The use of photovoltaic cells in science and technology. Что используют в фотоэлементахПрименение фотоэффекта – везде и многоФотоэффект является результатом взаимодействия света с веществом, при котором энергия света поглощается и генерируется электрический ток. Если при таком воздействии света сгенерированный электрон выходит за пределы физического тела, то наблюдается внешний фотоэффект, если остается внутри и приводит к изменению проводимости материала – то внутренний. 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 факте изменения 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 упоминавшемся ранее 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 соединений арсенида галлия. 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 такое применение фотоэффекта сопряжено в настоящее время со значительными трудностями. Во-первых, сами солнечные батареи дороги и, соответственно, будет дорогой получаемая электроэнергия. Во-вторых, КПД подобного преобразования не превышает 26%. Правда, работы в направлении повышения эффективности и уменьшения стоимости преобразования светового потока продолжаются, и можно надеяться, что в скором времени будут готовы достаточно эффективные и дешевые солнечные батареи. 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 еще вспомнить легенду, согласно 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. В представленном материале рассмотрено применение фотоэффекта, механизм его возникновения и разновидности. Приведены примеры практического использования явления фотоэффекта в технике. fb.ru Типы фотоэлементовШирокое применение в технике четыре вида фотоэлемента. а) Фотоэлементы с внешним фотоэффектом. 1. Вакуумные фотоэлементы, практически не обладающие инерционностью. 2. Газонаполненные фотоэлементы, обладающие большей, по сравнению с вакуумным, чувствительностью, но и большей инерционностью, т.е. изменения фототока запаздывают по времени относительно изменения светового потока. б) Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом. 1. Фотосопротивления. 2. Вентильные фотоэлементы. Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом обладает значительно большей инерционностью по сравнению с фотоэлементами основанными на внешнем фотоэффекте. Порядок выполнения работы Работа состоит из 2-х частей:
В работе применяется селеновый фотоэлемент. Устанавливают фотоэлемент и электролампу с известной силой света так, чтобы их центры были на одной горизонтали. Устанавливают фотоэлемент на указанном в работе расстоянии от электролампы и подсоединяют гальванометр к фотоэлементу. Включают лампу в сеть и устанавливают указанное в работе напряжение. При освещении фотоэлемента гальванометр покажет наличие фототока. Записывают в таблицу расстояние R от фотоэлемента до электролампы и силу фототока i. Повторяют измерения измеряя расстояние через равные интервалы. Пройдя весь указанный в работе интервал расстояний, выключают электролампу и отключают гальванометр от фотоэлемента. Результаты измерений записывают в таблицу. Таблица результатов по определению чувствительности фотоэлемента типа .... Фоточувствительная поверхность S=
Обрабатывают результаты измерений. Зная силу света J лампы при данном напряжении и расстояние от лампы до фотоэлемента, находят освещенность фотоэлемента по закону освещенности Е = .Зная освещенность и светочувствительность площадь фотоэлемента, (она указана в работе), находят световой поток, падающий на фотоэлемент Ф = ЕS Зная световой поток Ф и силу фототока i, строят график зависимости i от Ф. Из графика находят чувствительность фотоэлемента к = .
Устанавливают фотоэлемент на таком расстоянии от электролампы, чтобы при максимальном освещении фотоэлемента стрелка гальванометра отклонялась почти на всю шкалу гальванометра. Записывают мощность P потребляемую электролампой и силу фототока i. Повторяют измерения уменьшая мощность, потребляемую лампой через равные интервалы. Пройдя весь указанный в работе интервал напряжений, выключают электролампу и отключают гальванометр от фотоэлемента. Результаты измерений записывают в таблицу. Таблица результатов определения удельной мощности лампы чувствительность фотоэлемента к = ......
Обрабатывают результаты измерений. Зная силу фототока и чувствительность фотоэлемента, определенную в первой части работы, находят световой поток Ф = . По известным Ф и Р строят график зависимости Ф от Р. График не будет прямолинейным. Объясняется это следующим образом. По закону смещения Вина, с повышением температуры (т.е. с повышением мощности) длина волны, на которую приходится максимум излучения, смещается в сторону более коротких волн. Это значит, что в повышением температуры большая часть всего излучения приходится на долю видимого света. Именно это явление и отражает изгиб кривой графика. Отношение мощности, потребляемой лампой, к силе света лампы называют удельной мощностью электролампы.
РИСУНКИ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 28
С
К А
Г V
R
РИС. 1
i ма i 2н Ф2 > Ф1 i 1н Ф1
-UЗ U
0 РИС. 2 Е
Зона проводимости
Зона заполненная
РИС. 3 а Е Зона проводимости
Зона запрещенная Е
Зона проводимости
РИС. 3 б Контрольные вопросы. 1. Что называется фотоэффектом? 2. Расскажите о внешнем и внутреннем фотоэффекте. 3. Напишите уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Поясните его. 4. Что такое красная граница фотоэффекта? 5. Для чего используется метод задерживающего потенциала? 6. Где используются и как применяется явление фотоэффекта? ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №29 studfiles.net Принцип работы фотоэлементаФотоэлементом называют прибор, который под воздействием Солнца вырабатывает фототок. Практическую возможность получения электрической энергии из света разработал профессор физики МУ А.Г. Столетов. Он объяснил происхождение фотоэффекта и сумел преобразовать солнечную энергию в фотоЭДС. На основании этого сегодня изготавливают электровакуумные и полупроводниковые фотоэлементы, которые используют в измерительной, контрольной и автоматической аппаратуре.
