광전 효과는 빛이 빛날 때 금속 표면에서 전자를 배출하는 현상입니다. 이러한 방식으로 생산 된 전자를 광전자라고합니다.
이 현상은 광자에서 전자로 에너지를 전달하기 때문입니다. 이러한 광전자의 방출은 임의의 물질에서 빛나는 광선으로 관찰 될 수 있지만 금속 (및 기타 도체)에서 가장 쉽게 관찰 할 수 있습니다. 이에 대한 이유는 입사 빛이 금속 표면에서 전자를 배출하여 전하 불균형을 생성하기 때문입니다.
광전 효과 :빛이 금속 표면에 떨어지면 전자가 후자에서 날아갑니다.
또한 photoemission 이라고도합니다 또는 사진 이온화 , 그것은 전기 화학 및 양자 화학과 함께 전자 물리학에서 주로 연구됩니다.
19 세기 물리학 자들이 고전 물리학을 사용하여 광전 효과를 설명하지 못한 방법
19 세기의 물리학 자들은 고전 물리학의 원리를 사용하여 금속 표면에서 전자의 방출을 설명하려고 시도했습니다. 우선, 고전 물리학은 양자 역학이나 상대성 이론을 사용하지 않는 물리학의 지점으로, 더 완전하고 널리 받아 들여지는 것으로 간주됩니다.
조명을 고려한 고전 물리학의 과학자들은 금속 표면에 부딪히는 빛의 진동 전기장이 그 안에 존재하는 전자를 가열하여 진동하기 시작한다고 가정했습니다. 그들은 또한 광파의 밝기 (강도)가 그 에너지에 비례했다고 믿었습니다.
빛의 물결 이론을 사용하여 고전 물리학 자들은이 세 가지 예측을 만들었습니다.
- 입사광의 밝기 (강도)가 높을수록 표면에서 방출되는 전자의 에너지가 커집니다.
- 모든 주파수의 광파는 합리적인 강도가 유지되면 전자를 무너 뜨릴 수 있어야합니다.
- 입사광이 낮은 강도가 낮 으면 (너무 연약한) 금속 표면은 충분한 파도가 표면에 쳐서 전자를 노크 할 때까지 일정 시간 동안 지속적으로 노출되어야합니다.
(사진 크레딧 :Scienceabc)
그러나 실험이 수행되면 고전 물리학의 예측은 잘못된 것으로 판명되었습니다…
- 노크 전자의 에너지는 입사광의 강도에 의존하지 않습니다.
- 입사 광파의 주파수가 임계 값 (임계 값 주파수) 이상이 아닌 한 전자는 표면에서 녹아웃되지 않습니다.
- 전자가 로 나타납니다 빛은 금속 표면에 떨어집니다.
따라서 고전 물리학의 과학자들은 아인슈타인 씨가 들어온 파도 이론을 사용하여 광전 효과를 설명 할 수 없었습니다.
아인슈타인은 광전 효과를 설명합니다
1905 년 저명한 물리학 자 앨버트 아인슈타인 (Albert Einstein)은 (상대성에 관한 유명한 논문과 같은 문제로), 빛에 관한 '예기치 않은'관찰을 설명하는 이론을 발표했다. 그를 인용 :
여기서 고려되는 가정에 따라, 포인트 소스에서 퍼지는 광선의 에너지는 점점 더 많은 공간에 걸쳐 지속적으로 분산되지 않지만 우주의 지점에서 현지화 된 유한 한 수의 에너지 Quanta로 구성되어 있으며, 이는 분열없이 움직일 수 있으며 완전한 단위로만 생산 및 흡수 될 수 있습니다.
광자라고 불리는 작은 빛의 빛 패킷은 에너지를 전자로 옮기고 노크합니다
간단히 말해서, 그는 광전 효과에 관한 실험에서 빛이 파도처럼 행동하지 않고 입자처럼 행동했다고 제안했다. 그의 이론은 이런 식으로 광전 효과 실험에서 관찰을 성공적으로 설명했다 :
금속 표면에서 녹아웃 된 전자의 에너지는 전자가 한 번에 하나의 광자 만 흡수하기 때문에 빛의 강도에 의존하지 않습니다. 광자의 에너지가 충분히 크면 전자가 표면에서 떨어집니다. 그렇지 않다면 전자는 인접한 전자 및 원자와의 충돌을 통해 광자에서 얻은 에너지를 소산합니다.
임계 값 주파수
입사광의 주파수가 임계 값보다 작 으면 임계 값 주파수라고 알려진 전자가 표면에서 날아가지 않습니다. 다음은 이것을 더 잘 이해하는 다이어그램입니다.
캡션 :임계 값 주파수를 얻지 못할 때 전자가 배출되지 않음을 주목하십시오.
빛의 주파수가 임계 값 주파수를 초과하지 않는 한 전자는 배출되지 않습니다. 그러나, 임계 값 주파수보다 높은 주파수를 갖는 2 개의 다른 광선의 경우, 더 높은 운동 에너지를 갖는 더 높은 에너지 방출 전자를 갖는 광선.
아인슈타인은 이것으로 노벨상을 수상했습니다!
1921 년 Albert 아인슈타인 (사진 크레디트 :Ferdinand Schmutzer / Wikipedia Commons)
당신은 아마 이것을 알지 못할 수도 있지만, 아인슈타인은 1921 년에 그의 상대성 이론이 아니라 빛의 입자 특성을 사용하여 광전 효과를 성공적으로 설명하기 위해 1921 년 노벨 물리학상을 수상했습니다.
.광전 효과의 응용
광전 효과는 다수의 응용 프로그램을 가지고 있지만 가장 명백하고 가장 큰 예는 태양 광 세포를 사용하여 태양 에너지를 생산하는 데 사용됩니다. 이 세포는 태양에 노출 될 때 전기를 생성하는 반도체 물질로 만들어졌습니다.
계산기 (태양열)만큼 일반적인 것부터 지구를 공전하는 큰 인공 위성에 이르기까지, 태양 에너지의 수많은 응용이 있습니다.
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태양열 계산기 (사진 크레디트 :Pixabay)
광전 효과는 텔레비전 초기에 이미징 기술 (특히 비디오 카메라 튜브 - 텔레비전 이미지를 캡처하는 데 사용되는 음극 광선 튜브의 유형)에도 사용되었습니다. 그 외에도, 그것은 그들이 방출하는 전자를 기반으로 한 재료의 화학적 분석에 사용되어 에너지 상태와 특정 핵 공정 사이의 전자 전이를 연구 할 수 있습니다.
.우주선에 대한 광전 효과의 바람직하지 않은 영향
광전 효과는 햇빛에 장기간 노출되면 금속 표면에서 전자의 연속 방출로 이어 지므로 우주선 외부에 순 양전하가 축적 될 수 있습니다. 따라서 우주선의 햇볕이 잘 드는 쪽은 양전하를 발생시키는 반면, 그림자의 측면은 상대적인 음전하가 발생합니다.
우주선 표면을 가로 지르는이 전하 축적은 전류가 흐르도록합니다. 특히 선박 내부에서 섬세한 회로와 기계가 작동 할 때는 좋지 않습니다.
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ISS는 우주 비행사와 식물뿐만 아니라 복잡하고 섬세한 기계를 주최합니다. (사진 크레디트 :NASA)
따라서 우주선의 전기 시스템은 표면에 순 전하가 축적되는 것을 방지하는 많은 도체로 구성됩니다.
