Выразим предельную частоту 
через длину волны 
, причем скорость света в вакууме обозначим через С:
, тогда 
.
Отсюда 
или в общем виде 
Для каждого вещества существует предельная длина световой волны, больше которой фотоэффект не вызывается.
Закон о красной границе фотоэффекта не выполняется для лазерного излучения ввиду большой плотности фотонов.
Вакуумный фотоэлемент
Рис.2. Схема работы вакуумного фотоэлемента.
1 – катод; 4 – световой поток;
2 – анод; 5 – источник энергии;
3 – цоколь; 6 – миллиамперметр.
Фотокатод представляет собой фоточувствительный слой, нанесенный на внутреннюю поверхность баллона. Работа вакуумного элемента основана на внешнем фотоэффекте. Он состоит из источника электронов – фотокатода (1) и анода (2) (см.рис.2), помещенных в стеклянный баллон, из которого выкачан воздух (Р=10-7 мм. рт. ст.). Свет (4), падая на катод и поглощаясь им, вызывает фотоэффект в виде эмиссии фотоэлектронов, которые под воздействием электрического поля, создаваемого источником (5), устремляются к аноду (2). Цепь замыкается, возникает фототок, величина которого регистрируется миллиамперметром (6).
Селеновый фотоэлемент
Селеновый фотоэлемент представляет собой слой селена, на который напылением наносится тонкий слой серебра, а снизу находится стальная или железная пластинка (рис.3).
Рис.3. Устройство селенового фотоэлемента.
Для чистого селена характерна дырочная проводимость (рис. 4).
Рис. 4 Рис. 5 Рис. 6
Процессы, происходящие в селеновом фотоэлементе при действии света.
Свет, падая на прозрачный слой серебра (Ag), частично вступает во взаимодействие с ним, выбивая из него фотоэлектроны, а частично проходит в слой селена (Se), который, поглощая свет, увеличивает свою внутреннюю энергию и нагревается. В результате нагрева селен меняет свою модификацию на кристаллическую, и в этой части селена появляются свободные электроны (рис. 5). Возникает п-р переход (запирающий слой), открытый для дырок и закрытый для электронов. Дырки переходят в нижний слой селена, электроны остаются в его верхнем слое (рис. 6), в результате серебряная и железная пластинки заряжаются разноименно. Таким образом возникает разность потенциалов, и гальванометр регистрирует ее величину.
Селеновый фотоэлемент, медно-закисный, германиевый, сернисто-таллиевый относятся к вентильным фотоэлементам, большим преимуществом которых является то, что они работают без источника тока.
Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)
Работа ФЭУ основана на внешнем фотоэффекте.
Рис. 7. Схема фотоэлектронного умножителя.
Фотоэлектронный умножитель представляет собой стеклянный баллон, внутри которого находятся катод (К), анод (А) и промежуточные аноды-диноды (Эi) (рис.7). Свет падает на катод К и эмитирует электроны, которые фокусируются на первом диноде (Э1). В результате вторичной электронной эмиссии с этого динода вылетает больше электронов, чем падает на него, т.е. происходит как бы умножение электронов. Умножаясь на последующих динодах, электроны в итоге образуют ток, усиленный в сотни тысяч раз по сравнению с первичным фототоком.
Электронно-оптический преобразователь (ЭОП). Работа ЭОП основана на внешнем фотоэффекте.
Рис.8. Схема электронно-оптического преобразователя
Световое изображение объекта (1) (здесь и далее см.рис.8), с помощью линзы L спроецированное на полупрозрачный фотокатод К, преобразуется в электронное изображение (2). Ускоренные и сфокусированные электрическим полем, созданным электродами Э, электроны попадают на люминесцентный экран (4). На экране, благодаря катодолюминесценции, электронное изображение вновь преобразуется в световое (3).
Если сигнал с ЭОП попадает в виде развертки на телевизионную систему, то на экране телевизора можно получить тепловое изображение предмета. Части тела, имеющие разные температуры, различаются на экране либо цветом при цветном изображении, либо светом, если изображение черно-белое. Такая техническая система называется тепловизором и используется в термографии.
Порядок выполнения работы
