उद्देश्य:वाल्व फोटोकेल के साथ परिचित, इसकी वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं का अध्ययन।

एक कार्य:विभिन्न रोशनी स्तरों पर वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं का एक परिवार लें, इष्टतम भार प्रतिरोध निर्धारित करें और फोटोकेल की दक्षता का मूल्यांकन करें।

उपकरण और सहायक उपकरण:, सिलिकॉन फोटोकेल, प्रतिरोध बॉक्स, मिलीवोल्टमीटर, मिलीमीटर।

परिचय

वाल्व फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव में वाल्व में एक फोटो-ईएमएफ की घटना होती है, यानी सुधार, जब इसे प्रकाशित किया जाता है तो संपर्क करें। पी-एन जंक्शन में देखे गए गेट फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का सबसे बड़ा व्यावहारिक अनुप्रयोग है। ऐसा संक्रमण आमतौर पर क्रिस्टलीय अर्धचालक के आंतरिक क्षेत्र में होता है, जहां डोपेंट का प्रकार (स्वीकर्ता से दाता तक) और संबंधित प्रकार की चालकता (छेद से इलेक्ट्रॉन तक) बदल जाती है।

यदि p- और n-प्रकार के अर्धचालकों के बीच कोई संपर्क नहीं है, तो उनके ऊर्जा आरेखों पर Fermi स्तर (चित्र 1) अलग-अलग ऊंचाइयों पर स्थित हैं: p-प्रकार में वैलेंस बैंड के करीब, n-प्रकार के करीब में चालन बैंड के लिए (p-अर्धचालक A2 से कार्य फलन हमेशा n-अर्धचालक A1 के कार्य फलन से अधिक होता है)।

https://pandia.ru/text/78/022/images/image006_62.gif" width="12" height="221">एक अप्रकाशित pn-junction की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता चित्र 3 (वक्र) में दिखाई गई है 2) यह अभिव्यक्ति द्वारा वर्णित है जहां जेएस एक अप्रकाशित पी-एन जंक्शन की संतृप्ति धारा है, के बोल्ट्ज़मान स्थिरांक है, ई इलेक्ट्रॉन चार्ज है, टी तापमान है, यू बाहरी वोल्टेज है।

वेनो टू डायरेक्ट या रिवर्स नैप-

बाहरी क्षेत्र का नियंत्रण।

यदि फोटोकेल को पी-क्षेत्र की ओर से प्रकाशित किया जाता है, तो प्रकाश के फोटॉन, अर्धचालक की एक पतली सतह परत में अवशोषित होने के कारण, अपनी ऊर्जा को वैलेंस बैंड के इलेक्ट्रॉनों में स्थानांतरित कर देंगे और उन्हें कंडक्शन बैंड में स्थानांतरित कर देंगे, जिससे अर्धचालक (फोटोइलेक्ट्रॉन और फोटोहोल) में समान मात्रा में मुक्त इलेक्ट्रॉन और छेद बनते हैं। पी-क्षेत्र में बने फोटोइलेक्ट्रॉन यहां अल्पसंख्यक वाहक हैं। क्रिस्टल के माध्यम से चलते हुए, वे आंशिक रूप से छिद्रों के साथ पुनर्संयोजित होते हैं। लेकिन अगर पी-क्षेत्र की मोटाई छोटी है, तो उनमें से एक महत्वपूर्ण हिस्सा पी-एन-जंक्शन तक पहुंचता है और अर्धचालक के एन-क्षेत्र में गुजरता है, विपरीत दिशा में बहते हुए एक फोटोक्रेक्ट जेएफ बनाता है। फोटोहोल, अपने स्वयं के छिद्रों की तरह, एन-क्षेत्र में प्रवेश नहीं कर सकते, क्योंकि इसके लिए उन्हें पी-एन-जंक्शन के क्षेत्र में संभावित बाधा को दूर करना होगा। इस प्रकार, पी-एन जंक्शन फोटोइलेक्ट्रॉनों और फोटोहोल को अलग करता है।

यदि सर्किट खुला है, तो फोटोइलेक्ट्रॉन जो एन-क्षेत्र में चले गए हैं, संतुलन के सापेक्ष वहां इलेक्ट्रॉनों की एक अतिरिक्त सांद्रता बनाते हैं, जिससे अर्धचालक के इस हिस्से को नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है। फोटोहोल पी-क्षेत्र को सकारात्मक रूप से चार्ज करते हैं। अर्धचालक के दोनों भागों के बीच एक संभावित अंतर होता है, जिसे फोटो-ईएमएफ कहा जाता है। परिणामी फोटो-ईएमएफ को आगे (ट्रांसमिशन) दिशा में पी-एन-जंक्शन पर लागू किया जाता है, इसलिए संभावित बाधा की ऊंचाई तदनुसार घट जाती है। यह, बदले में, तथाकथित लीकेज करंट J को आगे की दिशा में प्रवाहित करने का कारण बनता है। फोटो-ईएमएफ तब तक बढ़ता है जब तक कि बहुसंख्यक वाहकों की बढ़ती धारा फोटोकरेंट की भरपाई नहीं कर देती।

यदि हम लोड प्रतिरोध आरएन (छवि 4) में पी - एन-संक्रमण को बंद करते हैं, तो वर्तमान जे सर्किट के माध्यम से बहेगा, जिसे दो धाराओं के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है:

जे \u003d जेपीएच - जे। (2)