Устройство представляет собой кварцевую или стеклянную колбу. С ее внутренней стороны нанесен светочувствительный слой щелочного металла (катод). Он контактирует с проводом, соединенным с отрицательным полюсом источника питания. В середине устройства расположен электрод, называемый анодом. Он соединен с положительным полюсом. Под воздействием света из катода вырываются электроны. В электромагнитном поле они устремляются к аноду, создавая в цепи ток. Полупроводниковый фотоэлементПолупроводник имеет устойчивую структуру. Атомы прочно связаны ковалентной связью. Если энергии кванта хватает, чтобы разорвать связь электрона с атомом, электрон становится свободным. На его месте рождается дырка — положительный заряд, равный заряду электрона. Если приложить разность потенциалов, появится электрический ток. Слабую проводимость чистых полупроводников увеличивают с помощью примесей других веществ, чтобы получить больше свободных положительно или отрицательно заряженных частиц:
Если соединить материал n-типа и p-типа, на границе произойдет перераспределение зарядов: дырки будут двигаться в n-область, а электроны — в p-область, пока на границе не возникнет двойной слой зарядов, называемый p-n-переходом и электрическое поле, препятствующее их дальнейшему перераспределению. Если цепь замкнуть, появится электрический ток, пропорциональный:
Устройство фотоэлемента
ПрименениеФотоэлементы прочно вошли в нашу жизнь. Фотореле пропускает нас в метро, управляет процессами современного производства, обеспечивает безопасность человека и механизмов, контролируют качество продукции по классической схеме. На ее входе устанавливается фотоэлемент, реагирующий на световой поток. Сигнал усиливается и подается на реле в исполнительную цепь, управляя работой двигателей, станков и целых систем, применяемых в быту и на производстве. Изучение света продолжается и сегодня. Ученые уверены, что потенциал фотона колоссален, а гелиевая энергетика в скором времени изменит свет во всех отношениях. garantplaststroi.ru 3. Применение фотоэлементовВ настоящее время на основе внешнего и внутреннего фотоэффекта строится бесчисленное множество приемников излучения, преобразующих световой сигнал в электрический и объединенных общим названием – фотоэлементы. Они находят весьма широкое применение в технике и в научных исследованиях. Самые разные объективные оптические измерения немыслимы в наше время без применения того или иного типа фотоэлементов. Современная фотометрия, спектрометрия и спектрофотометрия в широчайшей области спектра, спектральный анализ вещества, объективное измерение весьма слабых световых потоков, наблюдаемых, например, при изучении спектров комбинационного рассеяния света, в астрофизике, биологии и т. д. трудно представить себе без применения фотоэлементов. Регистрация инфракрасных спектров часто осуществляется специальными фотоэлементами для длинноволновой области спектра. Необычайно широко используются фотоэлементы в технике: контроль и управление производственными процессами, разнообразные системы связи от передачи изображения и телевидения до оптической связи на лазерах и космической техники представляют собой далеко не полный перечень областей применения фотоэлементов для решения разнообразнейших технических вопросов в современной промышленности и связи. История создания фотоэлементов насчитывает уже более 100 лет. Первый фотоэлемент, основанный на внутреннем фотоэффекте и использующий явление фотопроводимости, был построен в 1875 г., первый же вакуумный фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, был построен в 1889 г. Промышленное производство вакуумных фотоэлементов в Советском Союзе было организовано П. В. Тимофеевым в 1930 г. Интересно отметить, что фотоэлементы, использующие внешний фотоэффект, раньше приобрели широкое развитие, хотя внутренний фотоэффект был открыт по крайней мере на 14 лет раньше. Только в сороковых годах двадцатого столетия благодаря бурному развитию физики полупроводников и детальному изучению внутреннего фотоэффекта началось создание новых фотоэлементов на основе полупроводниковых материалов. Огромное разнообразие задач, решаемых с помощью фотоэлементов, вызвало к жизни чрезвычайно большое разнообразие типов фотоэлементов с различными техническими характеристиками. Выбор оптимального типа фотоэлементов для решения каждой конкретной задачи основывается на знании этих характеристик. Для фотоэлементов с внешним фотоэффектом (вакуумных фотоэлементов) необходимо знание следующих характеристик: рабочая область спектра, относительная характеристика спектральной чувствительности (она строится как зависимость от длины волны падающего света безразмерной величины отношения спектральной чувствительности при монохроматическом освещении к чувствительности в максимуме этой характеристики), интегральная чувствительность (она определяется при освещении фотоэлемента стандартным источником света), величина квантового выхода (процентное отношение числа эмитированных фотоэлектронов к числу падающих на фотокатод фотонов), инерционность (для вакуумных фотоэлементов она определяется обычно через время пролета электронов от фотокатода к аноду). Важным параметром служит также темновой ток фотоэлемента, который складывается из термоэлектронной эмиссии фотокатода при комнатной температуре и тока утечки. В зависимости от материала фотокатода и материала колбы фотоэлемента их можно применять в диапазоне 0,2…1,4 мкм. Их интегральная чувствительность лежит в пределах 20…100 мкА на 1 лм светового потока. Очень важным достоинством вакуумных фотоэлементов является их высокое постоянство и линейность связи светового потока с фототоком. Поэтому они длительное время преимущественно использовались в объективной фотометрии, спектрометрии, спектрофотометрии и спектральном анализе в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. Главным недостатком вакуумных фотоэлементов при световых измерениях следует считать малость электрических сигналов, вырабатываемых этими приемниками света. Последний недостаток полностью устраняется в фотоэлектронных умножителях (ФЭУ), представляющих как бы развитие фотоэлементов. ФЭУ были впервые построены в 1934 г. Принцип действия ФЭУ можно проследить на рис. 3.1. Фотоэлектроны, эмитируемые с фотокатода ФК под действием электрического поля, ускоряются и попадают на первый промежуточный электрод Э1. Падая на него, фотоэлектроны вызывают эмиссию вторичных электронов, причем в определенных условиях эта вторичная эмиссия может в несколько раз превышать первоначальный поток фотоэлектронов. Конфигурация электродов подбирается так, что большинство фотоэлектронов попадает на электрод Э1 а большинство вторичных электронов попадает на следующий электрод Э2, где процесс умножения повторяется, и т. д. Вторичные электроны с последнего из электродов (динодов), а их бывает до 15 собираются на анод А. Общий коэффициент усиления таких систем достигает 108, а интегральная чувствительность ФЭУ достигает тысяч ампер на люмен. Это, конечно, не означает возможности получения больших токов, а свидетельствует лишь о возможности измерения малых световых потоков.
