Evrim Ağacı

Fotoelektrik Etki (Fotoelektrik Olay) Nedir?

Einstein'a Nobel Ödülü'nü Kazandıran Fotoelektrik Olay Neden Önemli?

Fotoelektrik Etki (Fotoelektrik Olay) Nedir? Physics World
Tavsiye Makale

Bu yazı, Evrim Ağacı'na ait, özgün bir içeriktir. Konu akışı, anlatım ve detaylar, Evrim Ağacı yazarı/yazarları tarafından hazırlanmış ve/veya derlenmiştir. Bu içerik için kullanılan kaynaklar, yazının sonunda gösterilmiştir. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.

Işığın doğası yüzyıllar boyunca hep tartışmalara konu olmuştur. Kimi bilim insanları ışığın dalga yapısında olduğunu savunurken kimi bilim insanları ışığın parçacık yapısında olduğunu savunmuştur. İki taraf da düşüncelerini deneyler ile desteklemiştir. Bazı deneylerin sonucu ışığın dalga doğası ile açıklanabilir iken bazı deneylerin sonucu ışığın parçacık doğası ile açıklanabilir. Bu çelişkili sonuçlar dolayısıyla ışığın yapısı kuantum mekaniği gelişene kadar tam anlaşılamamıştır. Aslında iki taraf da haklıdır, ışık hem parçacık hem de dalga yapısına sahiptir. Buna ışığın dalga - parçacık ikiliği denir. Bizim yazımızın konusu olan fotoelektrik olay, ışığın parçacık karakteri ile gerçekleşir.

Fotoelektrik Olay

Fotoelektrik olay ışığın metalden elektron koparması olarak tanımlanabilir. Kopan elektronlara fotoelektron denir. Fotoelektrik olay ilk olarak 1887 Alman fizikçi yılında Heinrich Hertz tarafından keşfedilmiştir. Hertz elektrik ile yaptığı deneylerde ışığın etkisini fark etmiştir. Elektrotların üzerine ışık düştüğü zaman aralarındaki akımın güçlendiğini keşfetmiştir. 1900 ise Philipp Lenard gazların üzerine morötesi ışık düşürdüğü zaman gazların iyonize olduğunu ve pozitif yüklü iyonların fazla olduğunu görmüştür. Bu olayları klasik elektromanyetizma çerçevesinde açıklamak mümkün değildi. Klasik fizik elektromanyetik radyasyonu dalga olarak kabul ediyordu ama bu olayı dalga perspektifinden açıklamak mümkün değildi.

Fotoelektrik olay
Fotoelektrik olay
ScienceABC

Albert Einstein

Albert Einstein 20. yüzyılın en büyük fizikçilerinden birisiydi. Özel görelilik, genel görelilik, E=mc2 , Brown hareketi gibi teorileriyle ünlüydü. Pek çok kişinin bilmediği şey ise Einstein'ın 1921 Nobel fizik ödülünü genel görelilikten dolayı değil de fotoelektrik olayı açıklamasından dolayı aldığıdır.

Fotoelektrik olay fizik tarihindeki en önemli olaylardan birisidir. Max Planck'ın kara cisim ışımasını incelemesi sonucu enerjinin kuantize olduğunu anlamıştık. Elektromanyetik radyasyonunda benzeri şekilde kuantize olup her biri E=n∗h∗fE=n*h*f (EE enerji, nn bir tam sayı, hh Planck sabiti ve ff frekans) enerjilerine sahip parçacıklardan oluştuğunu varsayarak fotoelektrik olayı açıklayabiliriz. Bu varsayımı yapan ilk kişi Albert Einstein'dı. Bu parçacıklara foton adı verildi. Bu varsayıma göre fotonun enerjisi frekans ile doğru orantılı ve dalga boyu ile ters orantılıdır.

Fotonların bir illüstrasyonu
Fotonların bir illüstrasyonu
ZME Science

Deneyler

Kurulan deney düzeneklerinden üç önemli sonuç çıktı:

  1. Belirli bir eşik frekansına gelene kadar ne kadar şiddetli ışık tutulursa tutulsun hiç bir elektron kopmaz
  2. Eğer frekans eşik değerinin üzerindeyse ışığın şiddeti ne kadar az olursa olsun elektron kopar
  3. Fotoelektronun kinetik enerjisi ışığın frekansı ile doğru orantılıdır ve ışığın şiddetinden bağımsızdır.
Fotoelektrik olaya dair bir deney
Fotoelektrik olaya dair bir deney
Khan Academy

Bu örneği yukarıdaki sonuçlar açısından inceleyelim

  1. Kırmızı ışığın frekansı eşik frekansından düşük olduğu için hiç bir elektron kopmamıştır (1. sonuç)
  2. Mavi ışığın frekansı yeşil ışıktan daha fazladır, yani daha fazla enerjiye sahiptir. Bundan dolayı mavi ışığın kopardığı fotoelektronların hızı( kinetik enerjisi ) yeşil ışığın kopardığı fotoelektronlardan daha fazladır (3. sonuç)
  3. Bu örnekteki deney düzeneğindeki ışık şiddetleri eşit olduğu 2. sonuç hakkında bir yorum yapılamaz.

