EFECTUL FOTOELECTRIC APLICATII Grupa 2 Câmpeanu Georgiana Buturoiu Alexandra Chirilă Alis Dragulea Cătălin

Efectul fotoelectric extern este fenomenul de emitere de electroni de catre un metal aflat sub actiunea unei radiatii electromagnetice. Importanţa acestui fenomen în dezvoltarea domeniului fizicii constă în a sprijini dualitatea undă-corpuscul a radiaţiei electromagnetice. Explicaţia matematică a fenomenului a fost dată de Albert Einstein, pe baza unor ipoteze cuantice formulate de Max Planck

Au fost necesare aproape trei decenii pentru ca teoria cuantica sa fie acceptata, si multi oameni de stiinta au contribuit la dezvoltarea ei. A inceput in 1900 cu ipoteza lui Planck asupra cuantelor de energie si a culminat in anul 1925 cu teoria mecanicii cuantice a lui Schrodinger si Heisenberg, teorie care a contribuit la intelegerea structurii materiei. In anul 1905 Einstein a extins ipoteza cuantelor de energie, propunand o noua teorie a luminii. Daca pana atunci lumina era considerata o unda, fenomene noi, precum efectul fotoelectric sau efectul Compton,nu mai puteau fi explicate decat daca se admitea ca lumina are caracter corpuscular.

Legile efectului fotoelectric Intensitatea fotocurentului de saturatie este direct proportionala cu fluxul radiatiei incidente, atunci cand frecventa este constanta. Energia cinetica maxima a fotoelectronilor este proportionala ca frecventa radiatiei incidente si nu depinde de fluxul acesteia. Efectul fotoelectric se produce numai daca frecventa radiatiei incidente este mai mare decat o valoare minima numita frecventa de prag ν0 , care difera de la un metal la altul. Efectul fotoelectric se produce instantaneu.

Lumina este un fascicul de fotoni. Caracteristicile fotonului sunt: Formula lui Einstein pentru efectul fotoelectric este hν = L+ mv2/2, unde L este lucrul mecanic necesar pentru ca electronul sa invinga fortele care il leaga de materialul catodului. Sarcina q= 0 Viteza in vid c= 3*108 m/s Energia ε= hν= mc2 Masa de miscare m= hν/ c2 Masa de repaus m0= 0 Impulsul p= h/λ

Aplicatii practice ale efectului fotoelectric Efectul fotoelectric, pe langa faptul ca a jucat un rol important in confirmarea teoriei corpusculare a luminii, are si numeroase aplicatii practice. Alarmele antifurt si sistemele automate de deschidere a usilor utilizeaza adesea circuite cu celula fotoelectrica.Cand o persoana intrerupe fasciculul luminos, anularea brusca a curentului activeaza un comutator care comanda o sonerie sau o usa.Uneori sunt folosite radiatii UV sau IR la alarme, pentru ca sunt invizibile.

Senzori de lumină folosiţi pentru deschidere şi închiderea automată Lampă cu aprindere pe bază de celulă fotoelectrică Detector de culoare

Bariera optică cu fascicule multiple Este folosită la sistemele de protecţie şi alarmare sau declanşarea automată a închiderii sau deschiderii uşilor

Deschiderea automată a uşilor halelor şi garajelor

Multe detectoare de fum folosesc celule fotoelectrice pentru a detecta cantitati infime de fum, care intrerup fluxul luminos si astfel produc scaderea curentului electric. Sonorul unui film (“coloana sonora”) poate fi inregistrat intr-o banda ingusta cu innegrire variabila pe o margine laterala a peliculei. Lumina care traverseaza pelicula este astfel “modulata”, iar semnalul de iesire al unui detector cu celula fotoelectrica urmareste fidel frecventele din coloana sonora.

Detectoarele de fum

Celula fotoelectrică Celula fotoelectrica este alcatuita dintr-un tub de sticla vidat sau continand un gaz inert la presiune redusa care are in interior doi electrozi : catodul ( C ) format dintr-un strat subtire de metal (Cs, Na, K) depus pe o portiune din peretele tubului si anodul (A). format dintr-o retea de inel sau bobita metalica. Sub actiunea radiatiilor electromagnetice (vizibile) fotocatodul emite electroni care sunt dirijati spre anod datorita campului electric produs de tensiunea dintre C si A si sunt captati de catre acesta stabilindu-se un curent electric, indicat de galvanometru „G”. Deci celula fotoelectrica transforma un semnal luminos intr-un semnal electric. Celulele fotoelectrice cu vid sunt mai putin sensibile (curentul fotoelectric se stabileste la valori mai mari ale fluxului radiatiilor electromagnetice), dar sunt lipsite de inertie (intensitatea curentului fotoelectric urmareste prompt si liniar variatia fluxului luminos care cade pe catod); celulele cu gaz sunt mai sensibile dar prezinta o inertie determinata de procesele ce se produc in cazul din tub.

