TIẾT 75: QUANG TRỞ VÀ PIN QUANG ĐIỆN
I. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU:
A. Trọng tâm:
- Khái niệm về hiện tượng quang dẫn và về hiện tượng quang điện bên trong.
- Khái niệm, cấu tạo và hoạt động của quang trở và pin quang điện.
- Những ưu điểm của quang trở so với tế bào quang điện chân không.
B. Kỹ năng:
- Phân biệt được hiện tượng quang điện bên trong và hiện tượng quang điện
bên ngoài.
- Giải thích được hoạt động của quang trở và pin quang điện.
- Giải được những bài toán đơn giản về quang trở và pin quang điện.
C. Phương pháp: Diễn giảng, pháp vấn, gợi mở.
II. CHUẨN BỊ:
Học sinh: xem Sgk
GV: Chuẩn bị máy tính sử dụng năng lượng mặt trời (hoặc máy đo ánh
sáng)
làm dụng cụ trực quan.
III. TIẾN HÀNH LÊN LỚP:
A. Ổn định:
B. Kiểm tra:
1. Hiện tượng quang điện là gì? Nêu thí nghiệm có hiện tượng quang điện?
2. Trình bày thí nghiệm với tế bào quang điện và nêu kết quả?
C. Bài mới:
PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG
Nhắc lại: liên kết trong bán dẫn là
liên kết gì? (liên kết cộng hóa trị), ở
điều kiện bình thường liên kết này
như thế nào? (bền vững) bán dẫn
là chất gì? (điện môi)
- Bán dẫn là một kim loại, khi chiếu
bởi ánh sáng có bước sóng thích hợp
thì bán dẫn các photon làm bứt ra
các e- liên kết tạo thành e- tự do;
chỗ thiếu e- tạo thành lỗ trống. e-
và “lỗ trống” chuyển động tự do
trong bán dẫn làm cho bán dẫn bị
I. HIỆN TƯỢNG QUANG DẪN:
Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng điện trở của chất
bán dẫn giảm mạnh khi bị chiếu sáng gọi là hiện tượng
ẫn giảm mạnh khi bị chiếu sáng gọi là hiện tượng
quang dẫn.
1. Sự tạo thành hạt mang điện:
Trong hiện tượng quang dẫn, khi bán dẫn hấp thụ 1
photon của ánh sáng kích thích sẽ giải phóng 1 e- liên
kết để nó trở thành e- tự do chuyển động trong khối bán
dẫn đó và gọi là e- dẫn.
Ngoài ra, chỗ e- liên kết được giải phóng để lại một
“chỗ trống” mang điện tích dương và lỗ trống này cũng
chiếu sáng sẽ trở nên dẫn điện tốt. có thể chuyển động và tham gia vào quá trình dẫn điện.
- Phân biệt giữa hiện tượng quang
điện bên trong và hiện tượng quang
điện bên ngoài?
(- Điểm giống nhau: các photon khi
bị hấp thụ đều làm bứt ra các e-.
- Điểm khác nhau:
+ Hiện tượng quang điện bên ngoài
làm bứt ra các e- ra khỏi kim loại
(Katod) để trở thành e- quang điện.
+ Hiện tượng quang điện bên trong
làm bứt ra các e- ra khỏi liên kết để
trở thành e- dẫn ngay trong khối đó)
2. Hiện tượng quang điện bên trong và bên ngoài:
- Hiện tượng giải phóng một số e- liên kết để cho
chúng trở thành e- dẫn gọi là hiện tượng quang
điện bên trong.
- Hiện tượng làm bứt ra các e- khỏi bề mặt Katod
để chúng trở thành e- quang điện gọi là hiện tượng
quang điện bên ngoài.
* Lưu ý: khác với hiện tượng quang điện, trong
hiện tượng quang dẫn năng lượng cần thiết để giải
phóng các e- dẫn là không lớn lắm, nghĩa là không
đòi hỏi photon phải có năng lượng lớn.
