Fotoelektrický jev Fotoelektrický jev byl poprvé popsán v roce 1887 Heinrichem Hertzem. Pozoroval z pohledu tehdejší fyziky nevysvětlitelné chování elektromagnetického.

Prezentace na téma: "Fotoelektrický jev Fotoelektrický jev byl poprvé popsán v roce 1887 Heinrichem Hertzem. Pozoroval z pohledu tehdejší fyziky nevysvětlitelné chování elektromagnetického."— Transkript prezentace:

1 Fotoelektrický jev Fotoelektrický jev byl poprvé popsán v roce 1887 Heinrichem Hertzem. Pozoroval z pohledu tehdejší fyziky nevysvětlitelné chování elektromagnetického vlnění při dopadu na povrch kovu. Obrázky solárních panelů (problematice souvislosti solárních panelů a fotoelektrického jevu se budeme dále v prezentaci věnovat věnovat).

2 Fotoelektrický jev či fotoefekt
je fyzikální jev, při němž jsou elektrony uvolňovány (vyzařovány, emitovány) z látky (nejčastěji z kovu) v důsledku absorpce elektromagnetického záření (např. rentgenové záření nebo viditelného světla) látkou. Emitované elektrony jsou pak označovány jako fotoelektrony a jejich uvolňování se označuje jako fotoelektrická emise (fotoemise). Pokud jev probíhá na povrchu látky, tzn. působením vnějšího elektromagnetického záření se elektrony uvolňují do okolí látky, hovoří se o vnějším fotoelektrickém jevu. Fotoelektrický jev však může probíhat i uvnitř látky, kdy uvolněné elektrony látku neopouští, ale zůstávají v ní jako vodivostní elektrony. V takovém případě se hovoří o vnitřním fotoelektrickém jevu. Pokud na látku dopadají elektrony, které způsobují vyzařování fotonů, mluví se o inverzním (obráceném) fotoelektrickém jevu. Fotoelektrický jev byl poprvé popsán v roce 1887 Heinrichem Hertzem. Pozoroval z pohledu tehdejší fyziky nevysvětlitelné chování elektromagnetického vlnění při dopadu na povrch kovu. Obrázky solárních panelů (problematice souvislosti solárních panelů a fotoelektrického jevu se budeme dále v prezentaci věnovat věnovat).

3 Fotoelektrický jev Podle způsobu vzniku elektronů vlivem dopadajícího elektromagnetického záření se rozlišuje: vnější fotoefekt (fotoemise)– elektrony uvolňovány z povrchu materiálu vnitřní fotoefekt – elektrony uvolňovány uvnitř materiálu Vnějším fotoefektem máme na mysli např. uvolňování elektronů z katody (pokrytá vrstvou alkalického kovu – cesia) fotodiody, na kterou dopadá záření. Nebo dopadající záření uvolňuje elektrony uvnitř polovodičového krystalu (selen, sulfid kademnatý apod.) a zvyšuje jeho vnitřní vodivost. V obou případech začne v obvodu protékat elektrický proud. Konstrukce fotometrů, expozimetrů, zařízení automatické ochrany, ovládání mechanizmů a počítání výrobků, využití v televizních kamerách, Xeroxových přístrojů, fotočlánky ve slunečních bateriích (sluneční energetika, solární panely umělých družic a vesmírných modulů). Na obrázku aplikace fotoelektrického jevu – Xeroxový systém v kopírce, čtečka čárových kódů.

4 Vnější fotoefekt fotonka záření dopadající na katodu
uvolněné elektrony skrz záporně nabitou mřížku elektrony s dostatečnou energií se dostanou až na anodu vzniká elektrický proud, měříme galvanometrem množství fotoelektronů je závislé na intenzitě záření energie elektronů závislá na frekvenci Z fyzikálního hlediska se podíváme podrobněji na vnější fotoefekt. Ten je možné zkoumat pomocí speciální fotonky. Záření dopadá okénkem O (které je propustné i pro UV část spektra) na fotokatodu K a uvolňuje z ní elektrony. Ty putují k anodě A a vzniklý proud v obvodu lze měřit galvanometrem G. Na mřížku M je možné přivést záporné napětí, které brzdí vylétávající elektrony a propouští jen elektrony od určité energie, kterou lze tímto způsobem měřit. Často se elektronům uvolněným z katody při fotoelektrickém jevu říká fotoelektrony. Jedná se běžné elektrony – název pouze napovídá, že vznikly při absorpci fotonu. Na základě představ klasické fyziky se zdálo, že s rostoucí intenzitou dopadajícího záření (tj. energie dopadající za jednotku času na jednotku plochy) se budou elektrony uvolňovat snadněji z povrchu kovu a budou mít i vyšší energii. Experimenty ale prokázaly, že na intenzitě záření závisí jen množství uvolněných elektronů, ale nikoliv energie jednotlivých elektronů. Ta je určena pouze frekvencí použitého záření. Tento poznatek nebylo možné vysvětlit klasickou fyzikou. Na ilustrativním obrázku je znázorněn princip fotoefektu na fotonce.

