1.3 FOTOELEKTRİK OLAY
İlk defa 1887’de h Hertz tarafından gözlenmiş olan fotoelektrik olayın daha sonra yapılan hassas deneylerle de saptanan önemli özellikleri aşağıdaki gibi sıralanabilir.
Fotoelektrik olayın varlığı klasik teori ile anlaşılabilir, çünkü metallerin elektron içerdikleri o zamanlar bilinmekte idi ve bunlar ışık soğurumu ile ivmelendirilerek metalden koparılabilirler. Işık bir dalgadır ve ışığın elektrik alanı elektrona ivmesini kazandırır. Fakat yukarıda değinilen şiddet ve frekans bağımlılıkları klasik teori çerçevesinde kalınarak açıklanamaz. Işığın şiddeti nin zaman ortalaması ile orantılıdır. Şiddetin artması ’nin ve dolayısı ile elektronların ivmesinin artması demektir. Bu ise sökülen fotoelektronların kinetik enerjisini artırır. Üstelik bunun frekans ile ilişkisi yoktur. Bu klasik sonuçlar ise gözlemlerle çelişmektedir.
Olayın doğru açıklaması, Planck varsayımını, ışık enerjili fotonlardan ( enerji kuantumlarından) oluşur şeklinde ele alan A.Einstein tarafından 1905’te yapıldı. Bir fotonun soğurulması, bir elektronun enerjisini kadar arttırır. Bunun kadarlık kısmı elektronu metalden ayırmaya harcanmalıdır. ’ye metalin iş fonksiyonu denir ve bu metalden metale değişir. ise elektron sökümü olmayacak, fakat ise söküm olacak ve geriye kalan enerjisi ise elektronun kinetik enerjisi halinde kendini gösterecektir. Enerji korunumunun uygulanması,
(1.16) |
şeklinde elektronun kinetik enerjisi ile ışığın
frekansı arasındaki çizgisel bağımlılığı çok basit bir şekilde açıklar. Bu bağıntı
(1.17) |
şeklinde
eşik frekansı ile iş fonksiyonu arasındaki bağımlılığı da verir. (bkz.şek.(1.3)).
Şekil 1.3. Fotoelektronların kinetik enerjisinin ışığın
frekansına göre değişimi.Doğrunun uzantısının kinetik enerji eksenini kestiği nokta
iş fonksiyonunu verir.Doğrunun eğimi de
sabitini verir.Fotoelektrik akımın ışık şiddetine bağımlılığı da foton düşüncesi kullanılarak basitçe açıklanabilir. Daha büyük ışık şiddeti, daha fazla sayıda foton ve bu da daha fazla elektron yani daha büyük bir fotoakım demektir.