12. Sınıf Fizik · 4. Ünite: Madde ve Doğası
Fotoelektrik Etki ve Uygulamaları
Işık bir metale düştüğünde yüzeyden elektronlar kopabilir. Bu olay, ışığın yalnızca dalga olarak düşünülemeyeceğini gösteren en önemli deneylerden biridir. Bu konuda fotoelektrik etkinin hangi değişkenlere bağlı olduğunu gözleyecek, $E_k = hf - W_0$ matematiksel modeline ulaşacak, foton kavramını ışığın tanecik modeli bağlamında kuracak ve fotoselli lambalardan güneş pillerine uygulamaları değerlendireceksin.
Kazanımlar
- FİZ.12.4.2.a. Fotoelektrik etkide elektron kopmasının ışığın frekansına, şiddetine ve metalin cinsine nasıl bağlı olduğunu gözlemler.
- FİZ.12.4.2.b. Foton enerjisi, eşik enerjisi ve maksimum kinetik enerji arasındaki $E_k = hf - W_0$ bağıntısını kurar ve problemlerde kullanır.
- FİZ.12.4.2.b. Eşik frekansını, eşik dalga boyunu ve kesme (durdurma) gerilimini hesaplar.
- FİZ.12.4.2.c. Kinetik enerji - frekans ve akım - gerilim grafiklerini yorumlayarak eğimden Planck sabitine, kesişimlerden eşik değerlerine ulaşır.
- FİZ.12.4.2.c. Klasik dalga modelinin açıklayamadığı gözlemleri ışığın tanecik (foton) modeliyle ilişkilendirir.
- FİZ.12.4.3.a-d. Fotoselli lamba, alarm, duman dedektörü ve güneş pili gibi uygulamalar hakkında toplanan bilgilerin doğruluğunu değerlendirir.
Konu anlatımı
Işık metalden elektron koparabilir mi?
Foton: ışığın tanecik modeli
Matematiksel model: eşik enerjisi ve kinetik enerji
Çözümlü örnekler
Fotoelektrik etkinin uygulamaları
Sık yapılan hatalar ve kavram yanılgıları
Özet
Anahtar terimler
- Fotoelektrik etki
- Işık düşen bir metalden elektron kopması olayı.
- Foton
- Işığın tanecik modelinde enerji paketi; enerjisi E = hf olan ışık taneciği.
- Eşik enerjisi (W₀)
- Bir metalden elektron koparmak için gereken en küçük enerji.
- Eşik frekansı (f₀)
- Elektron koparabilen en küçük frekans; hf₀ = W₀.
- Eşik dalga boyu (λ₀)
- Elektron koparabilen en büyük dalga boyu; λ₀ = hc/W₀.
- Kesme (durdurma) gerilimi
- Fotoakımı sıfıra indiren ters gerilim; eV₀ = E_k.
- Doyma akımı
- Kopan tüm elektronlar toplayıcıya ulaştığında oluşan en büyük fotoakım; ışık şiddetiyle orantılıdır.
- Fotosel
- Işık düştüğünde akım ya da gerilim üreten, ışığı elektrik sinyaline çeviren eleman.
Örnek soru
Bir fotoelektrik deneyinde metalden kopan elektronların maksimum kinetik enerjisi aşağıdakilerden hangilerine bağlıdır?
- Yalnızca ışığın frekansına ve metalin cinsine
- Yalnızca ışığın şiddetine ve aydınlatma süresine
- Işığın şiddetine ve metalin yüzey alanına
- Yalnızca ışık kaynağının metale uzaklığına
- Işığın şiddetine ve frekansına
Doğru cevap: A
Çözüm
1. $E_k = hf - W_0$ bağıntısında $f$ ışığın frekansı, $W_0$ ise metalin cinsine bağlı eşik enerjisidir.
2. Işık şiddeti, yüzey alanı, süre ve uzaklık yalnızca saniyede kopan elektron sayısını değiştirir; her elektronun kinetik enerjisini değiştirmez.
Cevap: A. E şıkkındaki "şiddet", sık yapılan hatadır.