Ф Э1Э3Э5 А ФК Э2 Э4
Рис. 3.1. Конструкция и принцип действия фотоэлектронного умножителя Очевидно, те же технические характеристики, что и у вакуумных фотоэлементов, а также коэффициент усиления и его зависимость от питающего напряжения полностью характеризуют ФЭУ. В настоящее время последние повсеместно вытесняют вакуумные фотоэлементы. К недостаткам ФЭУ следует отнести необходимость применения источника высоковольтного и стабилизированного питания, несколько худшую стабильность чувствительности и большие шумы. Однако путем применения охлаждения фотокатодов и измерения не выходного тока, а числа импульсов, из которых каждый соответствует одному фотоэлектрону, эти недостатки могут быть в значительной степени подавлены. Большим преимуществом всех приемников света, использующих внешний фотоэффект, является то обстоятельство, что их фототок не изменяется при изменении нагрузки. Это означает, что при малых значениях фототока можно применить практически сколь угодно большое сопротивление нагрузки и тем самым достичь значения падения напряжения на нем, достаточно удобного для регистрации и усиления. С другой стороны, заменяя сопротивление на емкость, можно, измеряя напряжение на этой емкости, получать величину, пропорциональную усредненной величине светового потока за заданный интервал времени. Последнее чрезвычайно важно в тех случаях, когда необходимо измерить световой поток от нестабильного источника света – ситуация, типичная для спектроаналитических измерений. Спектрометрия в инфракрасной области спектра не может производиться с помощью вакуумных фотоэлементов и ФЭУ по той причине, что современные фотокатоды имеют красную границу не выше 1400 нм. Однако уже сейчас известны материалы, позволяющие продвинуться до 4 мкм. Поэтому в инфракрасной области применяются фотоэлементы, работающие на основе внутреннего фотоэффекта. Сюда следует отнести неохлаждаемые фоторезисторы на основе InSb, PbSe и PbS, которые могут быть использованы до 6 мкм, и глубоко охлаждаемые фоторезисторы на основе германия, легированного золотом, цинком, медью и другими металлами, пригодные до 40 мкм. Полупроводниковые фотоэлементы характеризуются не строгой линейностью зависимости величины электрического сигнала от освещения. Этот недостаток, равно как и непостоянство чувствительности фотоэлемента, нестабильность его питания, а также дрейф усиления измерительной схемы, устраняется применением дифференциальной двухлучевой системы, в которой измеряется не абсолютное значение интенсивности света, прошедшего через поглощающее вещество, а ее отношение к интенсивности света просвечивающего источника. В подавляющем числе случаев применения фотоэлементов не предъявляют строгих требования к их измерительным свойствам. По этой причине фотоэлементы, работающие на основе внутреннего фотоэффекта, в силу их малых габаритов, низких напряжений питания и ряда конструктивных достоинств повсеместно применяются для автоматических систем, систем управления, преобразования солнечной энергии, контроля производства и т. д., за исключением тех случаев, когда относительно невысокие инерционные свойства этих фотоэлементов препятствуют их использованию. studfiles.net The use of photovoltaic cells in science and technologyThe most common use of solar cells - using them in a sound movie audio playback, recorded on a movie film in the form of a "track". Simultaneously with the shooting motion pictures on tape Sound recording is performed in the form of strips of various semitransparent thickness or blackened, covering a different part of the track. The circuit of one of the optical recording device is shown in Figure. 35.11. M microphone converts sound vibrations into electrical current oscillations,. which after amplification amplifier A passes through "optical knife" H, consisting of two metal plates, located at a very close distance from one another between the poles of the magnets. The changing Ampere force results in movement of the plate, whereby the gap between them increases, it decreases, skipping more or less light on the filmstrip path, which produces optical sound. When playing sound (rice. 35.12) through the sound track on a photocell F passes a narrow beam of light. Blackout on the track to absorb part of the light. When driving the luminous flux filmstrip, the transmitted sound track, continuously changes, therefore changes and the current in the photocell circuit (or photoresist). fluctuations in current, enhanced electronic amplifier A, sent to the speaker G, where they are converted into sound waves. To automatically control the various production processes are frequently used photo- (rice. 35.13). Photo- consists of a photocell F, photocurrent amplifier V and the electromagnetic relay E.R. After contact with the radiation photocell relay coil K is a current. The coil is magnetized and, stretching the spring Pr, I'm attracted anchor, make contact In the executive circuit with high power current, various types of actuating mechanisms, appliances, etc.. п. Photo- and can be arranged so, so that when illuminated photocell circuit interrupter executive. The photoelectric solar cells are often used instead of the photoresistor. its resistance decreases sharply in contact with radiation photoresistor, and current in the circuit is increased many times. Photo- has many different applications. It turns on and off beacons, Lighting in the streets. When the photocell illumination falls below normal, photoelectric switches on the light automatically, and