อิเล็กทริคโฟโตอิเล็กทริกหมายถึงสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนถูกปล่อยออกมาจากวัสดุที่ดูดซับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า นักฟิสิกส์อัลเบิร์ตไอน์สไตน์เป็นคนแรกที่อธิบายถึงผลกระทบอย่างเต็มที่และได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานของเขา
โฟโตอิเล็กทริกคืออะไร
แสงที่มีพลังงานสูงกว่าจุดหนึ่งสามารถใช้ในการทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากพื้นผิวโลหะแข็ง แต่ละอนุภาคของแสงที่เรียกว่าโฟตอนชนกับอิเล็กตรอนและใช้พลังงานบางส่วนเพื่อขับอิเล็กตรอนออกมา พลังงานที่เหลือของโฟตอนจะถ่ายโอนไปยังประจุลบฟรีที่เรียกว่าโฟโตอิเล็กตรอน
ทำความเข้าใจเกี่ยวกับวิธีการทำงานของการปฏิวัติฟิสิกส์สมัยใหม่ แอพพลิเคชั่นของเอฟเฟ็กต์อิเล็กทริคทำให้เรามีประตูเปิด "ตาไฟฟ้า" เครื่องวัดแสงที่ใช้ในการถ่ายภาพแผงเซลล์แสงอาทิตย์และการคัดลอกด้วยแสง
การค้นพบ
ก่อนที่ไอน์สไตน์นักวิทยาศาสตร์จะสังเกตเห็นผลกระทบ แต่พวกเขาก็สับสนกับพฤติกรรมเพราะพวกเขาไม่เข้าใจธรรมชาติของแสงอย่างเต็มที่ ในช่วงปลายทศวรรษ 1800 นักฟิสิกส์เจมส์เคลิกซ์แมกซ์เวลล์ในสกอตแลนด์และเฮนดริคลอเรนซ์ในเนเธอร์แลนด์ได้ตัดสินว่าแสงนั้นดูเหมือนจะเป็นคลื่น สิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์โดยการเห็นว่าคลื่นแสงแสดงให้เห็นถึงการรบกวนการเลี้ยวเบนและการกระเจิงซึ่งเป็นเรื่องปกติของคลื่นทุกประเภท (รวมถึงคลื่นในน้ำ)
ข้อโต้แย้งของไอน์สไตน์ในปีพ. ศ. 2448 ที่แสงยังสามารถทำหน้าที่เป็นชุดของอนุภาคที่มีการปฏิวัติเพราะมันไม่สอดคล้องกับทฤษฎีคลาสสิกของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า นักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ ได้ตั้งทฤษฎีต่อหน้าเขา แต่ไอน์สไตน์เป็นคนแรกที่อธิบายอย่างละเอียดว่าเหตุใดปรากฏการณ์จึงเกิดขึ้นและสิ่งที่เกี่ยวข้อง
ยกตัวอย่างเช่นเฮ็นริชเฮิร์ตซ์แห่งเยอรมนีเป็นคนแรกที่ได้เห็นโฟโตอิเล็กทริกเอฟเฟ็กต์ 2430 เขาพบว่าถ้าเขาส่องแสงอัลตราไวโอเลตไปยังขั้วไฟฟ้าโลหะเขาลดแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นเพื่อให้เกิดประกายไฟ เดวิดดาร์ลิ่ง
จากนั้นในปี 1899 ในอังกฤษ J.J. ทอมป์สันแสดงให้เห็นว่าแสงอัลตราไวโอเลตกระแทกพื้นผิวโลหะทำให้อิเล็กตรอนหลุดออก การวัดเชิงปริมาณของผลโฟโตอิเล็กทริคเกิดขึ้นในปี 1902 โดย Philipp Lenard (ผู้ช่วยอดีตของเฮิร์ตซ์) เห็นได้ชัดว่าแสงมีคุณสมบัติทางไฟฟ้า แต่สิ่งที่เกิดขึ้นไม่ชัดเจน
จากข้อมูลของไอน์สไตน์แสงถูกสร้างขึ้นจากห่อเล็ก ๆ ตอนแรกเรียกว่าควอนตั้มและโฟตอนในภายหลัง วิธีการทำงานของควอนตัมภายใต้เอฟเฟกตาแมวสามารถเข้าใจได้ผ่านการทดลองทางความคิด ลองนึกภาพหินอ่อนที่หมุนวนอยู่ในบ่อน้ำซึ่งจะเป็นเหมือนอิเล็กตรอนที่ถูกพันธะกับอะตอม เมื่อโฟตอนเข้ามามันจะกระทบกับหินอ่อน (หรืออิเล็กตรอน) ทำให้มีพลังงานเพียงพอที่จะหลบหนีจากบ่อน้ำ สิ่งนี้จะอธิบายพฤติกรรมของพื้นผิวโลหะที่มีน้ำหนักเบา
