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物理光电效应原理及其在实际中的应用探讨

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张益斌

摘要：在物理学中，光电效应是一种非常神奇的现象。某些物质内部的电子如果在高于某特定频率的电磁波照射下，可以被光子激发，从而形成电流，这种现象称为光生电现象。早在十九世纪，德国物理学家赫兹首次发现光电现象。笔者对物理光电效应原理进行分析，并就其在实际中的应用探讨。

关键词：物理光电效应实际生活应用

1.物理光电效应原理分析

当光照射在物体上时，光的能量只有部分以热的形式被物体所吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使这些电子逸出物体表面，这种现象称为光电效应。物理光电效应的本质是光与物质（金属）之间的相互作用。在信号转换的过程中，光电效应是非常重要的。利用光电效应原理，不仅可以制作光电管，夜视仪，还可以将其在电视录像、光电检测等多个领域中进行应用。正是因为光有波粒二象性，光的波性被显现出来，从而产生衍射、干涉、偏振等现象。如果光和物体发生作用，光的粒子性就被显现出来。图1是研究光电效应的一种简单实验装置：在光电管的阳极A和阴极K之间加上直流电压U，当用单色光照射阴极K时，阴极上就会有光电子逸出，它们将在加速电场的作用下飞向阳极A而形成电流I，称为光电流。

2.物理光电效应的实际应用探讨

2.1物理光电效应在光电管中的应用

光电管从本质上来看就是一种光电器件，其应用较为普遍。在1927年，美国首次拍摄成功有声电影之前，电影是无声的。在后期，尽管电影能够发声，但是借助留声机来实现电影的播放的。如果声音和影像不能默契配合，那么播放出来的效果是很不理想的。在二十一世纪的今天，我们能够通过电视机或电脑轻轻松松地观看到有声电影，这跟光电管的发明是分不开的。当一部电影拍摄结束之后，就需要进行录音，在录音的过程中，会使用设备将声音的改变转化为光的改变，声音的“像”摄制在影片的边缘，最终形成影片边上的音道。在对电影进行放映的过程中，光电管的工作的过程就是使“声音的照片”被还原为声音的过程。其中用到的原理就是在变化的光照射光电管的前提条件下，使电路中的电流发生改变，如果使电流放大，那么就可以借助喇叭实现声音的播放。

2.2物理光电效应在光控继电器中的应用

光控继电器是工厂中广泛使用的一种器件，很多光电控制设备都会用到光控继电器。光控继电器的用途非常广泛，不仅可以自动计数，还可以用于安全生产。比如在传送带产品的传送的过程中，如果要自动计数，可以将光源放置在传送带一侧，将光电管放置在传送带的另一侧，一旦有产品在传送带上传送，那么光线就会被遮挡，光控继电器就放开衔铁一次，从而使计数器数字加1。又如，在某些机器上安装光控继电器，可以使机器停止工作，从而实现对工人的保护，使事故发生的概率大大降低。

2.3物理光电效应在太阳能电池中的应用

太阳能电池是可以有效吸收太阳能并将其转化成电能的半导体部件，其原理是利用光生伏特效应把光能转换成电能。这种半导体部件的主要结构是一个较大的PN结，所谓PN结，就是将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区，这个空间电荷区被称为是PN结。现在，太阳能电池在多个领域获得了广泛的应用。比如在人造卫星和空间站，使用其他能源是很难获得持久的能量支持的，而太阳能几乎是取之不尽用之不竭的，将太阳能转化为电能是一个不错的想法。太阳电池电源设备在航空运输和气象观测、航线识别领域都有应用。不仅如此，在我们日常生活中，手表和照相机等也可以使用太阳能电池，这些太阳能电池使用的原理就是物理光电效应的原理。

2.3物理光电效应在光电探测器中的应用

在半导体光电效应实际应用中，光电探测器是其中非常重要的应用之一。光电探测器不仅能够实现对光辐射的接收，还可以实现对光辐射的探测。通过对光电探测器的组成进行分析，不难发现其主要的部件是光敏管，其中二极管和三极管是光敏管重要的组成部分。在高中教材中，传感器的应用实验使我们对光敏电阻的功能有了进一步的认识，其中光敏电阻能够对光电信号进行转化。在数码照相机中，光电探测器能够对光子的基本粒子的图案进行感知，并把图案转为图像。在夜视镜中，借助光探测器可以使人的肉感感知到热辐射。

3.小结

在科学技术飞速发展的过程中，物理光电效应原理得到了越来越深入而广泛的应用。在实际应用中，物理光电效用不仅在光电管、光控继电器、太阳能电池、光电探测器中有应用，而且在其他很多领域可以看到物理光电效应的应用。在学习高中物理的过程中，我们应当学会将高中物理知识应用到实际中去。在对日常事物观察的同时，加强对高中物理理论知识的理解，从而实现理论和实践的结合。

参考文献：

[1]陈振宽，王志标.光电传感器的基本知识及其创新应用[J].农村实用科技信息，2011.

[2]陈泽民.近代物理與高新技术物理基础[M