高中物理:光电效应的应用及其原理 主体

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简介:什么是光电效应?光电效应有哪些实际应用?这些应用的原理是什么?

主体

光电效应是什么?当光束照射到金属表面时,电子从金属中脱出的现象称为光电效应。

光束中有光子,金属中有电子。当光束照射到金属表面时,自然光子会撞击电子。

有两种情况:内部光电效应和外部光电效应。

1.外部光电效应:

定义:外光电效应是指一种物质吸收光子并激发自由电子的行为,即电子从金属中逸出。例如光电池。

如图,K和A之间通常有绝缘,电路中没有电流。当光束照射在阴极K上时,电子被撞击而形成光电流。

2.内部光电效应:

定义:当光照射到半导体或绝缘体表面时,物体内部的束缚电子被激发,从而改变物体的导电性。

这叫做内部光电效应。

内部光电效应又分为光电导效应和光伏效应。

1)光电导效应:当入射光子打到半导体表面时,半导体吸收入射光子,激发内部的导电载流子(电子-空空穴对),增加其自生电导(即光电导)。

2)光伏效应:当一定波长的光照射到非均匀半导体(如PN结)上时,由于光生载流子的运动导致电荷积累,在半导体内部(材料的两面)产生电位差(即光伏)。

应用:

光导管(也叫光敏电阻)是一种利用内部光电效应制成的半导体器件。那些像硫化镉,硫化铅,硫化铟,硒化镉,硒化铅都是半导体光管。光管的优点是体积小,坚固耐用。主要用于光接收机、光电控制、激光接收和光谱仪器的远程检测。

太阳能电池:

光伏效应的一个重要应用就是利用光照射时PN结产生的光伏电压来制作一种将太阳能转化为电能的器件——太阳能电池。用于制造太阳能电池的材料主要包括硅(Si)、硫化镉(CdS)和砷化镓(GaAs)。还有很多新的高效材料正在研究和实验中。目前,太阳能电池已被广泛应用。已成为飞船、卫星和空站的重要长期电源。在其他领域也有广泛的应用。目前,国内外太阳能电池发电设备的应用情况简要介绍如下:

太空发展——观测卫星、宇宙飞船、通信卫星…

空中空交通——飞机、机场灯、空中空障碍灯、地对地空无线电通信…

观察-无人气象站、雪表、水位计、地震遥测仪…

路线识别——信标灯、浮标障碍灯、灯塔、潮流计……

通信设备——无线电通信机、对讲机、电视广播中继站…

农业和畜牧业——电围栏、水泵、温室、黑光灯、喷雾器、割胶灯…

高速铁路——无人驾驶信号灯、高速公路指示牌、障碍手电筒、紧急电话……

日常生活——相机、手表、野营车、游艇、便携式电视、闪光灯

光电探测器:

光电探测器也是半导体光电效应的一个重要应用。光电探测器是接收和探测各种光辐射的装置。其中,光电晶体管(包括各种光电晶体管、光电晶体管和部分光电晶体管)是这类光电器件的重要组成部分。它和我们高中课本传感器实验中研究的光敏电阻都是光电信号转换的器件。光电探测器在科技、生活、生产和国防建设中有着重要的应用。比如数码相机、数码摄像机、天文显微镜、GPS全球定位系统、气象卫星拍摄的气象云图、巡航导弹目标定位等等。这些应用中最基本的是要有一个非常灵敏的光电探测器。

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