Fotoelektrik Etki Tanımı ve Açıklaması

Fotoelektrik etki, ışığın fotonları gibi elektromanyetik radyasyona maruz kaldığında madde elektron yayar. İşte fotoelektrik etkinin ne olduğuna ve nasıl çalıştığına daha yakından bir bakış.

Fotoelektrik etki kısmen incelenmiştir, çünkü dalga parçacık ikilemi ve kuantum mekaniği.

Bir yüzey yeterince enerjik elektromanyetik enerjiye maruz kaldığında, ışık emilecek ve elektronlar yayılacaktır. Eşik frekansı farklı malzemeler için farklıdır. Bu görülebilir ışık alkali metaller için, diğer metaller için neredeyse ultraviyole ışığı ve metal olmayanlar için aşırı ultraviyole radyasyonu. Fotoelektrik etki, birkaç elektronvolttan 1 MeV üzeri enerjilere sahip fotonlar ile ortaya çıkar. 511 keV elektron dinlenme enerjisi ile karşılaştırılabilir yüksek foton enerjilerinde, Compton saçılması 1.022 MeV üzerindeki enerjilerde çift üretimi gerçekleşebilir.

Einstein, ışığın fotonlar dediğimiz kuantadan oluşmasını önerdi. Her kuantum ışıktaki enerjinin bir sabit (Planck sabiti) ile çarpılan frekansa eşit olduğunu ve belirli bir eşiğin üzerinde bir frekansa sahip foton, tek bir elektronu çıkarmak için yeterli enerjiye sahip olacak ve fotoelektrik üretecektir etki. Fotoelektrik etkiyi açıklamak için ışığın nicelenmesi gerekmediği ortaya çıkıyor, ancak bazı ders kitapları fotoelektrik etkinin parçacık yapısını Işık.

Einstein'ın fotoelektrik etkiyi yorumlaması, görünür ve morötesi ışık:

foton enerjisi = bir elektronu çıkarmak için gerekli enerji + yayılan elektronun kinetik enerjisi

hν = W + E

nerede
h Planck'ın sabiti
ν olayın sıklığıdır foton
W, belirli bir metalin yüzeyinden bir elektronu çıkarmak için gereken minimum enerji olan çalışma işlevidir: hν₀
E maksimum kinetik enerji çıkarılan elektron sayısı: 1/2 mv²
ν₀ fotoelektrik etki için eşik frekansıdır
m çıkarılan elektronun kalan kütlesi
v çıkarılan elektronun hızıdır

Olay fotonunun enerjisi çalışma fonksiyonundan daha azsa, hiçbir elektron yayılmayacaktır.

uygulama Einstein'ın özel görelilik teorisibir parçacığın enerjisi (E) ve momentumu (p) arasındaki ilişki,

E = [(pc)² + (mc²)²]^(1/2)

burada m parçacığın geri kalan kütlesi ve c bir vakumdaki ışığın hızıdır.

• Fotoelektronların fırlatma hızı, belirli bir olay radyasyonu ve metal frekansı için olay ışığının yoğunluğu ile doğru orantılıdır.
• Bir fotoelektronun insidansı ve emisyonu arasındaki süre çok küçüktür, 10'dan az^–9 ikinci.
• Belirli bir metal için, altında fotoelektrik etkinin meydana gelmeyeceği minimum bir radyasyon frekansı vardır, bu nedenle hiçbir fotoelektron yayılamaz (eşik frekansı).
• Eşik frekansının üzerinde, yayılan fotoelektronun maksimum kinetik enerjisi, olay radyasyonunun frekansına bağlıdır, ancak yoğunluğundan bağımsızdır.
• Gelen ışık doğrusal olarak polarize edilirse, yayılan elektronların yön dağılımı polarizasyon yönünde (elektrik alanının yönü) zirve yapar.

Işık ve madde etkileştiğinde, gelen radyasyonun enerjisine bağlı olarak birkaç işlem mümkündür. Fotoelektrik etki düşük enerjili ışıktan kaynaklanır. Orta enerji Thomson saçılması ve Compton saçılması. Yüksek enerjili ışık çift üretimine neden olabilir.