Fotoelektrični efekt

Otkriću fotoelektričnog efekta prethodilo je otkriće Plancove kvantne teorije koja je omogućila objašnjenje fotoelektričnog efekta i značajno doprinijela razumijevanju strukture atoma. Fotoelektični efekt pokazuje da elektroni u tvarima apsorbiraju energiju zračenja i s primljenom energijom mogu se osloboditi iz zračene tvari. Energija oslobođenih elektrona proporcionalna je broju titraja svjetlosti: E = h v.

Metal na čiju površinu padaju ultraljubičaste zrake, emitira sa svoje površine negativne električne naboje. Ustanovljeno je da su ti negativni naboji elektroni. Kasnije je utvrđeno da do fotoelektričnog efekta dolazi i kad na metal djelujemo rendgenskim zrakama. Emitiranje elektrona s površine metala pod utjecajem ultraljubičastih i rendgenskih zraka naziva se fotoelektrični efekt, a elektroni koji se oslobode nazivaju se fotoelektroni i ne razlikuj se od drugih elektrona. Daljnjim ispitivanjem nađeno je da je za izazivanje fotoelektričnog efekta na određenom metalu potrebna svjetlost manje valne duljine od određene maksimalne duljine vala. Fotoelektrični efekt kod cinka možemo izazvati samo svjetlošću duljine vala manje od 350 nm, tj. ultraljubičastom svjetlošću. Kod alkalijskih metala dobijemo fotoelektrični efekt i vidljivom svjetlošću. Natrij emitira elektrone sa svjetlošću kojoj je duljina vala 650 nm i kraća. Maksimalna duljina vala, koja još izaziva fotoelektrični efekt, naziva se fotoelektričnim pragom. Svaka tvar ima određen električni prag ili tzv. radnu funkciju.

Emitirani fotoelektroni elektroni imaju određenu kinetičku energiju koja ovisi o valnoj duljini svjetlosti, odnosno proporcionalna je frekvenciji svjetlosti koja izaziva fotoelektrični efekt, a neovisna je o intenzitetu svjetlosti. Veći intenzitet svjetlosti uzrokuje samo povećanje broja fotoelektrona, a ne i njihovu kinetičku energiju. Kinetičku energiju fotoelektrona možemo mjeriti fotoelektričnim člankom.

Kako bi objasnio fotoelektrični efekt, A. Einstein postavio je teoriju da se svjetlost koja pada na metalnu ploču fotoćelije, sastoji od kvanta svjetlosti energije hv. Kvante svjetlosti ili atome svjetlosti, američki kemičar G.N. Lewis nazvao je fotonima. Metal apsorbira svjetlost i cijela energija jednog fotona pretvara se u energiju fotoelektrona. Jedan dio energije elektron koristi da izađe iz metala, to je energija izlaženja. Drugi dio energije ostaje kao kinetička energija fotoelektrona. Prema tome, energija fotona hv jednaka je zbroju energije izlaženja i kinetičke energije.

Einsteinova fotoelektrična jednadžba: