$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Fotoelektrik etki, yalnızca çeşitli pratik günümüz uygulamalarına sahip olmakla kalmayıp, aynı zamanda yepyeni bir bilim alanına ilham veren temel bir fiziksel fenomendir.
Bir metal birçok hareketli elektron içerir. Bu elektronlar enerji sağlandığında uyarılabilir. Ve eğer enerji yeterince yüksekse, elektronlar metalden uyarılabilir.
Işıkla böyle bir uyarma yapıldığında, dışarı atılan elektronlar fotoelektronlar olarak bilinir ve bu etkiye adını verir - fotoelektrik etki.
Burada, normal lamba ışığına ve ultraviyole ışığa maruz kalan yüklü bir çinko metal plaka kullanarak fotoelektrik etkiyi göstereceğiz.
Deneyin nasıl gerçekleştirileceğini ve veri toplanacağını öğrenmeden önce, bu etkiyi yöneten parametreleri ve ilkeleri tartışalım. Fotoelektrik etkinin meydana gelmesi için, ışığın 'f' frekansının bazı minimum 'f0' eşiğini (f-sıfır olarak okuyun) aşması gerektiği gözlemlenmiştir.
Bunun neden önemli olduğunu anlamak için yakınlaştıralım ve bu sürece mikroskobik düzeyde bir göz atalım. Işık bir metal üzerinde parladığında, tek tek ışık fotonları metaldeki elektronlar tarafından emilir. Şimdi, bu elektronların metalden serbest bırakılması için bazı işler yapmaları gerekiyor.
Bu nedenle, emilen foton E'nin enerjisi, metalin bu 'iş fonksiyonu' W'sinden daha büyük olmalıdır, burada iş fonksiyonu, belirli bir metalden bir elektronu serbest bırakmak için gereken minimum enerjiyi veya eşik enerjisini temsil eder.
Şimdi fotonun enerjisi ışığın frekansı ile doğru orantılı olduğundan, eşik enerjisi eşik frekansı f0'a karşılık gelir.
Enerji ve frekans arasındaki ilişki bu denklem ile verilir, burada 'h' Plank sabitidir. Aynı denklem eşik frekansını hesaplamak için de kullanılabilir.
Örneğin, çinkonun çalışma fonksiyonu 4.3 elektron-volttur. Bu, çinkoda meydana gelecek fotoelektrik etki için eşik frekansının, 300 nanometrelik bir eşik dalga boyu ?0'a karşılık gelen 10^15 Hertz olacağı anlamına gelir. Bu kadar kısa bir dalga boyu UV ışığına karşılık gelir
Fotoelektrik etkinin arkasındaki prensipleri gözden geçirdikten sonra, şimdi bu etkiyi basit bir deneyle göstermek için adım adım protokolü inceleyelim.
Deney için gerekli tüm alet ve malzemeleri edinin, yani bir elektroskop, bir çinko metal plaka, bir parça zımpara kağıdı, 300 nm'nin altında bir dalga boyu bileşenine sahip bir UV kaynağı, görünür ışık sağlayan normal bir lamba, akrilik bir çubuk, bir kürk parçası ve bir çift UV koruyucu gözlük.
İlk olarak, zımpara kağıdı kullanarak çinko metal plakanın yüzeyini parlatın. Bu, metal yüzeydeki çinko oksidi uzaklaştırır ve elektron transferini kolaylaştırır. Çinko plakayı elektroskopun metal plakasına yerleştirin. Çinko plakanın elektroskop ile doğrudan temas halinde olduğundan emin olun.
Daha sonra, çubuğun negatif yüklü olmasını sağlamak için çubuğu kürk parçasıyla beş ila altı kez ovalayın. Çubuğu çinko plakaya yaklaştırın ve birbirleriyle temas ettirmemeye dikkat edin.
Diğer elinizi kullanarak, çinko plakayı indüksiyon yoluyla pozitif olarak şarj etmek için çinko plakaya kısaca dokunun. Elektroskopun iğnesi, metal plakanın ve ona bağlı elektroskoptaki tüm parçaların yüklü olduğunu belirtmek için sapmalıdır.
Ardından, görünür lambayı açın ve elektroskopa yaklaştırın ve ışığını çinko plakaya tutun. Elektroskopun tepkisini gözlemleyin.
Şimdi, normal lambayı kapatın ve UV koruyucu gözlüklerini takın. Cam plakayı çıkarın ve bir UV ışık kaynağı elde etmek için lambayı açın ve elektroskopa yaklaştırın. UV ışığını çinko metalinin üzerine tutun. Elektroskopun tepkisini gözlemleyin. Ardından UV ışığını kapatın.
