اثر فوتوالکتریک از دیدگاه الکترومغناطیس کلاسیک چیست؟
اثر فوتوالکتریک
اثر فوتوالکتریک پدیده‌ای الکتروکوانتومی است که در آن، ماده پس از جذب انرژی از فوتونِ پرتو الکترومغناطیسی تابیده به آن (مانند پرتو ایکس یا نور)، الکترون گسیل (آزاد) می‌کند. اثر فوتوولتاییک
اثر فوتوولتاییک به معنی تولید شدن ولتاژ یا جریان الکتریکی متناظر با آن در ماده به دلیل در معرض نور قرار گرفتن است. اگرچه اثر فوتوولتائیک به طور مستقیم به اثر فوتوالکتریک مربوط است با این حال این دو پروسه متفاوت بوده و باید بین آن‌ها تمایز قائل شد.
الکترومغناطیس کلاسیک
که (ρ" (r" چگالی جریان است حاصل تقسیم بار الکتریکی کل بر حجم می‌باشد. میدان مغناطیسی
در الکترومغناطیس کلاسیک، میدان مغناطیسی، میدان به‌دست آمده از بار الکتریکی در حال حرکت می‌باشد. به سخن ساده‌تر، میدان مغناطیسی، حاصل تأثیر دو میدان الکتریکی (برای نمونه دو بار مثبت و منفی) بر روی هم است که به درست شدن یک میدان مغناطیسی می‌انجامد. الکترومغناطیس کلاسیک
formula_19 الکترومغناطیس کلاسیک
از این رابطه می‌توان بُعد E را به صورت V/m (ولت بر متر) نیز نشان داد. برای بار نقطه‌ای ساکن اختلاف پتانسیل الکتریکی از رابطهٔ زیر بدست می‌آید: لیتوگرافی اشعه ایکس
محدوده نسبی فوتوالکترون های اولیه و الکترونهای اوگر به انرژی های مربوط به آنها بستگی دارد. این انرژی ها به انرژی تابشی و به ترکیب مقاومت بستگی دارند. همچنین فضای قابل توجهی برای انتخاب بهینه وجود دارد (برگرفته از 3 مقاله). وقتی الکترون‌ های اوگر انرژی کمتری نسبت به فوتوالکترون‌های اولیه داشته باشند، برد کوتاه‌تری را نیز خواهند داشت. هر دو به ذرات ثانویه تجزیه میشوند که با پیوندهای شیمیایی برهم کنش دارند. وقتی انرژی‌های ثانویه خیلی کم باشند، نمی‌توانند پیوندهای شیمیایی را بشکنند بنابراین بر وضوح چاپ اثر نمی‌ گذارند. آزمایشها ثابت میکنند که محدوده ترکیبی کمتر از 20 نانومتر است. از طرفی، ثانویه‌ها روند متفاوتی زیر 30 ولت را دنبال می‌کنند؛ پس هر چه انرژی کمتر باشد، میانگین مسیر آزاد طولانی‌تر است، اگرچه نمی‌توانند بر توسعه مقاومت تأثیر بگذارند. با فروپاشی آنها، فوتوالکترون های اولیه و الکترون های اوگر در نهایت از نظر فیزیکی غیر قابل تشخیص (مانند آمار فرمی دیراک) از الکترون های ثانویه می شوند. دامنه الکترون‌های ثانویه کم انرژی گاها بیشتر از محدوده الکترون‌های فوتو اولیه یا الکترون‌ های اوگر میباشد. آنچه برای لیتوگرافی اشعه ایکس دارای اهمیت است، محدوده موثر الکترون هایی است که انرژی کافی برای ایجاد یا شکستن پیوندهای شیمیایی در مقاومتهای منفی یا مثبت را دارا میباشند. اشعه ایکس را نمیتوان شارژ کرد. میانگین مسیر آزاد نسبتا بزرگ (~20 نانومتر) الکترون‌های ثانویه مانع از کنترل وضوح در مقیاس نانومتری می‌شوند. مخصوصا، لیتوگرافی پرتو الکترونی از بار منفی توسط الکترون‌های برخوردی و در نتیجه گسترش پرتو رنج می‌برد که این منجر به محدود شدن وضوح میشود. بنابراین جداسازی محدوده موثر ثانویه که امکان دارد کمتر از 1 نانومتر باشد دشوار است. نیروی محرکه الکتریکی
نیروی محرکه الکتریکی، که معمولاً با نماد ε نمایش داده می‌شود، به ولتاژی گفته می‌شود که توسط یک باتری یا نیروی مغناطیسی (بر اساس قانون فارادی که بیان می‌کند یک میدان مغناطیسی متغیر با زمان، جریان الکتریکی القا می‌کند) تولید می‌گردد. واحد نیروی محرکه الکتریکی ولت است. پیروالکتریسیته
پیروالکتریسیته را می‌توان به عنوان یک ضلع مثلث در نظر گرفت، که در آن هر گوشه نشان دهنده حالت‌های انرژی در بلور است: انرژی‌های جنبشی، الکتریکی و حرارتی. ضلع بین گوشه‌های الکتریکی و حرارتی نشان دهنده اثر پیروالکتریک است و هیچ انرژی جنبشی تولید نمی‌کند. ضلع بین گوشه‌های جنبشی و الکتریکی نشان دهنده اثر پیزوالکتریک است و هیچ حرارتی تولید نمی‌کند. فروالکتریسیته
یکی دیگر از ایده های مورد علاقه اخیر ، "اتصال تونل فروالکتریک" ( "FTJ" ) است که در آن یک تماس با فیلم فروالکتریک با ضخامت نانومتر ایجاد می شود که بین الکترودهای فلزی قرار گرفته است. ضخامت لایه فرو الکتریک به اندازه کافی کم است که امکان تونل شدن الکترون ها را فراهم کند. اثرات پیزوالکتریک و رابط و همچنین میدان دپلاریزاسیون ممکن است به یک اثر سوئیچینگ مقاومت الکتریکی عظیم (GER) منجر شود. الکترومغناطیس کلاسیک
می‌توان کمیتی اسکالر به نام پتانسیل الکتریکی اسکالر "φ" برای میدان الکتریکی تعریف کرد. در شرایط الکتروستاتیک، به دلیل صفر بودن کرل میدان الکتریکی، منفی گرادیان "φ" برابر خواهد بود با میدان الکتریکی E یعنی (در حالت الکتروستاتیک): پیروالکتریسیته
دو تأثیری که ارتباط تنگاتنگی با انرژی الکتریکی برق دارند، فروالکتریسیته و پیزوالکتریسیته هستند. به‌طور معمول مواد در سطح ماکروسکوپی تقریباً از نظر الکتریکی خنثی هستند. با این حال، بارهای مثبت و منفی مواد را لزوماً به صورت متقارن توزیع نمی‌کنند. اگر جمع بار زمان مسافت برای تمام عناصر سلول پایه برابر با صفر نباشد، سلول دارای یک گشتاور دو قطبی الکتریکی (یک مقدار بردار) خواهد بود. گشتاور دو قطبی در واحد حجم به عنوان قطب بندی دی الکتریک تعریف می‌شود. اگر این گشتاور دو قطبی با تأثیر تغییرات دمای اعمال شده، میدان الکتریکی اعمال شده یا فشار وارد شده تغییر کند، مواد به ترتیب پایرو الکتریک، فروالکتریک یا پیزوالکتریک هستند. الکترومغناطیس
نیروی الکترومغناطیسی به دو صورت نیروی الکتریکی و نیروی مغناطیسی بروز می‌کند که این دو جنبه‌های مختلف از یک چیز (نیروی الکترومغناطیسی) هستند و از این رو ذاتاً به یکدیگر مربوطند. تغییر میدان الکتریکی با زمان، میدان مغناطیسی تولید می‌کند. همچنین تغییر میدان مغناطیسی با زمان، میدان الکتریکی تولید می‌کند. این اثر به نام القای الکترومغناطیسی شناخته می‌شود و اساس کار ژنراتورها، موتورهای الکتریکی و ترانسفورماتورها است. میدان الکتریکی عامل چند پدیدهٔ معمول مانند پتانسیل الکتریکی (ولتاژ باتری) و جریان الکتریکی (جریان برق)، و میدان مغناطیسی عامل رانش و ربایش آهنرباها هستند. در الکترودینامیک کوانتومی، نیروی الکترومغناطیسی بین ذرات باردار را می‌توان از طریق روش نمودارهای فاینمن محاسبه کرد که در آن فرض می‌شود که ذرات حامل (به نام فوتون مجازی) بین ذرات باردار مبادله می‌شود. اثر مگنتوالکتریک
این برهمکنش به جزئیات ساختار کریستال مانند طول پیوند بین یون‌های مغناطیسی و زاویه تشکیل یافته توسط پیوند، بین یون‌های مغناطیسی و و یون‌های لیگاند(ligand) بستگی دارد. اثر فوتوالکتریک
این الکتروسکوپ برای تشخیص الکتریسیته ساکن طراحی شده، بار الکتریکی قرار داده شده روی کلاهک، روی میله و برگه پخش می‌شود، و چون هردو بارهای هم نام دارند، میله و برگه هر دو یکدیگر را می‌رانند؛ و این باعث دور شدن برگه از میله می‌شود. الکتروسکوپ یک وسیلهٔ مهم برای توجیه پدیدهٔ فوتوالکتریک می‌باشد. بیایید فرض کنیم که الکتروسکوپ با بار منفی باردار شده‌است؛ و ما می‌توانیم بگوییم که یک به هم خوردگی تعادل بار روی میله موجود است (زیرا می‌دانیم که قبل از این میله خنثی بوده و جسم خنثی هم دارای تعادل بار مثبت و منفی می‌باشد و برای همین هم خنثی است). اما اگر ما نوری با فرکانس بالا روی کلاهک آن بتابانیم، بار منفی از بین می‌رود و برگه به سر جای خور بر می‌گردد و در کنار میله قرار می‌گیرد؛ و این بدان خاطر می‌باشد که فرکانس پرتو از فرکانس آستانهٔ کلاهک بالاتر است و فوتونی که روی سطح فلز فرود می‌آید به اندازهٔ کافی انرژی دارد تا الکترون را از سطح کلاهک جدا کند و بار منفی آن را کاهش دهد. این می‌تواند الکتروسکوپ باردار منفی را بی بار کرده و آن را با بار مثبت شارژ کند. اما اگر پرتوی ورودی فرکانسی پایین‌تر از فرکانس آستانهٔ کلاهک داشته باشد، الکتروسکوپ هیچگاه بار منفی خود را از دست نمی‌دهد و مهم نیست که چه مقدار از زمان نور به کلاهک بتابد. نیروی لورنتس
