Фотоэффект является результатом взаимодействия света с веществом, при котором энергия света поглощается и генерируется электрический ток. Если при таком воздействии света сгенерированный электрон выходит за пределы физического тела, то наблюдается внешний фотоэффект, если остается внутри и приводит к изменению проводимости материала – то внутренний.
Практическое применение фотоэффекта в технике может быть разнообразным. В частности, внешний фотоэффект применяется для воспроизведения звука, например, в кино. Кроме того, созданы специальные приборы для измерения яркости, силы света, освещенности. Явление фотоэффекта задействовано в управлении производственными процессами. Для этого есть специальные приборы, называемые фотоэлементами.
Фотоэлементы и их применение основаны на факте изменения проводимости при изменении освещенности. В основном такие элементы используются в системах контроля и учета, например, подсчета готовой продукции. Другое их назначение – контроль попадания объекта в запретную зону. Если рука оператора пресса попадает в рабочую зону, то пресс сразу останавливается. Это срабатывает фотоэлемент. Такое же устройство стоит в упоминавшемся ранее турникете в метро: если оплата проведена (фотоэлемент отключен), то проход открыт, если нет (фотоэлемент включен), то закрыт.
Повышение задымленности воздуха тоже приводит к срабатыванию фотоэлемента, сигнализирующего о критической ситуации. Использование фотоэлементов в обрабатывающих станках позволило добиться повышенной точности обработки деталей.
Другой возможностью является применение фотоэффекта в качестве источника тока, или солнечных батарей. В подобных устройствах работа основана на разновидности внутреннего фотоэффекта, называемого вентильным фотоэффектом. В этом случае при попадании света на контакт двух полупроводников возникает ЭДС, вследствие чего возможно прямое преобразование световой в электрическую энергию.
Подобные солнечные батареи изготавливаются на основе соединений арсенида галлия. Они позволяют получать электроэнергию без нанесения вреда экологии – солнце освещает поверхность батареи, и на выходе получается готовая к потреблению энергия. Нет никаких сложных механических устройств, нет необходимости сжигать топливо или строить мощные плотины.
Однако такое применение фотоэффекта сопряжено в настоящее время со значительными трудностями. Во-первых, сами солнечные батареи дороги и, соответственно, будет дорогой получаемая электроэнергия. Во-вторых, КПД подобного преобразования не превышает 26%. Правда, работы в направлении повышения эффективности и уменьшения стоимости преобразования светового потока продолжаются, и можно надеяться, что в скором времени будут готовы достаточно эффективные и дешевые солнечные батареи.
Ведь даже сейчас потребность космических станций в электроэнергии обеспечивают солнечные батареи. Да и в местах, где в течение года наблюдается много солнечных дней, работают подобные преобразователи. Перспективы использования солнечной энергии очень заманчивые. Проведены эксперименты, доказывающие, что энергия солнца позволяет плавить металл. А если еще вспомнить легенду, согласно которой древнегреческий ученый Архимед, используя зеркала, смог при помощи солнечного света сжечь римские корабли, то можно не сомневаться в неограниченных возможностях применения света как источника энергии.
В представленном материале рассмотрено применение фотоэффекта, механизм его возникновения и разновидности. Приведены примеры практического использования явления фотоэффекта в технике.
