Природознавство. 11 клас. Ільченко

§ 16. Застосування фотоефекту. Люмінесценція

Найпростішим приладом, що працює на основі використання фотоефекту, є вакуумний фотоелемент (мал. 2.47). Вакуумний фотоелемент складається зі скляної колби з двома клемами. Внутрішня поверхня колби частково покрита тонким шаром металу. Це покриття служить катодом фотоелемента. У центрі балона розташований анод. Клеми катода й анода підключаються до джерела постійної напруги. При освітленні катода з його поверхні вириваються електрони. Цей процес називається зовнішнім фотоефектом. Електрони рухаються під дією електричного поля до анода. У колі фотоелемента виникає електричний струм. Сила струму пропорційна потужності світлового випромінювання. У такий спосіб фотоелемент перетворює енергію світлового випромінювання в енергію електричного струму.

Мал. 2.47. Будова та схема будови вакуумного фотоелемента

У розглянутому фотоелементі використовується зовнішній фотоефект, під час якого електрони вириваються з поверхні речовини.

Для перетворення енергії світлового випромінювання в енергію електричного струму широко застосовуються напівпровідникові фотоелементи, в яких використовується внутрішній фотоефект.

Напівпровідниковий фотоелемент має наступну будову та принцип дії. У плоскому кристалі кремнію або іншого напівпровідника з дірковою провідністю створюється тонкий шар напівпровідника з електронною провідністю. На межі розділу цих шарів виникає р-n-перехід. При освітленні напівпровідникового кристала в результаті поглинання світла відбувається зміна розподілу електронів і дірок за енергією. Цей процес називається внутрішнім фотоефектом. У результаті внутрішнього фотоефекту збільшується кількість вільних електронів і дірок у напівпровіднику, відбувається їхній поділ на границі р-n-переходу.

При з’єднанні протилежних шарів напівпровідникового фотоелемента провідником у колі виникає електричний струм; сила струму в колі пропорційна потужності світлового потоку випромінювання, що падає на фотоелемент.

З’єднання фотоелемента послідовно з обмоткою електромагнітного реле дозволяє автоматично включати або виключати виконавчі пристрої при попаданні світла на фотоелемент. Фотоелементи використовуються в кіно для відтворення звукового супроводу, записаного на кінострічку у вигляді звукової доріжки.

Напівпровідникові фотоелементи широко використовуються на штучних супутниках Землі, міжпланетних автоматичних станціях і орбітальних станціях як енергетичні установки, за допомогою яких енергія сонячного випромінювання перетворюється в електричну енергію. ККД сучасних напівпровідникових фотоелектричних генераторів перевищує 20 %.

Напівпровідникові фотоелементи усе ширше застосовуються в побуті. Вони використовуються як невідновлювані джерела струму в годинниках, мікрокалькуляторах; проходять випробування перші сонячні електромобілі.

Люмінесценція — нетеплове свічення речовини, що відбувається після поглинання ним енергії збудження. Вперше люмінесценція була описана в XVIII столітті. Інша назва — холодне світло.

Речовина, у якій спостерігається люмінесценція, називається люмінофором.

Люмінесцентне випромінювання виникає за рахунок квантових переходів атомів, іонів, молекул зі збудженого стану в основний чи менш збуджений, тому кожен атом, іон чи молекула люмінофора є центром люмінесценції.

Широко використовують в електропроменевих приладах, світлотехніці, дефектоскопії та люмінесцентному аналізі, при люмінесцентній сепарації корисних копалин.

Люмінесценція мінералів є їх важливою діагностичною ознакою.

Люмінесцентна сепарація — радіометричний процес розділення мінералів, заснований на здатності їх світитися під дією ультрафіолетових і рентгенівських променів.

Застосовують при збагаченні корисних копалин, що містять мінерали-люмінофори. Іноді люмінесценція може бути викликана присутністю люміногенів (Уран, рідкісноземельні елементи).

Фотоелементи — прилади, в яких під дією світла виникає електрорушійна сила. Розрізняють фотоелементи вакуумні і напівпровідникові. Використовуються в автоматичній вакуумній і вимірювальній апаратурі.

Люмінесценція — свічення тіл під дією зовнішнього джерела; люмінесцентне світло має частоту меншу, ніж збуджуюче люмінесцентне світло.

Перевірте себе