با نیروی کامل الکترومغناطیسی (که شامل عبارت نیروی الکتریکی نیز هست) اسامی دیگری (که غیر استاندارد هستند) اطلاق می‌شود که بیان نیروی لورنتس برای این نیروی کامل استانداردترین نام‌ است. مولفهٔ مغناطیسی نیروی لورنتس نیرویی است بر سیم حامل جریان در میدان مغناطیسی دارد می‌شود که به تنهایی نیروی لاپلاس نامیده می‌شود که بزرگی این نیرو qvBsinA است و جهت آن عمود بر B،v است اگر B،v عمود باشند بزرگی این نیرو به صورت qvB خواهد بود؛ و مسیر حرکت به صورت دایره‌ای خواهد بود اگرچه بزرگی سرعت تغییر می‌کند اما جهت آن به صورت دایره‌ای تغییر خواهد کرد الکترومغناطیس کلاسیک
formula_23 تداخل الکترومغناطیسی
تأثیر اغتشاش ناشی از تداخل می‌تواند منجر به کاستن از کارایی مدار یا حتّی توقف کار و آن شود. از نقطه نظر انتقال داده‌ها این به صورت افزایش نرخ خطا در داده‌ها تا از دست رفتن همه داده‌ها قابل تعبیر است. هر دو منابع ساخته دست انسان و طبیعی وجود دارند که تغییرات جریان یا ولتاژ ایجاد می‌نمایند که می‌تواند باعث بروز تداخل الکترومغناطیسی یا EMI گردد. برای نمونه سامانه تولید جرقه در شمع‌های خودرو، دستگاه‌های تلفن همراه، توفان‌های تندری (توفان‌های رعد و برق)، خورشید و شفق‌های قطبی، نمونه‌هایی از منابع تداخل الکترومغناطیسی ساخت دست انسان و طبیعی می‌باشند. تداخل‌های الکترومغناطیسی بر روی دستگاه‌های رادیو که در باند امواج متوسط و کوتاه کار می‌کنند و به رادیوی AM مشهورند، اثر چشمگیری دارند. الکترومغناطیس
که formula_9 نشان دهنده بار مثبت آزمون، formula_2 بردار نیروی الکتریکی وارد بر ذره باردار و formula_4 بردار میدان الکتریکی می‌باشد. الکترومغناطیس کلاسیک
که C مسیری است که روی آن از میدان، انتگرال گرفته می‌شود. فتوولتاییک
عبارت فتوولتاییک «Photovoltaic» ترکیبی از واژهٔ یونانی «Photos» به معنی نور با «Volt» به معنای تولید الکتریسیته از نور است. کشف پدیدهٔ فتوولتاییک به فیزیکدان فرانسوی آلکساندر ادمون بکرل نسبت داده می‌شود که در سال ۱۸۳۹ با چاپ مقاله‌ای (بکرل، ۱۸۳۹) تجربیات خود را با باتری تر (Wet Cell) ارائه نمود. او مشاهده نمود که ولتاژ باتری وقتی که صفحات نقره‌ای آن تحت تابش نور خورشید قرار می‌گیرند، افزایش می‌یابد. اثر فوتوالکتریک
این اثر یکی از بخش‌های مهم فیزیک است که در سال ۱۹۲۱ آلبرت اینشتین به خاطر آن جایزه نوبل فیزیک گرفت. الکترومغناطیس کلاسیک
formula_16 مقطع‌نگاری همدوسی اپتیکی
در قسمت آشکارساز می‌توان از انواع سنسورها مثل پیزو، آینه‌های گالوانیک، آشکارگرهای ارتعاش و فوتودیتکتور استفاده کرد. در این بخش چگونگی تبدیل سیگنال‌های الکترومغناطیسی رسیده به یک فوتودیتکتور را بررسی می‌کنیم. در هر فوتودیتکتور، یک فوتون نوری به جریان (یا ولتاژ) تبدیل می‌شود. دو شکل روبرو یک فوتودیتکتور (که به صورت معکوس بایاس شده‌است) و پیوند p-n آن را نمایش می‌دهند. در مدار شکل رسم شده جریان اندکی به صورت معکوس در مدار برقرار است. حال فرض کنید یک سیگنال الکترومغناطیسی که ناشی از جمع دو موج نوری است و قبلاً توان آن را محاسبه کردیم به این فوتودیتکتور برسد. با رسیدن فوتون این سیگنال به فوتودیود مشخص شده با دایرهٔ قرمز، یک جفت الکترون-حفره درون پیوند p-n این دیود ایجاد می‌شود. به این ترتیب حفرهٔ ایجاد شده به سمت راست (سمت p) و الکترون ایجاد شده به سمت چپ (سمت n) حرکت می‌کنند. با این اوصاف جریان معکوس مدار افزایش یافته و در نتیجه یک فوتون نوری به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود.از طرفی نشان دادیم که انرژی فوتون تبدیل شده به سیگنال الکتریکی ناشی از اختلاف فاز دو موج نوری رسیده به آشکارساز است. در نتیجه در حالت کلی می‌توان گفت که تأخیر زمانی دو موج نوری رسیده به آشکارساز به یک سیگنال الکتریکی تبدیل شده‌است. این سیگنال الکتریکی قابل محاسبه و اندازه‌گیری است. در نهایت نگاشت این سیگنال الکتریکی، تصویر OCT را به ارمغان می‌آورد. الکترومغناطیس کلاسیک
که در آن: الکترومغناطیس کلاسیک
formula_20 الکترومغناطیس کلاسیک
که (ρ" (r" چگالی بار، و حاصل تقسیم بار الکتریکی کل بر حجم است. اثر مگنتوالکتریک
میدان الکتریکی خارجی می‌تواند تقارن محلی دیده شده توسط یون‌های مغناطیسی را تغییر بدهد و هردوی قدرت ناهمسانگردی و جهت محورهای آسان را تحت تأثیر قرار دهد. فوتون تاریک
فوتون تاریک یا فیتون (از واژه یونانی φαιός (فایوس ) به معنای تاریک) ذره بنیادی فرضی است که نقش حامل نیرو الکترومغناطیس را برای ماده تاریک دارد. از نظر نظری، فوتون های تاریک را می توان از آمیختن با فوتون ها معمولی و در پی آن، اثراتش بر برهمکنش های ذرات شناخته شده، یافت. این ذره در سال ۲۰۰۸ توسط شان کارول،مارک کامینوکوفسکی،لوتی اکرمن و متی آر. باکلی نظریه پردازی شد. مغناطش
مغناطش یا قطبی‌سازی مغناطیسی در الکترومغناطیس کلاسیک، میدانی برداری‌ است که چگالی گشتاورهای مغناطیسی دائم یا القایی در یک مادهٔ مغناطیسی را نشان می‌دهد. منشاء گشتاور مغناطیسیِ مولدِ مغناطش می‌تواند جریان الکتریکی ناشی از حرکت الکترون‌های اتم، اسپین الکترون‌ها یا هسته باشد. معادلات ماکسول
قانون فارادی توصیف می‌کند که چگونه میدان مغناطیسی متغیر با زمان یک میدان الکتریکی تولید (القاء) میکند. القای الکترومغناطیسی اساس کار ژنراتورهای الکتریکی است. به عنوان مثال، چرخش یک آهنربا باعث ایجاد تغییر میدان مغناطیسی و باعث تولید میدان الکتریکی در نزدیکی یک سیم می شود. الکترومغناطیس کلاسیک
میدان الکترومغناطیسی به شکل موج از منبع خود پراکنده می‌شود. این امواج در خلاء با سرعت نور حرکت می‌کنند و طیف وسیعی از طول موج‌ها دارند. نمونه‌هایی از میدان‌های الکترومغناطیسی متحرک (به ترتیب فرکانس): امواج رادیوئی، ریزموج، نور (فروسرخ، مرئی، فرابنفش) پرتو ایکس و اشعه گاما. در فیزیک ذرات این تشعشع الکترومغناطیس نمایانگر برهم‌کنش الکترومغناطیسی ذرات باردار است. الکترومغناطیس کلاسیک
formula_24 الکترومغناطیس کلاسیک
میدان الکترومغناطیسی نیروی formula_1 را (که اغلب نیروی لورنتس نامیده می‌شود) به ذرات باردار وارد می‌کند: نیروهای بنیادی
اینشتین در کار دیگر خود و بر خلاف الکترومغناطیس کلاسیک، اثر فوتوالکتریک را با این فرض که نور انتشار کوانتومی دارد توضیح داد (فوتون). پل دیراک در سال ۱۹۲۷ میلادی مکانیک کوانتوم را با تئوری نسبیتی الکترومغناطیس ادغام کرد. پس از آن در دههٔ ۱۹۴۰ ریچارد فاینمن، فریمن دایسون، جولیان شوینگر و سین‌ایترو تومونوجا این تئوری را کامل کردند. این تئوری امروز با نام الکترودینامیک کوانتومی شناخته می‌شود (الکترومغناطیس بازبینی‌شده). الکترودینامیک کوانتومی و مکانیک کوانتوم پایهٔ تئوری برخی رفتارهای الکترومغناطیسی مانند تونل‌زنی کوانتومی هستند، به این معنی که درصدی از ذرات باردار الکتریکی در مسیری حرکت می‌کنند که در تئوری الکترومغناطیس کلاسیک غیرممکن است، این رفتار برای عملکرد بعضی از ادوات الکترونیکی مانند ترانزیستورها ضروری است. اثر ترموالکتریکی
