【种花家务·物理】4-7-03光电管和光导管『数理化自学丛书6677版』
【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的注解。
【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。
第七章光的量子性
【山话|| 本系列专栏中的力单位达因等于10⁻⁵牛顿；功的单位尔格等于10⁻⁷焦耳；热量的单位卡路里等于4.186焦耳；电荷的单位静库（1库伦=3×10⁹静库）；电势的单位静伏等于300伏特。另外这套老教材中力的单位常用公斤、克等，但如今是不允许的，力是不能使用质量单位的。】
§7-3光电管和光导管
【01】实验的结果告诉我们，光电效应分为两种：一种是光射在金属导体的表面上，使金属中的自由电子激发出来，这种光电效应称做外光电效应；另一种是光射在半导体或绝缘体的表面上，使束缚电子受到激发以后，从原子的内层跳到外层来，甚至成为自由电子，以增加它的导电性，这种光电效应，称做内光电效应。
1、光导管
【02】光导管是利用半导体的内光电效应制成的器件。在含有直流电源、光导管、继电器的电路里，由于这时光导管的电阻比较大，通电电流很微弱，不足以推动继电器工作；当光照射在光导管上时，由于光导管中发生内光电效应，光导管的电阻就突然变小，电路中的电流也随即增强，以致于可以推动继电器工作，（例如控制一个电铃：当光导管受光时，电铃就发出声响讯号）这样就可以把一个光讯号转变成为电讯号。这种半导体也称做光敏电阻，象：硫化镉、硫化铅、硫化铊，硫化铟等半导体都是光敏电阻。这类半导体元件体积小、牢固耐用，主要应用于自动控制、远距离探测等设备中。
2、光电管
【03】光电管是一种利用碱金属的外光电效应制成的二极电子管。图7·3就是一种光电管的外形，管里的空气已被抽去，有时候在管里充入少量的惰性气体（例如：氩、氖、氨等）【充入光电管的惰性气体压强约为 1 毫米水银柱高，从碱金属表面激发出来的电子，碰击惰性气体的原子以后，使气体发生电离现象，这样电流就可以大大增强】；管内的阳极 A 接在电源的正极上；管内的负极 K 与电源的负极相连接（如图7·4所示），其内壁涂有碱金属（例如：钾、钠、铯，或者它的氧化物）；电源的电压约为 80~100 伏。光线照射在光电管负极的内壁上时，就引起外光电效应，激发出光电子，在电源电压的作用下，电子就飞向阳极 A，形成光电流。照射光线越强，激发出来的电子数目也越多，电流计 G 中显示出的电流强度也越大。
【04】光电管在自动控制、无线电传真、有声电影和其他技术设备中有着广泛的应用。下面就来介绍几种比较常见的应用。
(1)自动计数装置
【05】图7.5(a)表示用光电管控制的自动计数装置，用来记录传送带上所输送产品的数量。在传送带的一侧是由光电管等组成的光控继电器 P 和计数器 C；传送带的另一侧是光源 S，从 S 发出的一束狭细的光束，正好能射到对面的光电管里。
【06】图7·5(b)是光控继电器 P 和跟它相连的计数器 C 的装置简图。从 S 发出的光束射到光电管里，使电路中产生微弱的光电流，经过放大器放大后，再通入计数器里的电磁铁 M 线圈中，于是电磁铁就能把衔铁 N 吸住，从而使齿轮 Z 被卡住而不能转动。只有当传送带上输送过去的产品把光线挡住的时候，电路中的电流才会消失，这时电磁铁 M 也就放开衔铁，使齿轮不再被卡住而能转过去一格，于是计数器上就添加一个数。用这种方法就能把产品的数目自动地记录下来。这种计数装置既迅速又准确，适合于自动化生产的需要。
(2)有声电影的发音
【07】有声电影能够发出声音，是由光电管组成的发音机构来实现的。要了解它是怎样发出声音的，首先要简单说明一下有声影片声迹的记录方法。
【08】图7·6是有声影片录音原理的示意图。先把要记录下来的声音送入发话器，使它的金属薄片发生振动；金属薄片在磁场中振动时，由于切割磁力线便发生电磁感应现象，使电路中产生跟声音变化相同的声音电流；声音电流经过放大器放大以后又流入录音机中的金属薄片中，由于磁场对电流有作用，所以这个金属薄片又随着声音电流的变化而振动着；在录音机中的两个磁极上开有圆孔，从光源发出狭细的光束，能够通过圆孔射到胶片上。当金属薄片静止的时候，薄片正好把这束光线的一半挡住；当金属薄片随声音电流变化而振动的时候，射到胶片上来的光束宽度也就随着声音的变化而变化着。光束宽度不同，在感光胶片上留有的痕迹宽度也不同，匀速移动胶片，这时在它的边缘上就录下了如图所示的声迹。
【09】被记录在胶片上的声迹，在放映影片时，是怎样重放出来的呢？图7·7简要地表示出这一重放的过程。光源、胶片的声迹和光电管的位置被安排在同一条直线上，光源发出的光，照射在胶片的声迹上，透过胶片进入光电管里，由于声迹起伏的变化，进入光电管的光线强弱也发生相应的变化，再经过扩音器的放大以后，就能把变化着的电流又变成跟原来相同的声音，在银幕后面重发出来。
