Bir fotosel devresinde metal yüzeye ışık düşürüldüğünde fotoelektronlar yayımlanmaktadır. Işığın şiddeti artırıldığında aşağıdakilerden hangisi değişmez?
A) Yayımlanan fotoelektron sayısıBu soruda, fotosel devresinde ışık şiddetinin artırılmasının fotoelektronlar üzerindeki etkilerini inceleyeceğiz. Fotoelektrik olayı ve Einstein'ın fotoelektrik denklemini hatırlayarak adım adım ilerleyelim.
Bir metal yüzeye yeterli enerjiye sahip ışık (fotonlar) düştüğünde, metalden elektronların (fotoelektronlar) sökülmesi olayıdır. Bu olayın temel denklemi, Einstein'ın Fotoelektrik Denklemi ile ifade edilir:
$E_k_{maks} = hf - \phi$
Burada $E_k_{maks}$ yayımlanan fotoelektronların sahip olabileceği maksimum kinetik enerji, $h$ Planck sabiti, $f$ gelen ışığın frekansı ve $\phi$ metalin eşik enerjisi veya iş fonksiyonudur (elektronu metalden sökebilmek için gereken minimum enerji). Bu denklemden de anlaşılacağı gibi, fotoelektronların maksimum kinetik enerjisi, gelen ışığın frekansına ($f$) ve metalin cinsine bağlı olan iş fonksiyonuna ($\phi$) bağlıdır. Işığın şiddetine bağlı değildir.
Işık şiddeti, birim zamanda birim alana düşen foton sayısıyla orantılıdır. Yani, ışık şiddetini artırmak, metal yüzeye daha fazla foton düşürmek demektir. Ancak bu, tek bir fotonun enerjisini ($hf$) değiştirmez; sadece foton sayısını artırır.
A) Yayımlanan fotoelektron sayısı: Işık şiddeti arttığında, birim zamanda metal yüzeye düşen foton sayısı artar. Eğer her foton bir elektron sökebilecek enerjiye sahipse, daha fazla foton daha fazla elektron sökülmesine neden olur. Dolayısıyla, yayımlanan fotoelektron sayısı artar.
B) Fotoelektronların maksimum kinetik enerjisi: Einstein'ın fotoelektrik denklemi ($E_k_{maks} = hf - \phi$) bize maksimum kinetik enerjinin sadece ışığın frekansına ($f$) ve metalin iş fonksiyonuna ($\phi$) bağlı olduğunu söyler. Işık şiddeti, ışığın frekansını veya metalin iş fonksiyonunu değiştirmez. Bu nedenle, fotoelektronların maksimum kinetik enerjisi değişmez.
C) Devreden geçen akım: Fotoelektrik akım, birim zamanda devreden geçen fotoelektron sayısıyla doğru orantılıdır. Yayımlanan fotoelektron sayısı arttığı için, devreden geçen akım da artar.
D) Fotoelektronların hızı: Fotoelektronların kinetik enerjisi ($E_k = \frac{1}{2}mv^2$) ile hızı arasında doğrudan bir ilişki vardır. Eğer fotoelektronların maksimum kinetik enerjisi değişmiyorsa, bu durumda onların maksimum hızı da değişmez. Ancak, B seçeneği daha temel bir fiziksel büyüklüğü ifade eder ve doğrudan fotoelektrik denklemin bir sonucudur.
Sonuç olarak, ışık şiddetinin artırılması, birim zamanda sökülen elektron sayısını ve dolayısıyla akımı artırır; ancak sökülen elektronların maksimum kinetik enerjisini (ve dolayısıyla maksimum hızını) değiştirmez, çünkü bu enerji ışığın frekansına bağlıdır.
Cevap B seçeneğidir.