VD: với ánh sáng hồng ngoại (0,9mm) nhiều chất
quang dẫn vẫn hoạt động được (Cds)
Vậy, bước sóng dài có khả năng gây ra được hiện
tượng quang dẫn ở một chất được gọi là giới hạn
quang dẫn.
- Ta biết, bán dẫn ở điều kiện bình
thường nó là chất cách điện (R lớn),
II. QUANG TRỞ:
Hiện tượng quang dẫn được ứng dụng để tạo ra các
khi bị kích thích (t0, ánh sáng…) thì
nó trở nên dẫn điện (R bé)
- Khi chiếu vào bán dẫn ánh sáng có
bước sóng thích hợp trên bán dẫn
có hiện tượng gì? (làm bứt ra các e-
dẫn)
- Nếu nối giữa 2 cực một hiệu điện
thế nào đó, có dòng qua mạch
không?
I = ? nếu đặt bán dẫn ở trong tối.
VD: với quang trở là Cds thì:
+ Trong tối: R = 3.106
+ Ngoài sáng: R = 20
- Ứng dụng: mạch tự động đóng –
ngắt đèn đường (học sinh xem Sgk)
điện trở có điện trở thay đổi được nhờ biến thiên
cường độ chùm sáng chiếu vào, gọi là các quang
trở.
Cấu tạo: gồm một lớp bán dẫn mỏng: Cds (1) phủ
lên một tấm nhựa cách điện (2). Hai đầu bán dẫn là
2 điện cực (3) và (4) bằng kim loại để nối ra ngoài.
Hoạt động: nối vào 2 điện cực một hiệu điện thế
khoảng vài vôn thông qua 1 mA kế.
+ Khi đặt trong tối I = 0: không có dòng qua
mạch.
+ Khi chiếu vào quang dẫn bằng ánh sáng có bước
sóng ngắn hơn “giới hạn quang dẫn” trong mạch
có dòng điện điện trở của quang trở giảm mạnh.
Ứng dụng: dùng để thay cho tế bào quang điện
trong các mạch điều khiển tự động.
III. PIN QUANG ĐIỆN:
Pin quang điện là một nguồn điện trong đó quang
năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng, hoạt
động dựa trên hiện tượng quang điện bên trong của
Lớp tiếp xúc Cu2O và Cu chỉ cho
các e- di chuyển từ Cu2O Cu. Ta
đã biết khi chiếu bởi ánh sáng có
bước sóng thích hợp vào kim loại
làm bứt ra các e- dẫn. Để e- di
chuyển qua được lớp tiếp xúc trên
thì ánh sáng phải được chiếu vào lớp
nào? (Cu2O) Khi có e- di chuyển
làm cho các lớp trên tích điện như
thế nào? (Cu(-) và Cu2O(+)) Vậy
giữa chúng tồn tại một suất điện
động, nối 2 cực với mạch ngoài thì
dòng điện trong mạch có chiều như
thế nào?
bán dẫn.
Cấu tạo: xét pin đơn giản là pin Đồng Oxit. Pin có
một điện cực bằng Cu, trên đó phủ một lớp Đồng
Oxit Cu2O. Trên lớp Cu2O người ta phun một lớp
kim loại rất mỏng (có thể cho ánh sáng truyền qua)
để làm điện cực.
Lớp tiếp xúc giữa Cu2O và Cu hình thành lớp đặc
biệt chỉ cho phép các e- qua nó theo chiều từ Cu2O
sang Cu.
Hoạt động: khi chiếu ánh sáng có bước sóng thích
hợp vào lớp Cu2O làm bức xạ ra các e- dẫn di
chuyển sang cực Cu, làm cho cực Cu tích điện âm
còn cực Cu2O tích điện dương giữa 2 cực hình
thành một suất điện động. Nối 2 cực bằng 1 dây dẫn
có dòng chạy trong mạch có chiều Cu2O Cu.
Ứng dụng: chế tạo các pin mặt trời: máy tính bỏ túi,
vệ tinh nhân tạo, máy đo ánh sáng…
D. Củng cố: Nhắc lại hiện tượng quang dẫn và một số ứng dụng của hiện tượng
quang dẫn.