Fotoelektrik etkide foton absorbsiyonuyla atom bir elektron
çıkararak iyonlaşır Elektromagnetik ışının davranışını tanımlamada bir tanecik
modeli oluşturmak için "fotoelektrik etki" kavramının bilinmesi
gerekir. Yeteri kadar enerjili bir ışın metalik bir yüzeye çarptığında metalden
elektronlar çıkar, yani yayılır. Yayılan elektronların enerjisi, metale çarpan
ışının frekansı ile ilişkilidir ve,
E = h n - w
eşitliği ile ifade edilir. w iş fonksiyonudur ve metalden
vakuma elektronları çıkarmak için gerekli işi gösterir.
E doğrudan frekansa bağımlı olduğundan ışın demetinin
şiddetinden dolayı değişmez, ışının şiddeti arttıkça sadece E enerjisi ile
"çıkarılan elektronların sayısı" artar. Metale çarpan ışının metal
yüzeyine düzgün bir şekilde dağılması halinde, hiç bir elektronun kopmak için
gerekli enerjiyi kazanamadığı hesaplarla saptanmıştır. Bu durum, enerjinin ışık
demetinde muntazam bir şekilde dağılmadığını, bazı noktalarda yoğunlaştığı veya
enerji partikülleri halinde bulunduğu varsayımına yol açmaktadır. (Şekil-2a).
Elektronların emisyonu için gerekli iş, w, her metal için
farklıdır. Alkali metallerin iş fonksiyonları düşüktür ve görünür (visible)
bölgedeki ışının etkisi ile elektron yayarlar. Periyodik tabloda da alkali
metallerin sağında bulunan metallerin iş fonksiyonları daha yüksektir ve
fotoelektrik etki için daha yüksek enerjili Ultraviyole ışınlara gereksinim
gösterirler.
1900’e kadar bir metal parçası üzerine düşen bir ışık
demetinin metal yüzeyinden elektronlar çıkardığı biliniyordu. Yani, ışık
enerjisi metaldeki elektronun bağlanma enerjisinden daha yüksektir. Işık
tarafından verilen enerjiyle bu bağlanma enerjisi arasındaki enerji farkı
emitlenen (çıkarılan) elektronun kinetik enerjisi olarak ortaya çıkar.
Çıkarılan elektronların enerjisi klasik fiziğin öngördüğü gibi ışığın şiddetine
bağlı olmayıp ışığın dalga boyuyla değişir; daha yüksek frekans (daha kısa
dalga boyu) fotoelektronların (çıkan elektronlara fotoelektron denir)
enerjilerinin daha yüksek olmasına neden olur.
Şekil-1:
Fotoelektrik deneyi; iyonizasyon enerjisi için gereken foton dalga
boyunun saptanması
boyunun saptanması
Şekil-2: (a)
Fotoelektrik etki (potasyum elektron çıkışı için
en az 2.0 eV uygulanır, (b) fotoiyonizasyon
