Fotoelektrik Olay (Photoelectric Effect )
Vakumda, bir radyasyon demeti temiz bir metal plaka üzerine düşürülürse, metal elektron yayar. Bu olay ilk olarak Hertz tarafından bulunmuştur. Bu olay fotoelektrik olay olarak bilinir. Bu olayı incelemek için Şekil 1 deki gibi bir düzenek kullanılır.
Şekil 1 : Fotoelektrik olayı incelemek için kullanılan düzenek.
İçi boşaltılmış bir tüpü içine metal bir katot yerleştirilir. Katodun karşısına ise, bir batarya katoda bağlı olan tel bir levha anot olarak yerleştirilir. Metalin üzerine radyasyon gelince metal elektron yaymaya başlar. Elektronlar negatif yüklü tanecikler olduklarından anoda doğru çekilirler. Bu şekilde devre tamamlanır. Devreden geçen akım miktarı galvanometreden okunur. Bu olayın üç ilginç yönü vardır.
Metalin elekrton yayıp yaymıyacağı sadece gelen ışığın frekansına bağlıdır. Şiddetine bağlı değildir. Bir saniyede metalden yayılan elektron sayısı ise ışığın şiddetine bağlıdır.
Elektronların metelden yayılabilmesi için gelen ışığın frekansının belirli bir değerden daha büyük olması gerekir.
Işığın metali üzerine gelmesi ile elekronların yayılmas, arasında bir zaman farkı yoktur.
Klasik teorilere göre; ışığın enerjisi şiddetine bağlıdır. Bu nedenle şiddeti büyük olan bir radyasyon gönderildiğinde metalin yüzeyinden çok büyük hızlı elektronlar çıkması gerekirdi. Halbuki ışığın şiddeti ile çıkan elektronların hızları değişmezken, sayıları artar.
Metal atomundaki elektronun, kendisini metale bağlayan bir potansiyel enerjisi vardır.elktron, metalin yüzeyinden boşluğa doğru hareket edeceğine göre birde kinetik enerjisinin olması gerekir. Elektronun toplam enerjisi;
\rm E_T = { 1 \over 2 } mV^2 + W \qquad \qquad \qquad (Eşitlik \; 1)Burada, m; elektronun kütlesi, V; elektronun hızı, W; potansiyel enerjisidir. Elektron bu enerjiyi radyasyondan alır. Klasik teoriye gör ışığın enerjisi şiddetine bağlıdır ve elektrona sürekli olarak enerji verir. Metal üzerine düşük enerjili bir radyasyon geldiğinde elektronun W kadar kadar enerjiyi absorbe edebilmesi için uzun bir sürenin geçmesi gerekir. Halbuki yukarıda da anıldığı gibi, radyasyonun metal yüzeyine geldiği anla, elektronların metali terk ettiği an arasında bir zaman farkı yoktur.
Fotoelektrik olayın nedenini A. Einstein açıklamıştır. Einstein'e göre; ışığın enerjisi uzayda, enerji kuantları halinde yayılır. Bu enerji kuantlarına foton denir. Her foton mealin bir elektrtonuna enerji verir. Kuantı aldıktan sonra elektronun enerjisi \rm E_T = h \nu olur. Yukarıdaki (Eşitlik 1) yardımı ile
\rm h \nu = { 1 \over 2 }mV^2 + W \qquad \qquad \qquad (Eşitlik \; 2)olduğu yazılabilir. Bu eşitlik Einstein Fotoelektrik Eşitliği olarak bilinir. Son eşitliktten görüldüğü gibi, elektronun metali terk edebilmesi için gereken kritik frekans \rm \nu _o;
\rm h \nu _o = W \qquad \qquad \qquad (Eşitlik \; 3)eşitliğinden belirlenebilir. Bu değerin altındaki frekanslarda, metal elektron yayamaz.
Işığın şiddetinin artması, gelen fotonların sayısını arttırır. Sonuçta, birim zamanda daha fazla elektron metali terk eder. Einstein'in bu olayı açıklaması ile Planck teorisinde kendisine bir dayanak bulmuştur. ( Örnek Soru , ).
Kaynaklar |
