FOTOELEKTRIK OLAY OĞUZHAN TURGUT 11/B 88

FOTOELEKTRIK OLAY Fotoelektrik etki, bir kaynaktan yayılan ışık veya daha yüksek enerjili elektromanyetik dalganın (morötesi ışın veya x-ışını) bir madde (metaller, metal olmayan katılar, sıvılar veya gazlar) yüzeyine düşmesi sonucu maddeden elektron yayınlanması olayıdır. Maddeden yayınlanan bu elektronlar fotoelektron olarak adlandırılır. Olayı ilk olarak Heinrich Rudolf Hertz, elektromanyetik dalgaların varlığını deneysel olarak göstermeye çalışırken gözlemlemiS olduGundan bu olaya Hertz etkisi de denir ancak günümüzde bu isim kullanılmamaktadır. Olay deneysel olarak gözlenmiş fakat 1905 yılında Albert Einstein tarafından açıklanana kadar olaya klasik fizik yasaları ile bir anlam verilememiştir.

Fotoelektrik olayın pek çok özelliği klasik fizik ya da ışığın dalga modeli ile açıklanamaz. Örneğin klasik fiziğe göre ışık şiddetine bağlı olarak metal yüzeyinden her frekansta elektron sökülmesi gerekirken ancak belli bir eşik değerinin üzerinde elektron koparılabiliyordu. Işığın frekansı, bir eşik frekansını   aşarsa fotoelektrik olay gözleniyordu. Öte yandan yayınlanan  elektronların( fotoelektronlar )sayısı ışık şiddetiyle orantılıydı ;ama elektronların maksimum kinetik enerjisi, ışığın şiddetinden bağımsızdı. Klasik bakış açısına göre,elektriksel alan ışık şiddetinin kare köküyle doğru orantılıdır ve elektronların koparılmasından ve ivmelendirilmesinden sorumlu olmalıdır.

Elektronların maksimum kinetik enerjisi,ışığın frekansı arttıkça artıyordu. Elektronlar,yüzeyden,düşük ışık şiddetlerinde bile,hemen hemen anında (yüzeye ışık düştükten milyarda bir saniye sonra ) yayınlanır. Oysa klasik kurama göre elektronların metalden  çıkmak için gerekli kinetik enerjiyi kazanmadan önce,gelen ışınımı soğurmak için bir zamana gereksinim olduğu  düşünülüyordu.  Işığın foton kuramına göre ise gelen enerji, küçük paketler halinde görünür ve fotonlarla elektronlar arasında birebir etkileşme vardır. Bir foton,bir elektron koparır. Bu, ışığın geniş bir alana düzgün olarak dağılmış bir enerjiye sahip olduğu düşüncesiyle çelişir.

Einstein, fotoelektrik konulu 1905 yılı yazısında Planck’ın önerisini ele almıştır. Planck, ışık kaynaklarının kuantlaşmış enerji değişimi yaptıklarını varsaymıştı. Einstein bir adım ileri giderek, ışığın kendisinin kuantlaşmış olduğunu- ışığın foton denen parçacıklardan oluştuğunu- varsaydı. Einstein, bir ışığın ya da herhangi bir elektromanyetik dalganın foton denen paketlerden oluştuğunu düşündü. Einstein'in fotoelektrik olaya bakışı basitçe, bir fotonun tüm hf enerjisini metalin tek bir elektronuna verdiği şeklindedir. Buna göre kullanılan ışığa göre elektronun enerjisi  hf,2 hf, 3 hf... şeklinde,yani Planck  enerji paketinin tam sayı katları şeklinde artıyordu. Einstein' in 1905'teki yazısı, Planck'ın kuantumlanma kavramını elektromanyetik dalgalara genişletti;ışık kuantumlarını tek tek gözlemleyebileceğimizi gösterdi.   Çünkü yayılan her parçacık ( her elektron) metal atomuna çarpan bir ışık kuantumuna karşılık geliyordu.

Bu devrimci fikir, o zaman yerleşik olan ışığın dalga kuramına karşı bir çıkıştı bu da, birçok fizikçinin onu reddetmesi için yeterli nedendi. Diğer fizikçiler, Einstein’in önerisini, yalnızca foton için pek doğrudan bir kanıt sayılamayacak olan foto elektrik etkiyi açıkladığı için reddettiler. Fakat Einstein ışık konusunda dalga-parçacık ikili yapı kavramına sıkı sarıldı ve ışığın bu görünüşte çelişkili özelliklerini uzlaştırmaya çalıştı; ama başaramadı.

 Havası boşaltılmış ve içinde alkali metal olan sodyum, potasyum, sezyum, lityum, bakır v.s. bulunan tüpe şiddetli bir ışık gönderilirse ampermetreden çok küçük bir akımın geçtiği gözlenir.

