Fotoelektrik Olay

0
7617

İlk defa 1887’de h Hertz tarafından gözlenmiş olan fotoelektrik olayın daha
sonra yapılan hassas deneylerle de saptanan önemli özellikleri aşağıdaki gibi
sıralanabilir.

  • Metal yüzeyler ışık ile aydınlatıldıkları zaman elektron yayabilirler fakat
    pozitif iyonlar yayamazlar.
  • Metal yüzeylerin bu şekilde elektron yayıp yayamayacakları gönderilen ışığın
    frekansına bağlıdır. Metalden metale değişen bir frekans eşiği vardır ve ancak
    frekansı bu eşik değerden büyük olan ışık bir fotoelektrik akım oluşturur.
  • Fotoakım oluştuktan kısa süre sonra kararlı değerine ulaşarak büyüklüğü
    ışığın şiddeti ile doğru orantılı olarak artar.
  • Fotoelektronların kinetik enerjisi ışık kaynağının şiddetinden bağımsız olup
    gelen ışığın frekansı ile doğru orantılı olarak artar.

Fotoelektrik olayın varlığı klasik elektromagnetik teori ile anlaşılabilir,
çünkü metallerin elektron içerdikleri o zamanlar bilinmekte idi ve bunlar ışık
soğurumu ile ivmelendirilerek metalden koparılabilirler. Işık bir
elektromagnetik dalgadır ve ışığın elektrik alanı elektrona e.E/m ivmesini
kazandırır. Fakat yukarıda değinilen şiddet ve frekans bağımlılıkları klasik
teori çerçevesinde kalınarak açıklanamaz. Işığın şiddeti
ε2 nin zaman ortalaması ile
orantılıdır. Şiddetin artması
ε2
nin ve dolayısı ile elektronların ivmesinin artması demektir. Bu ise sökülen
fotoelektronların kinetik enerjisini artırır. Üstelik bunun frekans ile ilişkisi
yoktur. Bu klasik sonuçlar ise gözlemlerle çelişmektedir.

Olayın doğru açıklaması, Planck varsayımını, ışık h.υ enerjili fotonlardan (enerji kuantumlarından) oluşur
şeklinde ele alan
A.Einstein tarafından 1905’te yapıldı. Bir fotonun
soğurulması, bir elektronun enerjisini
 h.υ kadar arttırır. Bunun W kadarlık kısmı elektronu
metalden ayırmaya harcanmalıdır. W ’ya metalin iş fonksiyonu denir ve bu
metalden metale değişir.
h.υ< font>h.υ>W ise söküm
olacak ve geriye kalan
 
h.υ-W enerjisi
ise elektronun kinetik enerjisi halinde kendini gösterecektir. Enerji
korunumunun uygulanması,
1/2.m.v2=
h.υ-W şeklinde elektronun kinetik enerjisi ile ışığın υ
frekansı arasındaki çizgisel bağımlılığı çok basit bir şekilde açıklar. Bu
bağıntı
υ0=W/h şeklinde υ0 eşik frekansı ile iş fonksiyonu
W arasındaki bağımlılığı da verir.


Fotoelektronların kinetik
enerjisinin ışığın υ frekansına göre değişimi.

Doğrunun uzantısının
kinetik enerji eksenini kestiği nokta W iş fonksiyonunu verir.
Doğrunun eğimi
de h sabitini verir.

Fotoelektrik akımın ışık şiddetine bağımlılığı da foton düşüncesi
kullanılarak basitçe açıklanabilir. Daha büyük ışık şiddeti, daha fazla sayıda
foton ve bu da daha fazla elektron yani daha büyük bir fotoakım
demektir.

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here