when sunlight provides sufficient light - turns it off. Photo- stops the machine at the paper mill or print shop at breakage of paper tape, It protects workers against accidents, said parts on a conveyor belt, controls the dimensions of parts, etc.. д. Photovoltaic cells are widely used in photometry to measure the intensity, brightness, illumination (in photometry and lyuksmetrah). For this Delhi uses photocells, the spectral sensitivity of which is close to the spectral sensitivity of the eye. photocells, sensitive to invisible radiation, They are used to detect and study. In the military, solar cells are used in homing projectiles, for signaling and locating invisible rays. In connection technique used in photocells telautograph for transmitting still pictures, in fototelefone, running without wires on infrared rays and t. д. Photovoltaic cells are used in astrocompass - automatic device, serving for the orientation of the sun and stars. such instruments replace magnetic compasses in polar aviation and used in spacecraft. Поделиться ссылкой:Liked this:Like Loading...
Похожееtehnar.net.ua Применение фотоэффектаНа явлении фотоэффекта основано действие фотоэлектронных приборов, получивших разнообразное применение в разных областях науки и техники. Фотоэлементы – приемники излучения, работающие на основе фотоэффекта и преобразующие энергию излучения в электрическую. В зависимости от вида осуществляемого фотоэффекта, фотоэлементы можно разделить на три группы: 1. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом. Простейшим из них является вакуумный фотоэлемент (рис.1). Он представляет собой откачанный стеклянный баллон, внутренняя поверхность которого (за исключением окна для доступа излучения) покрыта фоточувствительным слоем, служащим фотокатодом. В качестве анода обычно используется кольцо или сетка, помещаемая в центре баллона. Выводы катода и анода, вмонтированные в пластмассовый цоколь, присоединяются к источнику напряжения. Если на фотокатод подействовать светом, способным вырывать электроны, то по цепи пойдет фототок, интенсивность которого увеличивается при наличии между катодом и анодом ускоряющего напряжения. Вакуумные фотоэлементы безынерционны, для них наблюдается пропорциональность между фототоком и интенсивностью излучения. Эти свойства позволяют использовать вакуумные фотоэлементы в качестве фотометрических приборов (например, фотоэлектрический экспонометр, люксметр – измеритель освещенности, и т.д.). Для увеличения интегральной чувствительности вакуумных фотоэлементов баллон заполняется разреженным газом (Ar или Ne при давлении ~110 Па). Такой фотоэлемент называется газонаполненным. Фототок в таком элементе усиливается вследствие столкновительной ионизации молекул газа фотоэлектронами.
Рис. 1. Электрическая схема включения вакуумного фотоэлемента. 2. Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом, называемые полупроводниковыми фотоэлементами или фотосопротивлениями (фоторезисторами), обладают гораздо большей интегральной чувствительностью, чем вакуумные. Для их изготовления используют PbS, CdS, PbSe и некоторые другие полупроводники. Если фотокатоды вакуумных фотоэлементов имеют красную границу фотоэффекта не выше 1,1 мкм, то применение фотосопротивлений позволяет проводить измерения в дальней инфракрасной области спектра (до 34 мкм), а также в областях рентгеновского и гамма- излучений. Кроме того, они малогабаритны и имеют низкое напряжение питания. Недостаток фотосопротивлений – их заметная инерционность, поэтому они непригодны для регистрации быстропеременных световых потоков. 3. Фотоэлементы с вентильным фотоэффектом, называемые вентильными фотоэлементами (фотоэлементами с запирающим слоем), обладая (подобно элементам с внешним фотоэффектом) строгой пропорциональностью фототока интенсивности излучения, имеют большую по сравнению с ними интегральную чувствительность и не нуждаются во внешнем источнике э.д.с. К числу вентильных фотоэлементов относятся германиевые, кремниевые, селеновые, купоросные, сернисто-серебряные и др. Кремниевые и другие вентильные фотоэлементы применяются для создания солнечных батарей, непосредственно преобразующих световую энергию в электрическую. 4. Фотоэлектронные умножители (ФЭУ), в которых сочетается внешний фотоэффект с эффектом вторичной электронной эмиссии, происходящей на нескольких динодах. Эти приборы обладают чувствительностью, на несколько порядков большей, чем у фотоэлементов. Характеристики фотоэлемента Основными характеристиками фотоэлемента являются: 1. Вольтамперная характеристика – зависимость силы фототока от напряжения на фотоэлементе при неизменной освещенности фотокатода. 2. Спектральная характеристика – зависимость силы фототока от длины волны падающего излучения при неизменной освещенности и неизменном напряжении на фотоэлементе. 3. Световая характеристика – зависимость силы фототока от величины светового потока данной длины волны при неизменном напряжении на фотоэлементе. 4. Интегральная чувствительность – отношение силы фототока с суммарной мощности излучения в выбранном диапазоне длин волн. Вольтамперная характеристика фотоэлемента с внешним фотоэффектом На рис.2 приведена вольтамперная характеристика вакуумного фотоэлемента, соответствующая двум различным освещенностям фотокатода (частота падающего света в обоих случаях одинакова). По мере увеличения напряжения фототок постепенно возрастает, т.е. все большее число фотоэлектронов достигает анода. Пологий характер кривых показывает, что электроны вылетают из катода с различными скоростями. Максимальное значение фототока Iнас – фототок насыщения – определяется
