Відкриття Столетова. Фотоефект і фотоелемент.

Перетворення оптичного сигналу в електричний ґрунтується на явищі фотоефекту. Вперше прямий вплив світла на електрику був знайдений німецьким фізиком Г. Герцем під час його дослідів з електроїськровими вібраторами. Герц встановив, що заряджений провідник, будучи освітлений ультрафіолетовим промінням, швидко втрачає свій заряд, а електрична іскра виникає в іскровому проміжку при меншій різниці потенціалів. Помічене явище було описане Герцем в його статтях 1887-1888 років, але залишено ним без пояснення, оскільки фізичну природу його він не знав. Не зуміли правильно пояснити дію світла на заряди і німецький фізик Гальвакс, і італійський фізик Риги, і англійський фізик Лодж, який, демонструючи в 1894 році досліди Герца в своїй знаменитій лекції "Творіння Герца", лише припустив хімічну природу явища. І це недивно: електрон буде відкритий Джозефом Джоном Томсоном лише в 1897 році, а без згадки про електрон пояснити фотоефект неможливо.

О.Г. Столетов

Проте 26 лютого 1888 року заслужено вважається одним з чудових днів в історії науки і техніки і, зокрема, телебачення. Цього дня великий російський учений Олександр Григорович Столетов (1839-1896) блискуче здійснив досвід, що наочно продемонстрував зовнішній фотоефект і показав істинну природу і характер впливу світла на електрику.

Перші досліди з світлом А.Г. Столетов проводив із звичним електроскопом. Освітлюючи електричною дугою Петрова цинкову пластину, заряджену негативно і сполучену з електроскопом, він знайшов, що заряд швидко зникав. Позитивний же заряд не знищувався, всупереч затвердженню Риги, що було.

Для постановки точних дослідів Столетов створив експериментальний прилад, що став прообразом сучасних фотоелементів. Прилад складався з двох плоськопаралельних дисків, один з яких був сітчастий і пропускав світлове проміння. До дисків підводилася напруга від 0 до 250В, причому до суцільного диска підключався негативний полюс батареї. При освітленні суцільного диска ультрафіолетовим світлом включений в ланцюг чутливий гальванометр відзначав протікання струму, не дивлячись на наявність повітря між дисками. Продовжуючи досліди, А.Г.Столетов встановив залежність фотоструму від величини напруги батареї і інтенсивності світлового пучка. Подальші роботи привели до створення першого в світі фотоелемента, що був скляним балоном з кварцовим вікном для пропускання ультрафіолетового проміння. Всередину балона поміщалися електроди, один з яких був чутливий до світла, газ відкачувався. Сучасні фотоелементи відрізняються від першого лише конструкцією електродів і їх структурою.

Фотоефект - явище виривання електронів з поверхні речовини під дією світла - був названий А.Г. Столетовим активно-електричним розрядом. Електронна природа фотоефекту була показана в 1899 році Дж.Дж. Томсоном і в 1900 році Ленардом, а повне пояснення було дане лише в 1905 році А. Ейнштейном на основі квантової теорії. Сам же чутливий до світла фотоелемент був названий сучасниками "електричним оком".

Як розвиток фотоелемента в 1934 році радянським інженером Кубецким і, незалежно, американцем Фарнсвортом був сконструйований фотоелектронний помножувач (ФЕУ), робота якого заснована на використовуванні вторинних електронів, вибиваних з анодів приладу спочатку світлом, а потім падаючими на аноди первинними електронами. Таким чином, ФЕУ поєднує в собі фотоелемент і підсилювач з коефіцієнтом посилення в декілька мільйонів одиниць.

Від "електричного ока" до сучасного телевізора величезний шлях, на якому потрібно було вирішити три задачі: перетворити зображення в послідовність електричних сигналів, передати їх на велику відстань і зробити зворотне перетворення в приймальному пристрої. Для передачі сигналів на великі відстані ідеально підійшло радіо, що досягло в 20 столітті високого рівня розвитку, а ось по створенню перетворювальних систем шлях був пройдений довгий і складний.