اثر سیبِک بیانگر اختلاف پتانسیل الکتریکی است که در نتیجه گرادیان دما به وجود می آید. برای دو ماده مختلف، ترموکوپل اختلاف پتانسیل دو قسمت سرد و گرم را محاسبه می کند. این اختلاف پتانسیل با اختلاف دمای دو نقطه از دو ماده، رابطه ی مستقیم دارد. آلساندرو ولتا دانشمند ایتالیایی اولین کسی بود که به این مفهوم در سال 1794 پی برد. نام این اثر برگرفته از نام فیزیکدانی آلمانی به نام توماس یوهان سیبک است که در سال 1821 این اثر را مجدداً کشف کرد. او مشاهده کرد که در یک مدار بسته شامل دو فلز متفاوت با اختلاف دما، سوزن قطب نما منحرف می شود. این به دلیل تفاوت سطح انرژی الکترون ها در مواد مختلف است که منجر به ایجاد اختلاف پتانسیل و در نتیجه جریان الکتریکی و میدان مغناطیسی می شود. سیبِک متوجه وجود جریان الکتریکی نشد و به همین دلیل نام این اثر را "مغناطیس حرارتی" گذاشت. فیزیکدان دانمارکی هانس کریستین اورستد بود که نام این اثر را اصلاح کرد. الکترومغناطیس
formula_1 اثر ترموالکتریکی
اثر گرمابرقی یا اثر ترموالکتریک تبدیل مستقیم اختلاف دما به ولتاژ الکتریکی یا برعکس آن توسط ترموکوپل است. یک دستگاه ترموالکتریک وسیله‌ای است که در صورت وجود اختلاف دما در دو سر آن، یک اختلاف پتانسیل پدید می‌آورد. متقابلا، در صورت اعمال ولتاژ به دو سر آن، حرارت از سمتی به سمت دیگر حرکت می کند و اختلاف دما ایجاد می‌شود. در ابعاد اتمی، گرادیان دمای اعمال شده سبب می‌شود تا حامل‌های بار در ماده از قسمت گرم به قسمت سرد حرکت کنند. فوتوکاتد
فوتوکاتد در یک تیوب فوتو مالتی پلیر عبارت است از یک الکترود که به‌وسیلهٔ یک جسم مرکب حساس به نور که با بار منفی پوشش داده شده‌است. با برخورد نور به آن بدلیل تأثیر فوتوالکتریک، الکترون ساطع می‌شود. الکتریسیته
این نیرو ذرات باردار را تحت تأثیر قرار می‌دهد. بنابرین بار تمایل دارد تا حد امکان به‌طور مساوی در یک سطح هادی پخش شود. اندازهٴ نیروی الکترومغناطیسی، چه جاذبه باشد و چه دافعه، با استفاده از قانون کولن به‌دست می‌آید. مطابق این قانون، نیرو با حاصلضرب بار دو ذره در مجذور معکوس فاصلهٴ بین آن دو متناسب است. نیروی الکترومغناطیس بسیار نیرومند است و در واقع بعد از نیروی هسته‌ای قوی، نیرومندترین نیرو به‌شمار می‌آید. اما بر خلاف آن، این نیرو در تمام فواصل اعمال می‌شود. در مقایسه با نیروی گرانش، نیروی الکترومغناطیسی که دو الکترون را دفع می‌کند، ۱۰۴۲ بار قویتر از نیروی جاذبه گرانشی بین آن دو است. فوتوکاتد
اگر چه یک صفحهٔ فلزی کاتد خواص فوتوالکتریک را نمایش می‌دهد، یک پوشش مخصوص تأثیرات را افزایش می‌دهد. معمولاً یک فوتو کاتد از فلزهای قلیایی با تابع کار خیلی کم تشکیل شده‌است. پوشش الکترون‌ها را آزاد می‌کند و به آن‌ها اجازه می‌دهد تا فوتون‌های دارای انرژی پایین را در تابش مادون قرمز آشکار کند. عدسی که تشعشع را از جسم ارسال می‌کند از یک لایه از شیشهٔ پوشش مشاهده می‌شود. فوتون‌ها به سطح فلز برخورد می‌کنند و الکترون‌ها را به سمت عقب خود انتقال می‌دهند. سپس الکترون‌های آزاد شده برای تولید تصویر نهایی جمع می‌شوند. الکترومغناطیس کلاسیک
که r و v به‌ترتیب مکان و سرعت بار نقطه‌ای q، در زمان تاخیریافته هستند. با مشتق‌گیری از روابط بالا و با استفاده از روابط کلی برای پتانسیل‌ها، می‌توان میدان‌های formula_5 و formula_7 را حساب کرد: اثر ترموالکتریکی
formula_5 اثر فوتوالکتریک
مطالعهٔ پدیدهٔ فوتوالکتریک منجر به گام‌های مهمی در درک حقیقت کوانتومی نور شد. فوتودیود بهمنی
هنگامی که یک فوتون نور وارد این فوتودیود می‌شود و با یکی از پیوندهای کووالانسی موجود بین اتم‌های نیم‌رسانا برخورد می‌کند، بعلت دارا بودن انرژی بالا موجب شکستن پیوند و آزاد شدن یک الکترون و حفره می‌شود. الکترون ایجاد شده به علت وجود میدان الکتریکی قوی در داخل دیود، شتاب گرفته و با سرعت به سایر پیوندها برخورد کرده و یک الکترون جدید آزاد می‌شود و این چرخه تا قطع شدن نور ادامه دارد. بدین ترتیب به ازای یک فوتون ورودی چندین الکترون تولید می‌شود که از آن به عنوان تقویت یا بهره یاد می‌شود. در فوتودیود معمولی به ازای یک فوتون دریافتی، یک الکترون تولید می‌شود. با اعمال ولتاژ معکوس بالا (۱۰۰ تا ۲۰۰ ولت در دیودهای سیلیسیومی)، بهره جریان داخلی زیادی (تقریباً ۱۰۰) در اثر ضرب بهمنی ایجاد می‌شود. همچنین در بعضی از اِی‌پی‌دی‌های سیلیکونی، از ناخالصی‌های جایگزین استفاده می‌شود که امکان افزایش ولتاژ معکوس تا ۱۵۰۰ ولت، بهره داخلی را به بالاتر از ۱۰۰۰ رساند. در حالت کلی هر چقدر ولتاژ معکوس افزایش یابد بهره داخلی نیز بیشتر می‌شود اما باید شکست دیود هم در نظر گرفته شود. به علت اینکه بهره این فوتودیود وابسته به دما و ولتاژ معکوس اعمالی است لذا برای دستیابی به بهره ثابت، ولتاژ معکوس باید به طور دقیق کنترل شود. یکی از کاربردهای این فوتودیود در فیبر نوری در سمت گیرنده است. سیگنال نوری ضعیفی که از فیبر خارج می‌شود، توسط اِی‌پی‌دی‌ یک مرحله تقویت شده و وارد طبقه بعدی می‌شود. اثر ترموالکتریکی
formula_1 نیروی لورنتس
نیروی مغناطیسی ("q" v × B) می‌تواند به عنوان نیروی جنبشی الکتروموتوری (emf) در نظر گرفته شود که این پدیده در بسیاری از ژنراتورها اتفاق می‌افتد وقتی یک مادهٔ رسانا در میدان مغناطیسی حرکت می‌کند. نیروی مغناطیسی بر الکترون‌های سیم نیرو دار می‌کند و این باعث به وجود آمدن emf می‌شود و emf باعث حرکت سیم می‌شود. در سایر ژنراتورها در حالی که رسانا ساکن‌ است آهن‌ربا حرکت داده می‌شود در این حالت emf باعث ایجاد نیروی الکتریکی qE می‌شود در این حالت نیروی الکتریکی به دلیل میدان مغناطیسی متحرک ایجاد می‌شود و این نیروی emf القایی را ایجاد می‌کند که توسط رابطه ماکسول فاراده توصیف می‌شود. هر دو این emfها با این که منشاء متفاوت دارند با یک رابطه که شار مغناطیسی وارد بر سیم نامیده می‌شود محاسبه می‌شوند (قانون القای فاراده) نسبیت خاص اینشتین تا حدودی باعث درک بهتر این پدیده شد. در واقع نیروهای الکتریکی و مغناطیسی دو روی نیروی واحد الکترومغناطیس هستند. الکترومغناطیس کلاسیک
formula_9 حالت خلأ
اصلاحات کوانتومی در معادلات ماکسول می‌توانند باعث شوند که گذردهی الکتریکی تجربی ε حالت خلاء با مقدار نرده‌ای ε ثابت گذردهی خلأ اختلاف پیدا کند. به‌طور ویژه نظریه الکترودینامیک کوانتومی پیش‌بینی می‌کند که خلاء QED باید آثار غیرخطی از خود نمایش دهد که باعث می‌شوند مانند یک ماده شکست مضاعف رفتار کند که ε آن برای میدان‌های الکتریکی بسیار بزرگ، کمی بزرگتر از ε است توضیحاتی پدیده دورنگی در فیزیک ذرات، خارج از الکترودینامیک کوانتومی هم پیشنهاد شده‌اند تلاش‌های در جریان برای اندازه‌گیری چنین آثاری تا کنون بی‌نتیجه مانده است الکتریسیته