таким значением напряжения, при котором все электроны, испускаемые катодом, достигают анода. Iнас=e*n (n - число электронов, испускаемых фотокатодом в ед. времени). Из вольтамперной характеристики следует, что при напряжении, равном нулю, фототок не исчезает, т.к. электроны, выбитые светом из катода, обладают некоторой начальной кинетической энергией (в соответствие с уравнением (1)) и могут достигнуть анода без внешнего поля. Для того, чтобы фототок стал равным нулю, необходимо приложить задерживающее напряжение U0. При U=U0 ни один из электронов, даже обладающий при вылете из катода максимальной скоростью vmax, не может преодолеть задерживающего поля и достигнуть анода. Следовательно, (3) Таким образом, измерив U0, можно найти максимальное значение скорости и кинетической энергии фотоэлектронов. С учетом выражений (1,2) уравнение (3) можно представить в виде (4) Вольтамперные характеристики газонаполненных фотоэлементов (рис.3) резко отличаются от характеристик вакуумных фотоэлементов. Для газонаполненных фотоэлементов вольтамперная характеристика не имеет тока насыщения (кривая зависимости силы фототока от напряжения пологая вначале, затем круто поднимается вверх). Это объясняется процессом ионизации инертного газа, находящегося внутри колбы фотоэлемента.
Спектральная характеристика фотоэлемента В зависимости от вида спектральной характеристики различают нормальный и селективный (избирательный) фотоэффект. Фотоэффект называется нормальным, если величина фототока убывает с увеличением длины волны (см. рис.4а). Селективным или избирательным называется фотоэффект, при котором сила фототока имеет резко выраженные максимумы для определенных длин волн, характерных для данного вещества фотокатода (см. рис.4б). По спектральной характеристике можно судить, с каким источником лучистой энергии наиболее целесообразно использовать данный фотоэлемент.
а б Рис.4. Спектральные характеристики фотоэлементов с нормальным (а) и селективным (б) фотоэффектом. Изучение характеристик фотоэлемента ЦГ-4 В настоящей работе требуется снять вольтамперную и спектральную характеристики цезиевого газонаполненного фотоэлемента ЦГ-4, в котором имеет место явление внешнего фотоэффекта. Оба эксперимента проводятся с использованием монохроматора УМ-2. Принципиальная схема призменного монохроматора приведена на рис.5. Лучи света от лампочки накаливания (1) через защитное стекло кожуха лампы (2) и конденсор (3) поступают в щель коллиматора (4). После выхода из объектива (5) параллельный пучок света направляется на диспергирующую призму (6), из которой отбирается пучок, направленный под углом 900 по отношению к падающему пучку. Далее свет идет в выходную трубу монохроматора, которая состоит из объектива (9), выходной щели (10) и защитного стекла (11). Призменный столик (8), связанный с поворотным механизмом, имеет микрометрический винт, на барабане (7) которого нанесены деления в градусах. Вращая призменный столик с помощью барабана на определенные углы относительно падающего света, получают в выходной щели свет с требуемой длиной волны. После выхода из щели монохроматический свет попадает на фотоэлемент (12). Пересчет делений барабана в длины волн может быть сделан с помощью данных, приведенных в табл.2. Монохроматор УМ-2 позволяет получать монохроматический свет в диапазоне 380-1000 нм. Распределение интенсивности излучения лампы накаливания (1) зависит от длины волны. Поэтому, освещая исследуемый фотоэлемент светом с длинами волн 1, 2, 3, … k, указанными в табл.2, и отмечая соответствующие им отклонения светового «зайчика» гальванометра n1, n2, n3, … nk, можно получить лишь искаженную спектральную характеристику данного фотоэлемента. Для определения распределения интенсивности в спектре излучения лампы используется селеновый фотоэлемент, обладающий тем свойством, что его спектральная характеристика не зависит от длины волны падающего излучения. Фототок, возникающий в селеновом фотоэлементе, пропорционален только интенсивности падающего света. Если селеновый фотоэлемент освещать светом тех же длин волн (см. табл.2) 1, 2, 3, … k, то по соответствующим отклонениям «зайчика» гальванометра n1', n2', n3', … nk' мы можем судить об интенсивности различных монохроматических пучков. Отношения n1/n1', n2/n2', n3/n3', …, nk/nk' будут характеризовать величину фототока, возникающего в исследуемом фотоэлементе ЦГ-4, для различных монохроматических пучков. I. Снятие вольтамперной характеристики фотоэлемента ЦГ-4. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться со схемой включения фотоэлемента ЦГ-4 согласно рис.1. 3. Поместить за выходной щелью монохроматора в гнездо специальной панели исследуемый цезиевый фотоэлемент, подключить его к внешнему источнику постоянного напряжения. Отметим, что гнезда панели уже подключены к гальванометру. Фотоэлемент и входную щель накрыть светонепроницаемым чехлом для защиты от постороннего света. 2. Включить источник света и с помощью монохроматора найти спектральный участок, для которого чувствительность фотоэлемента максимальна. Поворотом ручки потенциометра изменять напряжение на фотоэлементе от 0 до 240 В с интервалом в 10 В. Показания микроамперметра при каждом значении рабочего напряжения занести в табл.1. 3. Аналогичные измерения провести при понижении рабочего напряжения на фотоэлементе от 240 В до 0 В с тем же интервалом. Таблица 1. Сила фототока фотоэлемента ЦГ-4 в зависимости от напряжения на нем.
