Фізіка. 11 клас

Адкрыццё фотаэфекту дазволіла вучоным і інжынерам стварыць цэлы шэраг тэхнічных прылад, якія выконваюць розныя тыпы руцінных работ: ад кантролю пасажыраў у метро да ўключэння (выключэння) гарадскога асвятлення. Што гэта за прыборы? Яую яны маюць будову і якія асноўныя прынцыпы іх працы?

Разгледзім вакуумныя і газанапоўненыя фотаэлементы, якія працуюць на аснове знешняга фотаэфекту. Такія фотаэлементы ўяўляюць сабой вакууміраваныя або напоўненыя інертным газам шкляныя балоны (мал. 178-2, а). На ўнутраную паверхню такога балона нанесены слой адчувальнага металу, які з'яўляецца катодам К фотаэлемента (гл. мал. 178-2, а). Анодам А з'яўляецца металічная сфера (пласціна). Прыклаўшы паміж электродамі дастатковае напружанне, атрымліваем гатовы да дзеяння прыбор — вакуумны фотаэлемент. У ім энергія святла кіруе энергіяй электрычнага току або пераўтвараецца ў яе. Умоўнае абазначэнне вакуумнага фотаэлемента прыведзена на малюнку 178-2, б.

Запаўненне балона фотаэлемента інертным газам (аргонам) пад ціскам 1—10 Па дазваляе павялічыць сілу фотатоку ў дзясяткі разоў за кошт ударнай іанізацыі.

Галіны прымянення фотаэфекту істотна пашырыліся пасля стварэння фотаэлементаў, адчувальных да бачнага і інфрачырвонага выпраменьвання. Для гэтага на паверхню металаў наносіцца спецыяльная аксіднай плёнка, якая дазваляе паменшыць работу выхаду электронаў.

У цяперашні час вакуумныя фотаэлементы могуць прымяняцца ў інфрачырвоным абсягу спектра, паколькі для «найбольш адчувальных» фотакатодаў чырвонай мяжы адпавядае даўжыня хвалі  У залежнасці ад матэрыялу катода і колбы фотаэлементы можна прымяняць у дыяпазоне даўжынь хваль ад 0,2мкм да 1,1мкм . Галоўны недахоп вакуумных фотаэлементаў заключаецца ў тым, што сіла току, які ўзнікае ў іх, малая.

Разам з фотаэлементамі, якія працуюць на знешнім фотаэфекце, шырока выкарыстоўваюцца прылады, якія выкарыстоўваюць ўнутраны фотаэфект (мал. 178-3).

Пры ўнутраным фотаэфекце аптычна ўзбуджаныя электроны застаюцца ўнутры асветленага цела, не парушаючы нейтральнасці апошняга. Пры гэтым у рэчыве змяняецца канцэнтрацыя носьбітаў току або іх рухомасць, што прыводзіць да змянення электрычных уласцівасцей рэчыва пад дзеяннем падаючага на яго святла.

Гэты эфект уласцівы толькі паўправаднікам і дыэлектрыкам, таму на іх аснове створана і працуе вялікая група прыёмнікаў святла — фотарэзістараў (мал. 178-4, а).

Фотарэзістар (фотасупраціўленне) — паўправадніковы прыбор, электрычнае супраціўленне якога памяншаецца пад дзеяннем святла. Праводнасць фотарэзістара, абумоўленую з'яўленнем дадатковых носьбітаў свабодных зарадаў пад уздзеяннем святла, называюць фотаправоднасцю. На малюнках 178-4, б і 178-4, в паказаны фотадыёд і фотатранзістар, якія таксама працуюць на ўнутраным фотаэфекце.

Сучасная спектраметрыя і фотаметрыя (спектральны аналіз рэчываў, рэгістрацыя інфрачырвоных спектраў, вымярэнне слабых светлавых патокаў) немагчымы без прымянення фотаэлементаў. Прымяненне фотаэлементаў на ўнутраным фотаэфекце пашырыла дыяпазон іх выкарыстання ў інфрачырвоным абсягу спектра да 40 мкм.