الکتریسیته توسط انسان اختراع نشده‌است و در طبیعت به شکل‌های مختلف وجود دارد. یک نمود همیشگی آن آذرخش است. بسیاری از تعاملات آشنا در حد ماکروسکوپیک مانند حس لامسه، اصطکاک و پیوندهای شیمیایی ناشی از تعاملات بین میدان‌های الکتریکی در مقیاس اتمی هستند. تصور می‌شود که میدان مغناطیسی زمین توسط یک دینام طبیعی ناشی از جریانهای دوار در مرکز سیاره ایجاد شده‌است. کریستال‌های مشخصی مانند کوارتز و شکر زمانی که تحت فشار قرار می‌گیرند بین دو طرف خود اختلاف پتانسیل ایجاد می‌کنند. این پدیده که اثر فشاربرقی نام دارد و از واژه یونانی piezein به معنی فشار گرفته شده‌است، در سال ۱۸۸۰ توسط پیر کوری و ژاکس کوری کشف شده‌است. این اثر، دوطرفه است یعنی اگر یک ماده پیزوالکتریک را در میدان الکتریکی قرار دهیم ابعاد آن به مقدار بسیار ناچیز تغییر می‌کند. پیزوالکتریکی
نکتهٔ قطعی در مورد اثر پیزوالکتریک تغییر قطبش هنگام اعمال فشار مکانیکی است که ممکن است به علت ایجاد آرایش فضایی جدید دوقطبی‌ها یا به علت جهت‌گیری مولکول‌های قطبی لحظه‌ای تحت اثر نیروی خارجی باشد سپس خاصیت پیزوالکتریک در اثر تنوع در قدرت دوقطبی‌ها یا جهت آن‌ها یا هر دو به وجود آید. این اثر بستگی دارد به: تغییر در قطبش در تغییر چگالی سطحی بار در سطوح کریستالی ظاهر می‌شود یعنی تنوع میدان الکتریکی در سطوح، چون که واحد چگالی بار سطحی و قطبش یکسان است [C/m۲] = [Cm/m۳]. اگرچه خاصیت پیزوالکتریک بر اثر تغییر در چگالی بار سطحی سبب نمی‌شود، اما به علت چگالی دو قطبی در سطح سبب می‌شود. به عنوان مثال اگر به یک سانتی‌متر مکعب کواتز ۲ کیلونیوتن نیرو وارد شود ۱۲۵۰۰ ولت اختلاف پتانسیل ایجاد می‌کند. اثر اشتارک
اثر اشتارک از برهمکنش توزیع بار ( اتم یا مولکول ) و یک میدان الکتریکی خارجی ناشی می‌شود. قبل از رو کردن به مکانیک کوانتومی، ما این برهمکنش را به صورت کلاسیکی توصیف خواهیم کرد و یک توزیع بار متوالی فرض می‌کنیم. اگر این توزیع بار قطبش ناپذیر باشد، انرژی برهمکنش آن با پتانسیل الکتروستاتیکی خارجی "V"(r)خواهد بود: الکترومغناطیس
formula_8 الکترومغناطیس کلاسیک
که q بار مثبت آزمون، F نیروی الکتریکی وارد بر بار، و E میدان الکتریکی است. در شرایط الکتروستاتیک که ذرات باردار، ساکن هستند، بر پایه قانون کولن برای n ذرهٔ باردار، با استفاده از اصل برهم‌نهی، میدان الکتریکی به صورت زیر بدست می‌آید: گشتاور مغناطیسی
دوباره مهم است که توجه شود که μ ثابتی منفی است که در اسپین ضرب می‌شود، پس گشتاور مغناطیسی هم راستا با اسپین بوده، ولی در جهت مخالف آن است. این امر را می‌توان با این تصویر کلاسیک درک کرد: اگر تصور کنیم که گشتاور زاویه‌ای ناشی از اسپین بر اثر اسپین جرم الکترون حول یک محور ایجاد شود، به دلیل بار منفی الکترون، جریان الکتریکی که این دوران ایجاد می‌کند در جهتی مخالف جاری می‌شود؛ این حلقه‌های جریان، گشتاوری مغناطیسی ایجاد می‌کنند که در راستای اسپین و در جهت مخالف آن است. پس یک پوزیترون (ذره‌ای مشابه الکترون ولی با بار مثبت) دارای گشتاوری مغناطیسی است که با اسپین موازی است. پیروالکتریسیته
اثر فروالکتریک توسط موادی که در غیاب یک میدان الکتریکی اعمال شده از خارج دارای یک قطبش الکتریکی هستند، به نمایش گذاشته می‌شود به طوری که در صورت معکوس شدن میدان الکتریکی، قطبش می‌تواند معکوس شود. از آنجا که تمام مواد فروالکتریک، از خود، قطبی شدن خود به خودی نشان می‌دهند، همه مواد فروالکتریک نیز پیروالکتریک هستند (اما همه مواد پیروالکتریک، فرو الکتریک نیستند). اثر کامپتون
انرژی فوتون وابسته به فرکانس فوتون می‌باشد (معادله پلانک). انرژی فوتون قبل و بعد از برخورد: پیش از برخورد فوتون با الکترون با در نظر گرفتن حالت سکون برای الکترون، میزان انرژی حالت سکون الکترون از رابطه زیر به دست می‌آید: انرژی الکترون بعد از برخورد فوتون: معادله انرژی قبل و بعد از برخورد: از به توان دو رساندن رابطه فوق و چینش مجدد رابطه داریم: اثر کامپتون
یک فوتون formula_4 با طول موج formula_5 با یک الکترون formula_6 در یک اتم برخورد می‌نماید. این برخورد موجب ایجاد فوتون جدیدیformula_7 با طول موج formula_8 با زاویه formula_9، نسبت به راستای برخود فوتون، می‌گردد. با کمک رابطه formula_10 و معادله انرژی پلانک و قانون پایستگی انرژی-جرم و پایستگی تکانه، می‌توان روابط زیر را برای دستیابی به معادله تفرق کامپتون، بدست آورد. اثر اشتارک
به انتقال و شکافته شدن خطوط طیفی اتم‌ها و مولکول‌ها به دلیل حضور یک میدان الکتریکی خارجی ثابت، اثراشتارک گفته می‌شود. به مقدار این انتقال یا شکافت، انتقال و شکافت اشتارک گفته می‌شود. در میدان الکتریکی اعمال شده، اثر مرتبه اول خطی است در حالی که اثر مرتبه دوم نمایی است. اثر اشتارک
که در آن formula_13 عدد کوانتومی تکانه زاویه‌ای مداری است. برای مثال حالت براگیخته n=4، حالت‌های formula_13 زیر را در بر دارد: formula_15 حالت‌های تک الکترونی با formula_13های زوج، تحت پاریته زوج هستند. در حالی که formula_13های منفی، تحت پاریتهف منفی هستند. بنابراین اتم‌های هیدروژن گونه با "n">1 اثر اشتارک مرتبه اول را نمایش می‌دهند. اثر اشتارک مرتبهٔ اول، درگذار دورانی مولکول‌های متقارن اتفاق می افتد( نه برای مولکول‌های نا متقارن و خطی). در تقریب اول، ممکن است مولکول‌ها به صورت یک دوران گر صلب دیده شود. یک دوران گر صلب متقارن، ویژه حالت‌های مختل نشده دارد: formula_18 با انرژی تبهگنی 2(2"J"+1)تایی برای |K|> 0 و انرژی تبهگنی (2"J"+1)تایی برای K=0. اینجا، "D" یک عنصر از ماتریس ویگنر است. ماتریس اختلال مرتبهٔ اول بر اساس تابع دورانگر صلب مختل نشده که غیر صفر است و می‌توان آن را قطری کرد، این انتقال‌ها و شکافت‌ها را در طیف چرخشی به دست می‌دهد. با تحلیل کمی این انتقال اشتارک می‌توان تکتنهٔ دوقطبی الکتریکی ثابت مولکول متقارن را نتیجه گرفت. همانطور که گفته شد، اثر اشتارک مرتبه دوم با نظریهٔ اختلال مرتبهٔ دوم توصیف می‌شود. مسائل مرتبهٔ صفرم:  formula_19 الکترومغناطیس
نظریه دقیق الکترومغناطیس، معروف به الکترومغناطیس کلاسیک، توسط فیزیک‌دانان قرن ۱۹ و در اوج کار جیمز کلارک ماکسول - که یکپارچه‌کننده پدیده‌های شناخته شده تا زمان خود به یک تئوری واحد و نیز کاشف ماهیت الکترومغناطیسی نور است - شکل گرفت. در الکترومغناطیس کلاسیک، میدان الکترومغناطیسی توسط مجموعه‌ای از معادلات شناخته شده به عنوان معادلات ماکسول، و نیز نیروی الکترومغناطیسی بیان شده توسط قانون نیروی لورنتس توصیف می‌شود. الکترومغناطیس کلاسیک به سختی با مکانیک کلاسیک سازگار است، اما با نسبیت خاص سازگار است. در معادلات ماکسول، سرعت نور در خلأ ثابت و تنها وابسته به گذردهی الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی در خلأ است. این موضوع اما ناقض قوانین سرعت گالیله‌ای (سنگ بنای مکانیک کلاسیک) است. یک راه برای آشتی دادن دو نظریه، فرض وجود محیطی به نام «اتر» است که نور در آن حرکت می‌کند. با این حال، پس از تلاش‌های تجربی فراوان، وجود اتر اثبات نشد. پس از کمک‌های مهم هندریک لورنتس و هانری پوانکاره، در سال ۱۹۰۵ آلبرت اینشتین مشکل را با نسبیت خاص حل کرد که جایگزین جدید تئوری حرکت‌شناسی کلاسیک شد و با الکترومغناطیس کلاسیک سازگار بود. علاوه بر این، تئوری نسبیت نشان می‌دهد که میدان مغناطیسی در حال حرکت تبدیل به یک میدان الکتریکی غیر صفر و بالعکس می‌شود، بنابراین نشان می‌دهد که آن‌ها دو طرف یک سکه هستند، و به این ترتیب اصطلاح «الکترومغناطیس» به این پدیده اطلاق شد. فرومغناطیس