Şimdi, çubuğun negatif yüklü olmasını sağlamak için çubuğu kürkle beş ila altı kez tekrar ovalayın. Çubuğu çinko plaka ile doğrudan temas ettirin.
Bu, bazı negatif yüklerin çinko plaka üzerine aktarılması nedeniyle elektroskop iğnesinin sapmasına neden olacaktır. Çubuğu kaldırın ve çinko metal plakaya elinizle veya başka bir nesneyle dokunmadığınızdan emin olun.
Ardından, görünür lambayı açın ve elektroskopa yaklaştırın ve ışığını çinko plakaya tutun. Elektroskopun tepkisini gözlemleyin.
UV koruyucu gözlüğü takın. Cam plakayı çıkarın ve UV ışığını açın ve elektroskopa yaklaştırın. UV ışığını çinko metalinin üzerine tutun. Elektroskopun tepkisini gözlemleyin. Ardından UV ışığını kapatın.
Şimdi bu deneylerin sonuçlarını gözden geçirelim ve yorumlayalım.
Yüklü çubuğun ve çinko plakanın birbiriyle doğrudan temas halinde olmadığı deneyin ilk yarısında, iğne hem normal lamba hem de UV ışığı aydınlatması için sapmış halde kalır, bu da çinko plakanın yüklü kaldığını gösterir.
Bunun nedeni, pozitif yüklü hale gelmek için zaten bazı elektronları kaybetmiş olan çinko plakanın, üzerine UV ışığı tutulduğunda bazı fotoelektronları daha da kaybetmesidir. Bu, çinko plakayı sadece biraz daha pozitif yüklü hale getirir ve elektroskop iğnesini biraz daha saptırır.
Öte yandan, yüklü çubuk ve çinko plaka birbiriyle temas edecek şekilde yapıldığında, normal lamba ışığının kullanılmasının elektroskop üzerinde hiçbir etkisi olmadığını gözlemliyoruz. Bununla birlikte, UV lambasının kullanılması, elektroskopun iğnesinin çökmesine ve herhangi bir sapma olmadan yüksüz konuma geri dönmesine neden olur
Bu, yalnızca UV ışığı fotonlarının, fotoelektronları çıkarmak için çinkonun çalışma fonksiyonunun üzerinde yeterli enerjiye sahip olmasıdır. Bu, daha önce negatif yüklü olan çinko plakayı boşaltır.
Önceki durumda olduğu gibi, görünür ışık, çinko plakanın boşalmaması nedeniyle fotoelektronları uyarmak için yeterli enerjiye sahip değildir.
Fotoelektronik, onlarca yıldır incelenmektedir ve yeni çalışma alanlarının ve çoklu uygulamaların geliştirilmesine yol açmıştır.
Fotoelektrik etki, çeşitli pratik uygulamalara sahip çeşitli optoelektronik cihazlar yapmak için kullanılmıştır. Optoelektronik bir cihaza bir örnek, ışığa duyarlı elektrik anahtarıdır.
Burada, bir metal üzerinde parlayan bir ışık huzmesinin engellenmesi veya blokajının kaldırılması, fotoelektronların yokluğu veya varlığı nedeniyle bir elektrik akımını KAPATIR veya AÇIK hale getirir.
Gece görüş cihazları veya NVD'ler, görüntülerin tamamen karanlığa yaklaşan ışık seviyelerinde üretilmesine izin vermek için fotoelektrik efekt ilkelerini de kullanır. Kısaca cihaz içindeki alkali metal veya yarı iletken malzemeden oluşan ince bir tabakaya çarpan fotonlar, fotoelektrik etki nedeniyle fotoelektronların dışarı atılmasına neden olmaktadır.
Bu elektronlar bir elektrostatik alan tarafından hızlandırılır ve orijinal sinyali yoğunlaştırmak için ikincil emisyonlarla çarpılır. Çarpılan elektronlar daha sonra fosfor kaplı bir ekrana çarparak elektronları tekrar fotonlara dönüştürür ve böylece bir görüntü oluşturur.
Az önce JoVE'nin Fotoelektrik efektle tanışmasını izlediniz. Artık fotoelektrik etkinin temel kavramlarını anlamalı ve ayrıca yüklü metallerin neden yalnızca belirli bir frekanstaki ışık kullanılarak boşaltılabileceğini anlamalısınız. Ek olarak, bu video, görünür ışığa ve UV ışığına maruz kalan yüklü bir çinko metal plaka kullanarak fotoelektrik etkiyi görselleştirmek için basit bir deney gösterdi. İzlediğiniz için teşekkürler!
