Kas ir fotoelektriskais efekts?

Dažāda veida elektromagnētiskais starojums rada dažādus iedarbības līmeņus saules baterijās frekvences rezultātā. Redzamā gaisma rada fotoelektrisko efektu, kad tā iedarbojas uz sārmu metāliem, ultravioletā gaisma rada to citos metālos, un nemetāliem tiek izmantota ārkārtēja ultravioletā gaisma. Pirmo reizi šo koncepciju 1902. gadā ievēroja Filips Eduards Antons fon Lenards, kad viņš atklāja, ka dažādas gaismas krāsas, kas pazīstamas arī kā frekvence, izstaro dažāda līmeņa elektronus. Iepriekš Džeimsa Klerka Maksvela gaismas viļņu teorija norādīja, ka starojuma intensitāte radīs proporcionālu elektronu enerģiju. Šī jaunā teorija paskaidroja, ka fotoni bija atbildīgi par elektronu izmešanas radīšanu un darbojās kā atsevišķas daļiņas, nevis pastāvīgi viļņi.

Fiziķis AE Bekerels 1839. gadā atzina saules gaismas fotoelektriskā efekta jēdzienu, taču viņa izpratne bija ierobežota. 1883. gadā Čārlzs Fritss uzbūvēja pirmo saules bateriju, izmantojot selēna pusvadītāju, kas pārklāts ar plānu zelta kārtu. Šī pirmā saules baterijas izmantošana bija tikai viena procenta efektivitāte. Tikai 1954. gadā Bell Laboratories izstrādāja praktisku veidu, kā izmantot saules enerģiju.

Veids, kā fotoelektriskais efekts tiek izmantots, izmantojot saules baterijas, ir ļoti vienkāršs. Būtībā saules gaismas fotoni ietekmē saules paneli un absorbē materiāls. Materiālā esošie negatīvi lādētie elektroni tiek atdalīti no atomiem, kas pēc tam ražo elektrību. Šo situāciju kontrolē, ļaujot elektroniem panelī pārvietoties tikai vienā virzienā, izraisot apgrieztu darbību, kurā pozitīvi lādētas daļiņas plūst pretējā virzienā. Notiekot abām šīm darbībām, no elektromagnētiskās reakcijas var izmantot elektrības līdzstrāvu.

Fotoelementu efekts ir būtisks daudziem mūsdienu dzīves procesiem. Papildus enerģijas radīšanai vispārīgiem nolūkiem saules baterijas ir būtiskas NASA un citu kosmosa aģentūru izmantotajiem kosmosa kuģiem. Tāpat tehnoloģijas principi tiek izmantoti digitālajās kamerās ar lādiņu savienotu ierīču, kā arī elektroskopu veidā, kas identificē statisko elektrību.