Презентація до уроку з фізики 11 клас. Тема: "Застосування фотоефекту"

Застосування фотоефекту

Фотоефект — це явище взаємодії світла (електромагнітного випромінювання) з речовиною, в результаті якого енергія фотонів передається електронам речовини.Історична довідка:1887 р. — Г. Герц відкрив явище (вплив УФ-випромінювання на іскровий розряд). О. Столєтов — встановив закони фотоефекту. А. Ейнштейн — пояснив природу явища (Нобелівська премія).

Фотоелемент — це пристрій, який перетворює світлову енергію в електричну, або ж змінює свої електричні властивості під дією світла. Види: Вакуумні (на основі зовнішнього фотоефекту). Напівпровідникові (на основі внутрішнього фотоефекту).

Практичне застосування №1. Кінематограф. Звукове кіно (Оптичний запис звуку): Звук записується на плівку у вигляді доріжки зі змінною прозорістю. Світловий промінь проходить крізь плівку і потрапляє на фотоелемент. Зміни інтенсивності світла перетворюються на коливання електричного струму, які відтворюються динаміком.

Практичне застосування №2. Автоматика. Фотореле — це пристрій автоматичного керування, який розмикає або замикає електричне коло при зміні освітленості. Приклади застосування: Вмикання вуличного освітлення в сутінках. Турнікети в метро (перетин світлового променя зупиняє механізм або вмикає його). Системи безпеки ("світлові бар'єри").

Вакуумний фотоелемент (Зовнішній фотоефект): Будова: Скляна колба з вакуумом, всередині якої є два електроди. Катод: Покритий шаром лужного металу (Цезій, Калій) — випускає електрони під дією світла. Анод: Дротяна петля або сітка — приймає електрони. Властивості: Безінерційність (миттєва реакція), але крихкість і слабкий струм.

Внутрішній фотоефект. Фоторезистори. Внутрішній фотоефект — явище, при якому під дією світла електрони не вилітають назовні, а стають вільними всередині речовини (напівпровідника). Фоторезистор: Напівпровідниковий прилад (Cd. S, Si), опір якого зменшується при освітленні. Принцип: Більше світла - більше вільних носіїв заряду - менший опір -більший струм.

Вентильний фотоефект (фотогальванічний ефект): Різновид внутрішнього фотоефекту. Виникнення електрорушійної сили (ЕРС) під дією світла в неоднорідному напівпровіднику (наприклад, у p-n переході). Це пряме перетворення світлової енергії в електричну.

Принцип дії сонячного елемента: Використовується контакт двох напівпровідників (p-n перехід). Квант світла вибиває електрон, утворюючи пару "електрон-дірка". Електричне поле p-n переходу розводить їх: електрони йдуть в n-область, дірки — в p-область. На контактах виникає різниця потенціалів.

Види сонячних батарей. МонокристалічніМонокристалічні батареї (Mono-Si): Виготовляються зі зрізів цільного кристала кремнію високої чистоти. Зовнішній вигляд: Чорний колір, комірки зі зрізаними кутами. ККД (Ефективність): 17–25% (Найвищий). Особливості: Найдорожчі, але найбільш довговічні та компактні.

Види сонячних батарей. ПолікристалічніПолікристалічні батареї (Poly-Si): Виготовляються шляхом повільного охолодження розплавленого кремнію (багато різнорідних кристалів). Зовнішній вигляд: Синій колір, неоднорідна структура. ККД: 15–18%. Особливості: Дешевші у виробництві, ніж монокристалічні, але потребують більшої площі для тієї ж потужності.

Тонкоплівкові (Аморфні) батареїТонкоплівкові (Аморфні) батареї: Виготовляються напиленням тонкого шару кремнію або інших речовин на гнучку основу. ККД: 10–12% (Найнижчий). Переваги: Гнучкі, легкі, дешеві, працюють при розсіяному світлі (похмура погода). Недоліки: Швидше втрачають ефективність з часом.

Значення для людства: Екологічно чиста енергія (відсутність викидів CO_2). Відновлюваність ресурсу (Сонце). Автономність (живлення космічних станцій, калькуляторів, будинків у віддалених районах).