In domeniul fizicii, efectul fotoelectric se refera la capacitatea unui material de a emite electroni atunci cand este supus la actiunea luminii. Daca, de exemplu, asupra unei suprafete metalice se exercita o radiatie electromagnetica, de o anumita frecventa, suprafata respectiva emite fotoelectroni, capabili sa genereze curent electric.

antoine henri becquerel

In 1839, pentru prima data, Antoine Becquerel, fizician francez, impreuna cu fiul sau, Edmond Becquerel, au reusit sa prezinte, in cadrul Academiei de Stiinte, din Paris, efectul fotovoltaic. Au legat doua placute de platina, cu o sarma, si le-au introdus intr-o solutie chimica. In momentul in care lumina soarelui cadea asupra lor, prin sarma trecea curent electric.

Pornind de la acesta experienta, inginerul german Heinrich Rudolf Hertz (cunoscut, mai ales, pentru descoperirea « undelor hertiene » – unde radio, a caror frecventa este inferioara valorii de 300 GHz) a cercetat, in continuare, fenomenul si, in 1886, a publicat rezultatele la care a ajuns, intr-o revista stiintifica de prestigiu – « Annalen der Physik » (Anale de fizica).

In esenta, el a confirmat descoperirea lui Becquerel, adaugand faptul ca numarul de electroni emisi de o placa metalica supusa unui fascicul de lumina depinde, printre altele, de intensitatea luminoasa.

Asistentul sau, Wilhelm Hallwachs, a aprofundat cercetarile in domeniu, descoperind, in 1887, « efectul Hallwachs”, care va avea un rol major in formularea teoriei “cuantelor de lumina”, formulata, in 1905, de Albert Einstein, si care explica diverse fenomene fizice la nivel atomic si subatomic.

Albert Einstein

Einstein este primul care da o explicatie cuprinzatoare a efectului fotoelectric, utilizand conceptul de « particula de lumina », pentru care, astazi, se utilizeaza termenul de « foton » (cuanta de lumina), din care a derivat « Constanta lui Plank » (cu ajutorul careia se calculeaza energia fotonica), pe care fizicianul german care i-a dat numele (Plank) a dedus-o studiind emisia corpurilor negre. Einstein, pentru descoperirea sa, a primit, in 1921, Premiul Nobel pentru fizica.

efectul fotoelectric

Asadar, efectul fotoelectric se defineste prin cateva aspecte fundamentale :   

  • Emiterea de electroni se produce daca frecventa luminii aplicata asupra unui material este suficient de ridicata.
  • Frecventa luminii depinde de felul materialului asupra caruia actioneaza.
  • Numarul de electroni emisi in timpul expunerii la lumina, care determina intensitatea curentului electric, este direct proportional cu intensitatea sursei luminoase.

Aplicatiile efectului fotoelectric

Descoperirea efectului fotoelectric a condus la nenumarate aplicatii, de la fabricarea unor obiecte de uz cotidian, pana la echipamente sofisticate, utilizate in astronautica, printre care, mai cunoscute sunt urmatoarele:

Fabricarea celulelor fotovoltaice, facute din semiconductori pe baza de siliciu, (din care se construiesc panourile solare); mai multe celule legate intre ele formeaza un modul solar fotovoltaic, iar mai multe module alcatuiesc o instalatie solara, care produce electricitate, dintr-o sursa regenerabila (soarele). In 2012, 0,8 % din energia electrica mondiala a fost produsa cu ajutorul panourilor solare, pe locuri fruntase aflandu-se Europa de Vest (Germania, Italia, Spania etc.), Asia de sud-est, America de Nord.

Realizarea fotomultiplicatoarelor – dispozitive care multiplica impulsurile luminoase si ajuta la transformarea lor in impulsuri electrice. Un astfel de detector de fotoni este sensibil la raze ultraviolete si la infrarosu, timpul de raspuns fiind de ordinul nanosecundelor. Fotomultiplicatoarele sunt construite, de regula, sub forma unor tuburi de sticla cu vid.

Functionarea detectoarelor de fum, a alarmelor si a sistemelor de deschidere automata a usilor automobilelor, garajelor, halelor etc., pe baza de celula fotoelectrica.

Fabricarea fotodiodelor, care, in combinatie cu ledurile in infrarosu, au aplicatii in robotica.

Citește și:  Top 7 descoperiri ştiinţifice care au marcat anul 2017

Alimentarea ceasurilor de mana, a calculatoarelor portabile, a aparatelor de taxare din parcari.

Alimentarea balizelor luminoase pentru semnalizarea drumurilor, a lampadarelor  pentru iluminatul public.

Producerea de automobile solare, proces care este inca in faza experimentala. Compania franceza “Venturi AstroLab” a scos deja pe piata un astfel de autoturism. Este ecologic, nu foloseste carburant, nu polueaza, are o autonomie de aproximativ 50 de kilometri. Canadienii, inca din 2008, au conceput, de asemenea, un model de autoturism solar – «Power of One » – pe care l-au testat pe o distanta de 15 000 de kilometri, putand atinge si 120 kilometri/ora, si care ajunge in sase secunde de la 0 km la 80 km/ora. Vehiculul are 5 metri lungime, 1,8 metri largime, 0,90 m inaltime si o greutate de 300 kg. Capota este acoperita cu panouri solare, iar energia acumulata este stocata in baterii. Olandezii au construit o masina solara pentru curse – « Nuna » – castigand “World Solar Challenge”, in 2005, cand aceasta a parcurs 3 000 de kilometri, cu o viteza medie de 100 km/ora.

Construirea de sateliti cu panouri solare, energia acumulandu-se in baterii de nichel, cu peste 30 000 de cicluri incarcare/descarcare, cu o durata de viata de aproximativ sase ani.

In 1981, s-a realizat deja primul avion solar (“Solar Challenger”), care a reusit sa traverseze Canalul Manecii, la 3 000 de metri altitudine. Alte modele de avioane solare sunt, in prezent, in faza de experiment. Au marele avantaj de a folosi energia solara, care este inepuizabila, gratuita si nepoluanta, dar costurile celulelor fotovoltaice sunt foarte ridicate. In 2001, specialistii de la NASA au construit un prototip telecomandat, care a reusit sa se ridice la 32 kilometri altitudine deasupra Oceanului Pacific. Acelasi model, in 2003, s-a prabusit in ocean, evident, fara a face victime, fiindca era fara pilot. Primul zbor al unui avion solar, cu pilot, s-a facut in 2011. Este vorba de “Solar Impulse”, condus de elvetianul Bertrand Piccard, care a parcurs 630 de kilometri, in 13 ore de zbor.

Primul vapor solar a fost prezentat in 1982, la Salonul International de la Paris. In Europa, incepand cu 1985, se folosesc vapoare solare de croaziera, pe caile navigabile interioare, care nu solicita un volum foarte mare de energie. Intre 2010 – 2012, navigatorul elvetian Raphael Domjan a realizat primul ocol al lumii intr-o ambarcatiune alimentata cu energie solara – «PlanetSolar». Calatoria a pornit si s-a sfarsit in Monaco si a durat 585 de zile, fiind parcursi 60 000 de kilometri.

Loading...

LĂSAȚI UN MESAJ

Please enter your comment!
Please enter your name here

Acest sit folosește Akismet pentru a reduce spamul. Află cum sunt procesate datele comentariilor tale.