Sökülen elektronlar (+) uç tarafından çekilir. Böylece devreden bir akım geçer ve ampermetre sapar. Şayet gerilimi artırırsak akım bir miktar artar. Fakat gerilimin belli değerinden sonra akımın artışı durur ve sabitleşir. Bu da fotoelektrik akıma gerilimin belli ölçülerde etkili olduğunu gösterir. Üretecin uçlarına lambanın bağlanış şekli ters çevrilirse bu durumda akım hemen kesilmez. Sökülen elektronlar (-) uç tarafından itilir. Fakat elektronlar belli bir hızla (enerjiyle) geldiklerinden devreyi tamamlarlar. Şayet ters bağlı vaziyette gerilim artırılmaya devam edilirse belli bir değere ulaşılınca akım kesilir, işte akımın kesildiği andaki gerilime kesme potansiyel fark (v,) adı verilir.

    Işık düşürülünce devreden akımın geçmesi, metal levhadan elektron sökülmesi ile mümkündür. Yani şiddetli ışık metal levhaya çarpınca levhadan elektron söker ve bu elektronlardan yeterli kinetik enerjiye sahip olanlar devrede dolanarak akım oluştururlar.                            Metal levhaya gelen her ışık ışınına yani taneciğine Foton, metal levhadan sökülen elektronlara Fotoelektronlar, oluşan akıma Fotoelektrik Akım; bu olaya Fotoelektrik olay, bu düzeneğe ve Fotosel Lamba denir.                                                        

Fotoelektrik olayda, metal yüzeye çarpan fotonlardan büyük bir çoğunluğu metal levha tarafından soğurulur. Bir foton, bir elektrona enerjisini verir. Eğer fotonun verdiği enerji yeterli değil ise elektron sökülmez ancak atom uyarılabilir.      Fotonlar yeterli enerjiye sahipse, elektronu sökerek metalin yüzeyine çıkarabilir. Hatta söktükten sonra elektronu belli bir kinetik enerji ile hareket ettirerek akım oluşmasını sağlar.      Fotoelektrik akımı oluşturan elektronlar metal yüzeyden söküldüklerinde yeterli kinetik enerjiye sahip olan elektronlardır.     NOT: Burada bir foton ancak bir elektron ile etkileşir. Yeterli enerjisi olsa dahi bir foton ancak bir elektron sökebilir.

FOTOELEKTRİK DENEYİ İÇİN GEREKEN MALZEMELER 1) Elektron (Negatif Yük).                  2) İki metal plaka.                  3) Voltajın etkisini görmek için bir üreteç.                   4) Akımı ölçmek için bir ampermetre.

Fotonlar (ışık) metal plakaya çarpar çarpmaz, elektron koparmaya başlarlar. Gelen fotonların enerjisinden yararlanan elektronlar, metal plakadan koparlar ve arta kalan enerjileri ise hareket enerjisi olarak kendini gösterir. Kopan elektronlar, karşı taraftaki toplayıcı adını verdiğimiz metal plakaya ulaşır ve bu şekilde akım sağlanmış olur. Eğer hiçbir potansiyel fark uygulanmamış olsaydı akım azalacaktı, çünkü koparılan elektronların bazıları toplayıcıdan başka bir yere gidecekti.

“ Işığın şiddetini arttırarak, birim zamanda metal plakaya çarpan fotonların sayısını arttırmış oluyoruz. Sonuç olarak koparılan elektronların da sayısını arttırmış oluyoruz. Yani akım artıyor

FOTOELEKTRİK DENKLEMİ Bir metal yüzeyde fotoelektrik olay gerçekleşiyorsa; EGelen foton = Eb ( elektronun bağlanma enerjisi )+Ekin ( elektronun kinetik enerjisi )    Bağlanma enerjisi ( Eb ) : Metalden elektron koparmak için gerekli minimum enerjidir.

Yapılan deneyler fotoelektrik olayla ilgili şu sonuçları ortaya çıkarmıştır: 1.Işığın yüzeyden elektron sökebilmesi için dalga boyunun belli bir değerin altında olması gerekir. Dalga boyunun küçülmesi frekansın büyümesi ile mümkündür.

 2. Fotoelektronların sayısı, dolayısıyla fotoelektrik akımı, ışık akısı ile doğru orantılıdır. Işık akısı arttıkça sökülen elektronların sayısı da artar.

 3. Işık bir elektronu metalden kopardıktan sonra artan enerjisini elektrona kinetik enerji olarak aktarır. Bu kinetik enerji ışığın fre­kansı ile doğru orantılıdır. Frekans arttıkça ışığın enerjisi artacağın­dan fotoelektronların kinetik enerjisi de artar.

Bitti benimki. Dinlediğiniz için teşekkür ederim.