Razlika između fotoelektričnog i fotonaponskog učinka

Fotoelektrični efekt vs Fotonaponski učinak
 

Načini na koji se elektroni emitiraju u fotoelektričnom učinku i fotonaponskom učinku stvaraju razliku između njih. Prefiks „fotografija“ u ova dva izraza sugerira da se oba ova procesa događaju zbog interakcije svjetlosti. U stvari, oni uključuju emisiju elektrona apsorpcijom energije iz svjetlosti. Međutim, oni se u definiciji razlikuju jer su koraci napretka u svakom slučaju različiti. Glavna razlika između dva procesa je u tome što se u fotoelektričnom učinku elektroni emitiraju u prostor dok u fotonaponskom učinku emitirani elektroni izravno ulaze u novi materijal. Raspravimo o tome ovdje detaljno.

Što je fotoelektrični učinak?

Bilo je Albert Einstein koji su tu ideju predložili 1905. putem eksperimentalnih podataka. Također je objasnio svoju teoriju o prirodi svjetlosti čestica potvrđujući postojanje dualnosti valova-čestica za sve oblike materije i zračenja. U svom eksperimentu s fotoelektričnim učinkom, on objašnjava da kada svjetlost na trenutak odskače metal, slobodni elektroni u metalnim atomima mogu apsorbirati energiju iz svjetlosti i izaći iz površine koja se emitira u svemir. Da bi se to dogodilo, svjetlost mora nositi razinu energije veću od određene granične vrijednosti. Ova se granična vrijednost naziva i 'radna funkcija'odgovarajućeg metala. A ovo je minimalna energija koja je potrebna da se elektron ukloni iz njegove ljuske. Osigurana dodatna energija pretvorit će se u kinetičku energiju elektrona što će joj omogućiti slobodno kretanje nakon oslobađanja. Međutim, ako se osigura samo jednaka radnoj funkciji, emitirani elektroni ostat će na površini metala, nesposobni za kretanje zbog nedostatka kinetičke energije.

Da bi svjetlost prenijela svoju energiju u elektron koji je materijalnog podrijetla, smatra se da energija svjetlosti, u stvari, nije neprekidna poput vala, već dolazi u diskretnim energetskim paketima koji su poznati kao "kvanti."Stoga je moguće da svjetlost prenosi svaki kvant energije na pojedinačne elektrone, čineći ih istjecanjem iz svoje ljušture. Nadalje, kada je metal učvršćen kao katoda u vakuumskoj cijevi s prijemnom anodom na suprotnoj strani s vanjskim krugom, elektroni koji se izbacuju iz katode privlačit će anodu, koja se održava na pozitivnom naponu i , dakle, unutar vakuuma se prenosi struja koja dovršava krug. To je bila osnova nalaza Alberta Einsteina koji su mu 1921. dobili Nobelovu nagradu za fiziku.

Što je fotonaponski učinak?

Taj je fenomen prvi primijetio francuski fizičar A. E. Becquerel 1839. kada je pokušao proizvesti struju između dvije ploče od platine i zlata, uronjene u otopinu i izloženu svjetlosti. Ono što se ovdje događa je da elektroni u valnom pojasu metala apsorbiraju energiju iz svjetlosti i nakon pobuđenja skoče u kondukcijski pojas i tako se slobodno kreću. Ti se uzbuđeni elektroni ubrzavaju pomoću ugrađenog spojnog potencijala (Galvani potencijala) tako da mogu izravno prelaziti iz jednog materijala u drugi, za razliku od prelaska u vakuumski prostor kao u slučaju fotoelektričnog učinka, što je teže. Sunčane ćelije djeluju po tom konceptu.

Koja je razlika između fotoelektričnog i fotonaponskog učinka?

• U fotoelektričnom učinku elektroni se emitiraju u vakuumski prostor dok u fotonaponskom učinku elektroni izravno emitiraju drugi materijal nakon emisije.

• Fotovoltaični učinak se opaža između dva metala koji su u otopini zajedno, ali fotoelektrični efekt se odvija u katodnoj cijevi s sudjelovanjem katode i anode spojenih preko vanjskog kruga.

• Pojava fotoelektričnog efekta je teža u usporedbi s fotonaponskim učinkom.

• Kinetička energija emitiranih elektrona igra veliku ulogu u struji proizvedenoj fotoelektričnim učinkom, dok to nije tako važno u slučaju fotonaponskog efekta.

• Emitirani elektroni pomoću fotonaponskog efekta gurani su putem spojnog potencijala za razliku od fotoelektričnog učinka u kojem nema spojenog potencijala.

Ljubaznošću slika:

1. Fotoelektrični efekt Feitscherg (CC BY-SA 3.0)
2. Shematski prikaz fotonaponskog efekta Ncouniota (CC BY-SA 3.0)