Fotocell

Fotocell, längd ca 90 mm; anoden är en trådkägel, fotokatoden bildas av glaskolven belagd med metall på insidan

Med en fotocell eller fotocell , den intensitet av ljus med en lämplig våglängd kan mätas. Den består av två elektroder i en evakuerad glaskolv och räknas i bredare mening till elektronrören . På grund av den externa fotoelektriska effekten accelereras elektroner ut ur fotokatoden av det infallande ljuset . Om dessa elektroner träffar anoden avleds de och kan mätas som en fotoström. Annars kommer de att lockas till katoden igen.

Fotocellen uppfanns 1893 av Hans Geitel och Julius Elster . Den har till stor del ersatts av optiska halvledarsensorer. För mätning av mycket låga ljusintensiteter utvecklades fotocellen vidare genom att integrera en sekundär elektronmultiplikator i en fotomultiplikator (PMT).

Avgränsning : Fotomottagare byggda från halvledare är bland halvledardetektorerna . B. fotodioder , fotoresistorer eller solceller - dessa kallas inte fotoceller.

konstruktion

Kretsschema för en fotocell

En fotocell består av två elektroder i ett mest luftfritt glasfodral. De två elektroderna skiljer sig åt i struktur och arrangemang:

  • Den Katoden består av en metall från vilken elektroner kan frigöras genom ljus om energin hos ljuset är tillräckligt hög (extern fotoelektrisk effekt ). Av denna anledning kallas det också fotokatoden . Den arbetsfunktion kan för. B. genom att belägga med cesium eller en cesiumförening för att göra fotocellen känslig för längre våglängder i det synliga spektrumet.
  • Den Anoden är vanligtvis en trådring som inte bör träffas av ljus. Anoden ska samla de elektroner som frigörs från katoden. För att de inte längre ska kunna lämna trådringen om den träffas av ljus är den gjord av en metall med en särskilt hög arbetsfunktion som koppar .
  • När hög ström krävs kan glaskärlet fyllas med utspädd gas. Effektjonisering kan då leda till en lavineffekt, vilket märkbart ökar den mätbara strömmen.

Drift med sugspänning

Bild 3: Strömspänningskarakteristik för en fotocell. Streckad: mättningsströmmar för 3 olika ljusintensiteter

Om en spänning appliceras mellan anod och katod, varigenom den externa spänningskällans positiva pol är ansluten till anoden och den negativa polen till katoden, accelereras elektronerna som frigörs av ljuset mot anoden och en elektrisk ström (fotoström) av några mikroampor.

  • Vid en låg spänning på några volt är fotoströmmen ungefär proportionell mot den applicerade spänningen. Vid låga spänningar är den elektriska fältstyrkan mellan katoden och anoden inte tillräcklig för att suga ut alla elektroner som kommer ut ur katoden genom anoden och därmed låta dem bidra till fotoströmmen. De andra "faller" tillbaka på katoden. Orsak: När en elektron lämnar katoden är katoden positivt laddad. Motsatta elektriska laddningar lockar varandra.
  • Vid högre spänningar ökar fotoströmmen upp till ett gränsvärde, man talar om mättnad . Sedan sugs alla elektroner som släpps ut från fotokatoden genom ljuset ur anoden. Om den applicerade spänningen höjs ytterligare över cirka 100 V ökar inte strömmen ytterligare. Denna inställning väljs till exempel med fotomultiplikatorn när du vill detektera extremt låga ljusintensiteter och ingen elektron kan gå förlorad.

Drift med motspänning

se huvudartikel Fotoelektrisk effekt # Extern fotoelektrisk effekt

Om ingen spänningskälla är ansluten till fotocellen och den tänds med ljus med tillräckligt hög frekvens (och därmed energi), utvecklas en låg, knappt fjädrande spänning på cirka en volt mellan anoden och katoden under exponeringen. Fotocellen fungerar som en kraftkälla eftersom vissa av de elektroner som släpps ut från fotokatoden landar på anoden och inte längre kan återvända till katoden. Anoden laddas därför negativt och katoden positivt. Denna fotospänning ökar med frekvensen för det infallande ljuset.

Detta driftsätt väljs endast om den externa fotoelektriska effekten ska demonstreras, för förklaring av vilken Albert Einstein fick Nobelpriset.

källor

  1. ^ Kurt Jäger, Friedrich Heilbronner: Elektrikerleksikon . 2: a upplagan. VDE-Verlag, 2010, ISBN 978-3-8007-2903-6 , s. 117 .
  2. ^ Dieter Meschede: Optik, ljus och laser . Vieweg + Teubner, 2008, ISBN 978-3-8351-0143-2 , s. 392 ( begränsad förhandsgranskning i Google Book-sökning).
  3. ↑ Dieter Geschke, Physikalisches Praktikum, Vieweg + Teubner, s.257.

webb-länkar

Commons : Phototubes  - samling av bilder, videor och ljudfiler