FOTOELEKTRİK - Olcayeti.com

FOTOELEKTRĐK
Havası boşaltılmış ve
içinde alkali metal
bulunduran tüpe şiddetli
bir ışık gönderildiğinde
devreden çok küçük bir
akım geçer.
Alkali metal levhaya
şiddetli bir ışık
düşürüldüğünde, metal
levhadan elektronlar
sökülür ve bu
elektronlardan yeterli kinetik enerjiye sahip olanlar devreyi
dolaşarak akımın oluşmasını sağlarlar. Bu akıma
fotoelektrik akım denir.
o Metal levhadan elektron sökülünce levha (+) yükle
yüklenir.
o Alkali metaller: Sodyum, potasyum, lityum, Sezyum,
bakır vs. dir.
KAVRAMLAR:
Foton: Metal levhaya gelen enerji tanecikleridir.
Fotoelektron: Levhadan sökülen elektronlara denir.
Fotoelektrik : Oluşan akıma denir.
Fotosel: Fotoelektrik akım üreten düzeneğe denir.
Fotonlar enerjisine göre;
o Metal içindeki elektronu yüzeye çıkarabilir.
o Metal yüzeyinden elektron sökebilir.
o Söktüğü elektronu belli bir kinetik enerjiyle hareket
ettirebilir.
Foton ve enerjisi
Işık kaynaklarından çıkan yoğunlaşmış enerji paketlerine
veya enerji taneciklerine foton denir.
Plank bir ışık fotonunun enerjisini;
h.
c
E = h.
f = olarak bulmuştur.
λ
E: Fotonun enerjisi ( joule )
f : Işığın frekansı ( sn -1 )
c: Işığın hızı ( 3.10 8 m/sn )
λ :Işığın dalga boyu ( A o )
h: plank sabiti ( h = 6,62.10 -34 j.s )
Elektron volt
Bir elektronun 1 voltluk potansiyel farkı altında kazandığı
enerjiye elektron volt denir. “eV” ile gösterilir.
1 eV = 1,6.10 -19 joule
h.c = 12400 A o
Eşik enerjisi:
Bir metal yüzeyinden elektron sökülmesi için gereken en
küçük enerjiye eşik enerjisi yada bağlanma enerjisi denir ve
FOTOELEKTRĐK
Eb ile gösterilir. Bu enerjiyi sağlayan frekansa eşik frekansı (
fo) dalga boyuna da eşik dalga boyu (λo) denir.
o Eşik enerjisi ve eşik frekansı sadece metal levhanın
yapıldığı maddenin cinsine bağlıdır.
o Gelen fotonun enerjisine bağlı değildir.
Eşik enerjisi ;
E
b
= h.
f
o
h.
c
=
λ
Metal yüzeyden elektron sökebilmek için fotonun enerjisi
eşik enerjisine eşit yada büyük olmak zorundadır.
Eşik enerjisinden daha büyük bir enerjiyle gelen foton;
enerjisinin eşik enerjisi kadarını elektronu sökmek için
kullanılır, geri kalanı ise elektrona kinetik enerji olarak
verilir.
Einstein’in Fotoelektrik denkleminden ;
E foton = E bağlanma + E kinetik
h.f = E b +
1
m.
V
2
Fotoelektron sayısı:
2
Bir elektronu ancak bir foton sökebilir. Fotoelektronların
sayısı metale çarpan foton sayısı ile orantılıdır. Foton
sayısıda ışık akısı ile orantılıdır.
I
Işık akısı: φ = E.
A.
Cosθ
= . A.
Cosθ
2
d
Buna göre sökülen fotoelektron sayısı;
o
dır.
I. Işık şiddetiyle doğru orantılıdır.
II. Metal levha yüzey alanı ile doğru orantılıdır.
III. Noktasal ışık kaynağının levhaya uzaklığının
karesiyle ters orantılıdır.
IV. Işığın metal levhanın normali ile yaptığı açının
cosinüs bileşeni ile doğru orantılıdır.
Fotosel lamba:
Fotosel lambanın metal
yüzeyinden elektron
sökebilmek için mor ötesi
ışığı geçiren quartz cam
kullanılır.
Adi cam kızılötesi ışığı
geçirdiği halde mor ötesi
ışığı geçirmez.
Sodyum, potasyum, lityum
gibi alkali metallerden görünür ışıkta elektronlar
sökülebildiği için levhanın yapımında bu tür maddeler
kullanılır.
Işığın içeri iyi girebilmesi için lambanın iç yüzeyinin bir
kısmı boş bırakılır.
Lambanın içinin boşaltılmasının nedeni içindeki oksijenle
reaksiyona girip, görünür ışıkta duyarlılığını kaybetmemesi
içindir.
Devrenin katodu ile anodu arasında açıklık vardır.

Devrede üreteç olduğu halde ışık düşmüyorsa fotoelektrik
akım oluşmayacaktır.
Katottan sökülen elektronlar anoda giderek devredeki akımı
oluştururlar.
1.) DIŞ DEVREDE ÜRETEÇ YOKSA
Şekildeki içi boşaltılmış cam
bir tüp ve iki levhadan
oluşan fotosele bir
ampermetre bağlanmıştır.
Metalin eşik enerjisinden
büyük bir ışık katoda
düştüğünde, kopan
elektronlar anoda giderek
devreden akım geçmesini
sağlarlar.
Katod olan levhaya ışığın dik düşmesi için katot küresel
olarak yapılmıştır.
Katottan kopan elektronlar anoda ulaşır, anoda ulaşamayan
elektronlar cam içerisinde gelişigüzel
hareket ederler.
Devrenin ampermetresinden geçen I o
akımı anoda birim zamanda çarpan
fotoelektronların sayısı demektir.
Buna göre I o akım şiddeti ;
bağlıdır.
1. Fotosele gelen foton sayısı ile doğru orantılıdır.
2. Metal levhalar arası uzaklıkla ters orantılıdır.
3. Anot yüzeyinin büyüklüğü ile doğru orantılıdır.
4. Gelen fotonun enerjisiyle doğru orantılıdır.
5. Fotoelektronların sayısıda;
a) Işığın şiddetine
b) Katot yüzeyinin büyüklüğüne
c) Noktasal ışık kaynağının levhaya
uzaklığına
o Ayrıca daha düşük bağlanma enerjili madde
kullanarak I o değeri artırılabilir.
DOĞRU GERĐLĐMLE BESLENEN FOTOSEL LAMBA
Şekildeki fotosele bir
üreteç bağladığımızda
anotla katot arasında
potansiyel fark oluşacak
ve anottan katoda doğru
bir elektrik alan meydana
getirecektir.
Elektrik alan nedeniyle
anoda ulaşan foton sayısı
artacak buda fotoelektrik akımı artıracaktır.
Potansiyel fark artırılmaya devam edildiğinde fotoelektrik
akımı da artacak ve belli bir değerden sonra sabitlenecektir.
Bu akıma maksimum akım denir.
Bu değerden sonra potansiyel farkı artırmak fotoelektrik
akımı değiştirmeyecektir. Çünkü katottan çıkan elektronların
hepsi anoda ulaşmaktadır.
Katottan sökülen bütün
fotoelektronların tümünü anoda
ulaştıran gerilime doyma gerilimi (
Vd ) denir. Akıma da doyma akımı
yada maksimum akım ( I m )denir.
Doyma geriliminin etkisinde maksimum akıma ulaştıktan
sonra fotoelektrik akım şiddeti;
o Işığın frekansından
o Anot katot arasındaki uzaklıktan
o Anot levha yüzey alanının büyüklüğünden
Etkilenmez.
o Ancak fotoelektronların sayısını artıran değişikler
maksimum akımı artırabilir.
Fotoelektronların maksimum kinetik enerjileri;
E E V . e f . h + = +
TERS GERĐLĐMLE BESLENEN FOTOSEL LAMBA
Üretecin(+) kutbu katoda
(-) ucu anoda bağlarsak,
katot (+) yükle
yükleneceğinden sökülen
elektronlar katot
tarafından tekrar çekilir
ama çok yüksek hızlarla
yinede anoda ulaşır.
Anot katot arasındaki ters gerilim öyle bir değere gelir ki
fotoelektrik akım kesilir. Fotoelektrik akımı sıfır yapan bu
değere kesme potansiyel gerilimi ( V K ) denir. ,
Ters gerilim o andan itibaren ne kadar artırılırsa artırılsın
fotoelektrik akım oluşmaz.
Kesma potansiyel farkının büyüklüğü fotoelektronların
maksimum kinetik enerjileri ile doğru orantılıdır.
e . VK
1 2
= mVm
2
h.
c
= h.
f = Eb
λ
+ e.
V
Kesme potansiyel farkı;
1. Gelen ışığın frekansı ile doğru orantılıdır.
2. Gelen ışığın dalga boyu ile ters orantılıdır.
3. Katottaki metalin bağlanma enerjisi ile ters
orantılıdır.
b
k
K

Kesme potansiyeline ulaştıktan sonra;
Foton sayısı artırılsa
Levha yüzeyi değiştirilse
Levhalar arası uzaklık azaltılsa
Dahi yinede akım oluşturulamaz.
Özellikler:
1.) Maksimum akımın
farklı oluşu;
X in ışık şiddeti Y den
büyüktür.
Kesme potansiyellerinin
eşit oluşu;
X ve Y nin frekans, dalga
boyu ve enerjisi eşittir.
2.) Maksimum akımların
eşit oluşu;
X ve Y nin ışık şiddeti
eşittir.
Kesme potansiyellerinin
farklı oluşu;
X in enerji ve frekansı Y
den büyüktür.
3.) I ox ve I oy nin farklı
oluşu fotosellerin
levhalarının arasındaki
uzaklıkların farklı
oluşundandır.
4.)
Işık frekanslarının artışı;
I o akımını artırır fakat I m
değişmez.
MAKSĐMUM KĐNETĐK ENERJĐ-FREKANS GRAFĐĞĐ:
Kesme potansiyel farkı
yardımıyla farklı renkte
ışıklar kullanarak fotosel
yüzeyden çıkan
fotoelektronların
maksimum kinetik enerjileri
ölçülür.
h.f = E b + E K
E K = h.f – E b
E b = h.f
Eb
tan α = = h Plank sabitini verir.
f
0
Bu bütün metaller için aynıdır.
Kaynaktan çıkan foton sayısı ve kaynak gücü;
Bir fotonun enerjisi ;
=
λ
c . h
E
Bir fotonun enerjisi ;
n.
h.
c
E =
λ
T sürede ışık
kaynağından n tane
foton yayınlanmış ise
kaynağın gücü ;
E n.
h.
c
P =
=
t λ.
t