5 Využití fotoelektrického jevu
Fotoelektrický jev umožňuje využití solární energie a vytvoření fotočlánků, např. fotodiody nebo fototranzistoru. Vnitřní fotoelektrický jev našel uplatnění především i na světlo citlivých polovodičů. Při osvětlení se uvolňují v polovodičích elektrony z atomových orbitalů a ty se pak mohou uplatnit jako nosiče proudu. Fotodiody se využívají například v solárních kalkulačkách. Fotoelektrický jev byl poprvé popsán v roce 1887 Heinrichem Hertzem. Pozoroval z pohledu tehdejší fyziky nevysvětlitelné chování elektromagnetického vlnění při dopadu na povrch kovu. Obrázky solárních panelů (problematice souvislosti solárních panelů a fotoelektrického jevu se budeme dále v prezentaci věnovat věnovat).

6 Fotovoltaický článek je velkoplošná polovodičová součástka schopná přeměňovat světlo na elektrickou energii. Využívá při tom fotovoltaický jev. Na rozdíl od fotočlánků může dodávat elektrický proud. Jeho základem je tenká křemíková destička s vodivostí typu P. Na ní se při výrobě vytvoří tenká vrstva polovodiče typu N, obě vrstvy jsou odděleny tzv. přechodem P-N. Osvětlením článku vznikne v polovodiči vnitřní fotoelektrický jev a v polovodiči se z krystalové mřížky začnou uvolňovat záporné elektrony. Na přechodu P-N se vytvoří elektrické napětí, které dosahuje u křemíkových článků velikosti zhruba 0,5V. Fotovoltaický jev objevil v roce 1839 francouzský fyzik Alexandre Edmond Becquerel. První fotovoltaický článek však byl sestrojen až v roce 1883 Charlesem Frittsem, který potáhnul polovodivý selen velmi tenkou vrstvou zlata. Jeho zařízení mělo pouze jednoprocentní účinnost. Současná podoba solárních článků se zrodila v roce 1954 při experimentech s dopovaným křemíkem byla objevena jeho vysoká citlivost na osvětlení (účinnost kolem šesti procent). Význam fotovoltaiky se projevil zvláště v kosmonautice, kde fotovoltaika tvoří prakticky jediný zdroj elektrické energie pro umělé družice Země. Prvou družicí s fotovoltaickými články byla americká družice Vanguard I, vypuštěná na oběžnou dráhu 17. března 1958. Na začátku sedmdesátých let se fotovoltaické články dostaly z laboratoří a z kosmického prostoru i na zem, z velké části díky ropným společnostem těžícím v Mexickém zálivu. Na automatických ropných plošinách je elektrická energie potřebná pro osvětlení (maják). Fotovoltaické články zcela vytlačily do té doby používané primární články elektrické energie. Fotoelektrický jev byl poprvé popsán v roce 1887 Heinrichem Hertzem. Pozoroval z pohledu tehdejší fyziky nevysvětlitelné chování elektromagnetického vlnění při dopadu na povrch kovu. Obrázky solárních panelů (problematice souvislosti solárních panelů a fotoelektrického jevu se budeme dále v prezentaci věnovat věnovat).

7 Fotočlánek je nejčastěji používané fyzikální čidlo pro objektivní světelná (popř. radiometrická) měření. Někdy je také označován jako fotodetektor, neboť vždy obsahuje detektor citlivý na světlo. Ten převádí světlo či jinou část elektromagnetického záření na elektrický signál. Fotočlánek bývá součástí fotometrické hlavice, která obsahuje další doplňkové příslušenství - např. filtry pro korekci spektrální citlivosti, nástavce pro směrové přizpůsobení, konstrukční součásti, atd. Je základem mnohých fotometrických přístrojů: luxmetr, jasoměr, goniofotometr, kulový integrátor nebo kolorimetr. Fotoelektrický jev byl poprvé popsán v roce 1887 Heinrichem Hertzem. Pozoroval z pohledu tehdejší fyziky nevysvětlitelné chování elektromagnetického vlnění při dopadu na povrch kovu. Obrázky solárních panelů (problematice souvislosti solárních panelů a fotoelektrického jevu se budeme dále v prezentaci věnovat věnovat).