با توجه به الکترومغناطیس کلاسیک، دو دوقطبی مغناطیسی تمایل دارند در جهت مخالف تراز شوند، بنابراین میدان مغناطیسی خود را از یک دیگر دور یا حذف می‌کنند. با این حال در بعضی مواد فرومغناطیسی، آن‌ها تمایل دارند در جهت اثر کوانتوم مکانیکی به نام تبادل متقابل تراز شوند. اصل طرد پائولی می‌گوید که دو الکترون با اسپین یکسان نمی‌تواند «موقعیت» یکسانی داشته باشند؛ بنابراین، تحت شرایط خاصی، هنگامی که اوربیتال الکترون‌های ظرفیتی بیرونی جفت نشده باشند از اتم‌های مجاور همپوشانی شده و توزیع بار الکتریکی خود را متوازن می‌سازند. این کاهش انرژی الکترواستاتیک از اسپین الکترون‌ها است. پس اسپین موازی با ثبات تر است. به عبارت ساده، الکترون‌ها که یکدیگر را دفع می‌کنند، می‌تواند «با فاصله بیشتری» با تراز کردن اسپین خود، حرکت کنند، پس این اسپین الکترون‌ها تمایل به ردیف شدن دارند. این تفاوت در انرژی تبادل انرژی نامیده می‌شود. تبادل متقابل همچنین باعث انواع دیگر قرارگیری خود بخودی در مواد جامد مغناطیسی، فرومغناطیسی و فری مغناطیسی می‌شود. در اغلب فرو مغناطیس‌ها تبادل متقابل بسیار قوی تر از رقابت دو قطبی است. به عنوان مثال، در آهن (Fe) آن در حدود ۱۰۰۰ برابر قوی تر از تعامل دو قطبی است؛ بنابراین در زیر دمای کوری عملاً تمامی دو قطبی‌ها در مواد فرومغناطیسی در تراز وسط قرار دارند. الکتریسیته
الکتریسیته یا برق یا نیروی الکتریکی ، مجموعه‌ای از پدیده‌های طبیعی است که به حضور و جریان بار الکتریکی وابسته است. طبق توصیف معادلات ماکسول الکتریسیته با مغناطیس در ارتباط است و هر دو بخشی از پدیده الکترومغناطیس هستند. الکتریسیته آثار متنوع زیادی چون آذرخش، الکتریسیته ساکن، گرمایش الکتریکی و تخلیه بار الکتریکی و ... دارد. اثر مگنتوالکتریک
formula_1 اثر هال
که در آن formula_14 چگالی الکترون‌ها، formula_15 چگالی حفره‌ها، formula_16 قابلیت تحرک الکترون‌ها، formula_17 قابلیت تحرک حفره‌ها و formula_18 مقدار مطلق بار الکتریکی است. اثر ترموالکتریکی
در این فرمول، V ولتاژ محل مورد نظر و formula_2 هدایت الکتریکی است. به طور کلی می توان اثر سیبِک را با تولید یک میدان محرکه ی الکتریکی تعریف کرد: اثر فوتوالکتریک
در سال ۱۸۹۹، تامسون روی پرتوی فرابنفش در لامپ تولید پرتوی ایکس تحقیق می‌کرد. متأثر از کارهای جیمز کلارک ماکسول تامسون دریافت که پرتوهای کاتدی از ذرات دارای بار منفی تشکیل شده‌اند که بعدها این ذرات الکترون نام‌گذاری شد اما تامسون آن‌ها را کورپوسل(corpuscles) می‌خواند. در این تحقیق تامسون دو صفحهٔ فلزی (الکترود) را در یک لولهٔ خلاء قرار داد و آن را تحت تابش فرکانس بالا قرار داد. تامسون فکر می‌کرد که میدان الکترومغناطیسی در حال نوسان اتم را نیز مجبور به نوسان می‌سازد و بعد از رسیدن به یک دامنه خاص که توسط تشدید نوسان اتم به آن می‌رسیم، اتم یک کورپوسل زیر اتمی از خود گسیل می‌دارد و میزان آن جریان را تامسون اندازه می‌گرفت. مقدار این جریان با رنگ و شدت تابش متغیر بود. در شدت تابش بالاتر یا فرکانس‌های بالا جریان هم بیشتر می‌شد نیرو
نیروهای الکترومغناطیسی: این نیروها که به نیروهای لورنتس نیز معروف هستند، دارای قدرت متوسط می باشند. نیروی الکترومغناطیسی ترکیب دو نیروی الکتریکی و مغناطیسی است. رابطه این نیرو به صورت است که در آن q بار الکتریکی ذره، E میدان الکتریکی، V سرعت ذره باردار و B میدان مغناطیسی است. اثر فوتوالکتریک
اثر فوتوالکتریک به پیش برد مفهوم طبیعت دوگانه نور، که نور امواج و ذرات را در شرایط متفاوت نشان می‌دهد، کمک بسزایی کرد. این پدیده از طریق توصیف کلاسیک نور به عنوان موج غیرقابل درک بود، زیرا که انرژی الکترون گسیل شده به شدت تابش بستگی نداشت. این تئوری کلاسیک پیش‌بینی کرده بود که الکترون می‌تواند در طول یک زمان مشخص انرژی دریافتی را انباشته کرده و بعد گسیل شود. برای اینطور تئوری‌های کلاسیک که در یک شرط پیش پرشده کار می‌کند لازم به سماجت روی خود ماده می‌باشد. ایدهٔ پیش پرشدگی در کتاب میلیکان (الکترون مثبت و منفی) و در کتاب کامپتون و آلیسون (پرتوی ایکس در تئوری و آزمایش) بحث شده‌است. فریت بیسموت
در سال‌های اخیر، فعالیت فوتوکاتالیستی فریت بیسموت توجه ویژه‌ای را به خود جلب کرده‌است. انرژی باندگپ فریت بیسموت در حدود ۲/۸–۲/۲ الکترون ولت است که با جذب نور مرئی فرایند فوتوکاتالیستی آن انجام می‌شود. تلاش‌های زیادی برای بررسی عملکرد فوتوکاتالیستی فریت بیسموت با ساختار پروسکایت با استفاده از نور مرئی انجام شده‌است. این ماده پایداری شیمیایی بسیار خوبی در فرایند فوتوکاتالیستی دارد. فریت بیسموت تحت تابش نور مرئی می‌تواند متیل نارنجی را به خوبی تجزیه کند. رفتار فوتوکاتالیستی این ماده برای تجزیه محلول آبی رودامین بی نیز با استفاده از نور مرئی در تحقیقات متعددی مورد بررسی قرار گرفته‌است. برای تقویت عملکرد فوتوکاتالیستی BiFeO3 روش‌هایی مانند کنترل ساختار، اضافه کردن یون‌های فلزی و کامپوزیت کردن با کاتالیست‌های دیگر، پیشنهاد شده‌است. از بین روش‌های ذکر شده، اضافه کردن یون‌های فلزی به ساختار، یکی از مؤثرترین روش‌ها شناخته شده‌است. یون‌های فلزی خارجی با قرارگیری در شبکهٔ فتوکاتالیست‌ها، می‌توانند محل‌های به دام انداختن الکترون یا حفره را ایجاد کنند که احتمالاً جدایش و انتقال جفت‌های الکترون- حفره در حین واکنش فوتوالکتریکی را شتاب می‌دهد. در این فرایند، الکترون‌هایی که به باند هدایت می‌روند، برای رسیدن به حالت پایدار خود با سرعت به سمت نوار ظرفیت و مکان اولیه خود بازمی‌گردند. تحقیقات نشان داده‌است که افزودنی‌های فلزی با ایجاد ترازهای دهنده و گیرنده در باندگپ، تله‌هایی در مسیر الکترون‌ها به وجود می‌آورند؛ لذا الکترون‌های برانگیخته شده، با از دست دادن انرژی خود، ابتدا به این ترازها وارد شده و سپس به نوار ظرفیت می‌رسند. در واقع با افزایش میزان ناخالصی‌ها، سرعت بازترکیب کاهش می‌یابد. اغلب فلزاتی را به عنوان ناخالصی کاتیونی به نیمه‌هادی‌های فوتوکاتالیست اضافه می‌شوند، فلزات واسطه و گروه انتقالی آهن هستند. همچنین در این زمینه، دپ کردن فلزات کمیاب خاکی در فتوکاتالیست، به عنوان روشی مؤثر برای بهبود فعالیت فوتوکاتالیستی مورد توجه قرار گرفته‌است. این یون‌های دپ شده با کاهش انرژی برانگیختگی اولیه، به جداشدن و تولید جفت‌های الکترون-حفره در طی واکنش فوتوکاتالیستی کمک می‌کنند. همچنین در شبکهٔ فوتوکاتالیست می‌توانند به عنوان تلهٔ الکترون یا حفره قرار گیرند. تا به امروز، دوپینگ فریت بیسموت با اتم‌های خارجی با جانشینی یون‌های خاکی نظیر (La, Ho, Er) و یون‌های قلیایی خاکی نظیر (Ba, Ca) به جای بیسموت و یون‌های فلزات واسطه مانند (Mn, Co, Cr) به جای آهن انجام شده‌است و بدین طریق تغییر یک مکان A یا B از شبکه در خواص فتوکاتالیستی آن مؤثر بوده‌است که تأثیر برخی از آن‌ها مورد بررسی قرار می‌گیرد. فرومغناطیس
