Dodaj do listy

Zastosowanie zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego

Każde zjawisko, które powstało przez wzajemny kontakt promieniowania świetlnego z jakąkolwiek substancją nazywamy fotoelektrycznością. Wiąże się ono z tym, że fotony przekazują swoją energię elektronom niesparowanym. Znane są dwa typy zjawiska fotoelektrycznego: zewnętrzne- związane z wysyłaniem elektronów z substancji poddanej działaniu światła oraz wewnętrzne, które polega na powstałych, także za sprawą oddziaływania światła z substancją, różnic energetycznych w rozmieszczeniu elektronów w półprzewodnikach stałych, ciekłych i w dielektrykach. Skutkiem zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego jest emisja fotoelektronów (czyli elektronów po wybiciu), które wędrując w określonym porządku w zewnętrznym polu elektrycznym wytwarzają prąd fotoelektryczny. Z kolei skutki drugiego zjawiska przejawiają się w zmianach centralizacji nośników prądu w ośrodku, co w rezultacie daje początek : fotoprzewodnictwu, fotoelektryczności w warstwie zaporowej, fotoelektryczności zaworowej czyli utworzenia się SEM na granicy dwóch materiałów pod działaniem światła (np. złącze p-n), a także fotojonizacji to jest fotoelektryczności w gazach. Prowadzenie badań nad tymże zjawiskiem , było bardzo ważne dla fizyki, a do jego wytłumaczenia niezbędną okazała się teoria o kwantowym charakterze światła sprecyzowana przez Alberta Einsteina.

Głównym miejscem zastosowania fotoelektryczności są fotoelementy, czyli urządzenia za pomocą których mierzy się wielkości fotometryczne. Możemy wyróżnić fotometry wizualne i obiektywne, przeciwstawne wobec siebie, gdyż w pierwszym z nich rejestratorem jest oko ludzkie a pomiar porównawczy, zaś w drugim rejestracja jest obiektywna i elektroniczna. Fotometry badające jak jasne jest źródło światło wobec długości jego fali nazywamy spektrofotometrami. Oprócz nich znane są jeszcze specjalne rodzaje fotometrów, do których zaliczamy: badające natężenie promieniowania- luksomierze, światłość-ławy fotometryczne, gęstość optyczną- densytometry, jasność światła rozproszonego -nefelometry oraz kalorymetry. Jednak wspomniane wcześniej fotometry wizualne są najmniej skomplikowane. Poza wymienionymi już rodzajami urządzeń mierzących wielkości fotometryczne istnieją jeszcze inne, które zostaną opisane poniżej.

Fotometr Bunsena- składa się z ekranu umieszczonego na ławie optycznej ustawionej miedzy dwoma źródłami światła, a stanowi go kartka papieru z tłustą plamą. Oba światła działają na nią bezpośrednio, a gdy mają równą moc to plama znika. Jeśli wiemy jak daleko od ekranu są umieszczone oba źródła światła , w dodatku znamy natężenie chociaż jednego z nich, to z łatwością wywnioskujemy ile równa się natężenie badanego światła.

Fotometr Lummera- Brodhuna- od omówionego powyżej różni się tylko tym, że ekranem nie jest kartka tylko tzw. kostka fotometryczna zmontowaną z dwóch złączonych ze sobą pryzmatów, z których jeden jest oszlifowany. Zmieniona wersja tego fotometru wyposażona jest w wirującą tarczę z wyciętym klinem (kąt wierzchołkowy równy α), umiejscowioną na trasie przebiegu modelowego źródła światła, którego jasność, za sprawą bezwładności oka, różni się o czynnik α/360 stopni, od jasności prawdziwej, a nazywamy go fotometrem z wirującym sektorem. Podobną zasadę działania wykazuje fotometr z klinem z czarnego szkła, którego właściwe umieszczenie w promieniu świetlnym czyli absorpcję, powoduje zmniejszenie mocy działania.

