Fotoelektrinis efektas prieš fotovoltinį efektą
Būdai, kuriais elektronai išspinduliuojami fotoelektriniame ir fotovoltiniame efekte, sukuria skirtumą tarp jų. Šių dviejų terminų priešdėlis „nuotrauka“rodo, kad abu šie procesai vyksta dėl šviesos sąveikos. Tiesą sakant, jie yra susiję su elektronų emisija absorbuojant energiją iš šviesos. Tačiau jų apibrėžimas skiriasi, nes progresavimo etapai kiekvienu atveju skiriasi. Pagrindinis skirtumas tarp dviejų procesų yra tas, kad fotoelektrinio efekto metu elektronai išspinduliuojami į erdvę, o fotovoltinio efekto metu išspinduliuoti elektronai tiesiogiai patenka į naują medžiagą. Aptarkime tai išsamiai čia.
Kas yra fotoelektrinis efektas?
Šią idėją 1905 m., naudodamas eksperimentinius duomenis, pasiūlė Albertas Einšteinas. Jis taip pat paaiškino savo teoriją apie šviesos dalelių prigimtį, patvirtindamas bangų ir dalelių dvilypumą visoms materijos ir spinduliuotės formoms. Savo fotoelektrinio efekto eksperimente jis paaiškina, kad kai metalas tam tikrą laiką vengia šviesos, metalo atomuose esantys laisvieji elektronai gali sugerti energiją iš šviesos ir išeiti iš paviršiaus, skleisti save į erdvę. Kad tai įvyktų, šviesa turi turėti energijos lygį, didesnį už tam tikrą ribinę vertę. Ši slenkstinė vertė taip pat vadinama atitinkamo metalo „darbo funkcija“. Ir tai yra mažiausia energija, kurios reikia norint pašalinti elektroną iš jo apvalkalo. Papildoma teikiama energija bus paversta elektrono kinetine energija, leidžiančia jam laisvai judėti po išlaisvinimo. Tačiau jei bus teikiama tik darbo funkcijai lygi energija, išspinduliuoti elektronai liks metalo paviršiuje, negalės judėti dėl kinetinės energijos trūkumo.
Kad šviesa savo energiją perduotų materialios kilmės elektronui, manoma, kad šviesos energija iš tikrųjų nėra nenutrūkstama kaip banga, o gaunama atskirais energijos paketais, vadinamais Todėl šviesa gali perkelti kiekvieną energijos kvantą į atskirus elektronus, todėl jie gali išeiti iš savo apvalkalo. Be to, kai metalas yra pritvirtintas kaip katodas vakuuminiame vamzdyje, kurio priėmimo anodas yra priešingoje pusėje su išorine grandine, iš katodo išmestus elektronus pritrauks anodas, kuris palaikomas teigiama įtampa ir, todėl vakuume perduodama srovė, užbaigianti grandinę. Tai buvo Alberto Einšteino išvadų, dėl kurių 1921 m. jam buvo suteikta Nobelio fizikos premija, pagrindas.
Kas yra fotovoltinis efektas?
Šį reiškinį pirmą kartą pastebėjo prancūzų fizikas A. E. Becquerel 1839 m., kai bandė sukurti srovę tarp dviejų platinos ir aukso plokštelių, panardintų į tirpalą ir veikiamą šviesoje. Čia atsitinka taip, kad metalo valentinėje juostoje esantys elektronai sugeria energiją iš šviesos ir sužadindami šokinėja į laidumo juostą ir taip tampa laisvai judėti. Tada šie sužadinti elektronai yra pagreitinami įtaisytuoju jungties potencialu (Galvani potencialu), kad jie galėtų tiesiogiai pereiti iš vienos medžiagos į kitą, priešingai nei kirsti vakuuminę erdvę, kaip fotoelektrinio efekto atveju, o tai yra sunkiau. Saulės elementai veikia pagal šią koncepciją.
Kuo skiriasi fotoelektrinis ir fotovoltinis efektas?
• Esant fotoelektriniam efektui, elektronai išspinduliuojami į vakuuminę erdvę, o esant fotovoltiniam efektui, elektronai spinduliuodami tiesiogiai patenka į kitą medžiagą.
• Fotovoltinis efektas stebimas tarp dviejų metalų, kurie yra vienas su kitu tirpale, tačiau fotoelektrinis efektas vyksta katodinių spindulių vamzdyje, dalyvaujant katodui ir anodui, sujungtam per išorinę grandinę.
• Fotoelektrinio efekto atsiradimas yra sunkesnis, palyginti su fotovoltiniu efektu.
• Išspinduliuotų elektronų kinetinė energija vaidina didelį vaidmenį srovėje, kurią sukelia fotoelektrinis efektas, o fotovoltinio efekto atveju ji nėra tokia svarbi.
• Išspinduliuoti elektronai per fotovoltinį efektą yra stumiami per sandūros potencialą, priešingai nei fotoelektriniame efekte, kai nėra sankryžos potencialo.
