Hiệu ứng quang điện là một hiện tượng rất quen thuộc trong ngành vật lý học. Hiệu ứng này được ứng dụng đa dạng trong đời sống, có thể kể đến các ứng dụng như: sản xuất pin mặt trời, các cảm biến ghi ảnh, cảm biến quang học… Vậy hiệu ứng quang điện hoạt động như thế nào?
Hiệu ứng quang điện là gì?
Hiệu ứng quang điện được hiểu là hiện tượng xảy ra khi có ánh sáng chiếu vào một vật liệu và tạo ra dòng điện. Theo định nghĩa rộng hơn, hiệu ứng quang điện là hiện tượng các hạt tích điện được đánh bật ra khỏi bề mặt vật liệu, hoặc di chuyển tự do trong khối vật liệu khi có bức xạ điện từ chiếu vào.
Thông thường, các bức xạ điện từ có thể đánh bật các electron để tạo thành các cặp electron – lỗ trống đó là: các tia cực tím, tia hồng ngoại, tia X, tia gamma… Còn các vật liệu dẫn điện hay bán dẫn có thể là chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí.
Hiệu ứng quang điện đã được nhà vật lý người Đức Heinrich Rudolf Hertz phát hiện vào năm 1887. Khi ông quan sát thấy, ánh sáng cực tím chiếu vào hai điện cực kim loại có điện áp, ánh sáng sẽ làm thay đổi điện áp và tại đó sinh ra tia lửa điện.
Như vậy, quang điện chính là mối quan hệ giữa ánh sáng và điện năng. Cường độ ánh sáng quyết định số lượng electron được giải phóng ra khỏi kim loại (được đo bằng dòng điện).
Điều kiện để xảy ra hiệu ứng quang điện
Hiệu ứng quang điện chỉ xảy ra khi đáp ứng các điều kiện sau:
- Năng lượng của photon trong ánh sáng phải đủ để bắn các electron ra khỏi bề mặt vật liệu.
- Tần số của ánh sáng phải lớn hơn một tần số ngưỡng.
- Vật liệu phải là kim loại hoặc chất bán dẫn.
- Ánh sáng phải được chiếu trực tiếp vào bề mặt vật liệu.
Phân loại hiện tượng quang điện
Hiệu ứng quang điện ngoài
Là hiện tượng các hạt electron được đánh bật ra khỏi bề mặt vật liệu khi có ánh sáng chiếu vào. Điều này tạo ra dòng dịch chuyển có hướng của các hạt mang điện và tạo thành dòng điện.
Hiệu ứng quang điện trong
Là hiện tượng các hạt electron được đánh bật ra khỏi vị trí nhưng vẫn chuyển động tự do ở trong lòng khối vật dẫn và tạo ra dòng điện.
Các ứng dụng quan trọng của quang điện
Hiệu ứng quang điện được ứng dụng rất phổ biến trong đời sống, trong đó có thể kể đến những ứng dụng chính sau:
Sản xuất pin năng lượng mặt trời: Các tấm pin mặt trời được tạo thành từ các tế bào quang điện. Các tế bào này thường được làm từ vật liệu bán dẫn silic. Khi có ánh sáng mặt trời chiếu vào, các electron trong vật liệu bán dẫn sẽ được kích hoạt để chuyển động và tạo thành các cặp electron-lỗ trống, từ đó tạo thành dòng điện một chiều.
Cảm biến ánh sáng: Hiệu ứng quang điện được sử dụng để phát hiện và đo lường cường độ ánh sáng. Do đó, chúng được ứng dụng trong nhiều thiết bị như: máy ảnh kỹ thuật số, các thiết bị điều khiển tự động hay các hệ thống an ninh, máy quét mã vạch, hệ thống đèn chiếu sáng tự động, cửa tự động…
Các thiết bị y tế: Hiệu ứng này cũng được sử dụng trong các thiết bị y tế giúp chuẩn đoán và theo dõi sức khoẻ người bệnh, ví dụ như máy chụp X-quang, máy đo nồng độ oxy trong máu…
Công nghệ phổ quang điện tử: Hiệu ứng quang điện có thể xác định được tính chất điện tử và cấu trúc của các chất dựa trên quang phổ mà vật liệu đó phát ra hoặc hấp thụ.
Như vậy, có thể thấy hiệu ứng quang điện có vai trò quan trọng trong rất nhiều lĩnh vực, từ các sản phẩm phục vụ cho đời sống thường ngày cho đến các ứng dụng nghiên cứu khoa học vĩ mô.
Hi vọng với những chia sẻ trên đây, dienmattroivietnam.com đã giúp bạn đọc hiểu rõ hiệu ứng quang điện là gì, vai trò và những ứng dụng quan trọng của nó trong đời sống. Đừng quên theo dõi chúng tôi để biết thêm những kiến thức hữu ích về lĩnh vực điện, đặc biệt là điện năng lượng mặt trời bạn nhé!