Havası alınmış saydam bir kabın içinde 2 adet elektrot (katot ve anot) bulunsun. (Şekil 1) Yüzeyi metalle kaplanan (örneğin Sezyum) katot üzerine ışık düşünce, devreden geçen bir akım ampermetre ile ölçülür.
Şekil 1: Fotoelektrik deney düzeneği
Bu akım nasıl oluşur?
Elektronlar katottan, düşen ışık yardımıyla sökülürler. Daha sonra pozitif yüklenmiş anot tarafından çekilirler. Katotta elektron salınması nedeniyle oluşan elektron eksikliği, ampermetre üzerinden elektronların akmasına neden olur. Bunun sonucunda devreden geçen bir akım If (fotoakım) ölçülür.
Metal yüzeyinden bu şekilde elektron sökülmesine fotoelektrik olay veya ışık elektrik etkisi, sökülen elektronlara da foto elektronlar denir.
Elektronlar, metal yüzeyinden ancak gerekli enerjiye ulaştıklarında kurtulabilirler. Bu enerjiye bağlanma enerjisi Eb veya eşik enerjisi denir. Bu, metaller için ayırıcı (karakteristik) bir özelliktir. (Tablo 1) Genellikle atom ve molekül fiziğinde, bu enerji elektron volt (eV) birimiyle ifade edilir.
Öncelikle bu deneyden çıkaracağımız sonuç; akım şiddetinin yani birim zamanda salınan elektron sayısının, düşen ışığın aydınlatma şiddetiyle artmasıdır. (Şekil 2)
Şekil 2: Fotoakımın, ışığın şiddetiyle değişmesi
Foto elektronların kinetik enerjilerini ölçmek için, fotoselin elektrotlarının kutuplarını değiştirelim. Böylece oluşan elektrik alanından dolayı (başlangıçta pozitif elektrot şimdi negatif olduğundan), artık foto elektronlar yavaşlayacaklardır. Gerilimi artırdıkça bu yavaşlama artacaktır. Belli bir gerilim değerine ulaşıldığında ise artık devreden fotoakım geçmeyecektir. (If = 0) Gerilimin bu değerine, kesme potansiyel farkı denir ve Vk ile gösterilir.(Şekil 2) Bu durumda en hızlı elektronun kinetik enerjisi, tamamıyla sonradan oluşturulan elektrik alanını yenmek için harcanmıştır. Yani en hızlı foto elektronun kinetik enerjisi Ekxn(mak.) = e Vk dir. Vk ; örneğin sarı ışık için 0,40 V, mavi ışık için 1,05 V dur. Eğer foto elektronun sahip olabileceği en büyük (maksimum) kinetik enerjisini, ışığın frekansına bağlayan bir grafik çizersek, buradan elektronun maksimum kinetik enerjisinin ışığın frekansıyla arttığı sonucuna ulaşırız. f frekansıyla Ekxn(mak.) kinetik enerjisi arasında, doğrusal bir ilişki vardır. (Şekil 3)
Şekil 3: Foto elektronların maksimum kinetik enerjilerinin, ışığın frekansıyla değişmesi
h = 6,626 × 10 -34 Js
Eşik frekansı diye adlandırılan fe frekansına sahip ışık için, sökülen elektronların kinetik enerjisi sıfırdır. Bu durumda metal tarafından soğurulan enerji, bağlanma enerjisini yenmek için harcanır:
h fe = E b
Fotoelektrik Etkisinin Anlamı:
Işığın dalga modeliyle, fotoelektrik deneyini açıklamak mümkün değildir. Bu yüzden yeni bir yol bulmak gerekiyordu. Bu yolu ancak 1905 yılında EİNSTEİN ( 1879-1955; Nobel ödülü 1921 ) bulmuştur:
1) Işık; fotoelektrik olayında E=h f paketleri büyüklüğünde ( kuvantlar halinde ) soğurulan bir enerji akımıdır. Bu enerji paketleri, fotonlar veya ışık paketleri ( ışık kuvantları ) olarak nitelendirilip, elektromanyetik salınımlara atfedilen mikro nesnelerdir. Enerji kuvantumlarının büyüklüğü, sadece ışığın frekansına bağlıdır.
2) Işığın şiddeti artırıldıkça, belirli bir zaman içerisinde metal yüzeyi tarafından soğurulan enerji kuvantumu sayısı da bu oranda artar. Yani düşük şiddetli ışıkta daha az sayıda elektron sökülür. Buna karşın; sökülen bu elektronların maksimum hızı, şiddetli ışıkta (aynı frekansta) sökülen elektronların maksimum hızı ile aynıdır.Ancak, ışığın dalga modelinde düşük şiddetteki ışıkta sökülen elektronların hızından daha düşük olması beklenir.
3) Işık, metal yüzeyinden ancak metal için karakteristik olan eşik frekansı fe ye ulaştığında elektron sökebilir. Işığın dalga modelinde elektron sökülmesinin böyle bir başlangıç ışık frekansına bağlılığı açıklanamaz.
Bu içerik internet kaynaklarından yararlanılarak sitemize eklenilmiştir
Ekleyen: Berke
Editörün Seçtikleri
POPÜLER MESAJLAR
