Photozelle


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Mit einer Photozelle oder Fotozelle kann die Intensität von Licht mit geeigneter Wellenlänge gemessen werden. Sie besteht aus zwei Elektroden in einem evakuierten Glaskolben und wird in weiterem Sinn zu den Elektronenröhren gezählt. Durch das einfallende Licht werden aufgrund des äußeren photoelektrischen Effekts Elektronen aus der Photokathode herausbeschleunigt. Falls diese Elektronen die Anode treffen, werden sie abgeleitet und sind als Photostrom messbar. Andernfalls werden sie von der Kathode wieder angezogen.

Die Photozelle wurde 1893 von Hans Geitel und Julius Elster erfunden.[1] Sie wurde weitgehend durch optische Halbleitersensoren abgelöst. Für die Messung sehr geringer Lichtstärken wurde die Photozelle durch Integration eines Sekundärelektronenvervielfachers zum Photomultiplier (PMT) weiterentwickelt.

Abgrenzung: aus Halbleitern aufgebaute Photoempfänger zählen zu den Halbleiterdetektoren, es sind z. B. Photodioden, Photowiderstände oder Solarzellen – diese werden nicht als Photozellen bezeichnet.

Inhaltsverzeichnis

Aufbau


Eine Photozelle besteht aus zwei Elektroden in einem meist luftleeren Glasgehäuse. Die beiden Elektroden unterscheiden sich in Aufbau und Anordnung:

Betrieb mit Saugspannung


Wird zwischen Anode und Kathode eine Spannung angelegt, wobei der positive Pol der externen Spannungsquelle an die Anode und der negative Pol an die Kathode angeschlossen wird, so werden die vom Licht freigesetzten Elektronen zur Anode hin beschleunigt und es kann ein elektrischer Strom (Photostrom) von einigen Mikroampere gemessen werden.

Betrieb mit Gegenspannung


siehe Hauptartikel Photoelektrischer Effekt#Äußerer photoelektrischer Effekt

Wenn keine Spannungsquelle mit der Photozelle verbunden ist und diese mit Licht genügend hoher Frequenz (und damit Energie) beleuchtet wird, bildet sich zwischen Anode und Kathode bei Belichtung eine geringe, kaum belastbare Spannung von etwa einem Volt aus. Die Photozelle arbeitet als Stromquelle, weil manche der aus der Photokathode ausgelösten Elektronen auf der Anode landen und nicht mehr zur Kathode zurückkehren können. Deshalb lädt sich die Anode negativ auf, die Kathode positiv. Diese Photospannung steigt mit der Frequenz des einfallenden Lichts an.

Diese Betriebsart wird nur dann gewählt, wenn der Äußere Photoelektrischer Effekt vorgeführt werden soll, für dessen Erklärung Albert Einstein den Nobelpreis erhielt.

Quellen


  1. Kurt Jäger, Friedrich Heilbronner: Lexikon der Elektrotechniker. 2. Auflage. VDE-Verlag, 2010, ISBN 978-3-8007-2903-6, S. 117.
  2. Dieter Meschede: Optik, Licht und Laser. Vieweg+Teubner, 2008, ISBN 978-3-8351-0143-2, S. 392 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  3. Dieter Geschke, Physikalisches Praktikum, Vieweg + Teubner, S. 257.

Weblinks


Commons: Phototubes  – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien









Kategorien: Elektronenröhre | Sensor




Stand der Informationen: 22.02.2021 06:55:27 CET

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