Panoul solar Cercetatorii din cadrul U.S. Department of National Renewable Energy Laboratory au stabilit un adevarat record mondial in cadrul realizarii celei mai eficiente celule fotoelectrice prin crearea unui dispozitiv fotovoltaic care transforma 40,8% din lumina solara primita direct in electricitate.

Numărătorul de obiecte de pe o bandă rulantă Releul fotoelectric Releul fotoelectric este un electromagnet care poate comanda inchiderea si deschiderea unui circuit electric. In cazul releului fotoelectric lumina cade pe fotocatod si determina aparitia unui camp electric care dupa amplificare strabate electromagnetul al carui camp produce inchiderea circuitului comandat. Avand comenzi comode, sigure si rapide, releul fotoelectric se foloseste la numararea unor obiecte in miscare, la intreruperea automata a functionarii unor masini-unelte cand operatorul a intrat intr-o zona unde este pericol de accidentare, la conectarea automata a retelei de iluminat etc. Numărătorul de obiecte de pe o bandă rulantă

Posometru Este folosit de fotografii profesionişti pentru determinarea ilumi-nării în vederea reglării manuale a timpului de expunere.

Cititoarele de coduri O singura diodă emitentă iluminează o mică parte dintr-un cod de bare şi o fotocelulă măsoară cantitatea de lumină reflectată. Pe masură ce LED-ul şi fotocelula se deplasează de-a lungul unui cod de bare, tiparul format din linii şi spaţii este capturat şi decodificat. În cazul unui cititor în formă de baghetă, lumină este concentrată de o biluţă transparentă situată în vârful cititorului; pentru a citi, user-ul trebuie să treacă bagheta pe deasupra unui cod de bare.

Cititoarele laser folosesc un singur cap de citire mobil pentru a ilumina codul de bare şi o singură celulă foto-electrică pentru a primi lumina reflectată. Majoritatea acestor cititoare balansează raza laser orizontal folosind o oglinda controlată electronic. http://www.coduridebare.com/tipuri_citire_coduri_de_bare.html

Cititorul de CD didier.duchemin.free.fr/micro/micro3.htm

Fotomultiplicatorul Fotomultiplicatorul este alcatuit dintr-un tub de sticla vidat in care se afla un catod C, un anod A si un numar oarecare de electrozi auxiliari numiti dinode . O dinoda este un electrod care bombardat cu un numar de electroni emite un numar mai mare de electroni secundari. Cu ajutorul unui divizor de tensiune format cu ajutorul rezistentelor R1, R2, R3, si R4 fiecare dinoda, incepand cu cea de langa catod, se afla la un potential electric superior celei precedente. Sub actiunea luminii, fotocatodul emite electroni care sunt accelerati spre dinoda D1 pe care o bombardeaza. Aceasta emite un numar mai mare de electroni care sunt accelerati spre dinoda D2- La randul ei dinoda D2 emite un numar mai mare de electroni astfel incat, in final la anod va ajunge un numar amplificat de electroni. Prin rezistorul Rs din circuitul anodului se stabileste un curent electric de 106 –107 ori mai mare decat in cazul unei celule fotoelectrice.

Fotomultiplicatorul http://www.shsu.edu/~chm_tgc/sounds/pmt.mov

Microscopul electronic Microscopia electronica este o tehnica de obtinere a “imaginiii” unor obiecte microscopice cu ajutorul interferentei de electroni. Microscoapele electronice au rezoluţie superioară microscoapelor cu lumină, şi pot mări de mult mai multe ori imaginea. Unele microscoape electronice ajung să mărească de 2 milioane de ori, pe când cele mai bune microscoape cu lumină măresc de 2 000 de ori. Primul microscop electronic a fost construit în 1931 de către inginerii germani Ernst Ruska şi Max Knoll.Acesta era bazat pe ideile şi descoperirile fizicianului francez Louis de Broglie. Deşi primitiv şi nepotrivit utilizărilor practice, instrumentul era capabil să mărească obiectele de patru sute de ori

         Microscop electronic cu scanare la Institutul de Geologie al Universităţii din Kiel, Germania, în 1980. Coloana din mijloc produce fluxul de electroni, iar specimenul este plasat la baza.

Prof. Pisau Constantin