लीकेज करंट जेयू की गणना एक अनलिमिटेड पी-एन-जंक्शन के लिए सूत्र (1) द्वारा की जाती है, जब एक बाहरी वोल्टेज यूएन = जे आरएन को आगे की दिशा में लागू किया जाता है:

https://pandia.ru/text/78/022/images/image012_31.gif" width="25" height="28 src=">~ F. (3)

निष्क्रिय मोड में, सर्किट खुला है (rн = https://pandia.ru/text/78/022/images/image014_26.gif" width="147" height="57 src=">, (4)

जहाँ से यह इस प्रकार है

https://pandia.ru/text/78/022/images/image013_28.gif" width="19" height="15 src=">). जब बाहरी लोड 0 से बदलता है तो हमें एक सेक्शन मिलता है ए वी, जो वास्तव में निरंतर प्रकाश प्रवाह पर फोटोवोल्टिक मोड में पी-एन-जंक्शन की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता है। भूखंड रविफोटोकेल के संचालन की विशेषता है जब पी-एन-जंक्शन, अनुभाग पर प्रत्यक्ष बाहरी वोल्टेज लागू होता है लेकिनडी- रिवर्स एक्सटर्नल वोल्टेज (फोटोडायोड ऑपरेशन मोड)।

जब प्रकाश प्रवाह बदलता है, तो वर्तमान-वोल्टेज विशेषताएँ बदल जाती हैं, उनका आकार बदल जाता है। विभिन्न रोशनी स्तरों पर फोटोवोल्टिक मोड में वाल्व फोटोकेल की वोल्ट-एम्पीयर विशेषताओं का परिवार अंजीर में दिखाया गया है। पांच।

https://pandia.ru/text/78/022/images/image017_20.gif" width="231" height="12">

लोड प्रतिरोध (सीटीजी α = आरएन) के मूल्य द्वारा निर्धारित कोण α पर मूल से खींची गई सीधी रेखाएं उन बिंदुओं पर विशेषता को काटती हैं जिनके एब्सिसस लोड में वोल्टेज ड्रॉप देते हैं, और निर्देशांक बाहरी सर्किट में वर्तमान देते हैं (यू1 = जे1 आर1)। आकृति में छायांकित क्षेत्र लोड rн1 को आवंटित शक्ति 1 के समानुपाती है:

https://pandia.ru/text/78/022/images/image020_15.gif" width="136" height="52 src=">, (7)

जहां https://pandia.ru/text/78/022/images/image022_14.gif" height="50">.gif" width="12">

https://pandia.ru/text/78/022/images/image026_13.gif" width="21" height="12"> https://pandia.ru/text/78/022/images/image031_11.gif" width="12" height="31"> n-टाइप सिलिकॉन, एक क्रिस्टल से काटा जाता है, जिसकी सतह पर गर्म करके ~ 1200 0C का तापमान BCl3 वाष्प में एक पतली फिल्म बनती है 2 पी-प्रकार सिलिकॉन। पी-क्षेत्र के साथ बाहरी सर्किट का संपर्क धातु की पट्टी के माध्यम से किया जाता है 3 इसकी सतह पर छिड़काव किया। संपर्क बनाने के लिए 4 एन-क्षेत्र के साथ, बाहरी फिल्म का हिस्सा ग्राउंड ऑफ है।

कार्य प्रक्रियाएं

अभ्यास 1।वाल्व फोटोकेल की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं को हटाना

1. इस मैनुअल का अध्ययन करने के बाद, इंस्टॉलेशन को ध्यान से पढ़ें।

2. प्रतिरोध rн को 10 से 900 ओम में बदलकर, निरंतर रोशनी के साथ, 8 - 10 वोल्टेज और करंट मान लें, (प्रकाश स्रोत से फोटोकेल तक की दूरी) मैं= 5 सेमी)।

3. के लिए चरण 2 दोहराएँ मैं= 10 और 15 सेमी.

4. करंट-वोल्टेज विशेषताओं का एक परिवार बनाएं।

कार्य 2.एक वाल्व फोटोकेल की वोल्ट-एम्पीयर विशेषताओं का अध्ययन

1. प्रत्येक रोशनी के लिए, संबंधित वर्तमान-वोल्टेज विशेषता से, अधिकतम फोटोक्रेक्ट पावर max निर्धारित करें और इस मामले के लिए, सूत्र (7) का उपयोग करके, फोटोकेल की दक्षता की गणना करें। रोशनी ई की गणना स्रोत की चमकदार तीव्रता जेएल और दूरी के माध्यम से की जाती है मैंसूत्र के अनुसार।

2. सभी रोशनी के लिए पीएमएक्स को जानना, फॉर्मूला (6) का उपयोग करके इष्टतम लोड प्रतिरोध आरएन की गणना करें। ऑप्ट। एक ग्राफ बनाएँ। ऑप्ट = एफ (ई)।

3. ग्राफ बनाएं जेके। एच = एफ (ई) और यूएक्स। एक्स = एफ (ई)।

परीक्षण प्रश्न

1. आंतरिक प्रकाश-विद्युत प्रभाव की परिघटना क्या है?

2. n-टाइप सेमीकंडक्टर और p-टाइप सेमीकंडक्टर में क्या अंतर है?

3. वांछित प्रकार की अर्धचालक चालकता कैसे प्राप्त की जाती है?

