Студопедия
Новини освіти і науки:
Контакти
 


Тлумачний словник






Фотоелементи і їх застосування

Тема 17. Корпускулярні властивості світла. Будова атома.

Явище фотоелектричного ефекту знайшло широке застосування в науці й техніці для безпосереднього перетворення енергії світла в енергію електричного струму, для перетворення світлових сигналів в електричні. Прилади, дія яких ґрунтується на явищі фотоефекту, називаються фотоелементами. Найпростіший сучасний вакуумний фотоелемент є скляним балоном (мал. 4), майже вся внутрішня поверхня якого вкрита світлочутливим шаром металу,

Мал. 4

відіграє роль фотокатода. Відкритим залишається невеличке віконце для доступу світла. Анодом є металеве кільце, закріплене в балоні. Фотоелемент умикається в коло батареї. При
освітленні катода з нього внаслідок фотоефекту вибиваються електрони і в колі виникає електричний струм. ЕРС батареї вибирається такою, щоб фотострум дорівнював струмові насичення. Залежно від спектрального складу світла, яке треба реєструвати, використовуються фотоелементи, катоди яких виготовлені з різних матеріалів. Наприклад, для реєстрації видимого світла і інфрачервоного випромінювання застосовують елементи з киснево-цезієвим катодом (мала робота виходу); для реєстрації короткохвильової частини видимого світла і ультрафіолетового випромінювання застосовують фотоелементи з сурм'яноцезієвим катодом.

Світлові потоки, з якими доводиться мати справу на практиці, невеликі, тому фотоструми у вакуумних елементах дуже малі і не перевищують 10-6А. Для збільшення сили струму фотоелемент заповнюють аргоном при тисках порядку 1 Па. Фотострум у такому фотоелементі підсилюється внаслідок іонізації аргону, викликаної зіткненнями електронів з його атомами.

Фотоелементи широко застосовуються для автоматизації виробничих процесів. У поєднанні з електронними підсилювачами фотоелементи входять до складу фотореле — приладів автоматичного управління різними установками, які використовують безінерційність фотоефекту, тобто здатність фотоелемента практично миттєво реагувати на світловий вплив чи на його зміну.



Интернет реклама УБС

Складається фотореле (мал. 100) з фотоелемента Ф, підсилювача фотоструму П і електромагнітного реле ЕР. Якщо на фотоелемент падає світло, то в котушці К реле виникає струм. Котушка намагнічується і, розтягуючи пружину Пр, притягує якір Я, який замикає контакт В виконавчого кола з струмом великої потужності.

У разі потреби фотореле можна увімкнути і так, щоб при освітленні фотоелемента виконавче коло розмикалося.

Застосування фотсреле надзвичайно різноманітні. Воно вмикає і вимикає в потрібний час освітлення вулиць й майданів у містах, світло маяків і бакенів, сортує різні деталі за. кольором і формою, запускає і зупиняє електродвигуни та верстати.

Фотореле є важливою частиною пристроїв техніки безпеки. Фотоелемент пильно слідкує за роботою машин і майже вмить зупиняє потужний прес, верстат тощо, якщо рука людини раптом опиниться в небезпечній зоні.

За допомогою фотоелементів здійснюється передавання на великі відстані зображень рухомих предметів, відтворення звуку в звуковому кіно, передавання нерухомих зображень по фототелеграфу.

Досі ми розглядали зовнішній фотоефект (який звичайно називають просто фотоефектом), при якому електрони вириваються з поверхні речовини. Але не менш широко використовуються в техніці так званий внутрішній фотоефект, який спостерігається в напівпровідниках і діелектриках. Він полягає в тому, що під час опромінення напівпровідника чи діелектрика в них збільшується концентрація вільних носіїв зарядів і, отже, підвищується провідність. Це явище внутрішнього фотоефекту використовується в фоторезисторах (фотоопорах), опір яких залежить від освітленості. Фоторезистори також застосовуються для автоматичного управління електричними колами за допомогою світлових сигналів. На відміну від фотоелементів фоторезистори можна використовувати в колах змінного струму, оскільки їх опір не залежить від напряму струму.

Явище внутрішнього фотоефекту використовується також в будові напівпровідникових (або вентильних) фотоелементів, які безпосередньо перетворюють енергію світла в електричну. На відміну від раніше розглянутих, напівпровідникові фотоелементи самі можуть служити генераторами струму. Коефіцієнт корисної дії сучасних кремнієвих фотоелементів досягає 12—15 %. Батареї кремнієвих фотоелементів, які дістали назву сонячних батарей, успішно застосовуються на штучних супутниках Землі і космічних кораблях для живлення бортової радіоапаратури.

Одним з найважливіших застосувань фотоелементів є використання їх у звуковому кіно для відтворення звуку, записаного на кінострічці у вигляді «звукової доріжки». Одночасно з фотографуванням кінокадри» на стрічці здійснюють запис звуку. Розглянемо принцип оптичного запису звуку. Звукові коливання за допомогою мікрофона 1 (мал. 5, а) перетворюються в коливання сили електричного струму і подаються на підсилювач 2. Підсилений електричний струм пропускається через так званий «оптичний канал» з двох металевих пластин, розміщених дуже близько (біля 0,025 мм) одна від одної між полюсам,
сильних магнітів 3 і 4. У магнітному полі на пластини, якими йде змінний струм, діє сила Ампера, змушуючи їх почергово втягуватися в простір між полюсами магнітів і тим самим змінювати ширину щілини між пластинами. Ці зміни ширини щілини викликають відповідні зміни кількості світла, яке проходить від спеціального джерела крізь щілину. Це світло фокусується на краю світлочутливої плівки 5, викликаючи більше чи менше почорніння цієї плівки. Плівка потім проявляється, і з її позитиву робиться негативна копія, на якій можна побачити звукову доріжку з темних і світлих смуг, прозорість яких відповідає звуковим хвилям, які діяли на мікрофон.

Під час відтворення звуку (мал. 5, б) через звукову доріжку пропускається вузький пучок світла, який потім спрямовується на фотоелемент. При освітленні фотоелемента виникає електричний струм, сила якого залежить від кількості світла, пропущеного світловою доріжкою. Під час руху кінострічки світловий потік, пропущений світловою доріжкою, безперервно змінюється відповідно до ступеня прозорості доріжки, тому змінюється і сила струму в колі фотоелемента. Ці коливання сили струму підсилюються в мільйони разів і спрямовуються в гучномовець, де перетворюються в звукові коливання, які точно відтворюють ті звукові
хвилі, які діють на мембрану мікрофона. Оскільки швидкість світла грандіозна порівняно зі швидкістю звуку, то звукова доріжка на кілька кадрів випереджає відповідне їй зображення.

Мал. 5




<== попередня сторінка | наступна сторінка ==>

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:


 

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.


Генерація сторінки за: 0.001 сек.