4. На основании средних значений силы фототока построить график I=f(U), выражающий собой вольтамперную характеристику. studfiles.net Фотоэлемент - Справочник химика 21В фотоэлектроколориметрии обычно употребляются два типа фотоэлементов. [c.470]В фотоэлектроколориметрах и спектрофотометрах в качестве приемника потока излучений служит фотоэлемент. [c.470] Дополнительно очищают кремний зонной плавкой. Монокристаллы кремния с соответствующими добавками служат для изготовления различных полупроводниковых устройств (выпрямителей переменного тока, фотоэлементов и пр.). Из кремниевых фотоэлементов (преобразователи световой энергии п электрическую), в частности, построены солнечные батареи, обеспечивающие питание радиоаппаратуры на космических аппаратах. [c.412] ФЭК-М. Прибор снабжен селеновыми фотоэлементами, чувствительными к излучениям только видимой области спектров (400—700 нм). Поскольку ФЭК-М снабжен только тремя светофильтрами с широкой областью пропускания ( 100 нм), не представляется возможным получить на этом приборе спектральную характеристику исследуемых растворов. Прибор используется в основном для количественного анализа. [c.472] Приемниками излучений служат два сурьмяно-цезиевых фотоэлемента. В качестве источников излучений в приборе используют [c.473] В последнее время созданы рентгеновские установки, автоматически расшифровывающие рентгенограммы и даже воспроизводящие стереоскопический чертеж структуры исследуемого вещества. Для этого с помощью фотоэлемента регистрируются рентгеновские лучи, претерпевшие дифракцию на кристаллической решетке исследуемого вещества. Импульсы фотоэлемента автоматически кодируются и вводятся в электронно-вычислительную машину. На основании этой информации машина создает модель одной из возможных структур и затем делает обратный расчет, т. е. по структуре рассчитывает рентгенограмму. В случае несовпадения рассчитанной и эксперимен- [c.151] Как полупроводники селен и теллур используют для изготовления фотоэлементов оптических и сигнальных приборов. Кроме того, селен используют в стекольной промышленности для получения стекол рубинового цвета и др. Изотоп Фо = 138,4 дня) применяют как источник а-частиц. [c.339] Элементы с запирающим слоем (вентильные), из которых наибольшее распространение получил селеновый фотоэлемент, и фотоэлементы с внешним фотоэффектом (вакуумные и газонаполненные баллоны), из которых наиболее известны сурьмяно-цезиевые и кислородно-цезиевые. Первые используются для работы в ультрафиолетовой и видимой областях спектра, вторые — в инфракрасной. [c.470] Цезий и рубидий применяются для изготовления фотоэлементов. В этих приборах, преобразующих лучистую энергию в энергию электрического тока и основанных на явлении фотоэлектрического эффекта (см. 23), используется способность атомов цезия и рубидия отщеплять валентные электроны при действии на металл лучистой энергии. [c.564] Световые пучки, идущие от одного и того же источника /, отразившись от двух зеркал 2,2, проходят через светофильтры 3,3, кюветы 4,4, диафрагмы 5,5, барабаны, которые калиброваны в значениях О или Т%, и попадают на два фотоэлемента 6,6. В качестве прибора-индикатора 7 обычно служат стрелочный гальванометр (в ФЭК-М и ФЭК-Н-57) или индикаторная лампа (в ФЭК-56). Световые потоки в случае необходимости могут перекрываться шторками. Фотоэлементы соединены между собой по дифференциальной схеме, при которой равенству фототоков соответствует нулевое положение прибора-индикатора. [c.471] Приборы, в которых используются фотоэлементы с внешним фотоэффектом (например, ФЭК-Н-57, ФЭК-56), также необходимо перед работой настраивать на Т, равное 0%, при полностью закрытых фотоэлементах ( темповой ток ). Для этого.предварительно освещают фотоэлементы в течение 20 мин, затем потоки излучений перекрывают шторкой и приводят в нулевое положение прибор-индикатор, пользуясь соответствующим потенциометром. [c.472] В ФЭК-Н-57 использованы сурьмяно-цезиевые фотоэлементы, поэтому имеется возможность применять светофильтр с Ямакс == = 360 нм, захватывающий ближайшую ультрафиолетовую область. [c.473] Установка для пламенно-фотометрического определения натрия (рис. 40). Основными элементами установки являются источник возбуждения спектра I (пламя горючего газа, например ацетилена или бытового газа) и распылитель 4 для введения раствора в пламя. Спектральную полосу натрия в излучении пламени выделяют с помощью интерференционного светофильтра 10 или монохроматора. В последнем случае необходимо применять фотоумножитель или фотоэлемент с усилителем. [c.108] Так как приборы работают в достаточно большом интервале длин волн, то в них имеются два фотоэлемента сурьмяно-цезиевый для работы в интервале от 220 до 650 нм н кислородно-цезиевый — в интервале 600—1100 нм. [c.474] Рассматриваемые