Fotometr kulisty Ulbrichta- jest wykorzystywany do badania przeciętnej jasności światła. Aby ją znaleźć, trzeba zbadać jak jasny jest otworek w kuli o kilku metrowym przekroju, białych i przytłumionych ścianach wewnętrznych, w której umieszcza się źródło światła.

Działanie spektrofotometrów zaliczanych do fotometrów obiektywnych opiera się na zjawiskach fotoelektrycznych ujawniających się w fotoogniwach, fotoelementach, fotodiodach i fotorezystorach, lub termoelektrycznych, gdzie zogniskowana wiązka światła przyczynia się do powstania nowej wartości temperatury czujnika. Prąd elektryczny jest wywoływany lub zamieniany przez padający strumień światła, który po właściwym zabiegu (kalibracji) fotometru, jest zdolny do mierzenia wielkości fotometrycznych określających każde źródło światła.

Wiele ze wspomnianych wcześniej urządzeń znalazło zastosowanie w półprzewodnikach. Ogniwa fotoelektryczne i fotoogniwa służą jako miejsce zamiany energii świetlnej na elektryczną w wyniku działania zjawiska fotoelektrycznego, fotowoltaicznego czy helioenergetyki. Fotorezystor, fotoopornik czy rezystor fotoelektryczny mają zmienną rezystancje w wyniku działania promieni elektromagnetycznych ,zazwyczaj optycznych, co jest wykorzystywane również w półprzewodnikach. Schemat działania pierwszego z nich to nic innego jak zjawisko fotoprzewodnictwa, a mówiąc ściślej-fotoelektryczność wewnętrzna. Fotorezystor ma część bardziej wrażliwą na światło, którą jest zazwyczaj cienka warstwa półprzewodnika znajdująca się wraz z metalowymi elektrodami na gruncie ochronnym, zaś jego obudowa wyposażona jest w wylot, przez który przechodzą wiązki promieni. Do zasadniczych parametrów fotorezystora zaliczamy czułość widmową, rezystancje ciemną i jasną, napięcie robocze oraz moc strat.

Fotoelementem czynnym w półprzewodniku jest fototranzystor o wartości początkowego prądu elektrycznego uwarunkowanej od nakładu promieniowania zazwyczaj optycznego; jeśli nastąpi wzrost Wzrost zwiększanie rozmiarów i masy ciała. Wzrost jest cechą wszystkich żywych organizmów i następstwem pobierania substancji odżywczych z otoczenia. U jednokomórkowców wzrost wiąże się ze zwiększaniem rozmiarów... Czytaj dalej Słownik biologiczny wartości prądu fotoelektrycznego to mówimy o fotodiodach. Opisany tutaj fototranzystor znalazł zastosowanie w transporcie- detektory, automatyce- czujniki fotoelektryczne, a także w pozostałych układach pomiarowych.

Wspomnianą zaś fotodiodę, spolaryzowaną zaporowo, można spotkać w półprzewodnikach, gdzie działa w sytuacji nieobecności światła, gdyż może płynąć przez nią tzw. prąd ciemny wywołany cieplnym ruchem nośników prądu. Ma on niewielkie natężenie, które podwyższa swój stan w wyniku promieniowania elektromagnetycznego także z zakresu optycznego. Kiedy na fotodiodę zadziała światło powoduje ono powstanie nośników prądu takich jak: elektron- dziura, co sprawia, że zaczyna płynąć prąd proporcjonalny do wiązki światła. To z jakiego materiału zrobiony jest półprzewodnik ma wpływ na widmo fotodiody i na jego charakteryzacje. Omówiony, czynny element półprzewodnika czyli fotodioda funkcjonuje w fotometrii do przypominania zapisanego uprzednio dźwięku na taśmie filmowej, a także w maszynach przemysłu automatycznego.

Na koniec wspomnijmy jeszcze o fotokomórce, w której podstawową częścią jest fotoelement. W zależności od ilości działających na fotokatodę promieni elektromagnetycznych, to taki prąd wytworzy się i popłynie przez fotokomórkę. Wszelakiego rodzaju układy automatyki przemysłowej, które chronią przed niepożądanymi rękami, opierają się na zastosowaniu w nich właśnie fotokomórek.