şükela:  tümü | bugün
  • fotoelektrik etki.

    ışığın foton adı verilen parçacıklardan oluştuğunu gösteren olay.

    heinrich rudolf hertz adlı fizikçinin, elektromanyetik dalgaların varlığını göstermeye çalışırken yaptığı deneylerde, bir kaynaktan yayılan ışığın çarptığı metal yüzeyden, elektronların koptuğunu tesadüfen farketmesi ile ortaya çıkmıştır. bu yüzden ilk başta olay, hertz etkisi olarak anılmıştır.

    metal yüzeyden kopan elektron miktarının şaşırtıcı bir şekilde gönderilen ışığın şiddeti ile orantılı olmadığı farkedilmiştir. oysa klasik maxwell dalga teorisine göre ne kadar şiddetli ışık gönderirlirse o kadar çok elektronun kopması beklenirdi.

    einstein 1905 yılında yayınladığı makalelerden birinde bu olaya photoelectric effect adını vermiş ve bunu fiziğe yeni bir anlayış getirerek açıklamıştır. planck'in foton hipotezinden yola çıkarak yaptığı açıklamaya göre gelen ışık bir dalga değil, foton adında ve her biri e = hf (h=planck sabiti, f=ışığın frekansı) enerjisine sahip parçacıklardan oluşan bir şeydi. bu modele göre ışığın şiddetini artırmak birim zamanda yayılan foton sayısını artırıyor, ancak frekans değişmediği için her fotonun enerjisi sabit kalıyordu. foton, madde yüzeyindeki bir elektrona çarptığında hf enerjisinin bir kısmı elektronu madde yüzeyinden sökmek için harcanmakta (bu enerjiye maddenin iş fonksiyonu denir) geri kalanı ise elektronun kinetik enerjisi olarak aktarılmaktadır.

    dolayısıyla belli bir frankansın altında gönderilen ışık, şiddeti ne olursa olsun yüzeyden elektron koparamayacak, gönderilen ışığın frekansı arttırıldıkça yüzeyden kopan elektron sayısı ve bu elektronların kinetik enerjileri artacak.

    fotoelektrik etki, ışığın dalga özelliğinin yanı sıra parçacık özelliğine sahip olduğunu gösteren modern fiziğin mihenk taşı niteliğinde deneyleriden birisidir.
  • einstein'ın biraz hazıra konduğu fizik olayı.

    her ne kadar albert einstein ile özdeşleşmiş bir çalışma da olsa hertz bazı şeyleri einstein'dan çok çok çok çok daha önceden sezmiş ve öngörmüştür. fakat deney için yeterli düzeneği yoktu garibimin. lenard bu amaçla tam donanımlı düzenek kuran bilinen ilk fizikçi. yaptığı işi özetlemek gerekirse bir lambadan ışık yaydı, prizma kullanıp frekansları birbirinden ayırdı, emitöre düşürdü elektron kopardı. kopan elektronların bir akım oluşturduğunu ve kollektörde toplandığını farketti.

