Кто создал первый фотоэлемент прибор преобразующий энергию фотонов в электричество

Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал Александр Столетов в конце XIX века.

Фотоэлемент — фотоэлектрический электронный прибор с внешним фотоэффектом, предназначенный для преобразования световой энергии в электрическую. В фотоэлементах используется явление фотоэлектронной эмиссии, заключающееся в том, что при попадании света от постороннего источника на катод последний начинает излучать электроны, которые затем попадают на анод с положительным потенциалом. Фотоэлементы работают только в цепях постоянного тока. Для питания фотоэлемента необходим источник тока постоянного напряжения, величина которого указывается в справочнике. На практике в большинстве случаев в цепь фотоэлемента включается нагрузочное сопротивление. В зависимости от протекающего в цепи фотоэлемента тока (зависящего от интенсивности светового потока) на нагрузочном сопротивлении падает напряжение. Это напряжение подается во внешнюю цепь для дальнейшего усиления.
Свойства, параметры и характеристики фотоэлементов зависят от свойств применяемого катода. В современных фотоэлементах применяются в основном два типа катодов — кислородно-цезиевый и сурьмяно-цезиевый.
Фотоэлементы выпускаются двух типов — вакуумные и газонаполненные. В вакуумных фотоэлементах ток образуется только фотоэлектронами, а в газонаполненных фотоэлектронный ток еще и усиливается за счет ионизации газа, производимой фототоком. Газонаполненные фотоэлементы обладают большей чувствительностью, чем вакуумные, но менее стабильны в работе и обладают некоторой инерционностью. Основным параметром фотоэлемента является его чувствительность, определяемая отношением величины фототока к величине светового потока, вызвавшего его. Чувствительность измеряется в мкA/лм. Фотоэлемент реагирует на интенсивность светового потока и его частоту, поэтому чувствительность его разделяется на интегральную (по интенсивности) и спектральную (по частоте). Интегральная чувствительность характеризует способность фотоэлемента реагировать на воздействие всего светового потока, содержащего световые колебания различных частот от ультрафиолетовых до инфракрасных. Спектральная чувствительность фотоэлемента характеризует его способность реагировать на световые колебания одной частоты.

Незначительные сотрясения фотоэлемента приводят к возникновению микрофонного эффекта, поэтому во всех схемах и в особенности при большом усилении фотоэлементы необходимо амортизировать.
В процессе эксплуатации фотоэлементов наблюдается явление утомляемости, выражающееся в том, что в фотоэлементах, обладающих относительно большой чувствительностью при малых и очень больших световых потоках, чувствительность быстро уменьшается во времени, доходя до 25% первоначальной величины. Для устранения утомляемости фотоэлемент необходимо поместить в темноту на некоторое время, в течение которого чувствительность восстанавливается почти до 100%.

Краткая история Электричества

Фотоэлемент., действие которого основано на фотоэлектронной эмиссии, представляет собой (рис., а) электровакуумный прибор с 2 электродами – фотокатодом и анодом (коллектором электронов), помещенными в вакуумированную либо газонаполненную стеклянную или кварцевую колбу. Световой поток, падающий на фотокатод, вызывает фотоэлектронную эмиссию с его поверхности; при замыкании цепи Фотоэлемента в ней протекает фототок, пропорциональный световому потоку. В газонаполненных Фотоэлементах в результате ионизации газа и возникновения несамостоятельного лавинного электрического разряда в газах фототок усиливается. Наиболее распространены Ф. с сурьмяно-цезиевым и кислородно-серебряно-цезиевым фотокатодами.

Фотоэлемент, действие которого основано на внутреннем фотоэффекте, – полупроводниковый прибор с гомогенным электронно-дырочным переходом (р–n -переходом)

б), полупроводниковым гетеропереходом или контактом металл-полупроводник (см. Шотки диод). Поглощение оптического излучения в таких Ф. приводит к увеличению числа свободных носителей внутри полупроводника. Под действием электрического поля перехода (контакта) носители заряда пространственно разделяются (например, в Ф. с р–n -переходом электроны накапливаются в n -oбласти, а дырки – в р -области), в результате между слоями возникает фотоэдс; при замыкании внешней цепи Ф. через нагрузку начинает протекать электрический ток. Материалами, из которых выполняют полупроводниковые Ф., служат Se, GaAs, CdS, Ge, Si и др.