4. n- और p-प्रकार के अर्धचालकों का ऊर्जा आरेख खींचिए।

5. संपर्क विभवान्तर p-n-संक्रमण के घटित होने की क्रियाविधि की व्याख्या कीजिए।

6. एक प्रत्यावर्ती धारा दिष्टकारी के रूप में p-n-जंक्शन की क्रिया की क्रियाविधि समझाइए।

7. वाल्व फोटोकेल की व्यवस्था कैसे की जाती है?

8. वाल्व फोटोकेल का उद्देश्य क्या है?

9. क्या वॉल्व फोटोकेल का उपयोग आयनकारी विकिरण संसूचक के रूप में किया जा सकता है?

10. वाल्व फोटोकल्स का उपयोग कहाँ किया जाता है?

11. वाल्व फोटोकेल के फोटो-ईएमएफ की घटना का तंत्र क्या है?

12. फर्मी स्तर क्या है?

13. वाल्व फोटोकल्स की अपेक्षाकृत कम दक्षता के कई कारणों का नाम बताइए।

14. आपके परिचित अन्य लोगों की तुलना में विद्युत ऊर्जा के स्रोतों के रूप में वॉल्व फोटोकल्स के लाभ का नाम बताइए।

15. वॉल्व फोटोकल्स के व्यापक उपयोग में क्या कठिनाइयाँ हैं? परिप्रेक्ष्य।

ग्रंथ सूची

1. ट्रोफिमोव भौतिकी। एम.: उच्च। स्कूल।, 19 एस।

2. भौतिकी / एड में प्रयोगशाला कार्यशाला। . एम.: उच्च। स्कूल।, 19 एस।

गेट फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव

एनीमेशन

विवरण

वाल्व (अवरोध) फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव अमानवीय (रासायनिक संरचना द्वारा या अशुद्धियों के साथ अमानवीय रूप से डोप किए गए) अर्धचालकों के साथ-साथ अर्धचालक-धातु संपर्क में होता है। अमानवीयता के क्षेत्र में, एक आंतरिक विद्युत क्षेत्र होता है, जो विकिरण द्वारा उत्पन्न मामूली गैर-संतुलन वाहक को तेज करता है। नतीजतन, विभिन्न संकेतों के फोटोकैरियर स्थानिक रूप से अलग हो जाते हैं। गेट फोटोवोल्टेज प्रकाश की क्रिया के तहत हो सकता है जो अल्पसंख्यक वाहक उत्पन्न करता है। पी-एन-जंक्शन और हेटेरोजंक्शन में वाल्व फोटोवोल्टेज विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, अर्थात। विभिन्न रासायनिक संरचना वाले दो अर्धचालकों के संपर्क में।

अंजीर पर। 1 योजनाबद्ध रूप से जोड़े के पृथक्करण को दर्शाता है जो तब होता है जब एक पी-एन जंक्शन प्रकाशित होता है।

p-n संधि पर प्रकाश द्वारा उत्तेजित इलेक्ट्रॉन-छिद्र युग्मों का पृथक्करण

चावल। एक

वर्तमान में योगदान पीएन जंक्शन के क्षेत्र में सीधे उत्पन्न वाहक द्वारा किया जाता है, और निकट-संक्रमण क्षेत्रों में उत्साहित होता है और प्रसार द्वारा एक मजबूत क्षेत्र के क्षेत्र तक पहुंचता है। युग्म पृथक्करण के परिणामस्वरूप, n-क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों का एक सही प्रवाह और p-क्षेत्र में छिद्रों का निर्माण होता है। एक खुले सर्किट के साथ, पी-एन जंक्शन के थ्रूपुट (आगे) दिशा में एक ईएमएफ बनाया जाता है, जो इस वर्तमान के लिए क्षतिपूर्ति करता है।

हेटेरोजंक्शन के दोनों पक्षों के डोपिंग के आधार पर, एक पी-एन - हेटेरोजंक्शन (एनिसोटाइप) और एक एन-एन - हेटेरोजंक्शन या पीपी - हेटेरोजंक्शन (आइसोटाइप) बनाना संभव है।

विभिन्न विषमताओं और मोनोजंक्शनों के संयोजन से कुछ विषम संरचनाएँ बनती हैं।

आर्सेनाइड्स, फॉस्फाइड्स और एंटीमोनाइड्स गा और अल पर आधारित अर्धचालक पदार्थों के बीच सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला सिंगल-क्रिस्टल हेटेरोजंक्शन, उनके सहसंयोजक त्रिज्या की निकटता के कारण।

पी-एन-जंक्शन या हेटेरोजंक्शन पर फोटोकल्स में कम जड़ता होती है और प्रकाश ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में प्रत्यक्ष रूपांतरण प्रदान करती है।

समय

दीक्षा समय (लॉग टू -3 से -1);

लाइफटाइम (लॉग टीसी -1 से 7 तक);

गिरावट का समय (लॉग टीडी -3 से -1);

इष्टतम विकास समय (लॉग टी 0 से 6)।

आरेख:

प्रभाव की तकनीकी प्राप्ति

एक मानक फोटोडायोड (अधिमानतः एक बड़े प्राप्त क्षेत्र के साथ, जैसे कि F24K या समान) आस्टसीलस्कप के इनपुट से जुड़ा होता है और एक फ्लोरोसेंट लैंप से प्रकाश द्वारा प्रकाशित होता है। हम एक डबल मेन फ़्रीक्वेंसी (यानी, 100 हर्ट्ज) के साथ दोलन करते हुए एक ईएमएफ का निरीक्षण करते हैं।