    o zamanki fizik bilgisine göre ışık şiddetinin arttırılmasının elektronlardaki enerjiyi arttırması bekleniyordu ama lenard'ın deneyleri bu sonucu vermedi. lenard da şok oldu. lenard durdurucu potansiyelin de yardımıyla elektron enerjilerinin ışık şiddetinden tamamen bağımsız olduğunu keşfetti ve einstein'a muz ortayı yaptı.
  • einstein sahibi olduğu tek nobel ödülünü bu konuya yaptığı katkılar nedeniyle almıştır, izafiyet teorisi'ni geliştirdiği için kendisine nobel verilmemiştir
  • bu olayda gama fotonu enerjisinin tümünü madde elektronuna vererek kaybolur, madde içinde absorplanmış olur. fotonun enerjisi; atom elektronunu çekirdeğin elektrik alanından koparabilmesi için elektrona verilmesi gereken elektron bağ enerjisi ve elektrona verilen kinetik enerji olarak harcanır. yüksek enerjiye sahip olan elektron atomdan uzaklaşarak madde içinde iyonizasyona neden olur. bu elektrona “fotoelektron”, olaya ise “fotoelektrik olay” adı verilir.
  • fotoelektronların kinetik enerjileri ile ışığın frekansı arasındaki ilişki doğrusaldır. eğer fotoelektronun kinetik enerjisinin fotonun frekansına göre grafiğini çizersek grafiğin bir doğru verdiğini görürüz. bu grafiğin eğimi h(planck sabiti)'ı ve grafiğin frekans eksenini kestiği nokta eşik frekansını verir.
  • sanılanın aksine heinrick hertz tarafından keşfedilmiş olup, hertz etkisi olarakta bilinir. matematiksel ifadesi einstein tarafından ortaya konmuştur. einstein çalışmasını 1905 civarında yapmış olmasına rağmen önemi 1920'ye kadar anlaşılamamıştır. 1921 yılında einstein' e nobel ödülünü kazandırmıştır.
  • bir fotonun bir metalin dis yuzunden elektron koparmasi olayi. isigin tanecik dogasini gosteren en iyi ornektir. albert einstein tarafindan bulunmustur.
  • uygun frekansa sahip ışığın düştüğü metal yüzeylerden elektron koparması fenomenidir. foto-elektrik etki veya foto-elektrik emisyon (salınım) diye de bilinir. ışığın yüzeyden kopardığı elektronlar ise foto-elektron olarak tanımlanır. ilk defa 1887 yılında alman fizikçi heinrich rudolf hertz tarafından keşfedilen foto-elektrik olay daha sonraları pek çok bilim insanının dikkatini çekti ve buna ilişkin sayısız deneyler gerçekleştirildi. yürütülen çeşitli deneylerde çok önemli veriler elde edildi. alınan sonuçlardan bazıları şöyleydi:
    1. ışığın etkisiyle elektronlar hiçbir gecikme olmadan, yüzeyden anında koparılır.
    2. ışığın yoğunluğu artırıldığında foto-elektron sayısı da artar, ancak maksimum enerji değişmez.
    3. düşük enerjili bir ışık kümesi yoğunluğu ne kadar fazla olsa da, yüzeyden elektron koparamaz.
    4. yüksek enerjili, ancak zayıf kuvvete sahip bir ışık yüzeyden yalnızca bir kaç elektron koparır, ama bu elektronların sahip olduğu kinetik enerji daha düşük enerji düzeyinde, fakat yüksek şiddetli ışık ışınlarının kopardığı elektronların içerdiği kinetik enerjiden daha büyüktür.

    klasik fizik ve mevcut ışık dalga modeli bu olayı açıklamakta yetersiz kalmıştır. çünkü klasik fiziğin ortaya koyduğu elektro-manyetik kuramda, foto-elektrik etki, ışık enerjisinin elektrona aktarımı şeklinde yorumlanır. bu bağlamda ışığın şiddetinde oluşan değişim, metalden yayılan elektronların kinetik enerjisini değiştirir. bu teoriye göre, güçsüz bir ışığın ilk parlamasından itibaren elektron yayını arasında bir gecikme vardır. yeni fiziğin ulaştığı deneysel sonuçlar, klasik teorinin bulgularıyla örtüşmez ve yanlış değerler içerir. tüm deneylerde bulunan sonuçlar; metaldeki bir elektronu koparmak için elektrona çarpan ışığın enerjisinin elektronun metale bağlanma enerjisine (bu enerji, eşik enerjisi diye de tanımlanır) eşit ya da daha büyük olduğunu göstermiştir. eşik enerjisi altında enerji içeren ışınların metale çarpma süreleri ne kadar uzun ve gücü yüksek de olsa metalden elektron koparmakta yetersiz kalırlar.