Фотоэлемент, фототок, виды фото…метров

Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Преобразование энергии в ФЭП основано на фотоэлектрическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения.

Биография Александра Столетова

Выдающийся российский физик А.Г. Столетов

Будущий выдающийся русский физик Александр Григорьевич Столетов родился 10 августа 1839 года в городе Владимир. После окончания местной гимназии, Александр Столетов поступает в Московский университет на физико-математический факультет.

В период, с 1862 по 1865 года Столетов отправляется в заграничную командировку. На этот период времени приходится его знакомство с такими выдающимися учёными того времени, как Магнус, Кирхгофом и многие другие светила науки XIX столетия.

ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ
Александр Григорьевич Столетов происходил из купеческой семьи. Благодаря этому, он смог получить достойное образование. Кроме того, мать будущего учёного, была образованной женщиной и всячески способствовала возникновению у сына интереса к наукам.

С 1865 года начинается преподавательская деятельност ь А. Г. Столетова. Уже в 1872 году, молодой ученый получает докторскую степень за работу «Исследование о функции намагничивания мягкого железа». Начинается работа Столетова в качестве профессора Московского университета. Им была организована новейшая физическая лаборатория при этом учебном заведении, где было подготовлено множество выдающихся русских физиков. Начиная с 1888 года, Александр Григорьевич Столетов проводит в данной лаборатории свои исследования, касающиеся актиноэлектрических явлений.

Всю свою жизнь Столетов отдал нау ке. Умер в конце весны 1896 года от воспаления лёгких в Москве. До последних дней жизни великий учёный был погружен в исследования.

Фотоэффект Столетова

Фотоэффект

Генрих Рудольф Герц подробно разрабатывал проблему влияния ультрафиолетового света на электрический разряд и писал о способности излучения ультрафиолета увеличить искровой промежуток разрядника индуктория и аналогичных разрядников.

Столетов, заинтересовавшись работами Герцога, решил подробнее изучить этот вопрос. Как он писал в своём научном журнале: «Моя попытка имела успех выше ожидания. Первые опыты начаты около 20 февраля 1888 г. и продолжались непрерывно… по 21 июня 1888 г».

Явлению он дал наименование актиноэлектрического. В исследовательском журнале учёного есть заметки о продолжении изучения этого явления в следующем году.

Чтобы получить фотоэффект (так, в дальнейшем будет называться исследуемое физиком явление), Столетов использовал специальную установку, которая, по сути своей, является отдаленным предком всех нынешних фотоэлементов. Она представляла из себя конструкцию из двух металлических дисков, которые были соединены полюсами гальванической батареи через гальванометр, образуя конденсатор, включенный в цепь батареи. Впереди сетчатого диска (второй же был сплошным) был помещен дуговый фонарик. Свет от фонарика проходил сквозь сетчатый диск и попадал на сплошной металлический диск.

Таким способом, впервые в истории мировой физики, воспроизводилось явление фотоэлектрического тока. Благодаря великому русскому учёному Александру Григорьевичу Столетову, мир не только получил первый фотоэлемент, но и началось плодотворное изучение фотоэффекта.

Помимо сугубо теоретических знаний, это открытие изменило сам быт всего человечества. В начале ХХ века сразу несколько компаний начали продажу охранных систем на основе инфракрасных лучевых систем. В дальнейшем, на протяжении всего двадцатого столетия, принцип фотоэффекта находит своё применение во все новых и новых сферах: охрана, медицина, торговля, транспорт и многие другие направления деятельности человека. Одно открытие русского физика изменило сам принцип быта людей. Сделало его проще и безопаснее, дало совершенно новые возможности, как в работе, так и в досуге. Открытие фотоэлемента – событие, которое действительно изменило вектор развития последующей науки.

