Fotocelle
Med en fotocelle eller fotocelle , den intensitet af lys med en egnet bølgelængde kan måles. Den består af to elektroder i en evakueret glaskolbe og tæller i bredere forstand til elektronrørene . På grund af den eksterne fotoelektriske effekt accelereres elektroner ud af fotokatoden af det indfaldende lys . Hvis disse elektroner rammer anoden, omdirigeres de og kan måles som en lysstrøm. Ellers vil de blive tiltrukket af katoden igen.
Fotocellen blev opfundet i 1893 af Hans Geitel og Julius Elster . Det er stort set blevet erstattet af optiske halvlederfølere. Til måling af meget lave lysintensiteter er fotocellen blevet videreudviklet ved at integrere en sekundær elektronmultiplikator i en fotomultiplikator (PMT).
Afgrænsning : Fotomodtagere bygget af halvledere er blandt halvlederdetektorerne . B. fotodioder , fotoresistorer eller solceller - disse kaldes ikke fotoceller.
konstruktion
En fotocelle består af to elektroder i et stort set luftfrit glashus. De to elektroder adskiller sig i struktur og arrangement:
- Den katode består af et metal, hvorfra elektroner kan frigøres ved lys hvis energien af lyset er tilstrækkelig høj (ekstern fotoelektriske effekt ). Af denne grund kaldes det også fotokatoden . Den arbejdsfunktion kan for. B. ved belægning med cæsium eller en cæsiumforbindelse for at gøre fotocellen følsom over for længere bølgelængder i det synlige spektrum.
- Den Anoden er normalt en wire ring, som ikke bør rammes af lys. Anoden formodes at samle elektronerne frigivet fra katoden. For at de ikke længere kan forlade trådringen, hvis den rammes af lys, er den lavet af et metal med en særlig høj arbejdsfunktion som kobber .
- Når der kræves høje strømme, kan glasbeholderen fyldes med fortyndet gas. Effektionisering kan derefter føre til en lavineeffekt, som øger den målbare strøm mærkbart.
Drift med sugespænding
Hvis der tilføres en spænding mellem anode og katode, hvorved den eksterne pol af den eksterne spændingskilde er forbundet til anoden og den negative pol til katoden, accelereres de elektroner, der frigives af lyset, mod anoden og en elektrisk strøm (fotostrøm) af et par mikroampere.
- Ved en lav spænding på nogle få volt er fotostrømmen omtrent proportional med den anvendte spænding. Ved lave spændinger er den elektriske feltstyrke mellem katoden og anoden ikke tilstrækkelig til at suge alle elektroner, der kommer ud af katoden gennem anoden og dermed bidrage til fotostrømmen. De andre "falder" tilbage på katoden. Årsag: Når en elektron forlader katoden, er katoden positivt ladet. Modsatte elektriske ladninger tiltrækker hinanden.
- Ved højere spændinger stiger fotostrømmen op til en grænseværdi, man taler om mætning . Derefter suges alle elektroner, der frigøres fra fotokatoden ved lyset, af anoden. Hvis den påførte spænding øges yderligere over ca. 100 V, øges strømmen ikke yderligere. Denne indstilling vælges f.eks. Med fotomultiplikatoren, når du vil registrere ekstremt lave lysintensiteter, og ingen elektron kan gå tabt.
Drift med modspænding
- se hovedartikel Fotoelektrisk effekt # Ekstern fotoelektrisk effekt
Hvis der ikke er tilsluttet nogen spændingskilde til fotocellen, og den er belyst med lys med tilstrækkelig høj frekvens (og dermed energi), udvikles en lav, næppe elastisk spænding på ca. en volt mellem anoden og katoden under eksponering. Fotocellen fungerer som en strømkilde, fordi nogle af de elektroner, der frigives fra fotokatoden, lander på anoden og ikke længere kan vende tilbage til katoden. Anoden er derfor ladet negativt og katoden positivt. Denne fotospænding øges med frekvensen af det indfaldende lys.
Denne driftstilstand er kun valgt, hvis den eksterne fotoelektriske effekt skal demonstreres, til forklaring af, som Albert Einstein modtog Nobelprisen.
kilder
- ^ Kurt Jäger, Friedrich Heilbronner: Elektroingeniørers leksikon . 2. udgave. VDE-Verlag, 2010, ISBN 978-3-8007-2903-6 , s. 117 .
- ^ Dieter Meschede: Optik, lys og laser . Vieweg + Teubner, 2008, ISBN 978-3-8351-0143-2 , s. 392 ( begrænset forhåndsvisning i Google Book-søgning).
- ↑ Dieter Geschke, Physikalisches Praktikum, Vieweg + Teubner, s.257.