شیمی و تکنولوژی-اثر فوتوالکتریک

 اثر فوتوالکتریک

بسیاری از فروشگاه ها درهایی دارند که به طور خودکار باز و بسته می شوند. بعضی از این درها با دستگاهی کار می کنند که عملکرد آن بستگی به نور دارد. در یک طرف جلوی در، منبعی از نور است. مقابل این منبع ، یک اشکار ساز نور است. وقتی باریکه ای از نور روی اشکار ساز می افتد سبب می شود که از ماده درون آشکارساز الکترونهایی خارج شوند و جریان الکتریکی در مدار برقرار گردد. گسیل الکترون ها بر اثر نور را، اثر فوتوالکتریک می نامند. وقتی شما به طرف در می روید و بین منبع نور و آشکارساز قرار می گیرید ، باریکه نور قطع می شود و گسیل الکترون از اشکارساز متوقف شده ، جریان الکتریکی قطع می گردد. با قطع جریان الکتریکی، مکانیسمی به کار می افتد که در را باز می کند.

اینشتین در سال 1921 برای توضیح اثر فوتوالکتریک جایزه نوبل دریافت کرد. مدتها قبل معلوم شده بود که وقتی نور به سطح بعضی از مواد برخورد می کند، الکترون از آن ماده گسیل می باد. اما واقعیتی معماگونه درباره این تغییر وجود داشت. معما این بود که وقتی شدت نور ( تعداد فوتونها در واحد زمان) کاهش میافت، انرژی الکترون های گسیل یافته تغییر نمی کرد، بلکه تعداد الکترون ها کمتر می شد. اینشتین نشان داد که فرضیه پلانک این مشاهده را توضیح می دهد. بر اساس فرضیه پلانک ،فرض میکنیم به جای اینکه انرژی به طور پیوسته منتشر شود، به صورت بسته های کوچک یا کوانتوم های انرژی منتشر می شود. کوانتوم های انرژی تابشی را غالبا فوتون می نامند. علاوه بر این او اظهار داشت که مقدار انرژی منتشر شده مستقیما با فرکانس نور گسیل یافته ارتباط دارد.

مقدار معینی انرژی لازم است تا یک الکترون از سطح ماده ای جدا شود. اگر فوتونی با انرژی بیشتر به الکترون برخورد کند، الکترون را از سطح دور خواهد کرد. چون الکترون در حال حرکت است، مقداری انرژی جنبشی دارد. در این صورت مقداری از انرژی فوتون برای آزاد کردن الکترون از سطح و بقیه ان صرف انرژی جنبشی الکترون می شود. هرگاه نور با یک فرکانس معین به کار رود، در این صورت الکترونهایی که از سطح ماده می گریزند همگی انرژی یکسان خواهند داشت.

اگر شدت نور افزایش یابد، و فرکانس ثابت بماند تعداد الکترون های گسیل یافته افزایش خواهد یافت. اما اگر فرکانس نور افزایش یابد، انرژی فوتون زیاد می شود. چون مقدار انرژی لازم برای آزاد شدن الکترون از اتم یک عنصر معین، ثابت است، الکترون هایی که با فرکانس زیادتر سطح ماده را ترک می کنند، انرژی جنبشی بیشتری خواهند داشت.

فرضیه پلانک همراه با توضیح اینشتین ماهیت ذره ای بودن نور را تایید کرد. 

مرجع