Efektu Fotoelektrikoa: Azalpena eta Einstein-en Teoria Kuantikoa

Efektu Fotoelektrikoa: Azalpen Kuantikoa

Zer gertatzen da efektu fotoelektrikoan?

Argi erasotzailearen maiztasuna atari-maiztasuna baino handiagoa denean, elektroiak askatzen dira. Maiztasuna txikiagoa denean, ez da elektroirik ateratzen metaletik. Teoria klasikoaren arabera, argi erasotzailearen intentsitatea (uhinaren intentsitatea) handitzean, elektroien energia handitu beharko litzateke, baina hori ez da gertatzen.

Igorritako elektroien kopurua uhin erasotzailearen intentsitatearekin handitzen da. Baina, argi erasotzailearen intentsitatea handitzen denean, haren maiztasuna aldatu gabe, igorritako elektroien energia zinetikoa ez da aldatzen.

Argi erasotzailea iritsi denetik elektroiak (fotoelektroiak) igorri arte ez da denbora-tarterik; ez dago atzerapen-denborarik. Hots, argia iritsi bezain laster elektroiak ateratzen dira. Uhin teoriaren arabera, atzerapen-denbora egon beharko litzateke.

Efektu Fotoelektrikoaren Azalpena: Einstein-en Teoria Kuantikoa

Aurreko gertaerak Einstein-en teoriarekin azaltzen dira. Einstein-en arabera, edozein iturri erradiatzailek igorritako energia kuantizaturik dago, fotoi deritzen paketetan. Hau da, xafla metalikora iristen den argi erasotzailea fotoiz osatua dago.

Hori ondorioztatzeko, Planck-en teorian oinarritu zen. Fotoi baten energia bere maiztasunaren menpekoa da, eta bere balioa hau da:

E = hf

non:

• E fotoiaren energia den.
• h Planck-en konstantea den.
• f fotoiaren maiztasuna den.

Metalean lotura-energia minimoarekin harrapatuta dauden elektroiak energia zinetiko maximoarekin aterako dira. Elektroi horien (fotoelektroien) energia maximoa hau da:

Ezmax = hf - W0

non:

• Ezmax fotoelektroien energia zinetiko maximoa den.
• hf argi erasotzailearen fotoi baten energia den.
• W0 metal bakoitzaren ezaugarria den lan-funtzioa edo erauzketa-lana den. Metal bakoitzaren ezaugarria da.

Elektroi horiek geldiarazteko ezarri beharko den potentziala (geldierazpen-potentziala) hau izango da:

VG = Ezmax / e

non e elektroiaren karga den.

Einstein-en Teoria Kuantikoaren Arrakasta

Ikuspen klasikoz azaltzen ez ziren gertaerak Einstein-en teoriaren bidez (Einstein-en teoria kuantikoa) azaltzen dira:

• Argi erasotzailearen fotoi baten gutxieneko energia elektroi bat igortzeko hf = W0 izan beharko da (f = fataria), eta elektroiaren energia zinetikoa 0 izango da.
• Argi erasotzailearen energia hori baino txikiagoa bada (edo f < fataria bada), ez da elektroirik igorriko.
• Argi erasotzailearen intentsitatea handitzen bada, argi erasotzailearen fotoi kopurua handituko da, baina ez da aldatuko fotoi bakoitzaren energia (E = hf, f aldatzen ez den bitartean E ez da aldatuko). Horren ondorioz, elektroi gehiago aterako dira metaletik (fotoi gehiago iristen direnez metalera, fotoi eta elektroien arteko talka kopurua handituko da), baina ez da elektroien energia zinetikoa aldatuko (erradiazio erasotzailearen intentsitatea handitzean, fotoi kopurua aldatzen da, baina ez fotoien energia, hf).
• Ez dago inolako atzerapenik, elektroiak igortzeko iritsi behar den gutxieneko energia fotoiak daramalako, eta fotoiaren eta elektroiaren talka gertatzean, fotoiaren energia metal-elektroi lotura baino handiagoa bada, elektroia askatuko da atzerapenik gabe; energia nahikoa ez bada, ez da elektroia aterako metaletik.