Ondokuzuncu yüzyıl sonlarında Hertz (Herts) tarafından keşfedilen fotoelektrik olay zamanla Planck tarafından geliştirilmiş ve tam olarak Einstein tarafından açıklanmıştır.

FOTOEleKTRİK ETKİ

HERTS PLANCK EİNSTEİN

Bu durum mor ötesi ışınlar nedeniyle iletkenliğin artması yani yeni elektrik yüklerinin meydana gelmesi demekti. Buradan hareketle Hertz’in öğrencisi Hallwachs (Halvaş), cıva sürülmüş bir çinko levhayı negatif yükle yükleyerek üzerine ışık düşürdü ve levhanın yükünü kaybettiğini gördü.

Bu çalışmalar metal levhalar üzerine düşen ışığın metal yüzeylerde elektron kopmasına neden olduğunu gösterdi. Işığın metal yüzeylerden elektron koparması olayına fotoelektrik olay, kopan elektronlara ise fotoelektron adı verilmektedir

Fotoelektrik olayın daha iyi anlaşılabilmesi için aşağıdaki soruların cevaplanması gerekir.

1)Işığın şiddeti ile kopan elektronların enerjisi arasında nasıl bir ilişki vardır? 2)Işığın rengi ile kopan elektronların enerjisi nasıl değişir? 3)Işığın rengi ve metalin cinsi elektron kopmasını nasıletkilemektedir? 4)Işığın metal yüzeyine düşmesi ile elektron kopması olayı neden anlık gerçekleşmektedir?

Planck, ışık enerjisinin kuanta denilen paketler halinde taşıdığına dair görüşlerini açıkladıktan kısa bir süre sonra, 1905 yılında, Einstein ışık enerjisinin foton denilen tanecikler halinde yayıldığını açıkladı. Yani ışığın kuantumlarına foton adını veriyoruz. Kütlesi olmayan ve ışık hızıyla hareket eden foton; etkileşimlere parçacık olarak girer fakat dalga olarak devam yayılır. Kütle çekiminden etkilenir. Aşağıdaki şekildeki gibi farklı renkteki ışıkların enerjileri birbirinden farklıdır. Fotonları sahip olduğu enerji Ev=hv=hc/λ şeklinde ifade edilmiştir.

Işık enerjisi, ışığı oluşturan fotoların toplam enerjisidir. Işık şiddeti ise ışık kaynağından birim zamanda yayılan toplam enerjiyi ifade eder ve kaynaktan birim zamanda yayılan foton sayısı ile doğru orantılıdır. Foton enerjisi genellikle çok küçük değerlere sahip olduğu için, birim olarak joule yerine elektronvolt(eV) kullanılır ve 1eV=1,6.10-19 J’dür.

Fotoelektrik olayda elektron koparma olayı bir foton ile bir elektron arasında gerçekleşir. Buradan çıkarılabilecek en önemli sonuç, bir fotonun sadece bir elektronu koparabileceğidir. Fotonların metalden elektron sökebilmesi için öncelikle elektronları metale bağlayan kuvveti yenmeleri gerekir. Bu kuvveti, ancak belirli enerjilerle yenmek mümkündür. Bir elektronu metal bir yüzeyden koparabilmek için fotonun sahip olması gereken en küçük enerji miktarına bağlanma enerjisi denir ve bu enerji Eb ile gösterilir.

Herhangi bir metalin bağlanma enerjisine eşit enerjili bir fotonun frekansına eşik frekansı(vo), dalga boyuna ise eşik dalga boyu (λo) denir. Buradan hareketle bağlanma enerjisi; Eb=hvo=hc/ λo eşitliği ile bulunur. Herhangi bir foton bir metal yüzeyden ancak bağlanma enerjisine eşit ya da bu enerjiden büyük enerji değerine sahipse elektron koparılabilir.

Eğer bir metal üzerine düşen fotonların enerjisi bağlanma enerjisinden büyükse aradaki fark kopan elektronlara (fotoelektronlar) kinetik enerji olarak aktarılır. Bu durum Einstein tarafından;

Ev=Eb+Ek şeklinde ifade edilir. Bu eşitlik aynı zamanda hv=hv0+ Ek eşitliği ile ifade edilir. Buna göre; 1) v<vo ise metalden elektron sökülmez. 2) v=vo ise elektron sökülür fakat sökülen elektronun kinetik enerjisi sıfır olur.

Aşağıdaki grafiğin enerji eksenini kestiği nokta, metalin bağlanma enerjisini; frekans eksenini kestiği nokta ise eşik frekansını vermektedir. Burada her metal için çizilecek grafik aynı eğimdedir. Sadece Eb ve v0 değerleri birbirinden farklı olacaktır.

Bu renkler nasıl oluşur?

Beyaz ışık kırıldığı zaman çeşitli renklere ayrılır. Bu olayın nedenini 1666’da ünlü İngiliz bilim adamı Isaac Newton açıklamıştır.Newton bir Güneş ışını demetini karanlık bir odada bir prizmada geçirdiğinde, bildiğimiz beyaz ışık cam prizmanın öbür yüzünden çıkarken mor, lacivert, mavi, yeşil, sarı, turuncu ve kırmızı renkli ışınlara ayrılmıştı. Bu renkli ışın demetlerine TAYF denir. Gene Newton’ un deneylerine göre bu ışık tayfı tersine çevrilmiş ikinci bir prizmadan geçirildiğinde yeniden beyaz ışık demetine dönüşüyordu. Ama tayftaki renklerden yalnızca biri, örneğin kırmızı prizmadan geçirildiğinde hiçbir değişikliğe uğramıyordu.

SPEKTRUM

Bu deneyde beyaz ışığın bileşenlerine ayrılmasının sebebi,yapısındaki her rengin değişik açılarda kırılmasıdır. Işık kırıcılık katsayıları farklı olan saydam bir maddeden (hava) bir başka saydam ortama (cam) geçtiği zaman kırılır. Kırılma miktarı ışığın dalga boyuna bağlıdır. Dalga boyu ne kadar kısa ise kırılma da o kadar büyük açı ile olur. Örneğin mavi ışınlar kırmızı ışınlara göre daha büyük bir açıda kırılır çünkü mavi ışığın dalga boyu kırmızınınkine göre çok daha küçüktür. Gökkuşağı da bu yolla oluşur. Havadaki her bir yağmur damları prizma görevi görerek ışığı bileşen renklerine ayrıştırır.

TEŞEKKÜRLER… YAĞMUR DALGIÇ AHMET ÇİÇEK MEVLAN GÜLEŞ