प्रभाव लागू करना

वाल्व (बाधा) फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग फोटोवोल्टिक और सौर कोशिकाओं में किया जाता है, साथ ही प्रकाश प्रवाह को मापने के लिए अर्धचालक सामग्री और फोटोडेटेक्टर में असमानताओं का पता लगाने के लिए उपकरणों में भी उपयोग किया जाता है।

सौर बैटरी (फोटोइलेक्ट्रिक जनरेटर) एक ऐसा उपकरण है जो प्रकाश विकिरण की ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। सौर बैटरी में विद्युत प्रवाह फोटोकल्स में होने वाली प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है जब सौर विकिरण उन पर पड़ता है। सबसे कुशल सौर पैनल कंडक्टर और एक प्रकाश-संवेदनशील अर्धचालक (उदाहरण के लिए, सिलिकॉन) या असमान कंडक्टरों के बीच की सीमा पर ईएमएफ के उत्तेजना पर आधारित होते हैं। सौर बैटरी की शक्ति 100 किलोवाट तक पहुंचती है, दक्षता 10-20% है।

फोटो प्रभाव वाल्व

बाधा परत में फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, - विद्युत चुम्बकीय विकिरण के प्रभाव में होने वाली घटना वैद्युतवाहक बल(फोटोवोल्टेज) एक प्रणाली में जिसमें दो अलग-अलग पीपी या पीपी और धातु से संपर्क करते हैं। सबसे बड़ा व्यावहारिक ब्याज की एफ वी है। पी-आई-संक्रमण में और विषम संधि।एफ. में. फोटोवोल्टिक में उपयोग किया जाता है। पीपी . में जनरेटर फोटोडायोड, फोटोट्रांसिस्टर्सआदि।

. 2004 .

देखें कि "VENT PHOTOEFECT" अन्य शब्दकोशों में क्या है:

क्वांटम यांत्रिकी ... विकिपीडिया

ऊर्जा में इलेक्ट्रॉनों का पुनर्वितरण। एक इलेक्ट्रोमैग्नेट की क्रिया के तहत होने वाले ठोस और तरल पीपी और डाइलेक्ट्रिक्स में राज्य। विकिरण। एफ. में. एक नियम के रूप में, माध्यम में वर्तमान वाहकों की एकाग्रता में परिवर्तन से, यानी, की उपस्थिति से पता चला है ... बड़ा विश्वकोश पॉलिटेक्निक शब्दकोश

वाल्व फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव- आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, जिसमें ईएमएफ होता है। [अनुशंसित शर्तों का संग्रह। अंक 79. भौतिक प्रकाशिकी। यूएसएसआर एकेडमी ऑफ साइंसेज। वैज्ञानिक और तकनीकी शब्दावली की समिति। 1970] विषय भौतिक प्रकाशिकी सामान्यीकरण शब्द परिवर्तन ... ... तकनीकी अनुवादक की हैंडबुक

फोटो प्रभाव, विद्युत चुम्बकीय विकिरण के प्रभाव में इंट्रा-एटॉमिक बॉन्डिंग से एक ठोस शरीर के इलेक्ट्रॉनों की रिहाई से जुड़ी घटनाओं का एक समूह। वहाँ हैं: 1) बाह्य प्रकाश-विद्युत प्रभाव, या प्रकाश-इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन, सतह से इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन ... ... आधुनिक विश्वकोश

विद्युत चुम्बकीय विकिरण के प्रभाव में एक ठोस (या तरल) से इलेक्ट्रॉनों की रिहाई से जुड़ी एक घटना। वहाँ हैं: ..1) बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव - प्रकाश की क्रिया के तहत इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन (फोटोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन),? विकिरण, आदि; ..2) ... ... बड़ा विश्वकोश शब्दकोश

फोटो प्रभाव- (1) दो असमान अर्धचालकों के बीच या विद्युत चुम्बकीय विकिरण के प्रभाव में एक अर्धचालक और एक धातु के बीच एक इलेक्ट्रोमोटिव बल (फोटोईएमएफ) की वाल्व घटना; (2) एफ। बाहरी (फोटोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन) से इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन ... महान पॉलिटेक्निक विश्वकोश

लेकिन; एम. भौतिक. प्रकाश ऊर्जा के प्रभाव में किसी पदार्थ के गुणों में परिवर्तन; प्रकाश विद्युत प्रभाव। * * * फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव विद्युत चुम्बकीय विकिरण के प्रभाव में एक ठोस (या तरल) से इलेक्ट्रॉनों की रिहाई से जुड़ी एक घटना है। अंतर करना: ... ... विश्वकोश शब्दकोश

वाल्व फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव

बाधा परत फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव- užtvaris fotoefektas statusas T sritis fizika atitikmenys: engl। बाधा परत photoeffect; बाधा परत फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव; फोटोवोल्टिक प्रभाव वोक। Sperrschichtphotoeffekt, एम रस। वाल्व फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, एम; फोटोवोल्टिक प्रभाव, मी;…… फ़िज़िकोस टर्मिनų odynas

इलेक्ट्रॉन टीवी की रिहाई से जुड़ी घटना। ईमेल के प्रभाव में शरीर (या तरल)। महान विकिरण। भेद: बाहरी। एफ। प्रकाश (फोटोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन), विकिरण, आदि के प्रभाव में इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन; अंदर का एफ. वृद्धि ... ... प्राकृतिक विज्ञान। विश्वकोश शब्दकोश

