Hiện tượng quang điện trong - Quang điện trở - Pin quang điện

Pin quang điện hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong

Ta có: Hiện tượng quang điện trong là hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết thành các electron dẫn đồng thời tạo ra các lỗ trống tham gia vào quá trình dẫn điện.

A, C, D - đúng

B - sai vì: Điện trở của quang điện trở có thể thay đổi từ vài Megaôm (rất lớn) khi không được chiếu sáng xuống vài chục ôm khi được chiếu sáng thích hợp.

A, C, D - đúng

B - sai vì : Các tế bào quang điện hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện ngoài

Pin quang điện là nguồn điện, trong đó quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng

Nguyên tắc hoạt động của quang điện trở dựa vào hiện tượng quang điện trong

Ta có:

+ Công suất ánh sáng nhận được:

\({P_{as}} = {\text{ }}0,6.1360{\text{ }} = {\text{ }}816W\)

+ Công suất điện tạo ra:

\({P_d} = {\text{ }}UI{\text{ }} = {\text{ }}4.24{\text{ }} = {\text{ }}96W\)

=> Hiệu suất của bộ pin là:

$H = \frac{{{P_d}}}{{{P_{{\text{as}}}}}} = \frac{{96}}{{816}} = 0,1176 = 11,76\% $ 

Năng lượng cần thiết để giải phóng một electron liên kết thành electron dẫn:

\(A = \dfrac{{hc}}{{{\lambda _0}}} \Rightarrow {\lambda _0} = \dfrac{{hc}}{A} = 1,{8821.10^{ - 6}}m\)

=> Giới hạn quang dẫn (hay giới hạn quang điện trong) của Ge thuộc vùng ánh sáng hồng ngoại.

Số phôtôn mà nguồn sáng phát ra trong 1s: \(N = \dfrac{{P\lambda }}{{hc}} = \dfrac{{1,{{5.546.10}^{ - 9}}}}{{6,{{625.10}^{ - 34}}.3,{{10}^8}}} = 4,{12.10^{18}}(photon/s)\)

=> Số photôn mà nguồn phát ra trong 1 phút là:  60N = 2,47.10²⁰ hạt

Khi không chiếu sáng vào quang điện trở, số chỉ của mili ampe kế là:

\({I_1} = \dfrac{E}{{r + {R_1}}} \Rightarrow {6.10^{ - 6}} = \dfrac{9}{{1 + {R_1}}} \Rightarrow {R_1} = 1,{5.10^6}\,\,\left( \Omega  \right) = 1,5\,\,\left( {M\Omega } \right)\)

Khi chiếu sáng vào quang điện trở, số chỉ của ampe kế là:

\({I_2} = \dfrac{E}{{r + {R_2}}} \Rightarrow 0,6 = \dfrac{9}{{1 + {R_2}}} \Rightarrow {R_2} = 14\,\,\left( \Omega  \right)\)

Ta có: \({f_0} = {{{{3.10}^8}} \over {{{0,62.10}^{ - 6}}}} = {4,84.10^{14}}Hz\)

Điều kiện xảy ra hiện tương quang điện là : f ≥ f₀.

=> Chùm bức xạ 4 gây ra hiện tượng quang điện trong.

Giới hạn quang điện của chất quang dẫn: \(\lambda  = 1,88\mu m = {1,88.10^{ - 6}}m\)

Tần số giới hạn quang điện của chất quang dẫn: \({f_0} = {c \over {{\lambda _0}}} = {1,596.10^{14}}Hz\)

Điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện trong: \(\lambda  \le {\lambda _0} \Rightarrow f \ge {f_0} = {1,596.10^{14}}Hz\)

Công suất của pin:

\({P_{pin}} = {P_{tp}} = {P_{1\,{m^2}}}.S = 1360.0,6 = 816{\text{W}}\)

Công suất có ích (cung cấp cho mạch ngoài):

\({P_{mn}} = {P_{ci}} = UI = 24.4 = 96W\)

Hiệu suất của Pin:

\(H = {{{P_{mn}}} \over {{P_{pin}}}}.100\%  = 11,76\% \)

Bức xạ điện từ kích thích có bước sóng\(\lambda  = 240nm\)

\( \Rightarrow \) Bức xạ điện từ kích thích có tần số:

\(f = \dfrac{c}{\lambda } = \dfrac{{{{3.10}^8}}}{{{{240.10}^{ - 9}}}} = 1,{25.10^{15}}Hz\)

Điều kiện để xảy ra hiện tượng quang điện là :

\(\lambda  \le {\lambda _0} \Rightarrow f \ge {f_0}\)

Từ đồ thị ta thấy : \(f > {f_{0Kem}} > {f_{0Natri}} > {f_{0Kali}}\)

\( \Rightarrow \) Có 3 kim loại xảy ra hiện tượng quang điện.

Khi cường độ ánh sáng trên quang điện trở giảm → điện trở của quang biến trở R_q tăng

Số chỉ của các Vôn kế là:

\(\left\{ \begin{array}{l}{U_P} = I.R = \dfrac{{E.R}}{{R + {R_q}}}\\{U_Q} = {R_q}.I = \dfrac{{E.{R_q}}}{{R + {R_q}}} = \dfrac{E}{{\dfrac{R}{{{R_q}}} + 1}}\end{array} \right.\)

Nhận thấy: khi R_q tăng → U_P giảm, U_Q tăng

Khi không chiếu sáng vào quang điện trở, số chỉ của mili ampe kế là:

\(\begin{array}{*{20}{l}}{{I_1} = \dfrac{E}{{r + {R_1}}} \Rightarrow {{6.10}^{ - 6}} = \dfrac{9}{{1 + {R_1}}}}\\{ \Rightarrow {R_1} = 1,{{5.10}^6}{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \left( \Omega  \right) = 1,5{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \left( {M\Omega } \right)}\end{array}\)

Khi chiếu sáng vào quang điện trở, số chỉ của ampe kế là:

\({I_2} = \dfrac{E}{{r + {R_2}}} \Rightarrow 0,6 = \dfrac{9}{{1 + {R_2}}} \Rightarrow {R_2} = 14{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \left( {\Omega {\rm{}}} \right)\)