κύτταρο, φωτοηλεκτρικό

Όργανο βασιζόμενο στην ιδιότητα που έχουν κάποια μέταλλα να εκπέμπουν ηλεκτρόνια (φωτοηλεκτρισμός), όταν δέχονται κατάλληλη ηλεκτρομαγνητική (φωτεινή) ακτινοβολία. Τα φ.κ. κενού αποτελούνται από μια γυάλινη αμπούλα, στην οποία έχει πραγματοποιηθεί ένα υψηλό κενό και εντός της οποίας έχουν τοποθετηθεί δύο ηλεκτρόδια· το ένα έχει θέση ανόδου και το άλλο θέση καθόδου (φωτοκάθοδος). Η επιφάνεια του δεύτερου είναι επικαλυμμένη με ένα μεταλλικό στρώμα (π.χ. οξείδιο καισίου) που δίνει αφορμή σε ένα φωτοηλεκτρικό φαινόμενο (το καίσιο είναι ευαίσθητο στις ορατές ακτινοβολίες). Τα δύο ηλεκτρόδια συνδέονται εξωτερικά με ηλεκτρική πηγή συνεχούς ρεύματος μέσω ενός κατάλληλου οργάνου (π.χ. γαλβανόμετρο). Όταν μια φωτεινή δέσμη προσπέσει πάνω στην κάθοδο, τότε προκαλείται εκπομπή ηλεκτρονίων από αυτή, τα οποία έλκονται από τη θετική άνοδο, παράγοντας ρεύμα στο εξωτερικό κύκλωμα που πιστοποιείται από το γαλβανόμετρο. Μπορούμε να καταστήσουμε το ρεύμα αυτό ανάλογο προς την ένταση του φωτός (φωτεινή ροή) που προσπίπτει στην κάθοδο, εφαρμόζοντας στα ηλεκτρόδια του φ.κ. μια διαφορά δυναμικού τέτοια ώστε όλα τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται από τη φωτοκάθοδο να συλλέγονται από την άνοδο. Λέγεται τότε ότι το φ.κ. βρίσκεται υπό συνθήκες κορεσμού. Τέτοια φ.κ. χρησιμοποιούνται κάθε φορά που θέλουμε να μετατρέψουμε τις μεταβολές της φωτεινής ροής σε μεταβολές έντασης του ρεύματος. Επιπλέον, η μεταβολή της έντασης του ρεύματος γίνεται ευθύς αμέσως με τη μεταβολή της φωτεινής ροής, ουσιαστικά χωρίς την ύπαρξη αδρανειακών φαινομένων. Τα φ.κ. αερίου που περιέχουν εντός του σωλήνα ευγενές αέριο πολύ μικρής πίεσης (περίπου 0,1mm Hg) διαφέρουν από εκείνα του κενού, κατά το ότι το γυάλινο δοχείο περιέχει ένα αδρανές αέριο, γενικά αργόν ή ήλιο υπό κατάλληλη πίεση. Στην περίπτωση αυτή τα παραγόμενα, συνεπεία του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, ηλεκτρόνια προκαλούν στο αέριο συνεχή ιονισμό και τα φορτία που παράγονται με αυτό τον τρόπο αυξάνουν κατά πολύ το εμφανιζόμενο ρεύμα. Έτσι προκύπτει μεγαλύτερη ευαισθησία στα φ.κ. αερίου σε σύγκριση με εκείνα του κενού. Σε αυτά όμως, δεν παρατηρείται κατάσταση κορεσμού και ο χρόνος που μεσολαβεί μεταξύ της άφιξης της φωτεινής ακτινοβολίας επί της καθόδου και της ροής του ρεύματος στο εξωτερικό κύκλωμα είναι μεγαλύτερος απ’ ό,τι στα φ.κ. του προηγούμενου τύπου (μικρότερη ταχύτητα αντίδρασης). Οι χρήσεις των φ.κ. ποικίλλουν από τις τεχνικές έως τις εργαστηριακές εφαρμογές· βρίσκουν εφαρμογή, για παράδειγμα, σε συσκευές ελέγχου, σε συσκευές ρύθμισης της λειτουργίας μηχανών, σε μηχανισμούς για το αυτόματο άνοιγμα θυρών, σε συστήματα ασφαλείας, σε διατάξεις που χρησιμοποιούνται στην αστρονομία για τη μέτρηση της φωτεινής ροής που προέρχεται από ουράνια σώματα κ.α. Ευρεία εφαρμογή των φ.κ. υπάρχει στα φωτόμετρα. Η ονομασία φ.κ. δίνεται ακόμα και σε στοιχεία ιδιαίτερα γνωστά ως φωτοαγωγοί ή φωτοαντιστάσεις. Τα στοιχεία αυτά εκμεταλλεύονται το φαινόμενο κατά το οποίο μια ακτινοβολία (φωτεινή ή υπέρυθρη), που προσπίπτει πάνω σε μερικά μέταλλα, προκαλεί αύξηση της αγωγιμότητάς τους ή –που είναι το ίδιο– μείωση της ηλεκτρικής τους αντίστασης. Αποτελούνται από μια μικρή και λεπτή μονωτική ράβδο, η επιφάνεια της οποίας είναι επιχρισμένη με ημιαγωγικό υλικό (π.χ. σελήνιο), που είναι έδρα του φαινομένου. Τα άκρα της ράβδου καταλήγουν σε δύο ακροδέκτες, μεταξύ των οποίων εφαρμόζεται μια διαφορά δυναμικού. Όταν στη ράβδο προσπέσει φωτεινή ακτινοβολία, η αντίστασή της μειώνεται, με αποτέλεσμα να αυξηθεί το ρεύμα στο κύκλωμα στο οποίο έχει παρεμβληθεί η ράβδος. Η ιδιότητα αυτή γίνεται αντικείμενο εκμετάλλευσης ποικιλοτρόπως και τα φ.κ. χρησιμοποιούνται ευρέως, για παράδειγμα, στον κινηματογράφο, σε αυτοματισμούς κ.α. Το φως που προσπίπτει στο στρώμα σεληνίου προκαλεί στο κύκλωμα ένα ηλεκτρικό ρεύμα, που τροφοδοτεί το πλαίσιο που στρέφεται (πηνίο), τοποθετημένο μεταξύ των πόλων ενός μαγνήτη. Το πλαίσιο αυτό και ο ενσωματωμένος σε αυτό δείκτης εκτελούν μία περιστροφή γύρω από άξονα, ανάλογη προς την ένταση του ρεύματος, το οποίο, με τη σειρά του, είναι ανάλογο προς τη φωτεινή ένταση.