металлы при нагревании и освещении сравнительно легко теряют электроны. Эта способность делает их ценным материалом для изготовления фотоэлементов. [c.491] Многие алмазоподобные соединения — полупроводники. Они представляют большой интерес как материал для выпрямителей переменного Т1)ка, усилителей, фотоэлементов, датчиков, термоэлектрических генерагоров и др. Многие из них успешно конкурируют с полупроводниковыми германием и кремнием. [c.469] Во взрывоопасных помещениях можно устанавливать датчики, не имеющие собственного источника тока и не обладающие индуктивной емкостью, если они присоединены к искробезопасной цепи вторичного прибора. К таким датчикам относятся термометры, сопротивления, термопары, переключатели разных типов, фотоэлементы и др. [c.349] В корпусе прибора смонтированы осветитель и оптическая система, кювета, стрелочный гальванометр с переключателем чувствительности, фотоэлементы, барабан с контрольными стекла-МП, диафрагма и насос. [c.71] Метод определения цвета нефтепродуктов колориметром КН-51 заключается в сравнении испытуемого нефтепродукта или его раствора с контрольным цветным стеклом. При этом устанавливается толщина (в миллиметрах) слоя испытуемого нефтепродукта (или его раствора), при которой интенсивность окраски его совпадает с окраской контрольного стекла. При определении цвета нефтепродуктов фотоэлектроколориметром применяется тот же принцип. Совпадение окраски показывает гальванометр, соединенный с двумя фотоэлементами. Через фотоэлементы проходят световые потоки, прошедшие предварительно через слой испытуемого нефтепродукта и контрольное стекло. [c.168] Величина фототока, получающегося после прохождения излучения и попадания его на фотоэлемент И, измеряется зеркальным гальванометром 7 чувствительностью 10" а/мм. [c.108] Установить сурьмяно-цезиевый фотоэлемент. Движок фотоэлемент 5 должен при этом быть полностью вдвинут. 8. Вывести при закрытой шторке фотоэлемента (рукоятка 6) рукояткой темповой ток 7 стрелку миллиамперметра 8 в пулевое положение. 9. Установить каретку с кюветами в такое положение, чтобы свет проходил через кювету с растворителем пли через пустую кювету. Движок /4 при этом должен быть выдвинут до положения, отмеченного цифрой 2 к. 10. Открыть шторку фотоэлемента, повернув рукоятку 6 в положение открыто . 11. Установить стрелку миллиамперметра 8 вновь в нулевое положение изменением ширины щели. Для этого необходимо повернуть рукоятку щель /0. Более точно установить нулевое положение рукояткой потенциометр чувствительности 2. 12. Установить каретку [c.36] Отражение шкал проектируется объективом 16, призмой 17, зеркалом 18 иа матовый экран 19. Чем больше интенсивность света, прошедшего через фотометрируемое место спектрограммы, тем больше будет фототок от фотоэлемента и, следовательно, тем иа больший угол повернется зеркальце гальванометра 13. На матовый экран будет проектироваться другой участок шкалы 14. В наборе тикал имеются логарифмическая шкала от бесконечности (со) до нуля (0), логарифмическая шкала от —оо до [c.55] Быстрые реакции. Для тех случаев, когда реакция в основном заканчивается за время порядка 1 сек или меньше, были разработаны простые методы измерения скорости. К таким методам относятся статические системы, в которых смешение происходит очень быстро. Применяется также возбуждение системы действием света в течение определенного промежутка времени. Другие методы используют струевую систему, где быстро смешивающиеся реагенты пропускаются через трубку, в которой с помощью регистрирующих приборов можно измерять оптическую плотность, выделение тепла (температуру) или электропроводпость. Ранние методы основывались главным образом на струевых системах, тогда как позднее стали использовать статические системы с быстрым измерением поглощения света с помощью фотоэлемента или фотоумножителя и регистрацией на осциллографе. Такие системы, однако, являются скорее не изотермическими, а адиабатическими, и в константы скорости для приведения ее к определенной температуре необходимо вводить поправки. [c.64] Регистрирующий микрофотометр МФ-4. Регистрирующий микрофотометр предназначен для автоматической записи на фотопластинку плотности почернения фотографической эмульсии. Принцип его устройства основан на том, что свет, прошедший через спектрограмму / (рис. 36) узким пучком, действует на фотоэлемент, связанный с зеркальным гальванометром. Зеркальце зеркального гальванометра освещается светом, отражение которого направляется на фотопластинку, помещенную в кассете верхнего столика 2. При движении фотометрируемой спектрограммы и верхнего столика световой пучок производит запись кривой плотности почернения (рис. 37). [c.56] Колориметрические определения основаны на сравнении иогло1це-ння или ироиускания света стандартным и исследуемым окрашенными растворами, В практике преобладают фотоколориметрия, где для измерений используются фотоэлементы, так как визуальные измерения менее объективны. [c.373] Неон применяется в электровакуумной технике для наполнения стабилизаторов напряжения, фотоэлементов и других приборов. Различные типы неоновых ламп с характерным красным свечением упот- [c.495] II 11оследую1цее н.