Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Bài 46: Hiện tượng quang điện trong quang điện trở. Pin quang điện

KÝnh chµo c¸c thÇy c« gi¸o Chµo c¸c em häc sinh th©n mÕn Nhà máy thủy điện Hịa Bình Nhà máy điện hạt nhân Nhà máy nhiệt điệnVũng Tàu Năng lượng Mặt Trời Xe đạp chạy bằng năng lượng Mặt Trời QUANG ĐIỆN TRỞ BÀI 46 1. Hiện tượng quang điện trong 2. Quang điện trở. 3. Pin quang điện. PIN QUANG ĐIỆN HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG KIỂM TRA KIẾN THỨC CŨ ? Hiện tượng quan sát được trong thí nghiệm là hiện tượng gì ? 1. Hiện tượng quang điện ngoài là hiện tượng khi chiếu ánh sáng có bước sóng ngắn thích hợp vào bề mặt kim loại thì làm cho các eletron ở mặt kim loại đó bị bật ra. Các electron bị bật ra gọi là các electron quang điện. Ở đây, các electron bị bật hẳn ra khỏi mặt kim loại nên hiện tượng quang điện này được gọi là hiện tượng quang điện ngoài. H Zn 0 Hiện tượng quang điện ngồi chỉ xảy ra khi nào? TRẢ LỜI Hiện tượng quang điện ngồi chỉ xảy ra khi bước sĩng của ánh sáng kích thích nhỏ hơn hoặc bằng giới hạn quang điện. KIỂM TRA KIẾN THỨC CŨ Thế nào là hiện tượng quang điện trong? Hiện tượng quang điện trong xảy ra khi nào? 1. Hiện tượng quang điện trong: a. Hiện tượng quang điện trong Si Si Si Si Si Chất bán dẫn là gì? Đặc điểm của chất bán dẫn? KIỂM TRA KIẾN THỨC CŨ T 0 + + + + + + + + + + + + Si Si Si Si Si Si Si Si Si MẠNG TINH THỂ SILIC Trong bán dẫn tinh khiết mật độ electron bằng mật độ lỗ trống Tăng nhiệt độ của bán dẫn Chiếu ánh sáng cĩ bước sĩng thích hợp vào bán dẫn Bán dẫn E Muốn gây ra hiện tượng quang điện trong thì ánh sáng kích thích phải thỏa mãn điều kiện gì? Hiện tượng quang điện trong chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích có bước sóng bằng hoặc nhỏ hơn một bước sóng giới hạn  0 , gọi là giới hạn quang điện của bán dẫn. Với Ge, muốn gây ra hiện tượng quang điện trong, bước sĩng của ánh sáng kích thích phải nhỏ hơn 1,88 m Với Si, muốn gây ra hiện tượng quang điện trong, bước sĩng của ánh sáng kích thích phải nhỏ hơn 1,11 m So sánh giới hạn quang điện của bán dẫn và giới hạn quang điện của kim loại: Bán dẫn Giới hạn quang điện  0 (m) Kim loại Giới hạn quang điện  0 (m) Ge 1,88 Ag 0,260 Si 1,11 Cu 0,300 PbS 4,14 Zn 0,350 CdS 0,90 Al 0,360 PbTe 6 Na 0,500 PbSe 5,65 K 0,550 Ge 1,88 Ca 0,750 Hiện tượng quang điện trong được ứng dụng để phát hiện tia hồng ngoại, hoặc dùng trong các rơle điều khiển bằng tia hồng ngoại như thiết bị báo cháy, bộ điều khiển từ xa ở máy thu hình Năng lượng để giải phóng 1 electron liên kết thành 1 electron dẫn không lớn lắm do đó ánh sáng hồng ngoại cũng có thể gây ra hiện tượng quang điện trong Hiện tượng quang điện ngoài Hiện tượng quang điện bên trong Kim loại Bán dẫn Hiện tượng quang điện ngoài và hiện tượng quang điện trong Tấm kim loại b. Hiện tượng quang dẫn: G Đ E Bán dẫn b . Hiện tượng quang dẫn: Hiện tượng quang dẫàn là hiện tượng giảm điện trở suất, tức là tăng độ dẫn điện của bán dẫn, khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào. Trong hiện tượng quang dẫn: Khi chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp vào bán dẫn  các electron dẫn và lỗ trống  mật độ hạt tải điện trong bán dẫn tăng  độ dẫn điện của bán dẫn tăng (điện trở suất giảm) Một số chất bán dẫn là chất cách điện khi không bị chiếu sáng và trở thành chất dẫn điện khi bị chiếu sáng. Trong hiện tượng quang dẫn (khi  ≤  0 ), cường độ chùm sáng chiếu vào bán dẫn càng mạnh thì điện trở suất của nó càng nhỏ (Ứng dụng trong máy đo cường độ sáng) Giới hạn quang điện trong của một số chất Chất Giới hạn quang dẫn Điện trở trong tối Se 0,95 10 4 - 10 8 CdSe 1,22 2.10 6 PbS 4,14 10 4 - 10 5 CdS 0,90 3.10 6  PbTe 6 10 6 PbSe 5,65 10 6 Điện trở ngồi sáng 20  2. QUANG ĐIỆN TRỞ (LDR) Nguyên tắc hd : Dựa trên hiện tượng quang điện trong. Cấu tạo : mA 1 2 3 4 (1) Lớp chất bán dẫn ( CdS). (2) Tấm nhựa cách điện. (3),(4) : hai điện cực gắn vào lớp bán dẫn. - Chiếu ánh sáng thích hợp : số chỉ miliAmpe kế khác 0 (R CdS = 20  ) Ứng dụng : Trong các mạch điều khiển tự động, trong các máy đo ánh sáng. Định nghĩa : Quang điện trở là một tấm bán dẫn có điện trở thay đổi khi cường độ của chùm sáng chiếu vào nó thay đổi ( Ligh dependant resistor ). Hoạt động : Một điện trở tải R Một nguồn điện E - Khi đặt trong tối : số chỉ miliAmpe kế bằng 0. (R CdS = 3 106  ) Cường độ dòng quang điện trong mạch phụ thuộc vào cường độ chùm sáng và hiệu điện thế giữa hai điện cực. Ban ngày : Có ánh sáng chiếu vào quang điện trở nên R rất nhỏ , I B = 0; I C = 0 B E C I C R 1 6 V LDR      ~ Ban tối : ánh sáng chiếu vào quang trở yếu đến mức nào đó thì điện trở của nó đủ lớn làm hiệu điện thế U BE đạt khoảng 0,7 V nên xuất hiện dòng I B (0,3 mA) do đó xuất hiện dòng I C (60 mA). Dòng I C chạy qua nam châm điện làm cho nó hút cần ngắt điện làm đóng mạch thắp sáng các đèn đường. Mạch tự động đóng ngắt các đèn đường: p n p n E t 3. Pin quang điện * Pin quang điện là nguồn điện, trong đĩ quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng * Nguyên tắc hoạt động: Dựa trên hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạnh lớp tiếp xúc p - n * Cấu tạo: Một lớp bán dẫn loại n Một lớp bán dẫn loại p Một lớp kim loại mỏng trong suốt đối với ánh sáng Một lớp đế kim loại Tiến sĩ Lê Hồng Tố, người đã biến năng lượng mặt trời thành điện, chủ nhiệm dự án Delta Prores là nhà khoa học nữ thứ 21 của Việt Nam được trao giải Kovalevskaia mang tên nhà nữ tốn học Nga xuất sắc ở thế kỷ 19. Trạm đ iện Mặt Trời quần đảo Trường Sa Pin Mặt Trời lắp đặt cho hộ dân tộc ở Bình Phước BẾP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI MÀN HÌNH DÈN LED DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI MƠ HÌNH THÀNH PHỐ NỔI DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI + làm nguồn điện sử dụng cho máy tính bỏ túi, trên vệ tinh nhân tạo . . . Ứng dụng : + Pin quang điện có rất nhiều ứng dụng Chị Bé với chiếc bếp năng lượng Mặt Trời Điện thoại di động dùng năng lượng Mặt trời Máy đo ánh sáng Máy bay chạy bằng năng lượng Mặt trời Sputnik - vệ tinh nhân tạo đầu tiên ERS2-MỘT VỆ TINH QUAN SÁT TRÁI ĐẤT CỦA CƠ QUAN VŨ TRỤ CHÂU ÂU VỆ TINH THU NĂNG LƯỢNG MặT TRỜI CUNG CẤP CHO TRÁI ĐẤT Ứng dụng : Pin quang điện có rất nhiều ứng dụng Một phịng giặt ở California sử dụng năng lượng Mạt Trời Thiết bị nung nĩng dùng năng lượng Mặt Trời Bếp cĩ cơng suất 1000 kW ở Odeillo (Pháp) đạt đến 3000 0 C Xe chạy bằng năng lượng Mặt Trời Ứng dụng : Pin quang điện có rất nhiều ứng dụng Nhà máy cung cấp năng lượng Mặt Trời lớn nhất thế giới (khánh thành năm 2010 tai Singapore CỦNG CỐ LẠI BÀI Hiện tượng quang dẫn (hiện tượng quang điện bên ngồi, điều kiện để cĩ hiện tượng quang dẫn, giới hạn quang dẫn 2. Quang trở, ứng dụng của quang trở. 3. Pin quang điện, ứng dụng của pin quang điện.