Bir metal yüzeye belirli bir frekansta ışık düşürüldüğünde fotoelektron yayılması gözlemleniyor. Işığın şiddeti artırıldığında aşağıdaki niceliklerden hangisi değişmez?
A) Yayılan fotoelektron sayısı
B) Fotoelektronların maksimum kinetik enerjisi
C) Fotoelektronların ortalama hızı
D) Devreden geçen akım
Fotoelektrik olay, ışığın metal yüzeylere çarparak elektron sökmesi olayıdır. Bu olayın temel prensiplerini ve ışık şiddetinin etkisini anlamak, soruyu çözmek için anahtardır.
- Işığın Şiddeti Nedir?
- Işığın şiddeti, birim zamanda birim yüzeye düşen foton sayısıyla orantılıdır. Yani, ışık şiddetini artırmak, aynı frekansta daha fazla fotonun metal yüzeye çarpması demektir.
- Ancak, ışığın frekansı değişmediği sürece, her bir fotonun enerjisi ($E = hf$) değişmez. Burada $h$ Planck sabiti, $f$ ise ışığın frekansıdır.
Şimdi seçenekleri tek tek inceleyelim:
- A) Yayılan fotoelektron sayısı
- Fotoelektrik olayda, yeterli enerjiye sahip her bir foton genellikle bir elektron sökebilir.
- Işığın şiddeti artırıldığında, metal yüzeye çarpan foton sayısı artar.
- Daha fazla foton, daha fazla elektron sökülmesine neden olur. Dolayısıyla, yayılan fotoelektron sayısı artar.
- B) Fotoelektronların maksimum kinetik enerjisi
- Fotoelektronların maksimum kinetik enerjisi, Einstein'ın fotoelektrik denklemi ile verilir: $E_k_{max} = hf - \phi$.
- Burada $E_k_{max}$ maksimum kinetik enerji, $h$ Planck sabiti, $f$ ışığın frekansı ve $\phi$ metalin iş fonksiyonudur (elektronu metalden koparmak için gereken minimum enerji).
- Soruda ışığın frekansının değişmediği, sadece şiddetinin arttığı belirtilmiştir.
- $h$ sabittir, $f$ sabittir ve $\phi$ (metalin cinsi değişmediği için) sabittir.
- Bu durumda, $E_k_{max}$ değeri değişmez. Işık şiddeti, sökülen elektronların sayısını etkiler, her bir elektronun sahip olabileceği maksimum enerjiyi değil.
- C) Fotoelektronların ortalama hızı
- Fotoelektronların kinetik enerjisi $E_k = \frac{1}{2}mv^2$ formülüyle ifade edilir.
- Maksimum kinetik enerji (B seçeneğinde açıkladığımız gibi) değişmediği için, fotoelektronların ulaşabileceği maksimum hız da değişmez.
- Ortalama hız da bu maksimum hızla ilişkili olduğundan, ışık şiddetinin artması ortalama hızı değiştirmez.
- D) Devreden geçen akım
- Fotoelektrik akım, birim zamanda devreden geçen elektron sayısıyla doğru orantılıdır.
- A seçeneğinde belirttiğimiz gibi, ışık şiddeti arttığında yayılan fotoelektron sayısı artar.
- Daha fazla elektronun hareket etmesi, devreden geçen akımın artmasına neden olur.
Bu analizler sonucunda, ışık şiddeti artırıldığında değişmeyen niceliğin fotoelektronların maksimum kinetik enerjisi olduğu açıkça görülmektedir.
Cevap B seçeneğidir.
