Фотоэлектрик эффект ба Фотоволтайк эффект
Фотоэлектрик эффект ба фотоволтайк эффектэд электрон ялгарах арга нь тэдгээрийн хоорондын ялгааг үүсгэдэг. Эдгээр хоёр нэр томъёоны "фото" угтвар нь эдгээр үйл явц хоёулаа гэрлийн харилцан үйлчлэлийн улмаас үүсдэг болохыг харуулж байна. Үнэн хэрэгтээ тэдгээр нь гэрлийн энергийг шингээх замаар электрон ялгаруулдаг. Гэсэн хэдий ч, ахиц дэвшлийн алхамууд тохиолдол бүрт өөр өөр байдаг тул тэдгээр нь тодорхойлолтоороо ялгаатай. Хоёр процессын гол ялгаа нь фотоэлектрик эффектийн үед электронууд орон зайд ялгардаг бол фотоволтайк эффектийн үед ялгарсан электронууд шууд шинэ материал руу ордог. Үүнийг энд дэлгэрэнгүй ярилцъя.
Фотоэлектрик эффект гэж юу вэ?
Энэ санааг 1905 онд туршилтын мэдээллээр дамжуулан Альберт Эйнштейн дэвшүүлсэн. Тэрээр мөн гэрлийн бөөмийн мөн чанарын тухай онолоо бүх төрлийн бодис, цацрагт долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал байдгийг батлах замаар тайлбарлав. Тэрээр фотоэлектрик эффект дээр хийсэн туршилтдаа метал дээр тодорхой хугацаанд гэрэл тусахгүй байх үед металлын атом дахь чөлөөт электронууд гэрлийн энергийг шингээж, гадаргаас гарч, сансарт гарч ирдэг гэж тайлбарлав. Үүнийг бий болгохын тулд гэрэл нь тодорхой босго утгаас илүү өндөр энергитэй байх ёстой. Энэ босго утгыг мөн тухайн металлын “ажлын функц” гэж нэрлэдэг. Мөн энэ нь электроныг бүрхүүлээс нь зайлуулахад шаардагдах хамгийн бага энерги юм. Нэмэлт энерги нь электроны кинетик энерги болж хувирч, суллагдсаны дараа чөлөөтэй шилжих боломжийг олгоно. Гэхдээ зөвхөн ажлын функцтэй тэнцэх энергийг хангасан тохиолдолд ялгарсан электронууд металлын гадаргуу дээр үлдэж, кинетик энерги байхгүйн улмаас хөдөлж чадахгүй.
Гэрлийг материаллаг гарал үүсэлтэй электрон руу энерги шилжүүлэхийн тулд гэрлийн энерги нь үнэндээ долгион шиг тасралтгүй биш, харин салангид энергийн багц хэлбэрээр ирдэг гэж үздэг. Тиймээс гэрэл энергийн квант бүрийг тус тусад нь электронууд руу шилжүүлж, тэдгээрийг бүрхүүлээс нь хөдөлгөх боломжтой. Цаашилбал, металыг вакуум хоолойд катод хэлбэрээр бэхлэх үед эсрэг талд нь хүлээн авах анод бүхий гадаад хэлхээний үед катодоос ялгарч буй электронууд нь эерэг хүчдэлд хадгалагддаг анодоор татагдах болно. Тиймээс вакуум дотор гүйдэл дамжуулж, хэлхээг дуусгаж байна. Энэ нь Альберт Эйнштэйний 1921 онд Физикийн чиглэлээр Нобелийн шагнал хүртсэн ололтуудын үндэс болсон юм.
Фотоволтайк эффект гэж юу вэ?
Энэ үзэгдлийг Францын физикч А. Э. Беккерел 1839 онд уусмалд дүрж, гэрэлд өртөх хоёр ялтсан цагаан алт ба алтны хооронд гүйдэл үүсгэх гэж оролдохдоо анх ажиглажээ. Энд юу болж байна вэ гэвэл металлын валентын зурвас дахь электронууд гэрлийн энергийг шингээж, өдөөх үед дамжуулалтын зурвас руу үсэрч, улмаар чөлөөтэй хөдөлдөг. Дараа нь эдгээр өдөөгдсөн электронууд нь суурилуулсан уулзварын потенциалаар (Галванийн потенциал) хурдасдаг бөгөөд ингэснээр илүү хэцүү байдаг фотоэлектрик эффекттэй адил вакуум орон зайг гатлахаас ялгаатай нь нэг материалаас нөгөөд шууд шилжиж чаддаг. Нарны зайнууд энэ үзэл баримтлал дээр ажилладаг.
Фотоэлектрик эффект ба фотоволтайк эффект хоёр юугаараа ялгаатай вэ?
• Фотоэлектрик эффектийн үед электронууд вакуум орон зайд ялгардаг бол фотоволтайк эффектийн үед электронууд ялгарах үед өөр материал руу шууд ордог.
• Уусмал дахь бие биетэйгээ нийлсэн хоёр металлын хооронд фотоволтайк эффект ажиглагддаг боловч фотоэлектрик эффект нь катодын туяа хоолойд гадаад хэлхээгээр холбогдсон катод ба анодын оролцоотой явагддаг.
• Фотоэлектрик эффект үүсэх нь фотоволтайк эффекттэй харьцуулахад илүү хэцүү байдаг.
• Ялгарсан электронуудын кинетик энерги нь фотоэлектрик эффектээс үүссэн гүйдэлд ихээхэн үүрэг гүйцэтгэдэг бол фотоволтайк эффектийн хувьд тийм ч чухал биш юм.
• Фотоволтайк эффектээр ялгарах электронууд нь уулзварын потенциал байхгүй үед фотоэлектрик эффектээс ялгаатай нь уулзварын потенциалаар түлхэгдэнэ.