یکی از ویژگی‌های اساسی الکترون (بر اساس این که حامل بار است) این است که می‌تواند یک گشتاور دوقطبی داشته باشد. (الکترون همانند یک آهن‌ربای کوچک عمل می‌کند) این گشتاور دوقطبی از ویژگی‌های اساسی‌تر که اسپین مکانیک کوانتومی دارد ناشی می‌شود. طبیعت مکانیک کوانتومی موجب می‌شود اسپین ذاتی الکترون در یک میدان مغناطیسی تنها در دو حالت قرار بگیرد: به طرف بالا یا پایین. اسپین الکترون‌ها در اتم‌ها منشأ اصلی خاصیت فرومغناطیسی است اگرچه در آن اندازه حرکت زاویه‌ای اوربیتالی الکترون نسبت به هسته نیز تأثیرگذار است. زمانی که این دوقطبی‌های کوچک در یک جهت به خط می‌شوند، میدان مغناطیسی آن‌ها با هم جمع شده و سبب ایجاد یک میدان ماکروسکوپی قابل اندازه‌گیری می‌شود. با این حال در موادی با لایهٔ الکترون پرشده، گشتاور دوقطبی کل الکترون‌ها صفر است چرا که اسپین جفت الکترون‌ها بالا و پایین است بنابراین تنها موادی با لایه الکترونی نیمه پر شده (اسپین جفت نشده) می‌توانند یک گشتاور مغناطیسی خالص داشته باشند و دارای خاصیت فرومغناطیسی باشند. بنابر قانون هوند، اولین الکترون‌ها تمایل دارند اسپین یکسانی داشته باشند بنابراین گشتاور دوقطبی کل افزایش می‌یابد. این دوقطبی‌های جفت نشده تمایل دارند به موازات یک میدان مغناطیسی خارجی به خط شوند، اثری که پارامغناطیس نامیده می‌شود. این در حالی است که فورمغناطیس یک پدیده اضافی را در بر می‌گیرد: دوقطبی‌ها تمایل دارند (حتی زمانی که هیچ میدان مغناطیسی اعمال نمی‌شود) به صورت خودبخودی بخط شوند، که این امر آهن‌ربایی شدن خودبخودی را افزایش می‌دهد. اثر فوتوالکتریک
ایدهٔ کوانتومی بودن نور با قوانین منتشر شدهٔ ماکس پلانک از تابش جسم سیاه آغاز شد («در باب قانون توزیع انرژی در یک طیف عادی» ،annalen der physik ۴(۱۹۰۱)) که با درست فرض کردن اینکه نوسان‌های هرتز فقط می‌توانستند در انرژی E که با فرکانس f مرتبط است موجود باشند، توسط فرمولE = hf. با درست فرض کردن اینکه نور حقیقتاً از بسته‌های جدای انرژی تشکیل شده، انیشتین معادلات پدیدهٔ فوتوالکتریک را نوشت که با آزمایش‌ها مطابق بودند (معادلات توضیح می‌دادند که چرا انرژی یک الکترون فقط به فرکانس پرتوی ورودی مرتبط بود و نه به شدت تابش، یک منبع فرکانس پایین هیچ فوتونی با انرژی کافی از خود گسیل نمی‌کرد تا یک الکترون را از جای بکند). این یک گام نظری بزرگ بود و حقیقت کوانتومی نور بسیار مستحکم بوده و هست. ایدهٔ کوانتومی بودن نور با تئوری موجی نور که نظریه‌های ماکسول را دنبال می‌کرد در تضاد بود. نظریه‌های ماکسول که فرض بخش پذیری (قابلیت تقسیم شدن) بینهایت انرژی در یک سیستم فیزیکی را اثبات می‌کرد. حتی بعد از آزمایش‌های که نشان داد معادلات انیشتین برای پدیدهٔ فوتوالکتریک صحیح بودند، استحکام نظریهٔ کوانتومی بودن نور افزایش یافت، و این از وقتی بود که معادلات انیشتین معادلات ماکسول را نقض کرد، معادلاتی در آن هنگام دیگر به‌طور کامل درست فرض شده بود . کارهای انیشتین پیش‌بینی کرد که انرژی یک الکترون جداشدهٔ منفرد با فرکانس پرتوی ورودی یک رابطهٔ خطی دارد، یعنی با افزایش یکی دیگری هم افزایش می‌یابد، شاید به‌طور شگفت‌آوری که تا آن هنگام هنوز تجربه نشده بود. در سال ۱۹۰۵ تمامی این مفاهیم درک شد اما نه از طریق آزمایش. تا اینکه در سال ۱۹۱۵ رابرت اندروو میلیکان نشان داد که انیشتین درست می‌گفت. میدان مغناطیسی
در الکترودینامیکِ نسبیتی، تفاوتی میان میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی وجود ندارد و میدان الکترومغناطیسی، اثر بار الکتریکی در اطراف آن تعریف می‌شود. چون حرکت، کاملاً نسبی در نظر گرفته می‌شود و نمی‌توان بین بار ثابت و بار متحرک تفاوتی قایل شد (متحرک بودن یا ثابت بودن برای بیننده‌های گوناگون تفاوت می‌کند). نیروی حاصل از این میدان را نیروی لورنتس می‌خوانند. اثر فوتوالکتریک
اثر فوتوالکتریک باعث باردار شدن فضاپیمایی می‌شود که در فضا در معرض نور خورشید قرار دارد و این فضا پیما را با بار مثبت شارژ می‌کند؛ و این می‌تواند تا ده‌ها ولت انباشته شود؛ و می‌تواند یک مشکل بزرگ باشد زیرا که قسمت‌های دیگر فضاپیما که در سایه قرار دارد تا چند هزار ولت دارای پتانسیل الکتریکی می‌شود و همچنین دارای بار منفی است؛ و این برهم خوردگی توازن بار الکتریکی می‌تواند روی قطعات الکترونیکی فضا پیما تخلیه شود و آن‌ها را از کار بیندازد. بار الکتریکی مثبت ساکن تولیدی توسط پدیدهٔ فوتوالکتریک دارای یک محدودیت است، زیرا یک جسم با بار الکتریکی بسیار زیاد الکترون‌ها را سخت‌تر از دست می‌دهد. الکتروفیزیولوژی
‌ثبت الکتروفیزیولوژیک به طور کلی الکتروگرافی و نتیجه ‌ثبت الکتروگرام نامیده می‌شود. اگرچه که، الکتروگرافی عنوانی کلی است و زیر بخش‌های گوناگونی دارد (از جمله الکتروفوتوگرافی). هر نوع از ‌ثبت الکتروفیزیولوژیک را معمولاً با نامی‌خاص فرا می‌خوانیم که به صورت کلی از الگوی " [الکترو] + [نام عضو مورد مطالعه] + [گرافی]"  یا " electro] + [body part] + [graphy]] " و به اختصار ExG پیروی می‌کند; x وابسته به عضو مورد مطالعه است. حالت‌های مختلف "ExG" به شرح زیر است: تکنیک‌های الکتروفیزیولوژی نوری توسط دانشمندان و مهندسان ایجاد شد تا یکی از اصلی ترین محدودیت‌های تکنیک‌های کلاسیک را برطرف کند. تکنیک‌های کلاسیک امکان مشاهده فعالیت الکتریکی را تقریبا تنها در یک نقطه از کل حجم بافت را دارند. تکنیک‌های کلاسیک یک پدیده توزیع شده را یکنواخت توصیف می‌کند. علاقه به شناخت توزیع فضایی فعالیت الکتریکی بافت زنده باعث تولید مولکول‌هایی شد که قادر به تابش نور در پاسخ به محیط الکتریکی یا شیمیایی هستند. بعنوان مثال می‌توان از رنگهای حساس به ولتاژ و پروتئینهای فلورسنت‌دار نام برد. الکترومغناطیس کلاسیک
که n تعداد ذرات باردار، "q" بار هر ذره، r مکان هر ذره، r فاصله از میدان الکتریکی و "ε" ثابت گذردهی خلإ است. برای یک توزیع بار گسترده خواهیم داشت اثر فوتوالکتریک
در یک دوربین دید در شب فوتون‌ها به یک صفحهٔ گالیوم آرسنید برخورد می‌کنند و بر اساس پدیدهٔ فوتوالکتریک الکترون‌ها را مجبور به جداشدن از سطح فلز می‌کنند؛ و این الکترون‌ها بعد از انبوه‌سازی، به صوری آبشاری روی یک صفحه از فسفر می‌ریزند و آن را روشن می‌کنند. تاریخ مکانیک کوانتومی
سپس، آلبرت اینشتین در سال ‍۱۹۰۵ برای توضیح اثر فوتو الکتریک که پیشتر در سال ۱۸۸۷ توسط هاینریش هرتز گزارش شده‌بود، فرضیه‌ای سازگار با فرضیه کوانتومی ماکس پلانک ارائه داد که نور از ذرات کوانتومی منفردی تشکیل شده‌است که در سال ۱۹۲۶ توسط گیلبرت لوییس فوتون نامیده شدند. اثر فوتوالکتریک هنگام تابیدن نورهای با طول موج مشخص به مواد خاصی مانند فلزات مشاهده می‌شود که اگر انرژی کوانتومی نور بزرگتر از تابع کار سطح فلز باشد، باعث بیرون راندن الکترون از آن مواد می‌شود اثر کاسیمیر
مثال متداول در این زمینه دو صفحه رسانای موازی بدون بار در خلا است که در فاصله چند نانومتری از هم واقع شده‌اند. در فیزیک کلاسیک ِنبود میدان خارجی به معنای نبودن میدان میان رساناها و از این رو نبود هرگونه کشش و نیرو بین آن‌ها می‌باشد.اما وجود میدان با استفاده از الکترودینامیک کوانتومی و خلا کیوای‌دی ( خلا کوانتوم التکرودینامیکی ) مطالعه می‌شود.دیده می‌شود که صفحات فوتون‌های مجازی که بین آن‌ها است را تحت تاثیر قرار داده و میدان ایجاد می‌کنند و این میدان یک نیروی خالص ایجاد می‌کند که بسته به چینش صفحات آن‌ها را جذب یا دفع می‌کند. گشتاور مغناطیسی الکترون
