Fotoelektrik Olay ne demektir? Fotoelektrik Olay nasıl oluşur, özellikleri nelerdir? Fotoelektrik Olay konu anlatımı, hakkında bilgi.
Fotoelektrik Olay
Fotoelektrik Olay;Yapılan deneyler ışığın taneciklerden oluştuğunu göstermiştir. Enerji taşıyan bu ışık taneciklerine foton denir. Fotonlar bir metal yüzeye çarptığı zaman metal yüzeyden elektron sökebilir. Işığın metallerden elektron sökmesi olayına fotoelektrik olay denir. Işık etkisiyle metalden kopan elektronlara fotoelektron denir.
Fotoelektrik olay ışığın kuantumlu yapıda olduğunu gösteren önemli olaylardan biridir. Bu olay ilk kez Hertz tarafından gözlenmiş nicel açıklaması Einstein tarafından yapılmıştır.
Şekildeki düzenekte negatif yüklü elektrot (katot) üzerine morötesi ışık düşürüldüğünde elektrotlar arasında bir kıvılcım atlaması oluştuğu ve negatif elektrodun yükünü kaybettiği gözlenir. Aynı şekilde (+) pozitif yüklü elektrod üzerine morötesi ışık düşürüldüğünde kıvılcımlı boşalmanın olmadığı ve elektrodun yük kaybetmediği gözlenir. Yapılan deneyler negatif elektrod üzerine morötesi ışık düşürüldüğünde kıvılcımlı boşalmanın katottan salınan elektronlar olduğu anlaşılmıştır.
Çinko ve benzeri metallerden elektron sökülebilmesi için morötesi ışık gereklidir. Sodyum, Potasyum, Lityum ve Sezyum gibi alkali elementlerden görünür ışık ile elektron sökülebilmektedir.
Şekildeki fotosel lambada negatif elektrik yüklü alkali metalden yapılmış katot üzerine ışık düşürüldüğünde buradan sökülen foto-elektronlar Anot tarafından çekilir. Böylece devreden akım geçer ve devredeki ampermetre sapar. Lamba üzerine ışık düşürülmediği zaman devrede üreteç olduğu halde devreden akım geçmez. Işığın şiddeti artırılırsa devreden geçen akım şiddeti artar.
Fotoelektrik olayla ilgili olarak yapılan deneylerden şu sonuçlar elde edilmiştir.
►Verilen bir metal katot için fotoelektron salınması, düşürülen ışığın belli bir frekansı geçmesinden sonra meydana gelir.
Bu frekansa eşik frekansı (vo) adı verilir. Her metal için eşik frekansı farklıdır.
►Katot üzerine düşürülen ışığın şiddeti değiştirildiğinde kopan fotoelektronların kinetik enerjisi (Ek) değişmez.
►Işığın frekansı değiştirildiğinde kopan fotoelektronların kinetik enerjisi değişir.
Bu deney sonuçları Einstein tarafından kuantum teorisinden hareketle açıklanmıştır.
►Katottan fotoelektron salınması, katottaki elektronun, düşürülen ışıktan bir foton soğurmasıyla oluşur.
►Frekansı (v) olan bir fotonun enerjisi E = h . v eşitliği ile verilir.
►Elektronu katottan koparabilmek için gerekli minumum enerjiye eşik enerjisi (Eo) denir.
►Eğer ışık fotonu, eşik enerjisinden fazla enerjiye sahipse, bu fazla enerji kopan fotoelektrona (Ek = 1/2 mv²) lik kinetik enerji kazandırır.
Einstein’in Denklemi
Einstein bu dört kuralı bir denklem ile ifade etti.
E = E0 + Ek
h . v = h . vo + 1/2 mv²
h = 6,62 .10^-34 J . s Planck Sabiti
v = Işığın frekansı
vo = Yüzeyin eşik frekansı
v = Fotoelektronun hızı Bir ışık fotonunun enerjisi
E = h . v veya
E = h . c / λ eşitliği ile verilir
c = 3.10^8 m/s Işık hızı
λ = Işığın dalga boyudur.
h.c = 12400 eV.A°
Elektronvolt (eV) ışık enerjisi için kullanılan bir enerji birimidir. Bir elektronun 1 voltluk potansiyel farkı altında kazandığı enerjidir.
1 eV = 1,6.10^-19 Joule
1 Joule = 6,25.10^18 eV
Milyonelektronvolt (MeV) = 10^6 eV
Fotoelektrik olayda katottan fotoelektron sökülebilmesi için düşürülen ışığın belli bir eşik frekansından büyük frekansa sahip olması gerekir. Fotoelektron, soğurduğu fotondan aldığı enerjinin bir kısmını elektronu metalden koparmak için gerekli eşik enerjisine (Bağlanma enerjisi) harcanır, geri kalan enerji ise foto-elektrona kinetik enerji olarak aktarılır.
Fotoelektrik olayda düşürülen ışığın frekansına bağlı olarak salınan fotoelektronların kinetik enerjisinin değişim grafiği aşağıdaki gibidir.
Grafikte vo yüzeyin eşik frekansı, Eo ise eşik enerjisi (Bağlanma enerjisi) olup grafikteki doğrunun eğimi bütün maddeler için aynı olup bu değere Planck Sabiti (h) denir.
