Задание 4, страница 133 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 4

Объясните принцип действия фотоэлемента в цепи с автоматическим подключением.

Задание 4

Принцип действия фотоэлемента в цепи с автоматическим подключением основан на явлении фотоэффекта — способности некоторых материалов изменять свои электрические свойства под действием света. В таких схемах фотоэлемент служит датчиком, который определяет уровень освещённости.

Рассмотрим общий принцип на примере цепи для автоматического включения освещения:

1. Составные части схемы. Типичная схема автоматического включения содержит:
• Фотоэлемент: Чаще всего это фоторезистор, фотодиод или фототранзистор. Его основная задача — реагировать на свет. У фоторезистора, например, сопротивление уменьшается при увеличении освещённости.
• Пороговый элемент: Обычно это схема на базе транзистора или компаратора, которая реагирует, когда сигнал от фотоэлемента пересекает определённый уровень.
• Исполнительное устройство: Как правило, это электромагнитное реле. Реле — это переключатель, управляемый электрическим током. Небольшой ток в его катушке может коммутировать гораздо более мощную цепь, например, цепь питания лампы.

2. Работа в светлое время суток.
• На фотоэлемент падает свет (дневной или искусственный).
• В результате фотоэффекта его электрические параметры изменяются. Например, сопротивление фоторезистора становится низким.
• Из-за низкого сопротивления фоторезистора напряжение на управляющем элементе (например, на базе транзистора) становится недостаточным для его открытия. Транзистор остаётся в "закрытом" состоянии.
• Через закрытый транзистор не течёт ток, поэтому катушка реле обесточена.
• Реле не срабатывает, его контакты, подключенные к лампе, остаются разомкнутыми.
• Освещение выключено.

3. Работа в тёмное время суток.
• Освещённость падает, и на фотоэлемент перестаёт попадать свет.
• Сопротивление фоторезистора резко возрастает до высоких значений.
• Это приводит к изменению напряжения в управляющей части схемы, и оно достигает порога, необходимого для открытия транзистора. Транзистор переходит в "открытое" состояние и начинает проводить ток.
• Ток от транзистора протекает через катушку реле.
• Электромагнитное поле катушки заставляет реле сработать — его контакты в силовой цепи замыкаются.
• Цепь питания лампы замыкается, и освещение включается.

Таким образом, фотоэлемент преобразует уровень освещённости в электрический сигнал (изменение сопротивления или тока), который через простую электронную схему управляет мощным реле, автоматически подключая или отключая нагрузку.

Ответ:

Принцип действия фотоэлемента в цепи с автоматическим подключением основан на фотоэффекте. Фотоэлемент (например, фоторезистор) изменяет своё электрическое сопротивление в зависимости от интенсивности падающего на него света. Это изменение сопротивления используется в электронной схеме (обычно с транзистором) для создания управляющего сигнала. Когда освещённость падает ниже заданного порога (наступает темнота), сопротивление фотоэлемента возрастает, что приводит к срабатыванию схемы: она подаёт ток на исполнительное устройство (реле), которое замыкает силовую цепь и включает нагрузку (например, лампу). При увеличении освещённости (наступает утро) процесс идёт в обратном порядке, и нагрузка автоматически отключается.