Valosähköinen efekti vs. aurinkosähköefekti
Tavat, joilla elektronit emittoituvat valosähköisessä efektissä ja aurinkosähköilmiössä, luovat eron niiden välillä. Etuliite "valo" näissä kahdessa termissä viittaa siihen, että molemmat prosessit tapahtuvat valon vuorovaikutuksen vuoksi. Itse asiassa ne sisältävät elektronien emission absorboimalla energiaa valosta. Ne eroavat kuitenkin määritelmältään, koska etenemisvaiheet ovat erilaisia kussakin tapauksessa. Suurin ero näiden kahden prosessin välillä on, että valosähköisessä efektissä elektronit emittoituvat tilaan, kun taas aurinkosähkövaikutuksessa emittoidut elektronit tulevat suoraan uuteen materiaaliin. Keskustellaan siitä yksityiskohtaisesti täällä.
Mikä on valosähköinen vaikutus?
Albert Einstein ehdotti tätä ideaa vuonna 1905 kokeellisten tietojen avulla. Hän selitti myös teoriansa valon hiukkasluonteesta vahvistamalla a alto-hiukkaskaksinaisuuden olemassaolon kaikille aineen ja säteilyn muodoille. Valosähköistä vaikutusta koskevassa kokeessaan hän selittää, että kun valoa vältetään metalliin jonkin aikaa, metalliatomien vapaat elektronit voivat absorboida energiaa valosta ja tulla ulos pinn alta lähettäen itsensä avaruuteen. Jotta tämä tapahtuisi, valon täytyy kuljettaa tiettyä kynnysarvoa korkeampi energiataso. Tätä kynnysarvoa kutsutaan myös vastaavan metallin "työfunktioksi". Ja tämä on vähimmäisenergia, joka tarvitaan elektronin poistamiseen kuorestaan. Lisäenergia muunnetaan elektronin kineettiseksi energiaksi, jolloin se voi liikkua vapaasti vapautumisen jälkeen. Jos kuitenkin tarjotaan vain työfunktiota vastaava energia, emittoidut elektronit jäävät metallin pinnalle eivätkä pysty liikkumaan kineettisen energian puutteen vuoksi.
Jotta valo siirtää energiansa materiaalista peräisin olevaan elektroniin, valon energian ajatellaan olevan jatkuvaa kuin a alto, vaan se tulee erillisinä energiapaketteina, jotka tunnetaan nimellä 'kvantit'. Siksi on mahdollista, että valo siirtää jokaisen energiakvantin yksittäisille elektroneille, jolloin ne lähtevät ulos kuorestaan. Lisäksi, kun metalli kiinnitetään katodina tyhjiöputkeen, jonka vastakkaisella puolella on vastaanottava anodi ulkoisella piirillä, katodista irtoavia elektroneja houkuttelee anodi, joka pidetään positiivisessa jännitteessä ja siksi tyhjiön sisällä siirretään virtaa, joka täydentää piirin. Tämä oli Albert Einsteinin löydösten perusta, jotka voittivat hänelle Nobelin fysiikan palkinnon vuonna 1921.
Mikä on aurinkosähköefekti?
Tämän ilmiön havaitsi ensimmäisen kerran ranskalainen fyysikko A. E. Becquerel vuonna 1839, kun hän yritti tuottaa virran kahden platina- ja kultalevyn välille, jotka oli upotettu liuokseen ja jotka altistettiin valolle. Tässä tapahtuu, että metallin valenssikaistalla olevat elektronit absorboivat energiaa valosta ja virityksessä hyppäävät johtavuuskaistalle ja vapautuvat siten vapaasti liikkumaan. Näitä viritettyjä elektroneja kiihdytetään sitten sisäänrakennetulla liitospotentiaalilla (Galvani-potentiaali), jotta ne voivat ylittää suoraan materiaalista toiseen toisin kuin tyhjiötilan ylittäminen, kuten valosähköisen vaikutuksen tapauksessa, mikä on vaikeampaa. Aurinkokennot toimivat tällä konseptilla.
Mitä eroa on valosähköisellä ja aurinkosähköilmiöllä?
• Valosähköisessä efektissä elektronit emittoituvat tyhjiötilaan, kun taas aurinkosähköilmiössä elektronit menevät suoraan toiseen materiaaliin emission yhteydessä.
• Aurinkosähkövaikutus havaitaan kahden metallin välillä, jotka ovat yhteydessä toisiinsa liuoksessa, mutta valosähköinen vaikutus tapahtuu katodisädeputkessa katodin ja ulkoisen piirin kautta kytketyn anodin osallistuessa.
• Valosähköisen vaikutuksen esiintyminen on vaikeampaa kuin aurinkosähköilmiö.
• Säteilevien elektronien kineettisellä energialla on suuri rooli valosähköisen vaikutuksen tuottamassa virrassa, kun taas aurinkosähköilmiön tapauksessa se ei ole niin tärkeä.
• Aurinkosähköilmiön kautta emittoidut elektronit työnnetään risteyspotentiaalin läpi toisin kuin valosähköisessä efektissä, jossa ei ole liitospotentiaalia.
