Применение фотоэффекта

                                                                                                    Арефьева Настя 11 класс.

                                     Применение фотоэффекта

Фотоэффект – это вырывание электронов из твёрдых и жидких веществ под действием света.

Выделяют три основных вида фотоэффектов: внутренний, внешний и вентильный.

Внешний фотоэффект – испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Наблюдается в газах на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация) и в конденсированных средах. Внешний фотоэффект в металле можно представить состоящим из трех процессов: поглощение фотона электроном проводимости, в результате чего увеличивается кинетическая энергия электрона; движение электрона к поверхности тела; выход электрона из металла. Этот процесс энергетически описывают уравнением Эйнштейна.

Если, освещая металл монохроматическим светом, уменьшать частоту излучения (увеличивать длину волны), то, начиная с некоторого ее значения, называемого красной границей; фотоэффект прекратится.

Экспериментальные исследования показали, что термин «красная граница» не означает, что граница фотоэффекта обязательно попадает в область красного цвета.

Внутренний фотоэффект - это переходы электронов, вызванные электромагнитным излучением, внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные: без вылета наружу. Интересная разновидность внутреннего фотоэффекта наблюдается в контакте электронного и дырочного полупроводников. В этом случае под действием света возникают электроны и дырки, которые разделяются электрическим полем pn перехода, электроны перемещаются в полупроводник типа n, а дырки - в полупроводник типа р, При этом между дырочным и электронным полупроводниками изменяется контактная разность потенциалов по сравнению с равновесной, т. е. возникает фотоэлектродвижущая сила. Такую форму внутреннего фотоэффекта называют вентильным фотоэффектом. Он может быть использован для непосредственного преобразования энергии электромагнитного излучения в энергию электрического тока.

Вентильный фотоэффект – явление, когда фотоэлектроны покидают пределы тела, переходя через поверхность раздела в другое твердое тело(полупроводник) или жидкость(электролит).

Также ещё существует многофотонный фотоэффект – он будет возможен, если интенсивность света очень большая(при использовании лазерных пучков). При этом электрон, испускаемый металлом, может одновременно получить энергию не от одного, а от нескольких фотонов.

Применение фотоэффекта в технике.

Практическое применение фотоэффекта в технике может быть разнообразным. В частности, внешний фотоэффект применяется для воспроизведения звука, например, в кино. Кроме того, созданы специальные приборы для измерения яркости, силы света, освещенности. Явление фотоэффекта задействовано в управлении производственными процессами. Для этого есть специальные приборы, называемые фотоэлементами. Фотоэлементы и их применение основаны на изменениях проводимости при изменении освещенности. В основном такие элементы используются в системах контроля и учета, например, подсчета готовой продукции. Другое их назначение – контроль попадания объекта в запретную зону. Если рука оператора пресса попадает в рабочую зону, то пресс сразу останавливается. Это срабатывает фотоэлемент. Такое же устройство стоит в турникете, в метро: если оплата проведена (фотоэлемент отключен), то проход открыт, если нет (фотоэлемент включен), то закрыт. Повышение задымленности воздуха тоже приводит к срабатыванию фотоэлемента, сигнализирующего о критической ситуации. Использование фотоэлементов в обрабатывающих станках позволило добиться повышенной точности обработки деталей. Другой возможностью является применение фотоэффекта в качестве источника тока, или солнечных батарей. В подобных устройствах работа основана на разновидности внутреннего фотоэффекта, называемого вентильным фотоэффектом. В этом случае при попадании света на контакт двух полупроводников возникает ЭДС, вследствие чего возможно прямое преобразование световой в электрическую энергию. Подобные солнечные батареи изготавливаются на основе химических соединений. Они позволяют получать электроэнергию без нанесения вреда экологии – солнце освещает поверхность батареи, и на выходе получается готовая к потреблению энергия. Нет никаких сложных механических устройств, нет необходимости сжигать топливо или строить мощные плотины. Однако с применением фотоэффекта в последнее время, возникли трудности. Солнечные батареи дорогие и значит, растёт цена на электроэнергию. Ведь даже сейчас потребность космических станций в электроэнергии обеспечивают солнечные батареи. Да и в местах, где в течение года наблюдается много солнечных дней, работают подобные преобразователи. Перспективы использования солнечной энергии очень заманчивые. Проведены эксперименты, доказывающие, что энергия солнца позволяет плавить металл. А если вспомнить легенду, в которой древнегреческий ученый Архимед, используя зеркала, смог при помощи солнечного света сжечь римские корабли, то можно не сомневаться в неограниченных возможностях применения света, как источника энергии.

Солнечная  батарея