व्याख्यान संख्या 10 फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव। कॉम्पटन प्रभाव। परमाणुओं का रेखा स्पेक्ट्रा। बोहर की अभिधारणाएँ।

जनसंख्या इकाइयों के कवरेज के अनुसार, निरंतर और गैर-निरंतर अवलोकन को प्रतिष्ठित किया जाता है।

संकलन के क्रम के अनुसार, प्राथमिक और सारांश दस्तावेजों को प्रतिष्ठित किया जाता है।

आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावविद्युत चुम्बकीय विकिरण के कारण होते हैं अंदर इलेक्ट्रॉन संक्रमणअर्धचालक या ढांकता हुआ बाध्य राज्यों से मुक्त राज्यों में बाहर से बचने के बिना। नतीजतन, शरीर के अंदर वर्तमान वाहक की एकाग्रता बढ़ जाती है, जिससे फोटोकॉन्डक्टिविटी की उपस्थिति होती है - अर्धचालक या ढांकता हुआ जब यह प्रकाशित होता है तो विद्युत चालकता में वृद्धि होती है।

वाल्व फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव (एक प्रकार का आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव)

1. दो अलग-अलग अर्धचालकों या एक अर्धचालक और एक धातु (बाहरी विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति में) के संपर्क को रोशन करते समय ईएमएफ (फोटो-ईएमएफ) की घटना। सौर ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए सौर पैनलों में वाल्व फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग किया जाता है।

बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव (फोटोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन)विद्युत चुम्बकीय विकिरण की क्रिया के तहत किसी पदार्थ द्वारा इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन कहा जाता है।

बाह्य प्रकाश-विद्युत प्रभाव के अध्ययन की योजना. दो इलेक्ट्रोड (अध्ययन के तहत धातु से बने कैथोड K और एक एनोड लेकिन) एक वैक्यूम ट्यूब में एक बैटरी से जुड़े होते हैं ताकि आप न केवल मान बदल सकें, बल्कि उन पर लागू वोल्टेज का संकेत भी बदल सकें। जब कैथोड को मोनोक्रोमैटिक लाइट (क्वार्ट्ज विंडो के माध्यम से) से रोशन किया जाता है, तब होने वाली धारा को सर्किट में शामिल एक मिलीमीटर द्वारा मापा जाता है। फोटोकुरेंट निर्भरता मैं, वोल्टेज पर प्रकाश की क्रिया के तहत कैथोड द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह से बनता है यूकैथोड और एनोड के बीच फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की करंट-वोल्टेज विशेषता कहलाती है।

जैसे-जैसे U बढ़ता है, फोटोक्रेक्ट धीरे-धीरे बढ़ता है जब तक कि यह संतृप्ति तक नहीं पहुंच जाता। अधिकतम वर्तमान मूल्य मैं us - संतृप्ति photocurrent - इस मान से निर्धारित होता है तुम,जिस पर कैथोड द्वारा उत्सर्जित सभी इलेक्ट्रॉन एनोड तक पहुँचते हैं: मैंहमें = एन, कहाँ पे एन- कैथोड द्वारा 1s में उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की संख्या। U = O पर, प्रकाश धारा नहीं है

गायब हो जाता है, क्योंकि फोटोइलेक्ट्रॉन, जब वे कैथोड छोड़ते हैं, तो एक निश्चित प्रारंभिक वेग होता है। फोटोक्रेक्ट को शून्य होने के लिए, विलंब वोल्टेज यू 0 को लागू करना आवश्यक है। यू = यू 0 पर, कोई भी इलेक्ट्रॉन, प्रस्थान के दौरान अधिकतम प्रारंभिक वेग होने पर भी, मंदक क्षेत्र को पार नहीं कर सकता है और एनोड तक पहुंच सकता है:

यानी, विलंब वोल्टेज यू 0 को मापकर, आप गति का अधिकतम मूल्य निर्धारित कर सकते हैं मैक्सऔर गतिज ऊर्जा K m ah photoelectrons।

45. फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के नियम।

(1) स्टोलेटोव का नियम: आपतित प्रकाश की एक निश्चित आवृत्ति पर, प्रति इकाई समय में फोटोकैथोड द्वारा उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रॉनों की संख्या प्रकाश की तीव्रता के समानुपाती होती है (संतृप्ति फोटोक्रेक्ट की ताकत कैथोड की ऊर्जा रोशनी ई ई के समानुपाती होती है)।

(2) फोटोइलेक्ट्रॉनों की अधिकतम प्रारंभिक गति (अधिकतम प्रारंभिक गतिज ऊर्जा) आपतित प्रकाश की तीव्रता पर निर्भर नहीं करती है, लेकिन केवल इसकी आवृत्ति द्वारा निर्धारित की जाती है।

(3) प्रत्येक पदार्थ के लिए फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की एक लाल सीमा होती है - प्रकाश की न्यूनतम आवृत्ति (पदार्थ की रासायनिक प्रकृति और इसकी सतह की स्थिति के आधार पर), जिसके नीचे फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव असंभव है।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के तंत्र की व्याख्या करने के लिए, आइंस्टीन ने सुझाव दिया कि ν आवृत्ति के साथ प्रकाश न केवल व्यक्तिगत क्वांटा (प्लांक की परिकल्पना के अनुसार) द्वारा उत्सर्जित होता है, बल्कि अंतरिक्ष में भी फैलता है और व्यक्तिगत भागों (क्वांटा) में पदार्थ द्वारा अवशोषित होता है, ऊर्जा जिनमें से ε 0 = . है एचν.

