Цель работы. Изучить явление фотоэффекта, устройство, принципы работы и применение фотоэлементов в медицине. Научить студентов работать с люксметром.
Актуальность. Фотоэлементы получили широкое применение в диагностике. С помощью фотоэлектронных умножителей (ФЭУ) производятся измерения малых лучистых потоков, что используется при регистрации сверхслабых биолюминесценций крови, мочи и некоторых тканей, а также позволяет выявить патологические процессы на ранних стадиях заболевания. На внешнем фотоэффекте основана работа электронно-оптического преобразователя (ЭОП), с помощью которого невидимое инфракрасное изображение преобразуется в видимое. Это используется в термографии и осуществляется с помощью приборов, получивших название тепловизоров. ЭОП применяются для усиления яркости рентгеновского изображения, и это позволяет уменьшить дозу облучения человека. В фотоэлектроколориметрах (ФЭК) используется также фотоэлемент. С помощью этих приборов решается ряд важных задач, одной из которых является изучение физико-химического состояния биомолекул. Зависимость силы фототока от освещенности позволяет использовать фотоэлементы как люксметры, чем и обусловлено их применение в санитарно-гигиенической практике.
Приборы и принадлежности: люксметр, линейка, электролампы.
Теоретическая часть
Фотоэффектом называется явление взаимодействия света с веществом, сопровождаемое эмиссией электронов (внешний фотоэффект), либо изменением электропроводимости вещества или возникновением электродвижущей силы (внутренний фотоэффект).
Внешний и внутренний фотоэффекты. Внешний фотоэффект наблюдается с поверхностей металлов. В этом случае его можно представить в виде трех процессов:
1) поглощение фотона электроном, в результате чего увеличивается кинетическая энергия электрона;
2) движение электрона к поверхности металла;
3) выход электрона из металла.
Этот процесс энергетически описывается уравнением Эйнштейна:
где h – постоянная Планка, h=6,6´10-34 Дж.с; n - частота фотона; hn - энергия фотона; Ав – работа выхода электрона; m – масса электрона; 
– скорость электрона; 
- кинетическая энергия электрона.
Внешний фотоэффект наблюдается также в газах на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация) и в конденсированных средах.
Внутренний фотоэффект происходит при освещении полупроводников и диэлектриков, если энергии фотона достаточно, чтобы вызвать переход электрона из валентной зоны в зону проводимости.
Законы фотоэффекта.
Первый закон. Величина фототока насыщения прямо пропорциональна величине светового потока, падающего на вещество:
,
где: IH – фототок насыщения;
Ф – световой поток;
k – коэффициент чувствительности к фотоэффекту.
Фототоку насыщения соответствует такой ток, в образовании которого участвуют все фотоэлектроны, выбитые из фотоэлемента при облучении его светом.
Существуют интегральная и спектральная чувствительность фотоэффекта. Интегральная чувствительность характеризуется способностью фотоэлемента реагировать на воздействие светового потока полихроматического света. Спектральная чувствительность определяет силу фототока при воздействии монохроматического излучения (
).
Графически первый закон представляет собой зависимость величины фотоэффекта I от напряжения U:
Рис. 1. График зависимости фототока от напряжения между электродами.
Второй закон. Кинетическая энергия фотоэлектронов зависит от частоты падающего света и не зависит от освещения.
.
Третий закон (закон о красной границе фотоэффекта). Для ввода формул, выражающих третий закон, возьмем предельный случай фотоэффекта, то есть, приравняем кинетическую энергию к нулю 
. Тогда из уравнения Эйнштейна получим:
.
Отсюда 
или в общем случае 
.