А.Г. Столетов - ученый, который получил первый фотоэлемент и начал изучение фотоэффекта

С наследием Столетова буквально каждый человек на Земле каждый день: когда расплачивается в магазине, едет на автомобиле, включает свой компьютер. Более того, в наше время, когда все больше говорят об альтернативных источниках энергии, не загрязняющих окружающую среду, и многие предлагают более массово использовать солнечные электростанции для выработки энергии, опять же, стоит добрым словом вспомнить Александра Григорьевича Столетова, потому что без его открытия, такая конструкция, как солнечная электростанция, попросту, не могла бы функционировать. Таким образо м, открытие русского гения несет людям благо даже столетие спустя. В се это заслуга Александра Григорьевича Столетова – великого русского учёного, обуздавшего свет и опередившего время.

ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ
Именем Александра Григорьевича Столетова назван один из самолетов компании «Аэрофлот», а также улица в родном городе учёного – Владимире, кратер на Луне.

Фотоэлементы. Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП)

Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал Александр Столетов.

Наиболее эффективными, с энергетической точки зрения, устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), поскольку это прямой, одноступенчатый переход энергии. При характерной для ФЭП равновесной температуре порядка 300-350 Кельвинов и Тсолнца ~ 6000 К их предельный теоретический КПД

Фотоэлемент

Фотоэлемент

Фотоэлеме́нт, фотоэлектронный прибор , в котором в результате поглощения энергии падающего на него оптического излучения генерируется эдс ( фотоэдс ) или электрический ток (фототок). Фотоэлемент, действие которого основано на внешнем фотоэффекте , представляет собой электровакуумный прибор с двумя электродами – фотокатодом и анодом , помещёнными в вакуумированный либо (реже) газонаполненный стеклянный баллон. Световой поток, падающий на фотокатод, вызывает фотоэлектронную эмиссию с поверхности катода, в результате при замыкании цепи фотоэлемента в ней протекает фототок, пропорциональный световому потоку .

Фотоэлемент, действие которого основано на внутреннем фотоэффекте, представляет собой полупроводниковый прибор с p–n-переходом , изотипным гетеропереходом или контактом металл – полупроводник . При поглощении оптического излучения в таком фотоэлементе увеличивается число свободных носителей заряда внутри полупроводникового прибора, которые пространственно разделяются электрическим полем перехода (контакта). Избыток носителей заряда, возникающий по обе стороны от потенциального барьера , создаёт в полупроводниковом фотоэлементе (ПФ) разность потенциалов , т. е. фотоэдс. При замыкании внешней цепи ПФ через нагрузку начинает протекать электрический ток. В качестве материала для ПФ, как правило, используют селен (Se), арсенид галлия (GaAs), сульфид кадмия (CdS), германий (Ge) и кремний (Si).

Фотоэлементы обычно служат приёмниками оптического излучения, применяются в автоматической контрольной и измерительной аппаратуре, устройствах кино- и фототехники , факсимильной связи и др. ПФ используются также для прямого преобразования энергии солнечного излучения в электрическую (например, в солнечных батареях , фотоэлектрических генераторах ).

Редакция технологий и техники. Первая публикация: Большая российская энциклопедия, 2017.

Опубликовано 14 декабря 2022 г. в 20:38 (GMT+3). Последнее обновление 14 декабря 2022 г. в 20:38 (GMT+3). Связаться с редакцией

Информация

Фотоэлемент

Области знаний: Электрические цепи и сигналы, Оптические, электрические и фотоэлектрические явления в полупроводниках, Технологии в вакуумной среде

130-летие создания первого фотоэлемента и 90 лет первой технической системы охраны

130-летие создания первого фотоэлемента и 90 лет первой технической системы охраны

admin 2018-04-25T10:07:41+03:00

26 февраля 1888 года заслужено считается одним из замечательных дней в истории науки и техники. В этот день русский ученый Александр Григорьевич Столетов (1839-1896) осуществил опыт, наглядно продемонстрировавший внешний фотоэффект и показавший характер влияния света на электричество.