чучение обратной рекомбинации с фотоэлементом и осциллографом. [c.275] К[>емний применяется главным образом в металлургии и в по луироводниковой технике. В металлургии он используется дл> удаления кислорода из расплавленных металлов и служит составной частью многих сплавов. Важнейшие из них это сплавы нз осковс железа, меди и алюминия. В полупроводниковой техника кремний используют для изготовления фотоэлементов, усилителей, выпрямителей. Полупроводниковые приборы па основе кремния выдержива[0т нагрев до 250 С, что расширяет область их применения. [c.508] Талл Г1 и его соединения имеют небольшое по объему, но разнообразное применение. Галогениды таллия хорошо пропускают инфракрасные лучи. Поэтому они используются в оптических приборах, работающих в инфракрасной области спектра.. Карбонат таллия служит для изготовления стекол с высокой преломляющей способностью. Таллн т входит в состав вещества электрода селе нового выпрямителя, является активатором многих люминофоров. Сульфид таллия используется в фотоэлементах. Металлический таллий — компонент многих свинцовых сплавов подшипниковых, кислотоупорных, легкоплавких. [c.639] Фотоэлемент 21 вязaFl с усилителем переменного тока. Если исследуемое вегцество поглощает свет, то интенсивности пучков света, прошедших через кювету с раствором и через кювету с растворителем, будут разные, что даст пульсируюищй ток от фотоэлемента усилителю. Переменный сигнал усиливается и подается на обмотку электродвигателя, который через систему передач вращает призму 16 в фотометрической части прибора. Призма 16 ослабляет интенсивность потока света, направляющегося на кювету с растворителем. Вращение призмы 16 происходит до тех пор, пока иитенсивности обоих световых потоков не станут одинаковыми. При этом от фотоэлемента на усилитель тока будет поступать постоянный ток, который не будет усиливаться усилителем переменного тока. [c.50] Регистрирующий микрофотометр МФ-4 с потенциометром ЭПП-09. Оптическая схема ирибора аналогична оптической схеме микрофотометра МФ-2. Различие заключается липJь в том, что фотоэлемент микрофотометра соединен не с зеркальным гальванометром, а с потенциометром ЭПП-09 через усилительное устройство. [c.58] Современные фотоколориметры ФЭК-М, ФЭК-Н-57, ФЭК-56 являются двухлучевымн приборами с двумя фотоэлементами и имеют одинаковые прииципиальпые схемы. [c.376] Действие прибора основано па том, что световые пучкн от лампы Л (см. рис. 165), отразившись от зеркал 3 и 3.,, проходят через светофильтры С, и С.,, кюветы Л, и А., и попадают на фотоэлементы и Ф . Последние соединены с гальванометром по дифференциальной схеме так, что при равенсгве интенсивностей попадающих на фотоэлемент световых пучков стрелка гальванометра стоит па нуле. Щелевая диафрагма Д прн вращении связанного с ней барабана меняет свою ширину и тем самым меняет величину светового потока, падающего на фотоэлемент Фо. Фотометрический нейтральный клин К служит для ослабления светового потока, падающего на фотоэлемент Ф,. [c.377] Основы и применения фотохимии (1991) -- [ c.188 ]Руководство по лабораторной ректификации 1960 (1960) -- [ c.425 ] Руководство по газовой хроматографии (1969) -- [ c.153 , c.154 ] Химия (1978) -- [ c.67 , c.68 ] Курс аналитической химии (2004) -- [ c.341 ] Химическое разделение и измерение теория и практика аналитической химии (1978) -- [ c.633 , c.634 ] Экспериментальные методы в неорганической химии (1965) -- [ c.106 ] Общая химия (1964) -- [ c.143 ] Руководство по газовой хроматографии (1969) -- [ c.153 , c.154 ] Технический анализ (1958) -- [ c.292 ] Курс общей химии (1964) -- [ c.315 , c.320 ] Технический анализ Издание 2 (1958) -- [ c.292 ] Неорганическая химия (1979) -- [ c.288 ] Общая и неорганическая химия (1959) -- [ c.641 ] Общая химия (1974) -- [ c.66 , c.68 ] Физическая химия Том 1 Издание 5 (1944) -- [ c.38 ] Современные электронные приборы и схемы в физико-химическом исследовании Издание 2 (1971) -- [ c.434 ] Курс аналитической химии (1964) -- [ c.7 , c.328 ] Руководство по химическому анализу почв (1970) -- [ c.2 ] Теоретические основы физико-химических методов анализа (1979) -- [ c.16 ] Курс аналитической химии Издание 2 (1968) -- [ c.402 ] Курс аналитической химии Издание 4 (1977) -- [ c.392 ] Количественный анализ Издание 5 (1955) -- [ c.474 , c.478 ] Основы общей химии Том 3 (1970) -- [ c.17 ] chem21.info | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