3. sonuç aslında enerjinin korunumu yasasından gelmektedir. Fotonun enerjisi ilk olarak elektronu atomdan kopartır ve arta kalan enerji fotoelektrona kinetik enerji olarak kalır. Bu ifadeleri matematiksel olarak ifade etmek istersek:

hf=Ek+ϕ\LARGE{hf=E_k+\phi}

Bunu şu şekilde de yazabiliriz:

Ek=hf−ϕ\LARGE{E_k=hf-\phi}

Buradaki ϕ\phi iş fonksiyonudur ve elektronu kopartmak için gerekli olan enerjiye karşılık gelir. İş fonksiyonu, üzerine ışık düşürülen metalin karakteristik bir özelliğidir; dolayısıyla her metal için farklı ve özel bir değerdir. Şöyle ifade edilir:

ϕ=hf0\LARGE{\phi=hf_0}

Buradaki f0f_0 eşik frekansıdır. Aşılması gereken frekans eşiğine karşılık gelir. Bu durumda:

Ek=h(f−f0)\LARGE{E_k=h(f-f_0)}

Bu elde ettiğimiz denklemleri deneyden elde ettiğimiz verilerle karşılaştırırsak her şeyin mantıklı olduğunu göreceğiz. Eşik frekansından düşük hiçbir ışının elektron koparmamasını iş fonksiyonu ile açıklayabiliriz. Eşik frekansı aslında iş fonksiyonuna denk gelen enerjidir. Eğer f<f0f<f_0 ise hf<hf0hf<hf_0 olacağı için yapılan iş yeterli olmaz ve elektron kopamaz.

Kesme Potansiyeli

JavaLab

Bu düzenekteki iki elektrot arasında negatif potansiyel oluşturursak sodyumdan kopan elektronların karşıdaki plakaya ulaşan elektron sayısı azalacaktır. Öyle bir potansiyel değeri vardır ki karşıya ulaşan elektron sayısı sıfıra iner; yani fotoelektronlarla üretilen elektrik akımı durur. Bu potansiyele durdurma potansiyeli veya kesme potansiyeli denir. Bu potansiyeli bulmak için basit bir denklem kullanabiliriz:

eV0=Ek\LARGE{eV_0 = E_k}

Bu denklemde ee elektronun yükünü, EkE_k fotoelektronların kinetik enerjisini ve V0V_0 da kesme potansiyelini temsil etmektedir. Potansiyelin yaptığı iş fotoelektronların kinetik enerjisine eşit olduğu zaman akım durur.

Fotoelektron Spektroskopi

Fotoelektrik olayın kimyadaki önemli bir uygulaması ise fotoelektron spektroskopidir. Bu tekniğin iki ana türü vardır: Mor Ötesi Fotoelektron Spektroskopi (UPS) ve X Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS). Bu teknikleri kullanarak analiz ettiğimiz maddedeki atomların yüzde dağılımları, analiz ettiğimiz maddedeki bağlanma enerjileri, ince yüzey filmlerinin kalınlığı ve daha birçok özelliği ölçebiliriz.

Fotoelektron Spektroskopi düzeneği.
Fotoelektron Spektroskopi düzeneği.
Wikipedia
Bir XPS sonucu
Bir XPS sonucu
Research Gate

Fotoelektronların kinetik enerjisini fotonların enerjisinden çıkardığımız zaman iş fonksiyonunu bulabileceğimizi ve iş fonksiyonunu her element için özel olduğunu biliyoruz. Bu şekilde iş fonksiyonlarını ölçerek maddelerdeki atomların türlerini, yüzdelerini ve atomların bağlanma enerjilerini ölçebiliyoruz.

Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Muhteşem! 3
  • Tebrikler! 5
  • Bilim Budur! 5
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 1
  • Güldürdü 1
  • İnanılmaz 1
  • Umut Verici! 1
  • Merak Uyandırıcı! 3
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma
  • P. Atkins, et al. (2017). Atkin's Physical Chemistry. ISBN: 9780198769866. Yayınevi: Oxford University Press.
  • Wikipedia. Photoelectric Effect. (2020, Ocak 26). Alındığı Tarih: 26 Ocak 2020. Alındığı Yer: Wikipedia | Arşiv Bağlantısı
  • Khan Academy. Photoelectric Effect. (2020, Ocak 26). Alındığı Tarih: 26 Ocak 2020. Alındığı Yer: Khan Acamemy | Arşiv Bağlantısı
  • Wikipedia. Photoemission Spectroscopy. (2020, Ocak 26). Alındığı Tarih: 26 Ocak 2020. Alındığı Yer: Wikipedia | Arşiv Bağlantısı
  • Khan Academy. Photoelectron Spectroscopy. (2020, Ocak 26). Alındığı Tarih: 26 Ocak 2020. Alındığı Yer: Khan Academy | Arşiv Bağlantısı
  • İ. Uslu. X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi. (2020, Ocak 26). Alındığı Tarih: 26 Ocak 2020. Alındığı Yer: Slideshare | Arşiv Bağlantısı

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 06/06/2020 06:56:49 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/8225

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Evrim Ağacı %100 okur destekli bir bilim platformudur. Maddi destekte bulunarak Türkiye'de modern bilimin gelişmesine güç katmak ister misiniz?
Destek Ol
Gizle
Güncel
Evrim
Genetik
Video
Hafıza
Astronot
Entropi
Köpek
Zihin
Sars-Cov-2 (Covid19 Koronavirüs Salgını)
Örümcek
Deney
Hayvan Davranışları
Ortak Ata
Sosyal
Besin Değeri
Müzik
Ağız
Mikoloji
Yumurtalık
Müfredat
Ornitoloji
Yumurta
Yeni Koronavirüs
Uçma
Hayvanlar
Daha Fazla İçerik Göster
Daha Fazla İçerik Göster
Türkiye'deki bilimseverlerin buluşma noktasına hoşgeldiniz!

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
“Her şey, başarılana kadar imkansızmış gibi gözükür.”
Nelson Mandela
Geri Bildirim Gönder