■ 광전효과와 다이오드(Diode : 2극관)를 이용한 태양광 발전

[석수]

■ 광전효과(光電效果) / Photoelectric effect


광전효과는 금속에 속박(구속)된 전자가 빛에 쪼이면 에너지를 얻어 방출되는 현상이다. 이때 빛에 쪼이고 방출된 전자를 '광전자'라고 한다

금속 내의 전자는 원자핵의 (+)전하와 전기력에 의해 속박된다. 여기에 일정 진동수 이상의 빛을 비추었을 때 광자가 전자와 충돌하게 된다. 즉 광자와 충돌한 전자가 금속으로부터 튀어나오는 현상이라고 할 수 있다.

알베르트 아인슈타인이 광양자설을 통해 빛의 입자성을 제시하면서 마침내 규명되었다.


그는 빛이란 하나하나가 진동수에 비례한 에너지를 지닌 입자의 집합이라고 보았는데 광전효과 실험을 완벽하게 설명했다.

광전효과는 1887년 하인리히 루돌프 헤르츠의 음극선 실험 도중 발견되었으나 당시에 전자기학에서는 이미 빛이 파동이라는 결론이 나온 상태여서 설명할 수 없는 현상이었다. 그로부터 10년 뒤인 1897년에 필리프 레나르트의 음극선 실험에 의해서 정확하게 관측이 되었고, 러시아의 스톨레토프가 광전효과를 이용한 논문을 써내면서 광전효과의 1법칙을 정립해내게 되고 현대물리의 핵심적인 문제로 부상하게 된다. 그리고 1905년에 이르러 아인슈타인은 프랑크의 양자가설을 바탕으로 광전효과를 설명하는 데 성공한다.

흔히 아인슈타인의 최대 업적은 상대성 이론이라고 하지만 광전효과를 설명한 광양자설 또한 만만치 않게 거대한 업적으로 평가 받는다.

광양자설은 고전물리학을 뒤집은 일대의 센세이션이었을 뿐만 아니라 현대 물리학의 주요한 테마인 양자역학의 시초이기도 하다.


■ 다이오드

Di(2) + electrode(전극) = Diode(2극)

양극(anode)
음극(cathode)

전류를 한쪽 방향으로만 흐르게 만드는 장치. 본래는 진공관의 2극관을 말하는 것이다.

토마스 에디슨이 백열전구로 실험하다가 필라멘트에서 금속판(플레이트)으로 전류가 흐르는 것을 보고 발견한 에디슨 효과를 이용하여 탄생한 최초의 진공관이다.


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에디슨효과(Eidson effect 또는 Edison emission)란 뜨겁게 가열된 금속 또는 금속산화물반도체에서 전자가 방출되는 현상입니다.
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에디슨은 백열전구의 효율 개선에만 관심이 있었고 에디슨 전기 회사는 직류를 직접 송전하고자 했기 때문에 이 효과에 관심을 두지 않았고 이후 영국의 플레밍이 1904년 특허등록, 무선전신부품으로 사용했다.

2극관은 애노드(Anode, 플레이트), 캐소드(Cathode)로 구성되는 단순한 구조의 진공관으로 한쪽으로만 전류가 흐르므로 교류 전기를 직류 전기로 바꾸는 정류관이나 검파용으로 활용된다.

그래서 정류기(rectifier)라고도 부른다.

반도체 다이오드 역시 위의 2극 정류관과 같이 양극(anode)에서 음극(cathode)으로만 전류가 흐르는 소자를 뜻한다. 동일한 작동을 하지만 구조는 반도체를 이용하는 것으로서 다르다.

최초에는 전신기에 사용하였다고 한다. 정류기나 라디오관 중 일부가 이쪽이다. 이 구조에서 발전하여 전자를 제어하는 그리드란 부품이 추가되어 3극관, 4극관, 5극관, 7극관 등 다양한 극을 가진 진공관이 탄생하여 다양한 용도로 쓰이게 되었다.