Фотореле и история создания

                                               МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ АВТОНОМНОЙ

                                                                   РЕСПУБЛИКИ КРЫМ

                              МАЛАЯ  АКАДЕМИЯ НАУК ШКОЛЬНИКОВ КРЫМА<< ИСКАТЕЛЬ>>

                                              ЕВПАТОРИЙСКИЙ ГОРОДСКОЙ ФИЛИАЛ 

                                                                             СЕКЦИЯ ФИЗИКА 
 
 
 

                                       ФОТОРЕЛЕ 
 

                                                                                                                                       РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ:

                                                                                                                                       Богомолов Ярослав      

                                                                                                                                       Учащийся 9-8 класса

                                                                                                                                       ЕОШ №11 
 

                                                                                                                                           РУКОВОДИТЕЛЬ:

                                                                                                                                         УЧИТЕЛЬ ФИЗИКИ

                                                                                                                                             ЕОШ№11 
 
 
 
 

                                                               Г.ЕВПАТОРИЯ 2010 Г.      

                                                                 СОДЕРЖАНИЕ                                   

1. Экскурс в историю

2.1полупроводник его структура и свойства

     2.2 фотографии фото элементов

    2.3    реле история создания

   2.4 принцип работы

2.5 применение в електро технике  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                     1. Экскурс в историю 

     Честь изобретения фотоэлемента принадлежит  русскому ученому Александру Григорьевичу Столетову.

     Будучи  профессором физики Московского  университета, А.Г. Столетов в 1888г. провел такой опыт. Неподалеку друг от друга  он раположил металлический диск и тонкую металлическую сетку, укрепив  их на стеклянных стойках. Диск соединил с отрицательным, а сетку –  с положительным полюсами батареи. Между сеткой и батареей он включил  чувствительный электроизмерительный прибор- гальванометр с зеркальцем на подвижной рамке вместо стрелки. Против  гальванометра находился  фонарик, а  под ним полоса бумаги с делениями- шкала. Пучок света  от фонаря направлялсяна зеркальце  гальванометра, а отраженный от него зайчик падал на шкалу. Даже при незначительном токе зеркальце гальванометра поворачивалось, заставляя световой зайчик бежать по делениям шкалы. На некотором расстоянии от диска и сетки А.Г.Столетов установил другой фонарь, свет которого, пронизывал сетку, освещая диск. Пока шторка дугового фонаря была закрыта, световой зайчик покоился на нуле  шкалы. Но стоило шторку  приоткрыть, как  зайчик тотчас начинал перемещаться по шкале, указывая на наличие тока, в казалось бы, разорванной цепи.

     Этот  опыт позволил ученому сделать вывод: свет «рождает» электрический ток. Это явление мы теперь называем фотоэлектрическим  эффектом (от греческого слова «фото» - свет и латинского слова «эффект» - действие).

     А.Г.Столетов, кроме того, экспериментальным путем  доказал, что некоторые материалы  под действием света подобнонагретому катоду радиолампы могут испускать  электроны. В его опытах свет выбивал  из металлического диска «рой» электронов, который притягивался положительно  заряженной сеткой, образуя в цепи элекрический ток. Этот ток мы называем фототоком.

     В опытной установке А.Г.Столетов использовал  два электрода, подобные  электродам двухэлектрдной лампы: диск – катод, сетка – анод. Когда диск освещался, в цепи возникал электрический ток, потому что в пространстве  между  электродами появлялся поток  электронов, выбитых светом из диска  – катода.Такая установка и  была первым в мире фотоэлементом. Значение фототока такого прибора зависело от свойств металла, из которого был сделан катод, напряжения батареи и освещенности катода.

     Катоды  современных фотоэлементов делают из полупроводников. При этом образование  свободных электронов, способных  вылетать из катодов, идет во много  раз интенсивнее, чем при использовании  катодов из металлов.  

     Характерным представителем первых светочувствительных  приборов был фотоэлемент ЦГ-3, (рис.1)который использовался например, в кинопроэкторах для преобразования пучка света, напрвленного на фонограмму киноленты, в электрический сигнал звуковой частоты. Это небольшая шарообразная стекляная колба с двумя металлическими цилиндриками- выводами электродов. На внутреннюю поверхность колбы нанесен тончайший слой серебра, называемый подкладкой, а поверх него- слой цезия (буква Ц в названии прибора). Это –катод. Он соединен с выводом меньшего диаметра, обозначенным знаком минус. В центре колбочки на стержне укреплено металлическое кольцо- анод. Он соединен  с выводом большого диаметра, который обозначают знаком плюс.

     Колба фотоэлемента наполнена нейтральным  газом (буква Г в его названии), благодаря чему можно получить большой  фототок. Объясняется это тем, что  электроны, летящие от катода к аноду, сталкиваются по пути  с атомами  газа и выбивают из них новые электроны, которые также летят к аноду. Остатки атомов – положительные  ионы - летят к катоду. В результате общее количество электронов, летящих  к аноду, получается большим, чем  в вакууме.

     Ток в цепи с фотоэлементом  ЦГ-3 при  сильной освещенности катода  и  напряжении на аноде 250В не превышает 200 мкА. Но он почтив 200 раз больше тока при полном затемнении фотоэлемента. Это значит, что при перекрывании пучка света , направленного на фотоэлемент, фототок может измениться примерно от 1 до 200мкА. Но ведь этот изменяющийся фототок можно усилить до значения, способного управлять другим электрическим  прибором, например электродвигателем, включая его освещением и выключая затемнением фотоэлемента. Получится  фотореле.

     Вышеупомянутый  фотоэлемент относится к группе фотоэлементов с внешним фотоэффектом. Называют их так потому, что у  них электроны под действием  света вылетают из катода в окружающее их пространство.

     Другая  группа фотоэлементов – приборы  с внутренним фотоэффектом. Это фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и некоторые  другие светочувствительные приборы.

     Фоторезистор  представляет собой тонкий слой полупроводника, нанесенный на стекляную или кварцевую  пластинку, запресованную в круглый, овальный или прямоугольный пластмассовый  корпус небольших размеров. Полупроводниковый  слой с двух сторон имеет контакты для включения его в электрическую  цепь.Электропроводность слоя полупроводника изменяется в зависимости от его  освещенности: чем сильнее он освещен, тем меньше его сопротивление  и, следовательно больше ток, который  через него проходит. Таким образом, этот прибор под дейcтвием  
 
 

     Рис.1

     света, падающего на него, также может  быть использован для автоматического  включения и выключения различных  электрических приборов, механизмов.

     Фотодиод, являющийся светочувствительным элементом  с запирающим слоем, по своему устройству напоминает плоскостной полупроводниковый  диод.