Fotoelektrik Olayı ve Compton Saçılması
Fotoelektrik Olayı
Işık doğru koşullar altında, elektronları bulundukları yüzeyden koparmak için kullanılabilir. Bu olaya fotoelektrik olayı adı verilir. Yüzeyden koparılan elektronlara fotoelektron adı verilir.
Bu olay ilk kez 1887 yılında Heinrich Hertz tarafından gözlemlendi. Daha sonra gelen bir çok bilim insanı, fotoelektrik olayı üzerine deneyler yaptı. Yapılan deneylerde ortaya çıkan sonuçlar şöyle oldu :
- Elektronlar herhangi bir zaman gecikmesi olmadan , yüzeyden hemen koparılıyorlar.
- Işığın yoğunluğunu arttırmak , fotoelektron sayısını arttırıyor, fakat maksimum enerjilerini değiştirmiyor.
- Kırmızı ışık yoğunluğu ne olursa olsun, yüzeyden herhangi bir elektron koparmıyor.
- Zayıf bir ultraviyole ışık yüzeyden sadece bir kaç elektron koparıyor ,fakat bu elektronlar daha yoğun ve daha büyük dalga boyuna sahip ışığın yüzeyden kopardığı elektronlardan daha fazla kinetik enerjiye sahiptir.
Bu olayı hiç bir fizikçi 1905 yılına kadar açıklayamadı. Albert Einstein 1905 yılında, ışığın küçük parçacıklar gibi davrandığının farkına vardı. Buna göre, her bir parçacığın enerjisi frekansı ile doğru orantılıdır. Einstein fotoelektronların maksimum enerjisini şu şekilde ortaya koydu :
Kmax = h(ƒ − ƒ0)
Burada ƒ yüzeye gönderilen fotonların frekansı ve ƒ0 yüzeyin eşik frekansıdır.
Einstein’a bu çalışma için Nobel Fizik ödülü verildi.
Compton Saçılması
Arthur H.Compton x –ışınlarının karbonun elektronları üzerinde saçılması deneyinde , saçılan x-ışınlarının dalga boyunun, saçılmadan önceki dalga boyundan daha uzun olduğunu gözlemledi. Dalga boyundaki değişimin saçılma açısıyla arttığını ortaya koydu .Buna göre :
Compton saçılmayı , ışığın bir parçacık (foton) olduğunu varsayarak ve enerjinin korunumunu göz önünde bulundurarak açıkladı. Buna göre ; saçılan fotonun daha uzun dalga boyuna sahip olmasının nedeni , enerjisinin bir kısmını saçılmada kaybetmesi ve daha az enerjiye sahip olmasıdır. Planck formülü E = hν ‘ye göre , daha az enerjiye sahip parçacıklar daha büyük dalga boyuna sahip olurlar.
1920 ‘lerin başında , ışığın fotoelektrik olayından ötürü parçacık karakterinin tartışıldığı bir dönemde , Compton fotoelektrik olayından bağımsız bir şekilde , ışığın parçacık karakterinde olduğunu ortaya koydu. Compton bu çalışmasından dolayı 1927 yılında Nobel ödülünü kazandı ve bu olay Compton saçılması olarak adlandırıldı .
Kaynaklar :
1)http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mod1.html#c2
2) http://physics.info/photoelectric/
3)http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/comptint.html#c1
Benim aklıma şöyle bir soru tkıldı:
Bir elektron bir fotondan çok daha yavaş hareket ediyor, hatam varsa düzeltin, ayrıca bir elektron küre çevresinde dolanıyor.Bu durumda bir foton ile bir elektronun çarpışma ihtimali inanılmaz derecede düşük olur.Öyleyse bir foton ile bir elektron nasıl her defasında çarpışıyor?
Deneyde tek foton ve tek elektron kullanılmıyor. X ışını demeti carbon levhaya düsürülüyor.