Внутренний фотоэффект и его применение в жизни: явление, устройства

Внешний фотоэлектрический эффект открыл А. Беккерель в 1839 г. У. Смит в 1873 г. наблюдал явление изменения фотопроводимости селена при поглощении электромагнитных волн: от видимого излучения (света) до рентгеновских лучей. Кратко рассмотрим, что называют внутренним фотоэффектом, где он используется на практике.

Явление внутренний фотоэффект

Внешняя фотоэлектронная эмиссия или фотоэлектрический эффект – процесс испускания носителей электрического заряда – электронов, вызванный облучением проводника электромагнитными волнами. Электронам при этом придаётся дополнительная энергия, вследствие чего электропроводность материала возрастает. Этого импульса достаточно для отрыва поверхностных электронов и их вылета в окружающее пространство.

Внутренний фотоэффект в полупроводниках вызывается электромагнитным облучением токопроводящего материала. Электроны при этом не покидают пределы полупроводника. Вследствие повышения концентрации носителей электрического тока проявляется фотопроводимость либо ЭДС.

Эксперименты и наблюдения за явлением позволили выявить ряд его закономерностей:

• Число выделяемых во внешнюю среду носителей электрического заряда с металла напрямую зависит от количества поглощённой за это время волновой энергии.
• Пиковая кинетическая энергия фотоэлектронов растёт параллельно с частотой поглощаемых лучей, их интенсивность ни на что не влияет.
• Безинерционность – фотоэлектронная эмиссия запускается синхронно с началом облучения (освещения) проводника.
• Для всех металлов существует наименьшая частота v_min – красная граница фотоэффекта, при энергии ниже которой фотоэлектронная эмиссия не протекает (v < v_min), и условия, когда она наблюдается  при любой энергии: v > v_min.

Существует вентильный фотоэффект – появление ЭДС при освещении пары полупроводников без внешнего электромагнитного поля.

Применение фотоэффекта в технике: где используется, примеры

Фотоэлектронная эмиссия имеет практическое значение. Сферы применения фотоэффекта:

• Фотореле – распространены для автоматизации, удалённого управления устройствами, сигнализации. Устанавливаются на прессы, станки и штампы для предотвращения травматизации на производстве. 
• Фотоэкспонометры – составляющая люксметров – приборов для измерения уровня освещённости.
• Фоторезисторы – изменяют проводимость под действием света.
• Вакуумные фотоэлементы распространены в конструкциях «умных» или автоматических дверей – подошедший к ним человек перекрывает свет, вследствие реакции на это дверь открывается.
• Солнечные батареи – вентильный фотоэффект позволяет преобразовывать свет в электричество в области p-n переходов без посредников.
• Фотосенсоры видеокамер, камер смартфонов, фотоаппаратов.
• Фотоэлектронные умножители – устройства для усиления и измерения биолюминесценции.
• Электронно-оптический преобразователь – управляет яркостью, преобразовывает картины из одного спектра в другой. 

Фотоэлементы – технические устройства, основанные на использовании фотоэффекта – распространены в аэронавигации, космонавтике, военном деле, автоматике – позволяют управлять электрическими схемами и устройствами посредством световых пучков. Вентильные фотоэлементы помогают «увидеть» объекты, излучающие инфракрасные лучи сквозь непроходимые для оптических лучей объекты – приборы инфракрасного видения.