FOTOCELDAS
Las fotoceldas son resistencias, cuyo valor en ohmios varía ante las variaciones de la luz incidente. También llamadas fotoresistencias o LDRs (resistencia dependiente de la luz). Están construidas con un material sensible a la luz, de tal manera que cuando la luz incide sobre su superficie, el material sufre una reacción física la cual altera la resistencia eléctrica. Las fotoceldas son parte muy importante en la construcción y funcionamiento de los paneles solares.
Su funcionamiento se basa en el efecto fotoeléctrico. El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material cuando se hace incidir sobre la radiación electromagnética (en la luz visible o ultravioleta, en general).
La fotoconductividad es el aumento de la conductividad eléctrica de materia o en iones, provocados por la luz. Otro factor que en necesario para el funcionamiento de las fotoceldas en el efecto fotovoltaico, en cual es la transformación de la energía luminosa en energía eléctrica.
El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material cuando se hace incidir sobre él una radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general). A veces se incluyen en el término otros tipos de interacción entre la luz y la materia:
-Fotoconductividad
-Efecto fotovoltaico
Se podría decir que el efecto fotoeléctrico es lo opuesto a los rayos X, ya que el efecto fotoeléctrico indica que los fotones pueden transferir energía a los electrones.
Los fotones del rayo de luz tienen una energía característica determinada por la frecuencia de la luz. En el proceso de fotoemisión, si un electrón absorbe la energía de un fotón y éste último tiene más energía que la función de trabajo, el electrón es arrancado del material. Si la energía del fotón es demasiado baja, el electrón no puede escapar de la superficie del material.
FORMULACIÓN MATEMÁTICA
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donde h es la constante de Planck f0 es la frecuencia de corte o frecuencia mínima de los fotones para que tenga lugar el efecto fotoeléctrico, Φ es la función de trabajo, o mínima energía necesaria para llevar un electrón del nivel de Fermi al exterior del material y Ek es la máxima energía cinética de los electrones que se observa experimentalmente.
EL EFECTO FOTOELÉCTRICO EN LA ACTUALIDAD
El efecto fotoeléctrico es la base de la producción de energía eléctrica por radiación solar del aprovechamiento energético de la energía solar. El efecto fotoeléctrico se utiliza también para la fabricación de células utilizadas en los detectores de llama de las calderas de las grandes centrales termoeléctricas. Este efecto es también el principio de funcionamiento de los sensores utilizados en las cámaras digitales. También se utiliza en diodos fotosensibles tales como los que se utilizan en las células fotovoltaicas en electroscopios o electrómetros. En la actualidad los materiales fotosensibles más utilizados son, aparte de los derivados del cobre (ahora en menor uso), el silicio, que produce corrientes eléctricas mayores.
FORMULACIÓN MATEMÁTICA
Para analizar el efecto fotoeléctrico cuantitativamente utilizando el método derivado de Einstein es necesario plantear las siguientes ecuaciones:
Energía de un fotón absorbido = a la energía necesaria para liberar un electrón + la energía cinética del electrón emitido.
Algebraicamente:
.donde h es la constante de Planck f0 es la frecuencia de corte o frecuencia mínima de los fotones para que tenga lugar el efecto fotoeléctrico, Φ es la función de trabajo, o mínima energía necesaria para llevar un electrón del nivel de Fermi al exterior del material y Ek es la máxima energía cinética de los electrones que se observa experimentalmente.
EL EFECTO FOTOELÉCTRICO EN LA ACTUALIDAD
El efecto fotoeléctrico es la base de la producción de energía eléctrica por radiación solar del aprovechamiento energético de la energía solar. El efecto fotoeléctrico se utiliza también para la fabricación de células utilizadas en los detectores de llama de las calderas de las grandes centrales termoeléctricas. Este efecto es también el principio de funcionamiento de los sensores utilizados en las cámaras digitales. También se utiliza en diodos fotosensibles tales como los que se utilizan en las células fotovoltaicas en electroscopios o electrómetros. En la actualidad los materiales fotosensibles más utilizados son, aparte de los derivados del cobre (ahora en menor uso), el silicio, que produce corrientes eléctricas mayores.
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