광전효과(photoelectric effect)과 광센서 : 금속판에 한계(문턱)진동수 이상의 빛을 쬐었을 때 금속판에서 전자(광전자) 들이 튀어나오는 현상 금속판 광전관 광전자 한계(문턱)진동수(threshold frequency) ( ) : 주어진 금속에 대해 빛이 전자를 방출시킬 수 있는 최소진동수 정지(저지)전압 ( ) : 양 극에 일정 크기 이상의 (-) 전압을 걸어 주어 광전류가 0 이 될 때의 전압
광전효과(photoelectric effect)과 광센서 광전효과의 실험적 결과 빛의 진동수와 광전자의 최대운동에너지 빛의 세기와 광전류 빛의 진동수와 광전류 빛의 진동수와 광전자 방출 – 한계진동수 이하의 빛은 광전자 방출 X - 한계진동수 이상의 빛은 약한 빛에도 광전자 방출 광전자의 최대운동에너지는 빛의 진동수에 비례(빛의 세기에 무관) 동일한 진동수의 빛에 의해 단위 시간에 방출되는 광전자의 수는 빛의 세기에 비례
광전효과(photoelectric effect)과 광센서 광전효과의 해석 - by Einstein 플랑크의 양자가설 – 열복사 E 는 불연속적(discontinuous) Einstein의 광양자설 일함수(work function) – 전자가 금속을 튀어나오는 데 필요한 최소 E 광전자의 최대운동에너지
광전효과(photoelectric effect)과 광센서 광전효과와 빛의 성질(입자성) 빛의 파동성에 의한 해석 광전효과 실험 결과 광전자방출 빛의 세기가 세면 방출 (진동수와 무관) 약한 빛을 오래 쬐면 방출 한계진동수 이하의 빛은 아무리 센 빛을 오래 쬐어도 전자방출 X 광전자에너지 밝은 빛을 오래 쬐면 전자의 운동에너지 증가 광전자의 운동에너지는 빛의 진동수에 비례 (빛의 세기에 무관) 광전자 방출시간 금속내부에 전자가 빛으로부터 에너지를 받아 방출되는데 시간이 걸림 빛이 한계진동수보다 크면 약한 빛이라 하더라도 지체 없이 전자 방출 빛 – “ 빛은 파동이 아닌 입자적 성질을 지닌 에너지 덩어리”
광전효과(photoelectric effect)과 광센서 광전효과의 이용 1. 광센서 : 빛의 양, 물체의 모양이나 상태, 움직임 등을 감지하는 장치 use → 화재탐지기, 자동문, 도난경보기, 화학반응에 의한 색의 변화 측정 광센서 이용 로봇 – 적외선 이용 장애물 인식 광다이오드 – p – n 접합부에 빛 → 전류(by 광전효과) 2. 광합성 : 빛에서 에너지를 얻은 전자의 이동으로 에너지 생성
광전효과(photoelectric effect)과 광센서 광전효과의 이용 3. 태양전지(solar cell) 태양 E → 전기 E (p, n –type 반도체를 이용) 광전효과 이용(빛에 의해 반도체 내의 양공과 전자가 들뜬상태 → 전류 use → 인공위성 작동, 전자계산기, 태양광 발전, 태양광 주택 등 염료감응형 태양전지 - 염료가 빛 E 흡수, 전자 방출, 방출된 전자가 투명전극 이동 (-) 극 장점 : 제조 단가 낮음, 구부러짐, 투명, 유리창에 적용 가능 단점 : 효율이 낮음, 활용성 낮음, 짧은 수명
광전효과(photoelectric effect)과 광센서 광전효과의 이용 4. 복사기에 이용되는 광전효과 copy → 자료 (black – 빛 흡수, white – 빛 반사) → 반사된 빛 드럼(셀레늄, (+)전하로 대전)에 상(image) 형성 → 광전효과(전자 방출, 저항 감소) → (+) 전하 감소 → 남은 (+) 전하 부분에 (-) 전하의 토너가 붙음 → paper 융착