фотоэлементами.)

Внешний фотоэффект

Испускание электронов с поверхности металлов под действием света.

А – анод, К - катод светочувствительный, О - окошко для доступа света.

Достоинство фотоэлемента: безинерциональность, фототок I пропорционален световому потоку Ф.

Недостаток фотоэлемента: слабый ток, малая чувствительность к длинноволновому излучению, сложность в изготовлении, не используется в цепях переменного тока.

Применение в технике:

1. Кино: воспроизведение звука.

2. Фототелеграф, фототелефон.

3. Фотометрия: для измерения силы света, яркости, освещенности.

Внутренний фотоэффект

Изменения концентрации носителей тока в веществе и как следствие изменение электропроводности.

Фоторезистор - устройство, сопротивление которого зависит от освещенности. Используется при автоматическом управлении электрическими цепями с помощью световых сигналов и в цепях переменного тока.

Вентильный фотоэффект

Возникновение ЭДС под действием света в системе, содержащей контакт двух различных полупроводников. Используется в солнечных батареях, которые имеют КПД 12-16 % и применяются в искусственных спутниках Земли при получении энергии в пустыне. Принцип действия солнечной батареи: при поглощении кванта энергии hv полупроводником освобождается дополнительная пара носителей (электрон и дырка), которые движутся в разных направлениях: дырки в сторону проводников p-типа, а электрон в сторону полупроводников n-типа. В результате образуется в полупроводнике n-типа избыток свободных электронов, а в полупроводнике р-типа - избыток дырок. Возникает разность потенциалов.

III. Вопросы для закрепления

- Что называется фотоэлементом?

- В чем суть явления внешнего фотоэффекта?

- Что называется внутренним фотоэффектом?

- Что такое фоторезистор? Каков его принцип действия? Как и где используется фоторезистор?

Домашнее задание

§ 91