Fotoelektrični učinak naspram fotonaponskog učinka
Načini na koje se elektroni emitiraju u fotoelektričnom učinku i fotonaponskom učinku stvaraju razliku između njih. Prefiks 'fotografija' u ova dva pojma sugerira da se oba ova procesa događaju zbog međudjelovanja svjetlosti. Zapravo, oni uključuju emisiju elektrona apsorpcijom energije iz svjetlosti. Međutim, razlikuju se u definiciji jer su koraci napredovanja različiti u svakom slučaju. Glavna razlika između ta dva procesa je u tome što se kod fotoelektričnog efekta elektroni emitiraju u prostor, dok kod fotonaponskog efekta emitirani elektroni izravno ulaze u novi materijal. Raspravljajmo o tome detaljno ovdje.
Što je fotoelektrični efekt?
Albert Einstein je bio taj koji je predložio ovu ideju 1905. putem eksperimentalnih podataka. Također je objasnio svoju teoriju o čestičnoj prirodi svjetlosti potvrđujući postojanje dualnosti val-čestica za sve oblike materije i zračenja. U svom eksperimentu s fotoelektričnim učinkom, on objašnjava da kada se metal neko vrijeme izbjegava svjetlom, slobodni elektroni u atomima metala mogu apsorbirati energiju iz svjetla i izaći s površine emitirajući se u svemir. Da bi se to dogodilo, svjetlo mora nositi razinu energije višu od određene granične vrijednosti. Ta se granična vrijednost također naziva 'radna funkcija' dotičnog metala. A ovo je minimalna energija koja je potrebna za uklanjanje elektrona iz njegove ljuske. Dodatna dobivena energija pretvorit će se u kinetičku energiju elektrona omogućujući mu da se slobodno kreće nakon otpuštanja. Međutim, ako se osigura samo energija jednaka radnom radu, emitirani elektroni će ostati na površini metala, nesposobni za kretanje zbog nedostatka kinetičke energije.
Da bi svjetlost prenijela svoju energiju na elektron koji je materijalnog podrijetla, smatra se da energija svjetlosti zapravo nije kontinuirana poput vala, već dolazi u diskretnim energetskim paketima koji su poznati kao 'kvanti.' Stoga je moguće da svjetlost prenese svaki kvant energije na pojedinačne elektrone tjerajući ih da izađu iz svoje ljuske. Nadalje, kada je metal fiksiran kao katoda u vakuumskoj cijevi s prihvatnom anodom na suprotnoj strani s vanjskim strujnim krugom, elektrone koji su izbačeni s katode privlačit će anoda, koja se održava na pozitivnom naponu i, dakle, struja se prenosi unutar vakuuma, dovršavajući krug. To je bila osnova otkrića Alberta Einsteina koja su mu donijela Nobelovu nagradu 1921. za fiziku.
Što je fotonaponski učinak?
Ovaj fenomen prvi je uočio francuski fizičar A. E. Becquerel 1839. godine kada je pokušao proizvesti struju između dviju ploča od platine i zlata, uronjenih u otopinu i izloženih svjetlu. Ono što se ovdje događa je da elektroni u valentnom pojasu metala apsorbiraju energiju iz svjetlosti i nakon ekscitacije skaču u vodljivi pojas i tako postaju slobodni kretati se. Ti pobuđeni elektroni se zatim ubrzavaju pomoću ugrađenog spojnog potencijala (Galvanijev potencijal) tako da mogu izravno prijeći iz jednog materijala u drugi za razliku od prelaska kroz vakuumski prostor kao u slučaju fotoelektričnog učinka, što je teže. Solarne ćelije rade na ovom konceptu.
Koja je razlika između fotoelektričnog i fotonaponskog učinka?
• U fotoelektričnom učinku, elektroni se emitiraju u vakuumski prostor, dok u fotonaponskom učinku elektroni izravno ulaze u drugi materijal nakon emisije.
• Fotonaponski efekt opaža se između dva metala koji su u međusobnoj konjunkciji u otopini, ali se fotoelektrični efekt odvija u katodnoj cijevi uz sudjelovanje katode i anode povezanih preko vanjskog kruga.
• Pojava fotoelektričnog efekta je teža u usporedbi s fotonaponskim efektom.
• Kinetička energija emitiranih elektrona igra veliku ulogu u struji koju stvara fotoelektrični efekt, dok nije toliko važna u slučaju fotonaponskog efekta.
• Emitirani elektroni preko fotonaponskog efekta guraju se kroz potencijal spoja za razliku od fotoelektričnog efekta gdje nema uključenog potencijala spoja.