निर्वात में प्रकाश के प्रसार की गति से गतिमान विद्युत चुम्बकीय विकिरण के क्वांटा को फोटॉन कहा जाता है।

आपतित फोटॉन की ऊर्जा धातु से इलेक्ट्रॉन कार्य फलन A के प्रदर्शन पर खर्च होती है (देखें पृष्ठ 3-31) और उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रॉन को गतिज ऊर्जा के संचार पर। बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के लिए आइंस्टीन का समीकरण:

यह समीकरण प्रकाश इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा की आपतित प्रकाश की आवृत्ति (द्वितीय नियम) पर निर्भरता की व्याख्या करता है। सीमा आवृत्ति

(या) जिस पर गतिज

फोटोइलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा शून्य के बराबर हो जाती है, और फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव (तीसरा नियम) की एक लाल सीमा होती है। आइंस्टीन समीकरण लिखने का दूसरा रूप

यह आंकड़ा एल्यूमीनियम, जस्ता और निकल के लिए विकिरणित प्रकाश की आवृत्ति पर फोटोइलेक्ट्रॉनों की अधिकतम गतिज ऊर्जा की निर्भरता को दर्शाता है। सभी रेखाएं एक दूसरे के समानांतर हैं, और व्युत्पन्न डी (ईयू 0)/डीवी कैथोड सामग्री पर निर्भर नहीं है और संख्यात्मक रूप से प्लैंक के स्थिर एच के बराबर है। y-अक्ष पर कटे हुए खंड संख्यात्मक रूप से कार्य के बराबर हैं लेकिनसंबंधित धातुओं से इलेक्ट्रॉनों की रिहाई।

विभिन्न प्रक्रियाओं, रिमोट कंट्रोल, साथ ही सेमीकंडक्टर फोटोमल्टीप्लायरों और सौर बैटरी के लिए फोटोएक्सपोनोमीटर, लक्समीटर और नियंत्रण और स्वचालन उपकरणों में फोटोइलेक्ट्रिक कोशिकाओं और फोटोरेसिस्टर्स (फोटोरेसिस्टर्स) का प्रभाव फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की घटना पर आधारित है।

फोटॉन के अस्तित्व को बोथे प्रयोग में प्रदर्शित किया गया था। दो काउंटरों Cch के बीच स्थित एक पतली धातु की पन्नी F, कठोर विकिरण की क्रिया के तहत, एक्स-रे उत्सर्जित करती है। यदि विकिरणित ऊर्जा सभी दिशाओं में समान रूप से वितरित की जाती है, जैसा कि तरंग निरूपण से निम्नानुसार है, तो दोनों काउंटरों को एक साथ काम करना होगा, और मार्कर M द्वारा तुल्यकालिक चिह्न चलते हुए टेप L पर दिखाई देंगे। वास्तव में, चिह्नों का स्थान अव्यवस्थित था . नतीजतन, उत्सर्जन के अलग-अलग कृत्यों में, प्रकाश कण (फोटॉन) पैदा होते हैं, या तो एक या दूसरी दिशा में उड़ते हैं।

46. ​​एक फोटॉन का द्रव्यमान और संवेग। कणिका की एकता और प्रकाश के तरंग गुण।

संबंधों का उपयोग करके, हम फोटॉन की ऊर्जा, द्रव्यमान और गति के लिए व्यंजक प्राप्त करते हैं

ये संबंध एक फोटॉन की क्वांटम (कॉर्पसकुलर) विशेषताओं को जोड़ते हैं - द्रव्यमान, गति और ऊर्जा - प्रकाश की तरंग विशेषता - इसकी आवृत्ति के साथ।

एक ही समय में प्रकाश है लहरगुण जो स्वयं को इसके प्रसार, हस्तक्षेप, विवर्तन, ध्रुवीकरण, और के पैटर्न में प्रकट करते हैं आणविका, जो स्वयं को पदार्थ (उत्सर्जन, अवशोषण, प्रकीर्णन) के साथ प्रकाश के संपर्क की प्रक्रियाओं में प्रकट करते हैं।

47. हल्का दबाव।

यदि फोटॉन में संवेग होता है, तो किसी पिंड पर पड़ने वाले प्रकाश को उस पर दबाव डालना चाहिए।

मान लें कि मोनोक्रोमैटिक आवृत्ति विकिरण का प्रवाह सतह पर लंबवत गिरता है। यदि 1s में N फोटॉन शरीर की सतह के 1m 2 पर गिरते हैं, तो प्रकाश के परावर्तन गुणांक p के साथ, शरीर की सतह से परावर्तित होगा एनफोटॉन, और (1-ρ) एनफोटॉन - अवशोषित हो जाएगा। प्रत्येक अवशोषित फोटॉन सतह को गति प्रदान करता है पू, और प्रत्येक परावर्तित फोटॉन -2 पू