ในขณะที่ไอน์สไตน์ซึ่งเป็นเสมียนสิทธิบัตรหนุ่มสาวในสวิตเซอร์แลนด์อธิบายปรากฏการณ์ในปี 2448 มันใช้เวลา 16 ปีกว่าจะได้รับรางวัลโนเบลสำหรับผลงานของเขา สิ่งนี้เกิดขึ้นหลังจากนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Robert Millikan ไม่เพียง แต่ตรวจสอบงาน แต่ยังพบความสัมพันธ์ระหว่างหนึ่งในค่าคงที่ของ Einstein กับค่าคงที่ของพลังค์ ค่าคงที่หลังอธิบายว่าอนุภาคและคลื่นมีพฤติกรรมอย่างไรในโลกของอะตอม
การศึกษาเชิงทฤษฎีเพิ่มเติมเกี่ยวกับผลกระทบจากโฟโตอิเล็กทริคได้ดำเนินการโดย Arthur Compton ในปี 1922 (ซึ่งแสดงให้เห็นว่ารังสีเอกซ์ยังสามารถรักษาเป็นโฟตอนและได้รับรางวัลโนเบลในปี 1927) เช่นเดียวกับ Ralph Howard Fowler ในปี 1931 ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิโลหะและกระแสไฟฟ้าจากแสง)
การประยุกต์ใช้งาน
ในขณะที่การอธิบายผลของโฟโตอิเล็กตริกนั้นฟังดูเป็นทฤษฎีอย่างมาก แต่ก็มีการประยุกต์ใช้งานจริงมากมาย Britannica อธิบายบางอย่าง:
โฟโตอิเล็กทริคเซลล์ถูกนำมาใช้ในการตรวจจับแสงโดยใช้หลอดสุญญากาศที่มีแคโทดเพื่อปล่อยอิเล็กตรอนและขั้วบวกเพื่อรวบรวมกระแสที่เกิดขึ้น วันนี้ "phototubes" มีโฟโตไดโอดขั้นสูงตามเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ในการใช้งานเช่นเซลล์แสงอาทิตย์และการสื่อสารโทรคมนาคมใยแก้วนำแสง
หลอด photomultiplier เป็นรูปแบบของ phototube แต่พวกเขามีแผ่นโลหะหลายชนิดที่เรียกว่าไดโอด อิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกมาหลังจากแสงกระทบกับแคโทด จากนั้นอิเล็กตรอนจะตกลงไปที่ไดโอดตัวแรกซึ่งจะปล่อยอิเล็คตรอนจำนวนมากที่ตกลงมาที่ไดโนเดอร์ที่สองจากนั้นจะไปยังที่สามสี่และต่อไป แต่ละไดโอดจะขยายกระแส หลังจากประมาณ 10 dynodes กระแสมีความแรงพอสำหรับ photomultipliers ในการตรวจจับแม้แต่โฟตอนเดียว ตัวอย่างของสิ่งนี้ถูกใช้ในสเปกโทรสโกปี (ซึ่งแยกแสงออกเป็นความยาวคลื่นที่แตกต่างกันเพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีของดาวเช่น) และการสแกนเอกซ์เรย์คอมพิวเตอร์ (CAT) ที่ตรวจร่างกาย
การใช้งานอื่น ๆ ของ photodiodes และ photomultipliers รวมถึง:
- เทคโนโลยีการถ่ายภาพรวมถึง (เก่า) หลอดกล้องโทรทัศน์หรือตัวขยายภาพ
- การศึกษากระบวนการนิวเคลียร์
- การวิเคราะห์ทางเคมีด้วยวัสดุที่ขึ้นกับอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมา
- ให้ข้อมูลทางทฤษฎีเกี่ยวกับวิธีที่อิเล็กตรอนในอะตอมเปลี่ยนแปลงระหว่างสถานะพลังงานที่แตกต่างกัน
แต่บางทีแอพพลิเคชั่นที่สำคัญที่สุดของโฟโตอิเล็กทริกก็คือการปิดการปฏิวัติควอนตัมตาม
วิทยาศาสตร์อเมริกัน มันทำให้นักฟิสิกส์คิดถึงธรรมชาติของแสงและโครงสร้างของอะตอมในรูปแบบใหม่โดยสิ้นเชิง