اگر الکترون را به شکل یک ذره کلاسیک باردار تصور کنیم که واقعاً به دور محوری با تکانه زاویه‌ای L می‌گردد، گشتاور مغناطیسی μ از رابطه زیر به دست می‌آید: که "m" جرم سکون الکترون است. توجه کنید که تکانه زاویه‌ای L در این معادله می‌تواند "تکانه زاویه‌ای اسپین"، "تکانه زاویه‌ای مداری" یا "تکانه زاویه‌ای کل" باشد. مشخص شده که نتیجه حاصله از الکترودینامیک کلاسیک برای گشتاور مغناطیسی اسپین با یک فاکتور تناسبی با واقعیت اختلاف دارد. بنابراین برای اصلاح نتیجه کلاسیک آن را در فاکتور اصلاحی بدون بعد "g" که به نام فاکتور جی شناخته می‌شود، ضرب می‌کنیم؛ معمول است که گشتاور مغناطیسی بر حسب ثابت پلانک کاهش‌یافته "ħ" و مگنتون بور "μ" بیان شود : از آنجا که گشتاور مغناطیسی کوانتایی و با یکای "μ" است، تکانه زاویه‌ای متناظر کوانتایی با یکای "ħ" است. الکترومغناطیس کلاسیک
همه روابط الکترومغناطیس کلاسیک به سادگی معادله کولن نیستند. مشکل این است که تغییرات زمانی توزیع‌های بار و جریان، نیازمند مقداری زمان برای حس‌شدن در نقاط دیگر هستند، زیرا انتشار امواج الکترومغناطیسی، زمان می‌برد، چرا که سرعت حرکت این امواج، اگرچه زیاد، اما محدود است.  برای یک توزیع بار در حالت کلی و با استفاده از پتانسیل‌های تأخیری می‌توان میدان‌های منابع توزیع‌شده را از معادلات جفیمنکو به‌دست‌آورد: مدل استاندارد
در فیزیک، برهمکنش‌ها راه‌هایی هستند که ذرات روی یکدیگر تأثیر می‌گذارند. در مقیاس ماکروسکوپی، الکترومغناطیس از طریق میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی امکان برهم‌کنش را فراهم می‌کند و گرانش سبب می‌شود که ذرات جرم‌دار بر اساس نظریه نسبیت عام با یکدیگر برهم‌کنش انجام دهند. مدل استاندارد این برهم‌کنش‌ها (نیروها) را به شکل تبادل نوعی از ذرات با نام "ذرات واسطه"، بین ذرات مادی توصیف می‌کند. وقتی یک ذره واسطهٔ نیرو میان دو ذرهٔ دیگر تبادل می‌شود در مقایس ماکروسکوپی به نظر می‌رسد که نیرویی روی هردو ذره تأثیر می‌گذارد و از این رو گفته می‌شود که ذره حامل، واسطهٔ تأثیر نیرو شده‌است. محاسبات مربوط به نمودار فاینمن که تقریبی گرافیکی از نظریهٔ اغتشاش هستند، از مفهوم "ذرات واسط نیرو" بهره می‌برند و نتایج کاربرد آن‌ها در تحلیل آزمایش‌های پخش پرانرژی، همخوانی قابل قبولی با داده‌ها دارد. هرچند که نظریهٔ اغتشاش (و به همراه آن مفهوم "ذره واسط نیرو") در شرایط دیگری با شکست روبه‌رو می‌شوند. از جمله این شرایط می‌توان به کرومودینامیک کوانتومی کم‌انرژی، حالت ثابت و سالیتون اشاره نمود. نیروی لورنتس
در بسیاری از کتاب‌های درسی در الکترومغناطیس کلاسیک نیروی لورنتس راهی برای توصیف میدان‌های B،E است برای مثال نیروی لورنتس به صورت زیر بیان می‌شود. نیروی الکترومغناطیسی وارد بر بار آزمون به صورت تابعی از بار و سرعت بیان می‌شود که با پارامتری کردن توسط دو بردار B،E به صورت زیر بیان می‌شود: فوتونیک
اثر الکترو اپتیک تغییریست در ضریب شکست که از اعمال یک میدان الکتریکی در فرکانس پایین و پایا حاصل می‌شود. میدان الکتریکی اعمالی به یک ماده اپتیکی غیر همسانگرد، ضریب شکست آن را تغییر می‌دهد و بنابراین بر نور قطبیده‌ای که از آن گذر می‌کند تأثیر می‌گذارد. ​نیوبات پتاسیم سدیم
در سال ۱۸۸۱، لیپمن اثر پیزوالکتریک معکوس را از نظر ریاضی استنباط کرد. برادران کوری بلافاصله وجود اثر پیزوالکتریک معکوس را تأیید کردند. تولید بار الکتریکی در نتیجه نیرویی است که بر روی مواد اعمال می‌شود. قبل از قرار دادن ماده در معرض فشار خارجی، مراکز بارهای منفی و مثبت هر مولکول با یکدیگر منطبق می‌شوند - که منجر به یک مولکول خنثی برقی می‌شود. با این وجود، در صورت وجود فشار مکانیکی خارجی، شبکهٔ داخلی تغییر شکل می‌دهد، بنابراین باعث جداسازی مراکز مثبت و منفی مولکول و ایجاد دوقطبی کوچک می‌شود. در نتیجه قطبهای متضاد روبروی هم در داخل مواد یکدیگر را خنثی می‌کنند و بارهای باقیمانده روی سطح ظاهر می‌شود یعنی ماده قطبی شده‌است. این قطبی سازی یک میدان الکتریکی را ایجاد می‌کند که می‌تواند برای تبدیل انرژی مکانیکی مورد استفاده در تغییر شکل مواد به انرژی الکتریکی استفاده شود. اثر فوتوالکتریک
این پدیده همچنین به خاطر کشف شدنش از سوی هاینریش هرتز به اثر هرتز معروف است، هرچند امروزه این لفظ کمتر به کار می‌رود. پیزوالکتریکی
اثر پیزوالکتریک یک فرایند برگشت‌پذیر است؛ موادی که به‌طور مستقیم اثر پیزوالکتریک (تولید داخلی بار الکتریکی به دلیل اعمال نیروی مکانیکی) را انباشته می‌کنند اثر پیزوالکتریک معکوس (تولید داخلی نیروی مکانیکی در اثر اعمال میدان الکتریکی) را نیز انباشته می‌کنند. نیروهای بنیادی
نیروی الکترومغناطیسی مانند گرانش محدوده اثر بینهایت دارد ولی بسیار وسیع‌تر؛ بنابراین در بسیاری از پدیده‌هایی که روزانه تجربه می‌کنیم می‌توان آن را یافت، مانند نفوذناپذیری مواد جامد، اصطکاک، رنگین کمان، آذرخش و نیز تمام ساخته‌های بشر که در آن‌ها از جریان الکتریکی استفاده می‌شود مانند تلویزیون، لیزر و رایانه. الکترومغناطیس به صورت بنیادی بسیاری از ویژگی‌های شیمیایی عناصر و هم چنین پیوندهای شیمیایی را در سطح کلان (ماکروسکوپیک) و سطح اتمی (میکروسکوپیک) تعیین می‌کند. جوسایا ویلارد گیبس
اگرچه تحقیقات گیبس بر روی نورشناسی فیزیکی امروزه کمتر از دیگر آثارش شناخته شده‌است، سهم بسزایی را با استفاده از معادلات ماکسول در تئوری فرایندهای نوری نظیر انکسار مضاعف، پاشیدگی و فعالیت نوری در توسعه الکترومغناطیسم کلاسیک ایفا کرد. در آن اثر، گیبس نشان داد که فرایندهایی که توسط معادلات ماکسول شکل می‌گیرند بدون هیچ پیش‌فرض خاصی در مورد ساختار میکروسکوپی ماده یا در مورد ماهیت محیط ماده انجام می‌شوند که در آن امواج الکترومغناطیسی منتشر می‌شوند (که بعدها اترفیزیک نام گرفت). گیبس هم‌چنین بیان داشت که در غیاب موج طولی الکترومغناطیسی، که برای مشاهده نور ضروری است، به صورت خودکار توسط معادلات ماکسول انجام‌پذیر است (بااستناد به آنچه امروزه " تثبیت پیمانه " نامیده می‌شود) که در آن با توجه به تئوری‌های مکانیکی نور، همچون تئوری لرد کلوین، باید به‌عنوان یک وضعیت موقت بر خواص اتر اعمال شود. طیف اتمی
درک سازوکار جذب و گسیل نور بوسیله اتمها از دیدگاه فیزیک کلاسیک آسان است. زیرا بنابر نظریه‌های کلاسیکی یک اتم در صورتی نور گسیل می‌کند که به طریقی مانند برخورد با سایر اتمها یا توسط میدان الکتریکی به الکترونهای آن انرژی داده شود، در نتیجه الکترونها با بدست آوردن انرژی ارتعاش می‌کنند و امواج الکترومغناطیس به‌وجود می‌آورند، یعنی نور گسیل می‌کنند. اما این که چرا اتمهای همه عنصرها موج الکترومغناطیسی با طول موجهای یکسان نمی‌کنند و این که چرا هر عنصر طول موج خاص خود را دارد، از دیدگاه فیزیک کلاسیک قابل توجیه نیست. الکترون
