Efektu fotoelektrikoa: Deskribapena eta azalpen kuantikoa

Efektu fotoelektrikoaren deskribapena

Hertzek, 1887an, aurkitu eta deskribatu zuen efektu fotoelektrikoa. Fenomeno honetan, gainazal metaliko batzuk argiaren (argi ikuskorra edo ultramorea) eraginpean jartzean, elektroiak igortzen dituzte, foto-elektroi izenekoak.

Fisika klasikoak azaltzen ez zituen fenomenoak

Esperimentuen arabera, honako gertaera hauek ikusi ziren:

• Igorritako elektroien kopurua: Argiaren intentsitatearekiko proportzionala da.
• Atari-maiztasuna (f₀): Elektroien igorpena erradiazioaren maiztasun minimo batetik aurrera gertatzen da soilik. Metal bakoitzaren ezaugarri propioa da. Teoria klasikoaren arabera, edozein maiztasunetan gertatu beharko litzateke.
• Energia zinetikoa: Igorritako elektroien energia zinetikoa erradiazioaren maiztasunaren araberakoa da (f_erasotzaile - f₀), ez argiaren intentsitatearen menpekoa.
• Berehalakotasuna: Ez dago atzerapenik argiztatzearen eta elektroien igorpenaren artean; prozesua aldiberekoa da.

Einsteinen azalpena teoria kuantikoaren bidez

1905ean, Albert Einsteinek efektu fotoelektrikoaren azalpena eskaini zuen. Planck-en teoria kuantikoa erabiliz, erradiazio elektromagnetikoaren energia kuantizaturik dagoela proposatu zuen. Energia-kuantoak fotoiak dira eta bakoitzaren energia maiztasunarekiko zuzenki proportzionala da:

E = hf (non h Planck-en konstantea den)

Oinarrizko printzipioak

• Fotoien energia: Argiaren intentsitatea aldatzean fotoi kopurua aldatzen da, baina fotoi bakoitzaren energia berdina izaten jarraitzen du.
• Erauzte-lana (W): Metalaren barruan aske dauden elektroiak ateratzeko behar den energia minimoa da.
• Energia-balantzea: Metala argiztatzean, elektroi batek fotoi bat xurgatzen du. Energia nahikoa bada, elektroia atera egingo da energia zinetiko batekin: E_z = hf - W.

Atari-maiztasunaren garrantzia

Atari-maiztasuna (f₀) efektu fotoelektrikoa gertatzeko behar den maiztasun minimoa da, non W = hf₀ den. Ondorioz, energia zinetikoa honela adieraz daiteke: E_z = hf - hf₀ = h(f - f₀) edo hf = hf₀ + E_z.

Einsteinen teoriak ikuspuntu klasikotik azalpenik ez zuten alderdiak argitu zituen:

• Maiztasun muga: f₀ baino maiztasun txikiagoarekin ezin da elektroirik erauzi.
• Intentsitatearen eragina: Argiaren intentsitatea handitzeak fotoi kopurua handitzen du (korronte handiagoa), baina ez du elektroi bakoitzaren energia zinetikoa aldatzen.
• Berehalakotasuna: Elektroi batek fotoi bat xurgatzen duenez, ez dago atzerapenik igorpenean.

Zelula fotoelektrikoaren eskema