物理光電效應(yīng)原理及其在實(shí)際中的應(yīng)用探討

張益斌

摘 要：在物理學(xué)中，光電效應(yīng)是一種非常神奇的現(xiàn)象。某些物質(zhì)內(nèi)部的電子如果在高于某特定頻率的電磁波照射下，可以被光子激發(fā)，從而形成電流，這種現(xiàn)象稱為光生電現(xiàn)象。早在十九世紀(jì)，德國物理學(xué)家赫茲首次發(fā)現(xiàn)光電現(xiàn)象。筆者對物理光電效應(yīng)原理進(jìn)行分析，并就其在實(shí)際中的應(yīng)用探討。

關(guān)鍵詞：物理光電效應(yīng) 實(shí)際生活 應(yīng)用

1.物理光電效應(yīng)原理分析

當(dāng)光照射在物體上時(shí)，光的能量只有部分以熱的形式被物體所吸收，而另一部分則轉(zhuǎn)換為物體中某些電子的能量，使這些電子逸出物體表面，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。物理光電效應(yīng)的本質(zhì)是光與物質(zhì)（金屬）之間的相互作用。在信號(hào)轉(zhuǎn)換的過程中，光電效應(yīng)是非常重要的。利用光電效應(yīng)原理，不僅可以制作光電管，夜視儀，還可以將其在電視錄像、光電檢測等多個(gè)領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用。正是因?yàn)楣庥胁６笮?，光的波性被顯現(xiàn)出來，從而產(chǎn)生衍射、干涉、偏振等現(xiàn)象。如果光和物體發(fā)生作用，光的粒子性就被顯現(xiàn)出來。圖1是研究光電效應(yīng)的一種簡單實(shí)驗(yàn)裝置：在光電管的陽極A和陰極K之間加上直流電壓U，當(dāng)用單色光照射陰極K時(shí)，陰極上就會(huì)有光電子逸出，它們將在加速電場的作用下飛向陽極A而形成電流I，稱為光電流。

2.物理光電效應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用探討

2.1物理光電效應(yīng)在光電管中的應(yīng)用

光電管從本質(zhì)上來看就是一種光電器件，其應(yīng)用較為普遍。在1927年，美國首次拍攝成功有聲電影之前，電影是無聲的。在后期，盡管電影能夠發(fā)聲，但是借助留聲機(jī)來實(shí)現(xiàn)電影的播放的。如果聲音和影像不能默契配合，那么播放出來的效果是很不理想的。在二十一世紀(jì)的今天，我們能夠通過電視機(jī)或電腦輕輕松松地觀看到有聲電影，這跟光電管的發(fā)明是分不開的。當(dāng)一部電影拍攝結(jié)束之后，就需要進(jìn)行錄音，在錄音的過程中，會(huì)使用設(shè)備將聲音的改變轉(zhuǎn)化為光的改變，聲音的“像”攝制在影片的邊緣，最終形成影片邊上的音道。在對電影進(jìn)行放映的過程中，光電管的工作的過程就是使“聲音的照片”被還原為聲音的過程。其中用到的原理就是在變化的光照射光電管的前提條件下，使電路中的電流發(fā)生改變，如果使電流放大，那么就可以借助喇叭實(shí)現(xiàn)聲音的播放。

2.2物理光電效應(yīng)在光控繼電器中的應(yīng)用

光控繼電器是工廠中廣泛使用的一種器件，很多光電控制設(shè)備都會(huì)用到光控繼電器。光控繼電器的用途非常廣泛，不僅可以自動(dòng)計(jì)數(shù)，還可以用于安全生產(chǎn)。比如在傳送帶產(chǎn)品的傳送的過程中，如果要自動(dòng)計(jì)數(shù)，可以將光源放置在傳送帶一側(cè)，將光電管放置在傳送帶的另一側(cè)，一旦有產(chǎn)品在傳送帶上傳送，那么光線就會(huì)被遮擋，光控繼電器就放開銜鐵一次，從而使計(jì)數(shù)器數(shù)字加1。又如，在某些機(jī)器上安裝光控繼電器，可以使機(jī)器停止工作，從而實(shí)現(xiàn)對工人的保護(hù)，使事故發(fā)生的概率大大降低。

2.3物理光電效應(yīng)在太陽能電池中的應(yīng)用

太陽能電池是可以有效吸收太陽能并將其轉(zhuǎn)化成電能的半導(dǎo)體部件，其原理是利用光生伏特效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)換成電能。這種半導(dǎo)體部件的主要結(jié)構(gòu)是一個(gè)較大的PN結(jié)，所謂PN結(jié)，就是將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在同一塊半導(dǎo)體（通常是硅或鍺）基片上，在它們的交界面就形成空間電荷區(qū)，這個(gè)空間電荷區(qū)被稱為是PN結(jié)?，F(xiàn)在，太陽能電池在多個(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。比如在人造衛(wèi)星和空間站，使用其他能源是很難獲得持久的能量支持的，而太陽能幾乎是取之不盡用之不竭的，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能是一個(gè)不錯(cuò)的想法。太陽電池電源設(shè)備在航空運(yùn)輸和氣象觀測、航線識(shí)別領(lǐng)域都有應(yīng)用。不僅如此，在我們?nèi)粘Ｉ钪?，手表和照相機(jī)等也可以使用太陽能電池，這些太陽能電池使用的原理就是物理光電效應(yīng)的原理。

2.3物理光電效應(yīng)在光電探測器中的應(yīng)用

在半導(dǎo)體光電效應(yīng)實(shí)際應(yīng)用中，光電探測器是其中非常重要的應(yīng)用之一。光電探測器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對光輻射的接收，還可以實(shí)現(xiàn)對光輻射的探測。通過對光電探測器的組成進(jìn)行分析，不難發(fā)現(xiàn)其主要的部件是光敏管，其中二極管和三極管是光敏管重要的組成部分。在高中教材中，傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)使我們對光敏電阻的功能有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，其中光敏電阻能夠?qū)怆娦盘?hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。在數(shù)碼照相機(jī)中，光電探測器能夠?qū)庾拥幕玖Ｗ拥膱D案進(jìn)行感知，并把圖案轉(zhuǎn)為圖像。在夜視鏡中，借助光探測器可以使人的肉感感知到熱輻射。

3.小結(jié)

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的過程中，物理光電效應(yīng)原理得到了越來越深入而廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，物理光電效用不僅在光電管、光控繼電器、太陽能電池、光電探測器中有應(yīng)用，而且在其他很多領(lǐng)域可以看到物理光電效應(yīng)的應(yīng)用。在學(xué)習(xí)高中物理的過程中，我們應(yīng)當(dāng)學(xué)會(huì)將高中物理知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中去。在對日常事物觀察的同時(shí)，加強(qiáng)對高中物理理論知識(shí)的理解，從而實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的結(jié)合。

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