    albert einstein da klasik fiziğin ileri sürdüğü elektromanyetik teorinin foto-elektrik etkiyi açıklamaya yetmediğini düşündü. einstein; max planck'ın kuantum teorisinde keşfettiği ışık ışınlarının fotonlardan oluştuğu bilgisinden faydalandı. einstein'a göre, tanecikler halinde yayılan ışınsal fotonların metal yüzeye çarptığında, ışının enerjisinin metalden elektronu koparacak kapasitede ya da daha büyük olması halinde elektronu metalden kopardığını ve geriye kalan enerji miktarının da serbest dolaşıma giren elektrona kinetik enerji kaynağı olarak kaldığını ifade etti. koparılan bir elektronun kinetik enerjisinin [k], enerjinin korunumundan elde edildiği de önemli bulgulardan biriydi.

    foto-elektrik olayın en kabul gören açıklaması, 1905 yılında einstein tarafından yapıldı. einstein aynı yıl izafiyet teorisini de yayımlamıştı. einstein 1921'de nobel ödülü kazandığı elektro-manyetik ışınım üzerine yazdığı bir makalede, planck'ın kuanta kavramını elektro-manyetik dalgalara genişletmişti ve f frekanslı (dalga frekanslı) ışığın da, bir foton paketi olarak düşünülmesi gerektiğini ifade etmişti.

    bu etki özetle: bir foton metal yüzeyine çarptığında fotonun frekansı; elektronu metalden koparmak için gereken minimum enerji (eşik enerji/elektronun bağlanma enerjisi), elektronun serbest kalması için gerekli minimum enerji ve aynı zamanda soğurması gereken fotonun enerjisine denk olmak zorundadır. bu enerji durumu eşik frekansı diye tanımlanır.
    kinetik enerji pozitiftir ve metalin yüzeyinden bir elektron koparmak için metale çarpan fotonun enerjisi eşik frekansından büyük veya eşit miktarda olmalıdır. bu sonuçlar, planck sabitinin deneysel ölçümlerdeki değerini ve kuantum teorisinin geçerliliğini göstermesinin yanı sıra; foto-elektrik olayın ışığın dalga fonksiyonu değil, parçacık (foton) fonksiyonuna ilişkin bir fenomen olduğunu da gösterir. bu bağlamda elektronların gecikmesiz yayınlanmaları gerçeği, ışığın tanecik halinin bir sonucudur. gelen enerji, küçük enerji paketleri şeklinde görülür ve fotonlarla elektronlar arasında etkileşim vardır.
    ---
    ps: foto-elektrik olay yıllardır çok ilgimi çektiği için araştırmalar yapmıştım. bu yazıyı bilimsel kaynaklardan aldığım notlardan derledim. ağır teknik detayları ve fizik terimlerini içerikten çıkardım ve anlatımı sadeleştirdim.
  • metallerin üzerine ışık göndererek elektron sökme olayıdır. 1905 yılında einstein tarafından formülüze edilmiştir. yani gelen fotonun enerjisi, metalin işfonksiyonu ile sökülen foto-elektronların maksimum kinetik enerjileri toplamına eşittir. oluşan foto-akımı durdurmak için gerekli potansiyele kesme potansiyeli denir
  • komite tarafından hoş karşılanmayan ve hayal olarak nitelendirilen özel görelilik teorisi yerine einstein'a nobel ödülü getiren bir çıkış kapısıdır fotoelektrik etki. çünkü einstein'ın popülerliğine ve fizik dünyasına getirdiği yeni düşüncelere rağmen nobel komitesi tarafından özel görelilik teoremi kabul edilmek istenmiyordu. artan kamuoyu baskısı, sessiz kalmanın getirdiği eziklik psikolijisi komiteyi einstein'a nobel ödülünü vermeye itti. fakat ödül fotoelektrik etki çalışmasına verildi.

hesabın var mı? giriş yap