یک الکترون، میدان الکتریکی ایجاد می‌کند که بر ذرات با بار مثبت مانند پروتون، نیروی جاذبه و بر ذرات دارای بار منفی نیروی دافعه وارد می‌کند. میزان قدرت این نیرو توسط قانون مربع معکوس کولن تعیین می‌شود. الکترون وقتی در حال حرکت باشد، میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند. قانون آمپر-ماکسول، ارتباط میان میدان مغناطیسی ایجاد شده با حرکت دسته‌جمعی الکترون‌ها نسبت به یک ناظر(جریان) را توصیف می‌کند. این ویژگی القایی، میدان مغناطیسی مورد نیاز برای چرخش یک موتور الکتریکی فراهم می‌کند. میدان الکترومغناطیسی یک ذره باردار دلخواه در حال حرکت، توسط پتانسیل‌های لینار-ویشرت توصیف می‌شود که حتی وقتی سرعت ذره نزدیک به سرعت نور باشد(نسبیتی) نیز معتبر هستند. وقتی الکترونی در درون یک میدان مغناطیسی حرکت می‌کند در معرض نیروی لورنتز قرار می‌گیرد که عمود بر صفحه تعریف شده توسط میدان مغناطیسی و سرعت الکترون وارد می‌شود. این نیروی مرکزگرا سبب مارپیجی شدن مسیر حرکت الکترون درون میدان می‌شود که شعاع این مسیر پیچه‌ای ژیرورادیوس نامیده می‌شود. شتاب ناشی از این حرکت دایره‌ای الکترون را القا می‌کند تا انرژی به شکل تابش سینکروترون آزاد کند. انتشار انرژی به نوبه خود سبب پس‌زنی الکترون می‌شود که با نام نیروی آبراهام-لورنتز-دیراک شناخته می‌شود که اصطکاکی ایجاد می‌کند که باعث کند شدن حرکت الکترون می‌شود. این نیرو ناشی از واکنش به عقب خود میدان الکترون نسبت به خودش است. اثر فوتوالکتریک
در ۱۹۰۲، فیلییپ آنتوان ون لنارد، مشاهده کرد که انرژی الکترون را می‌توان با تغییر فرکانس نور ورودی تغییر داد. او از یک لامپ قدرتمند قوسی استفاده کرد، چیزی که او را قادر می‌کرد تا تغییرات شدید در شدت تابش را مورد بررسی قرار دهد و به اندازهٔ کافی نیرو داشت تا بتواند روی تغییرات پتاسیل و در نتیجه تغییرات فرکانس نور را مورد بررسی قرار دهد. آزمایش او به‌طور مستقیم پتانسیل الکتریکی را اندازه می‌گرفت و نه انرژی جنبشی الکترون را. او رابطهٔ انرژی الکترون را با ماکزیمم ولتاژ قطع به دست آورد. او همچنین فهمید که ماکزیمم انرژی جنبشی الکترون با فرکانس نور مرتبط است. برای مثال افزایش فرکانس پرتوی ورودی، افزایش ماکزیمم انرژی جنبشی محاسبه شده برای الکترون تحت عمل آزادسازی را نتیجه می‌دهد-پرتوی فرابنفش به پتانسیل قطع بیشتری نیاز دارد تا جریان را در مدار از کار بیندازد تا نور آبی. اما نتیجهٔ مشاهدات ون لنارد به خاطر سختی انجام آزمایش کیفی بود نه کمی زیرا آزمایش باید روی یک صفحه فلزی بسیار صیقلی انجام می‌شد تا اینکه نتایج قدری دقیق تر گردند، اما آن در چند دقیقه اکسید می‌شد حتی در خلاء جزئی که او ایجاد کرده بود. جریانی که توسط الکترون گسیل شده از سطح به دست می‌آمد نیز به شدت نور مربوط می‌شد. با دو برابر شدت تابش دو برابر الکترون گسیل می‌شد اما ون لنارد چیزی از فوتون نمی‌دانست. پیروالکتریسیته
پیروالکتریسیته به عنوان تغییر در قطبش خالص (یک بردار) متناسب با تغییر دما اندازه‌گیری می‌شود. ضریب پیروالکتریک کل که در تنش ثابت اندازه‌گیری می‌شود، مجموع ضرایب پیروالکتریک در فشار ثابت (اثر پیروالکتریک اولیه) و سهم پیزوالکتریک حاصل از انبساط حرارتی (اثر پیروالکتریک ثانویه) است. در شرایط عادی، حتی مواد قطبی نیز یک لحظه دو قطبی خالص را نشان نمی‌دهند. در نتیجه، هیچ معادل دو قطبی الکتریکی معادل با آهن‌ربا میله ای وجود ندارد زیرا گشتاور دو قطبی ذاتی توسط یک بار الکتریکی «آزاد» خنثی می‌شود که با هدایت داخلی یا از جو محیط بر سطح ایجاد می‌شود. بلورهای قطبی فقط ماهیت خود را وقتی آشکار می‌کنند که به نوعی آشفته می‌شوند و لحظه ای تعادل را با بار سطحی جبران کننده از بین می‌برند. سلول خورشیدی
نور مرئی تنها بخشی از طیف الکترومغناطیس است تشعشع الکترومغناطیس تک رنگ نیست و از دامنه‌ای از طول موجهای مختلف تشکیل شده و در نتیجه سطوح انرژی متفاوتی دارد. نور را هم می‌توان به طول موج‌های گوناگونی تجزیه کرد که ما آن را به شکل رنگین کمان می‌بینیم از آنجایی که سلول ما توسط فوتون‌هایی با دامنه انرژی‌های متفاوت مورد اصابت قرار می‌گیرد لذا برخی از آن‌ها انرژی لازم برای شکست پیوند الکترون حفره را ندارند آن‌ها به سادگی از درون سلول می‌گذرند درست انگار که از یک شیشه شفاف عبور کرده‌اند در حالی که برخی دیگر از فوتون‌ها انرژی بسیار زیادی دارند تنها میزان مشخصی از انرژی که با الکترون ولت اندازه‌گیری شده می‌تواند بر الکترون‌های اتم‌های سیلیکون سلول خورشیدی ما اثرگذارد اگر فوتونی انرژی بیش از میزان لازم داشته باشد پس انرژی اضافی هدر می‌رود مگر اینکه فوتون انرژی دو برابر میزان مورد نیاز داشته و بتواند به‌طور همزمان دو الکترون را رها کند که این هم چندان زیاد نیست که معنی دار محسوب شود. به این صورت است که تقریباً ۷۰ درصد انرژی تابشی دریافتی توسط سلول ما در واقع تلف می‌شود و کارایی ندارد اثر مگنتوالکتریک
formula_2 پیروالکتریسیته
اثر پیروالکتریسیته نباید با ترموالکتریسیته اشتباه گرفته شود: در یک نمایش معمولی از پیروالکتریسیته، کل کریستال از یک دما به دمای دیگری تغییر می‌کند، و در نتیجه یک ولتاژ موقت در سراسر کریستال است. در یک نمایش معمولی از ترموالکتریسیته، یک قسمت از دستگاه در یک دما و قسمت دیگر در یک درجه حرارت دیگر نگه داشته می‌شود و نتیجه آن یک ولتاژ "دائمی" در دستگاه است تا زمانی که اختلاف دما وجود دارد. هر دو اثر تغییر دما را به پتانسیل الکتریکی تبدیل می‌کنند، اما اثر پیروالکتریک تغییر دما را با گذشت "زمان" به پتانسیل الکتریکی تبدیل می‌کند، در حالی که اثر ترموالکتریک تغییر دما را با "موقعیت" به پتانسیل الکتریکی تبدیل می‌کند. فوتون
فرمول کلاسیک انرژی و اندازه حرکت تابش الکترومغناطیسی می‌تواند برمبنای رخدادهای فوتونی بیان شود. به‌عنوان مثال، فشار تابش الکترومغناطیس بر روی یک جسم ناشی از انتقال اندازه حرکت فوتون در واحد زمان در واحد سطح برای آن جسم است، زیرا فشار یک نیروی وارده بر واحد سطح اس و نیرو در اندازه حرکت در واحد زمان تغییر می‌کند. اثر کوانتومی هال
که formula_2 بار بنیادی و formula_3 ثابت پلانک و ν مقادیر صحیح ۱.۲.۳ و ... یا مقادیری کسری را می‌تواند اختیار کند .اگر مقادیر ν صحیح باشند به این پدیده اثر صحیح کوانتمی هال و در حالت دوم اثر کسری کوانتمی هال می‌گویند.اثر صحیح کوانتمی هال به سادگی قابل توضیح است، اما اثر کسری کوانتمی هال پیچیده تر است و وجود آن به برهم کنش‌های الکترون‌ها با هم مربوط است. سامانه فتوولتاییک
سامانه‌های فتوولتاییک به پدیده‌ای که در اثر تابش نور بدون استفاده از مکانیزم‌های محرک مکانیکی الکتریسیته تولید کند، پدیدهٔ فتوولتاییک (Photovoltaics) گفته شده و عاملی که این فرایند را به وجود می‌آورد، سلول خورشیدی (Solar cell) نام دارد. سامانه‌های فتوولتاییک که در ابتدا برای کاربردهای فضایی ابداع و تکمیل شده بودند انرژی نوری را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. اصل مقدماتی در این فناوری اثر فتوالکتریک است که اولین بار به وسیلهٔ اینشتین توضیح داده شده که نور باعث می‌شود الکترون‌ها از ماده جدا شوند. اثر ترموالکتریکی
اثر سیبِک یک مثال کلاسیک از نیروی محرکه الکتریکی است که منجر به اندازه گیری ولتاژ و جریان به همان شیوه می شود. چگالی جریان وابسته به موقعیت به شکل زیر محاسبه می شود: الکترومغناطیس کلاسیک
که "q" بار ذره، "r" موقعیت هر ذره، "r" فاصله از بار الکتریکی و "ε" ثابت الکتریکی است. در شرایطی که بار حرکت می‌کند (حالت ناایستا)، این رابطه با پتانسیل لینارد-ویشرت جایگزین می‌شود. اثر فوتوالکتریک
در ۱۸۳۹، الکساندر ادموند بکرل پدیدهٔ فوتوالکتریک را در یک الکترود مشاهده کرد، الکترودی که در داخل یک محلول شیمیایی یونی قرار داشت و محلول در معرض نور قرار گرفته بود. در ۱۸۷۳ میلادی اسمیت فهمید که سلنیوم یک مادهٔ نور-هادی است. ماده‌ای که مقاومت الکتریکی ان با شدت روشنایی تغییر می‌کند.