Преобразование оптического сигнала в электрический основывается на явлении фотоэффекта. Впервые прямое влияние света на электричество было обнаружено немецким физиком Г. Герцем в 1887 г. Герц установил, что заряженный проводник, будучи освещен ультрафиолетовыми лучами, теряет свой заряд, а электрическая искра возникает в искровом промежутке при меньшей разности потенциалов. Замеченное явление было описано Герцем в его статьях 1887-1888 годов, но оставлено им без объяснения. И это неудивительно: электрон будет открыт Джозефом Джоном Томсоном лишь в 1897 году, а без упоминания об электроне объяснить фотоэффект невозможно, это сделал А. Эйнштейн в 1905 г.

Александр Григорьевич Столетов

Однако 26 февраля 1888 года заслужено считается одним из замечательнейших дней в истории науки и техники и. В этот день русский ученый Александр Григорьевич Столетов (1839-1896) осуществил опыт, наглядно продемонстрировавший внешний фотоэффект и показавший характер влияния света на электричество. В мае 1887 г. была послана в печать статья Герца, а уже в феврале 1888 г. начал свою работу Столетов. В том ж году, появляются одна за другой три его публикации. Все работы длились менее двух лет, и приходится удивляться, как много был сделано за такой коротки период одним человеком, занятым при этом в основном преподавательской деятельностью. «Ученый с невозможным характером» – так называли Александра Григорьевича Столетова его современники, в основном за суровость на экзаменах. Александр Григорьевич Столетов родился летом 1839 года в небогатой купеческой семье. После окончания Московского университета Александр Григорьевич был оставлен в нём для подготовки к профессорскому званию. В 1862‒66 гг. он стажировался в Берлине у Г. Магнуса, Г. Кирхгофа, В. Вебера.

В своем опыте Столетов использовал наполненный газом стеклянный баллон, в котором находятся два электрода. Позже этот элемент стали называть «газонаполненный фотоэлемент». Баллоны фотоэлементов, после откачки воздуха, и сегодня наполняют разреженным газом — неоном или аргоном. Присутствие этих газов в фотоэлементе повышает его чувствительность. Электроны, вылетевшие из катода, сталкиваясь с атомами газа, могут ионизировать их. В результате таких столкновений возрастает число электронов, попадающих на анод, и сила тока увеличивается.

В первые десятилетия своего существования фотоэлемент был только физическим прибором. Он служил для научных исследований, но практического применения ему не находилось. Инженеры, совершенствуя фотоэлемент, ничего по существу в нем не изменили. Основные части прибора оставались теми же, что были и у Столетова: два электрода — чувствительный к свету катод с большой поверхностью; анод, имеющий вид небольшого колечка или сеточки; батарея или другой источник постоянного тока. Когда на катод фотоэлемента падают световые лучи, через прибор идет ток. Через усилитель фотоэлемент может приводить в действие реле — автоматический выключатель тока.

Внешний фотоэффект

Первое упоминание о создании устройства технических средств охраны помещений относится к 1928 году, когда для развития технологии звукового кино концерны Siemens Halske фирмы OSRAM GmbH KG. Тогда же, в 1928 году, старейший банк Германии Berenberg Bank (Joh. Berenberg, Gossler Halske предложили в конце 1928 года создать ТСО помещений на основе последних научных достижений. Примечательно, что аналогичная система ТСО была впоследствии установлена в здании личной резиденции А. Гитлера «Бергхоф» («Дом Вахенфельд»).

Памятник Александру Григорьевичу Столетову

В середине 20-х годов британская компания Radiovisor и германская Simens Источники»]

  • https://infopedia.su/15x129ab.html
  • https://www.osnmedia.ru/1000/fotoeffekt-stoletova/
  • https://www.gigavat.com/ses_fotoelement.php
  • https://bigenc.ru/c/fotoelement-8bb75b
  • https://astrohn.ru/2018/02/26/first-technical-security-system/
  • https://m-focus.ru/fotoelement-vidy-princip-raboty-i-primenenie/
  • https://digitalmusicacademy.ru/lesson-optophonic-piano

[/spoiler]

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий