【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』，此版叢書(shū)是“數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書(shū)共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書(shū)是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來(lái)自學(xué)。不過(guò)這套叢書(shū)卻很適合像我這樣已接受過(guò)基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫(xiě)的注解。

【山話(huà)嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)』其實(shí)還有新版，即80年代的改開(kāi)版，改開(kāi)版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過(guò)我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來(lái)由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開(kāi)版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒(méi)在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』上傳成文字版。?

第七章光的量子性

【山話(huà)||? 本系列專(zhuān)欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳；電荷的單位靜庫(kù)（1庫(kù)倫=3×10?靜庫(kù)）；電勢(shì)的單位靜伏等于300伏特。另外這套老教材中力的單位常用公斤、克等，但如今是不允許的，力是不能使用質(zhì)量單位的?！?/span>

§7-3光電管和光導(dǎo)管

【01】實(shí)驗(yàn)的結(jié)果告訴我們，光電效應(yīng)分為兩種：一種是光射在金屬導(dǎo)體的表面上，使金屬中的自由電子激發(fā)出來(lái)，這種光電效應(yīng)稱(chēng)做外光電效應(yīng)；另一種是光射在半導(dǎo)體或絕緣體的表面上，使束縛電子受到激發(fā)以后，從原子的內(nèi)層跳到外層來(lái)，甚至成為自由電子，以增加它的導(dǎo)電性，這種光電效應(yīng)，稱(chēng)做內(nèi)光電效應(yīng)。

1、光導(dǎo)管

【02】光導(dǎo)管是利用半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng)制成的器件。在含有直流電源、光導(dǎo)管、繼電器的電路里，由于這時(shí)光導(dǎo)管的電阻比較大，通電電流很微弱，不足以推動(dòng)繼電器工作；當(dāng)光照射在光導(dǎo)管上時(shí)，由于光導(dǎo)管中發(fā)生內(nèi)光電效應(yīng)，光導(dǎo)管的電阻就突然變小，電路中的電流也隨即增強(qiáng)，以致于可以推動(dòng)繼電器工作，（例如控制一個(gè)電鈴：當(dāng)光導(dǎo)管受光時(shí)，電鈴就發(fā)出聲響訊號(hào)）這樣就可以把一個(gè)光訊號(hào)轉(zhuǎn)變成為電訊號(hào)。這種半導(dǎo)體也稱(chēng)做光敏電阻，象：硫化鎘、硫化鉛、硫化鉈，硫化銦等半導(dǎo)體都是光敏電阻。這類(lèi)半導(dǎo)體元件體積小、牢固耐用，主要應(yīng)用于自動(dòng)控制、遠(yuǎn)距離探測(cè)等設(shè)備中。

2、光電管

【03】光電管是一種利用堿金屬的外光電效應(yīng)制成的二極電子管。圖7·3就是一種光電管的外形，管里的空氣已被抽去，有時(shí)候在管里充入少量的惰性氣體（例如：氬、氖、氨等）【充入光電管的惰性氣體壓強(qiáng)約為 1 毫米水銀柱高，從堿金屬表面激發(fā)出來(lái)的電子，碰擊惰性氣體的原子以后，使氣體發(fā)生電離現(xiàn)象，這樣電流就可以大大增強(qiáng)】；管內(nèi)的陽(yáng)極 A 接在電源的正極上；管內(nèi)的負(fù)極 K 與電源的負(fù)極相連接（如圖7·4所示），其內(nèi)壁涂有堿金屬（例如：鉀、鈉、銫，或者它的氧化物）；電源的電壓約為 80~100 伏。光線(xiàn)照射在光電管負(fù)極的內(nèi)壁上時(shí)，就引起外光電效應(yīng)，激發(fā)出光電子，在電源電壓的作用下，電子就飛向陽(yáng)極 A，形成光電流。照射光線(xiàn)越強(qiáng)，激發(fā)出來(lái)的電子數(shù)目也越多，電流計(jì) G 中顯示出的電流強(qiáng)度也越大。

【04】光電管在自動(dòng)控制、無(wú)線(xiàn)電傳真、有聲電影和其他技術(shù)設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。下面就來(lái)介紹幾種比較常見(jiàn)的應(yīng)用。

(1)自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置

【05】圖7.5(a)表示用光電管控制的自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置，用來(lái)記錄傳送帶上所輸送產(chǎn)品的數(shù)量。在傳送帶的一側(cè)是由光電管等組成的光控繼電器 P 和計(jì)數(shù)器 C；傳送帶的另一側(cè)是光源 S，從 S 發(fā)出的一束狹細(xì)的光束，正好能射到對(duì)面的光電管里。

【06】圖7·5(b)是光控繼電器 P 和跟它相連的計(jì)數(shù)器 C 的裝置簡(jiǎn)圖。從 S 發(fā)出的光束射到光電管里，使電路中產(chǎn)生微弱的光電流，經(jīng)過(guò)放大器放大后，再通入計(jì)數(shù)器里的電磁鐵 M 線(xiàn)圈中，于是電磁鐵就能把銜鐵 N 吸住，從而使齒輪 Z 被卡住而不能轉(zhuǎn)動(dòng)。只有當(dāng)傳送帶上輸送過(guò)去的產(chǎn)品把光線(xiàn)擋住的時(shí)候，電路中的電流才會(huì)消失，這時(shí)電磁鐵 M 也就放開(kāi)銜鐵，使齒輪不再被卡住而能轉(zhuǎn)過(guò)去一格，于是計(jì)數(shù)器上就添加一個(gè)數(shù)。用這種方法就能把產(chǎn)品的數(shù)目自動(dòng)地記錄下來(lái)。這種計(jì)數(shù)裝置既迅速又準(zhǔn)確，適合于自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。

(2)有聲電影的發(fā)音

【07】有聲電影能夠發(fā)出聲音，是由光電管組成的發(fā)音機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。要了解它是怎樣發(fā)出聲音的，首先要簡(jiǎn)單說(shuō)明一下有聲影片聲跡的記錄方法。

【08】圖7·6是有聲影片錄音原理的示意圖。先把要記錄下來(lái)的聲音送入發(fā)話(huà)器，使它的金屬薄片發(fā)生振動(dòng)；金屬薄片在磁場(chǎng)中振動(dòng)時(shí)，由于切割磁力線(xiàn)便發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，使電路中產(chǎn)生跟聲音變化相同的聲音電流；聲音電流經(jīng)過(guò)放大器放大以后又流入錄音機(jī)中的金屬薄片中，由于磁場(chǎng)對(duì)電流有作用，所以這個(gè)金屬薄片又隨著聲音電流的變化而振動(dòng)著；在錄音機(jī)中的兩個(gè)磁極上開(kāi)有圓孔，從光源發(fā)出狹細(xì)的光束，能夠通過(guò)圓孔射到膠片上。當(dāng)金屬薄片靜止的時(shí)候，薄片正好把這束光線(xiàn)的一半擋?。划?dāng)金屬薄片隨聲音電流變化而振動(dòng)的時(shí)候，射到膠片上來(lái)的光束寬度也就隨著聲音的變化而變化著。光束寬度不同，在感光膠片上留有的痕跡寬度也不同，勻速移動(dòng)膠片，這時(shí)在它的邊緣上就錄下了如圖所示的聲跡。

【09】被記錄在膠片上的聲跡，在放映影片時(shí)，是怎樣重放出來(lái)的呢？圖7·7簡(jiǎn)要地表示出這一重放的過(guò)程。光源、膠片的聲跡和光電管的位置被安排在同一條直線(xiàn)上，光源發(fā)出的光，照射在膠片的聲跡上，透過(guò)膠片進(jìn)入光電管里，由于聲跡起伏的變化，進(jìn)入光電管的光線(xiàn)強(qiáng)弱也發(fā)生相應(yīng)的變化，再經(jīng)過(guò)擴(kuò)音器的放大以后，就能把變化著的電流又變成跟原來(lái)相同的聲音，在銀幕后面重發(fā)出來(lái)。