सतह पर प्रकाश का दबाव संचरित होने वाले संवेग के बराबर होता है

1s N फोटोन के लिए सतह

सतह की ऊर्जा रोशनी (प्रति इकाई समय में एक इकाई सतह पर सभी फोटॉन की ऊर्जा)। बड़ा

विकिरण ऊर्जा घनत्व: . यहाँ से

मैक्सवेल के समीकरणों के आधार पर प्रकाश का तरंग सिद्धांत उसी अभिव्यक्ति पर आता है। तरंग सिद्धांत में प्रकाश के दबाव को इस तथ्य से समझाया जाता है कि विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत विद्युत चुम्बकीय तरंग, धातु में इलेक्ट्रॉन दिशा में आगे बढ़ेंगे (द्वारा दर्शाया गया है चित्र में) विपरीत एक चुंबकीय क्षेत्र विद्युत चुम्बकीय तरंग, लोरेंत्ज़ बल के साथ धातु की सतह के लंबवत दिशा में (बाएं हाथ के नियम के अनुसार) गतिमान इलेक्ट्रॉनों पर कार्य करती है। इस प्रकार, एक विद्युत चुम्बकीय तरंग धातु की सतह पर दबाव डालती है।

48. कॉम्पटन प्रभाव।

कॉम्पटन प्रभाव में प्रकाश के कणिका गुण स्पष्ट रूप से प्रकट होते हैं - तरंग दैर्ध्य में वृद्धि के साथ, किसी पदार्थ के मुक्त (या कमजोर रूप से बाध्य) इलेक्ट्रॉनों पर शॉर्ट-वेव इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेडिएशन (एक्स-रे और विकिरण) का लोचदार प्रकीर्णन। यह वृद्धि आपतित की तरंगदैर्घ्य से स्वतंत्र है

वैक्यूम फोटोसेल

सबसे सरल प्रकार का वैक्यूम फोटोइलेक्ट्रिक सेल, जो बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर आधारित होता है, चित्र 6 में दिखाया गया है। यह एक छोटा खाली ग्लास कंटेनर है, जिसमें से एक आधा संवेदनशील परत के साथ अंदर से लेपित होता है। वर्णक्रमीय क्षेत्र के आधार पर जिसके लिए फोटोकेल का इरादा है, विभिन्न परतों का उपयोग किया जाता है: चांदी, पोटेशियम, सीज़ियम, सुरमा-सीज़ियम, आदि। यह परत कैथोड K के रूप में कार्य करती है। एनोड को आमतौर पर रिंग A के रूप में लिया जाता है। कैथोड और एनोड के बीच एक संभावित अंतर बैटरी की मदद से उत्तेजित होता है। प्रकाश के अभाव में फोटोकेल परिपथ में कोई धारा नहीं होती है। जब प्रकाश परिपथ में कैथोड से टकराता है

करंट होता है। फोटोकेल की संवेदनशीलता को बढ़ाने के लिए, यह कम दबाव पर कुछ अक्रिय गैस से भर जाता है।

वाल्व फोटो प्रभाव

बैरियर परत में फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के आधार पर फोटोकल्स, तथाकथित वाल्व फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, उन पर विकिरण ऊर्जा की घटना को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं, इस प्रकार विद्युत ऊर्जा के जनरेटर होते हैं, हालांकि बहुत कम शक्ति का। उन्हें बाहरी वोल्टेज स्रोत की आवश्यकता नहीं होती है, जैसे बाहरी और आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव वाले सौर सेल।

गेट फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव उन प्रणालियों में देखा जाता है जिनमें एक दूसरे के संपर्क में इलेक्ट्रॉन और छेद अर्धचालक होते हैं। इस मामले में, अलग-अलग दो अर्धचालकों के इंटरफेस पर

चालन तंत्र, तथाकथित आर-पीमुख्य वाहकों की आपसी पैठ के कारण संक्रमण। इस परत में विद्युत क्षेत्र को इस तरह से निर्देशित किया जाता है कि यह बहुसंख्यक वाहकों की परत के माध्यम से आगे के संक्रमण का प्रतिकार करता है और अल्पसंख्यक वाहकों की गति को बढ़ावा देता है (चित्र 7 देखें)। परिणामस्वरूप, संतुलन स्थापित हो जाएगा I 0 = I n और संपर्क के माध्यम से कोई धारा नहीं होगी।

जब रोशन आर-अर्धचालक इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों को प्रकाश द्वारा छोड़ा जाता है। विमोचित मीडिया उस क्षेत्र से स्थानांतरित होता है जहां वे बनाए जाते हैं और प्रचुर मात्रा में उन जगहों पर जाते हैं जहां वे दुर्लभ हैं। यदि प्रदीप्त सतह से तक की दूरी आर-पीथोड़ा संक्रमण है, प्रकाश द्वारा उत्पन्न सभी इलेक्ट्रॉन अंदर जाएंगे पी-क्षेत्र। छेद, इसके विपरीत, संपर्क से देरी होगी

