Il existe trois principales façons dont les photons, les particules élémentaires qui composent la lumière, interagissent avec et affectent des électrons dans la matière. L'effet photoélectrique, diffusion Compton, et la paire de production tout se produire lorsque la lumière frappe la matière et perd si son énergie aux électrons présents dans le matériau. Les interactions entre les photons et les électrons sont ce que les choses de puissance comme les panneaux solaires et les appareils photo numériques.
L'effet photoélectrique
L'effet photoélectrique a lieu lorsque la lumière frappe une surface et des transferts assez d'énergie pour ses électrons pour les faire tomber lâche; ces électrons libérés sont appelés photoélectrons. Bien que cet effet se produit dans toutes les formes de la matière, elle est le plus souvent associé à des métaux parce que leurs électrons ultrapériphériques sont faiblement liés et, par conséquent, facilement délogé. Il était en observant l'effet photoélectrique que les scientifiques ont fait la découverte importante que la lumière est à la fois particules et des propriétés comme des vagues, ou ce qu'on appelle une dualité onde-particule.
L'effet Compton
L'effet Compton, également connu comme la diffusion Compton, est très similaire à l'effet photoélectrique, mais se produit avec des photons d'énergie plus élevés. Quand un photon frappe un atome, une partie de son énergie est perdue pour les électrons; dans le cas de l'effet Compton, le photon diffuse diminuée dans le matériau et l'électron recule. Inverse diffusion Compton a lieu lorsque des électrons relativistes, générés par les noyaux actifs de galaxies et supernovae, entrent en collision avec des photons de basse énergie présents dans le rayonnement cosmique de fond. Dans ce cas, l'énergie des électrons sont transférés aux photons.
production Paire
Le principe de la production de paires est essentiellement celle des photons de diffusion photoélectriques effet et Compton perturbant le calme, une vie paisible d'électrons. célèbre équation d'Einstein, E = mc2, indique que l'énergie peut être convertie en masse. Lorsque les photons atteignent des énergies élevées (de l'ordre de 1,02 MeV ou plus), ils peuvent entrer en collision avec le noyau d'un atome et se transformer en un électron et son antiparticule - une particule avec la même masse mais une charge opposée, dans ce cas appelé positron .
Applications
Les cellules photovoltaïques, comme ceux utilisés dans les calculatrices solaires et des panneaux solaires, convertissent les photons en électrons par effet photoélectrique pour produire de l'électricité. Lorsque la lumière frappe le semi-conducteur d'une cellule solaire, il frappe électrons libre et crée un courant électrique qui est ensuite guidé à l'écoulement dans une direction déterminée par les contacts métalliques. Les appareils photo numériques fonctionnent selon les mêmes principes; lorsque la lumière frappe la puce semi-conductrice de la caméra, il est converti en et stocké sous une empreinte électronique ou image.