Además de las buenas respuestas dadas aquí, me gusta dar mi comprensión ‘simple’ del proceso. Este es un tema muy importante y amplio con una enorme aplicación y ha recibido contribuciones de casi todos los gigantes de la física.
Se puede producir una fotocorriente como resultado de los efectos fotoeléctricos, fotoemisivos o fotovoltaicos (consulte Efecto fotoeléctrico). El primero es causado por la luz que cae sobre la superficie de un material adecuado (principalmente conductores y semiconductores). Aquí los electrones saltan de la superficie, recogidos / atraídos por una placa con carga positiva y creando una corriente en el circuito de conexión. El segundo es el resultado del calentamiento normal de cualquier material que hace que los electrones salten de la superficie y vuelvan a caer si no son recogidos por un ánodo. El tercero es cuando la luz (debido a su campo eléctrico oscilante) empuja y provoca la acumulación de electrones en una región del material, lo que resulta en una diferencia de potencial que da como resultado una corriente como en las células solares. Los conductores y semiconductores son más prominentes en esto debido a sus electrones relativamente abundantes y sueltos. Los electrones no salen de la superficie en este caso.
Con respecto al primer proceso: la corriente fotoeléctrica, conocemos estos hechos; (ver la ECUACIÓN FOTOELÉCTRICA DE EINSTEIN)
- ¿Por qué la probabilidad de encontrar un electrón entre dos niveles de energía es cero?
- En una celda de Daniell, ¿cuál es el positivo? ¿Es el ánodo o el cátodo?
- ¿Cuál es la forma completa de las capas de electrones KLMN en química?
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- Dado que acelerar un electrón provoca ondas EM, y girar un cuerpo hace que acelere, ¿el giro del electrón causa emisiones de ondas EM?
1-Necesita una cierta frecuencia f0 (la frecuencia de corte) o más alta para cada material para que los electrones salten de la superficie. La energía cinética ‘máxima’ de los electrones emitidos es una función de la frecuencia de la luz incidente f, dada por; KE = h (f-f0), donde h es la tabla constante.
2-La corriente obtenida al recolectar los electrones que escapan para fluir en un circuito cerrado, aumenta directamente con la intensidad de la luz que cae y también con el voltaje de atracción del ánodo, alcanzando un valor de saturación constante superior para cada intensidad y potencial de cada ánodo.
3-La corriente comienza casi instantáneamente. Es decir, una vez que cruza la frecuencia de corte y también después de encender la fuente de luz, y este inicio es independiente de la intensidad de la luz que cae o de la temperatura de la superficie del material (en contraste con la emisión térmica).
Para explicar lo que está sucediendo aquí, debemos recordar que existen electrones en varios niveles alrededor del núcleo, y cuanto más pequeña es la órbita, mayor es su energía potencial (normalmente tomada como negativa) y mayor es la energía requerida para desenredarlo y fuera. Dado que diferentes materiales tienen diferentes arreglos de electrones, necesitará diferentes energías en la luz incidente para hacerlo; esto se llama función de trabajo = hf0. La energía en la luz está determinada por su intensidad según Maxwell, pero esta energía no puede expulsar un electrón a menos que esté en sintonía con la frecuencia que el electrón está haciendo (rotación) alrededor del núcleo y esto está relacionado con su posición y, por lo tanto, su energía. Se sabe que para cualquier sistema oscilante, la energía no se puede agregar o extraer a menos que se haga en armonía con el sistema. Después de alcanzar la frecuencia mínima, la cantidad de electrones expulsados seguirá la intensidad, esta es la corriente. La energía cinética máxima también se convierte en una función directa de la frecuencia porque la frecuencia está asociada con la posición en el núcleo. Esto explica por qué la energía máxima en la pregunta principal anterior.
Si la frecuencia de la luz es menor y no puede hacer que el electrón salte de la superficie, la energía de luz absorbida se usa para excitar la red de la molécula, lo que resulta en un aumento de la temperatura del material. Como resultado de esta sacudida, es posible que algunos electrones ganen suficiente energía y también escapen de la superficie. Esta es ahora una emisión térmica y es una función de la temperatura. Esto es similar a las moléculas de agua que saltan de la superficie y causan evaporación (a cualquier temperatura).
En materiales compuestos con forma y dopados, los electrones excitados / desalojados son capturados / redirigidos por otros y diferentes átomos en el vecindario, lo que conduce a muchos fenómenos interesantes en semiconductores. La luz incidente también se puede absorber y volver a emitir nuevamente, como en la dispersión de Thomson cuando la luz emitida está en la misma frecuencia y se denomina dispersión de Compton cuando está en una frecuencia diferente. La nueva frecuencia puede ser mayor o menor que la incidente dependiendo del estado de los electrones que causan el efecto. Cuando los electrones tienen velocidades súper relativistas, la energía del fotón aumenta y el proceso se llama dispersión inversa de Compton.