मैदान और रहना आर- क्षेत्र। मुख्य वर्तमान वाहकों का एक संचय है। अब I 0, I n के बराबर नहीं है, अर्थात। आर - पार आर-पीलॉकिंग दिशा में संक्रमण चालू हो जाएगा, जो प्रतिरोध पर है आर-पीसंक्रमण एक संभावित अंतर पैदा करता है, संपर्क संभावित अंतर को कम करता है। यह प्रकाश धारा I f =en के बराबर है, जहाँ e इलेक्ट्रॉन आवेश है, n एक सेकंड में प्रकाश द्वारा निर्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या (जोड़ों की संख्या) है। वर्तमान वाहकों की सांद्रता में वृद्धि के समानांतर, उनके द्वारा बनाया गया विद्युत क्षेत्र बढ़ता है, जो अवरुद्ध परत के माध्यम से उनके आगे के संक्रमण को रोकता है। किसी बिंदु पर, गतिशील संतुलन स्थापित होता है, अर्थात। अवरुद्ध परत के माध्यम से चलने वाले छोटे वर्तमान वाहक की संख्या एक दिशा और दूसरी दिशा में समान होगी, और इलेक्ट्रोड के बीच एक निश्चित संभावित अंतर स्थापित किया जाता है, तथाकथित इलेक्ट्रोमोटिव बल।

वाल्व फोटोकल्स की मुख्य अध्ययन की गई विशेषताएं वर्तमान-वोल्टेज, प्रकाश और वर्णक्रमीय विशेषताएं हैं।

करंट-वोल्टेज विशेषताएँ, लागू वोल्टेज U पर एक प्रबुद्ध फोटोकेल द्वारा उत्पन्न फोटोक्रेक्ट I की निर्भरता का प्रतिनिधित्व करती हैं, जब यह विभिन्न लोड प्रतिरोधों R से जुड़ा होता है (चित्र 8 देखें)। एब्सिस्सा अक्ष के साथ करंट-वोल्टेज विशेषता के चौराहे के बिंदु फोटोकेल के इलेक्ट्रोमोटिव बल देते हैं, और ऑर्डिनेट अक्ष के साथ - शॉर्ट सर्किट करंट का मान। शॉर्ट सर्किट करंट घटना प्रकाश की ताकत और ईएमएफ के समानुपाती होता है। फोटोकेल रोशनी में परिवर्तन होने पर संतृप्त होने की प्रवृत्ति होगी। शॉर्ट सर्किट करंट आमतौर पर फोटोकल्स की संवेदनशीलता को निर्धारित करता है। अभिन्न और वर्णक्रमीय चमक के बीच भेद।

फोटोकेल आर यू की अभिन्न संवेदनशीलता शॉर्ट सर्किट फोटोक्रेक्ट I का अनुपात है जो सफेद प्रकाश के चमकदार प्रवाह की घटना है Ф:

वर्णक्रमीय संवेदनशीलता शॉर्ट-सर्किट करंट I का अनुपात है जो मोनोक्रोमैटिक विकिरण F l के चमकदार प्रवाह के साथ तरंग दैर्ध्य l के साथ है:

फोटोवोल्टिक वैक्यूम वर्तमान-वोल्टेज वाल्व

विशेष रूप से, संवेदनशीलता विकिरण की वर्णक्रमीय संरचना पर दृढ़ता से निर्भर करती है।

वर्णक्रमीय विशेषताएँ आपतित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पर प्रति इकाई ऊर्जा में प्रकाश धारा की शक्ति की निर्भरता को व्यक्त करती हैं। ज्यादातर मामलों में, वर्णक्रमीय विशेषता में एक उच्चारित अधिकतम होता है (चित्र 9 देखें)। मानव आँख के लिए वर्णक्रमीय विशेषताओं में निकटतम सेलेनियम फोटोकल्स हैं, जिनकी अधिकतम तरंग दैर्ध्य 0.59 माइक्रोन है।

वाल्व फोटोकल्स की प्रकाश विशेषताएं घटना प्रकाश प्रवाह एफ के परिमाण पर फोटोक्रेक्ट ताकत (या फोटोइलेक्ट्रोमोटिव बल) की निर्भरता व्यक्त करती हैं। ये निर्भरता रैखिकता से विचलित होती है, बाहरी सर्किट का प्रतिरोध जितना अधिक होता है। तो चित्र 10 से यह देखा जा सकता है कि प्रकाश प्रवाह की तीव्रता में वृद्धि के साथ, फोटोवोल्टेज का मूल्य बढ़ जाता है, उच्च रोशनी पर संतृप्ति तक पहुंच जाता है।

एक वाल्व फोटोकेल की संरचना योजनाबद्ध रूप से चित्र 11 में दिखाई गई है। क्रिस्टलीय सेलेनियम (परत 3), जो सेलेनियम फोटोकल्स में मुख्य अर्धचालक परत बनाती है, में छेद चालकता होती है। उस पर धातु की एक पारभासी परत (परत 1) जमा होती है, जिसके परमाणु सेलेनियम में फैल जाते हैं, इसलिए सेलेनियम की निकट-सतह परत इलेक्ट्रॉनिक चालकता (परत 2) प्राप्त कर लेती है। पारभासी धातु परत 1 और पतली अवरुद्ध परत 2 से गुजरने वाला प्रकाश मुख्य अर्धचालक 3 में प्रवेश करता है, लेकिन अवशोषण के कारण गहराई से प्रवेश नहीं करता है। परिणामी फोटोवोल्टेज धातु इलेक्ट्रोड 1 और 4 से लिया जाता है।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव (बाहरी और आंतरिक दोनों) का उपयोग फोटोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों (फोटोकेल्स, फोटोडायोड्स, फोटोरेसिस्टर्स, फोटोमल्टीप्लायरों) में किया जाता है, जिन्हें विज्ञान और प्रौद्योगिकी (टेलीविजन, अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी में) में विभिन्न अनुप्रयोग प्राप्त हुए हैं।