Bir kapının kendiliğinden açılıvermesi, metrolardaki yürüyen merdivenlerin inip çıkması, bir sinema filmindeki ses kaydının okunması, hep fotoelektrik lambalarının (fotosel) çalışmasıyla gerçekleşir. Fotosellerin çalışması ise, inanılması oldukça güç fiziksel bir olaya, ışık aracılığıyla bir elektrik akımının üretilmesine dayanır.
Heinrich Hertz
Telsiz telgrafın ve radyonun geliştirilmesinde en önemli şey olan radyo dalgalarını (elektromanyetik dalgalar) keşfeden Heinrich Hertz’in 1887’ de bulduğu bu fotoelektrik olayı, madde ile ışık arasında enerji alışverişinin açıklanabilmesini sağlamıştır.
Şimdi şöyle bir deney yapalım: Elektroskop adı verilen aygıt, bir elektrik yükünün varlığını ve önemini saptamaya yarar; bu aygıt, iyice yalıtılmış metal bir çubuğun ucuna ikiye katlanarak ortasından asılan ince bir altın yapraktan oluşur; yaprak ile çubuk, bir penceresi bulunan metal bir kafesin içine yerleştirilir. Metal çubuğun dış ucuna bir elektrik yükü verildiğinde, altın yaprağın katları açılır. Metal çubuğu bu kez iyice temizlenmiş bir çinko levhaya bağlayıp, çinkonun yüzeyini güçlü bir ışıkla aydınlatırsak, elektroskobun elektrik yüklendiğini görürüz : Çinko levhaya düşen ışık, bir elektrik yükü doğurmuştur.
Hertz’in bu deneyi, çok önemli sonuçlara ulaşılmasını sağlamıştır: Bir elektrik yükü, maddenin en küçük bileşenleri olan elektronların varlığından başka şey olmadığına göre, ışığın, bu elektronları maddeden, söz konusu deneyde kullandığımız çinko levhadan «söküp alması» gerekir. Ayrıca, metalden bu elektronları koparması için, ışığın belli bir enerji taşıması zorunludur. Fotoelektrik olayı, ışığın, bir metaldeki elektronları söküp almak için gereken enerjiyi sağladığını gösterir.
Bütün yalınlığına karşın, olay son derece ilgi çekicidir: Belli bir cisim, ışığın ancak belli bir frekansında elektron yaymaya başlar ve ışık kaynağının şiddeti ne olursa olsun, yayımlanan elektronların hızı en yüksek değere ulaşır Işık yalnızca bir titreşim olsaydı, yani bir dalga yapısı gösterseydi, elektronların hızı, bu dalga kaynağının şiddeti yükseldikçe artardı.
Albert Einstein
Bu olayın ilgi çekici ve şaşırtıcı özelliğinden etkilenen Albert Einstein, 1905’te bilim dünyasında devrim yaratacak bir açıklama yaptı : Işık ışımasındaki enerjinin kesikli küçük parçacıklara, yani kuvantalara bölündüğünü ve daha sonraki yıllarda foton adı verilen ışık taneciklerine yüklendiğini öne sürdü. Bu fotonlar, ışınım frekansının Planck değişmezi (sabiti) denilen çok önemli bir fiziksel değişmezle çarpımına eşit bir enerji taşıyarak ışık hızıyla yer değiştirir.
Olaya bu bilgilerin ışığı altında bakınca, ışık kaynağının şiddeti değiştirilse bile bu ışık taneciklerinden hiç birinin enerjisinde en küçük bir değişiklik olmayacağı, yayımlanan elektronların işte bu nedenle en yüksek hıza ulaştığı anlaşılır. Einstein’a Nobel ödülü, bağıllık kuramını geliştirdiği için değil, bu alandaki çalışmaları için verilmiştir.
Broglie, Schrödinger ve Heisenberg’in de katkıları
Fotoelektrik olayının bilinmesi, Broglie, Schrödinger ve Heisenberg’in de katkılarıyla, ışığın yapısına ilişkin çağdaş bilgilerin gelişmesinde çok önemli rol oynamıştır.
Söz konusu olay, zamanla pek çok uygulamaya konu oldu: Bu uygulamaların en ünlüsü, fotosel lambalarıdır. Görünür ışığa tutulan bu lambalar, kolayca saptanabilen bir elektrik akımı doğururlar. Fotosellerde elektron yayan metal, sezyum, potasyum ya da sodyum olabilir. Ne var ki, kullanılan metal hangisi olursa olsun, fotoselin ürettiği akım çok zayıftır; bu nedenle, fotonların varlığını saptamaya ve onları saymaya yarayan fotoçoğaltıcılarda bu akımı yükseltme yoluna gidilir.
Fotosellerin değişik bir türü de, sözgelimi fotoğraf makinelerinin pozometrelerinde kullanılan fotopiller ya da fotovoltaik pilleredir. Bu tür fotoseller, çok daha güçlü bir akım üretir: Uzay araçlarındaki akümülatör bataryaları, fotopillerle, daha doğrusu güneş pilleriyle doldurulur. Bütün bu uygulamaların yanı sıra, otomatik kumanda gerektiren pek çok alanda fotosellerden yararlanılır.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder