• Fransız fizikçi Louis de Broglie ve Schrödinger 1924 yılında ışığın dalga ve tanecik modellerini birleştirerek kuantum mekaniğinin temelini attılar. Buna göre, hareket halindeki her parçacığa (foton, elektron, proton, nötron…) bir dalga eşlik eder. Bu dalgalara madde dalgaları denir.
• Bir fotonun durgunken kütlesi sıfırdır.
• E enerjili bir fotonun momentumu

Tanecik modeli ile açıklanamayan olaylar

• 
  Girişim
• 
  Kırınım
• 
  Ayrılma
• 
  Işığın ortam değiştirirken bir kısmının yansıyıp, bir kısmının iletilmesi

Dalga Teorisi ile Açıklanabilen Olaylar

• 
  Girişim
• 
  Kırınım
• 
  Işığın hem kırılması hem yansıması
• 
  Işığın kırılması
• 
  Işığın doğru boyunca yayılması
• 
  Işığın yansıması
• 
  Işığın birbiri içinden geçmesi
• 
  Işığın soğrulması

Dalga modeli ile açıklanamayan olaylar:

• 
  Fotoelektrik olay.
• 
  Compton olayı.

[fizik_2_ygs_lys]

• Amerikalı Fizikçi Arthur H. Compton 1923 yılında X ışınlarının parafin içinden geçerek saçılması sırasında X ışınlarının dalga boyunun büyüdüğünü ve enerji kaybettiğini gözlemledi. X ışınları enerjisinin bir kısmını parafinden fırlayan elektrona aktarmıştı.
• Yüksek enerjili bir fotonun serbest elektronlara çarpması sonucunda elektron bulunduğu yerden fırlarken fotonda doğrultu değiştirerek saçılır. Bu olaya compton olayı adı verilir.

• Çarpışma sonrası foton yok olmaz. Tam esnek çarpışma olduğundan enerji ve momentum korunur. Çarpışmadan önceki fotonun momentumu, çarpışmadan sonraki saçılan fotonun ve elektronun momentumlarının vektörel toplamı na eşittir.

Saçılan fotonun, gelen fotona göre;

• 
  Enerjisi azalır.
• 
  Momentumu azalır.
• 
  Frekansı azalır.
• 
  Dalga boyu artar.
• 
  Hızı değişmez (c = sabit)

[fizik_2_ygs_lys]

• Bir kaynaktan birim zamanda yayılan fotonların toplam enerjisidir.

[fizik_2_ygs_lys]

• Aynı fotosel lambaya gönderilen ışınlardan 1.nin ışık şiddeti 2.den daha büyüktür. 1. ışın daha fazla elektron sökmüş ve daha büyük akım oluşturmuştur. Kesme gerilimleri Vk nın aynı olması iki ışının da enerjilerinin aynı olduğunu gösterir.

• Farklı fotosele gönderilen ışınların maksimum akımları eşit olduğundan ışık şiddetleri eşittir. Kesme gerilimi VK nın eşit olması iki ışının enerjilerinin de aynı olduğunu gösterir. İo akımlarının farklı olması, anot, katot arası uzaklıklarının farklı olmasından dolayı meydana gelmiştir.

[fizik_2_ygs_lys]

• Havası boşaltılmış cam lamba içine ışığın girebilmesi için bir kısmı boş bırakılarak alkali metal sürülür. Sodyum, lityum, sezyum ve potasyum gibi alkali metallerden görünür ışık elektron sökebilir. Lamba içine giren ışık demeti alkali metalden elektron söker. Sökülen elektronların bir kısmı lambanın anoduna ulaşır, bir kısmı ulaşamaz.
• Sökülen fotoelektronların anoda ulaşması ile akımölçerin ibresinde sapma meydana gelir. Bu bize devreden akım geçtiğini gösterir.
• Fotoelektronların oluşturduğu bu akıma fotoelektrik akım denir.

• Devrede üreteç yokken metal yüzeye düşen ışık elektron sökmüş ve akım oluşturulmuştur. Bu akıma İo diyelim.
• Metal yüzeye düşen her foton sadece bir elektron sökebilir. Işık demeti içindeki foton sayısı ışık akısıyla doğru orantılıdır.

• İo akımı birim zamanda anoda çarpan elektron sayısıdır.

İo akımını arttırmak için,

• 
  Kotada düşen ışık akısı (foton sayısı) arttırılmalıdır.
• 
  Anodun yüzey alanı arttırılmalıdır.
• 
  Anot katot arası uzaklık azaltılmalıdır.
• 
  Gelen fotonun enerjisi (frekansı) arttırılmalıdır.
• 
  Daha düşük eşik enerjili metal kullanılarak, kopan fotoelektronların kinetik enerjilerinin artması sağlanmalıdır.
• Bir fotosel lambaya aşağıdaki gibi fotoelektrik akımı arttıracak yönde bir üreteç bağlarsak katottan sökülerek anota ulaşamayan elektronların anota ulaşmasını sağlayabiliriz.
• Bu durumda fotoelektrik akım artar.

• Işık akısı sabit kalacak biçimde anot ile katot arasındaki potansiyel fark yavaş yavaş attırıldığında devreden geçen akım artar ancak potansiyel farkın belli bir değerinde akım sabit bir değer alır. Potansiyel fark ne kadar artsa da akım bu maksimum değerinde kalır. Çünkü sökülen bütün fotoelektronlar anota ulaşmıştır. Gerilimin bu değerine doyma gerilimi denir.

• Bu durumda elektronlar koptukları levhaya doğru itilirler.
• Sökülen fotoelektronların bir kısmı karşı kuvvete rağmen diğer levhaya ulaşırlar ve akım değeri hemen sıfır olmaz. Negatif potansiyel farkını arttırmaya başlarsak bir süre sonra akım kesilir, sökülen elektronların hiçbiri karşı levhaya ulaşamaz. Fotoelektrik akımı sıfırlayan gerilimin bu değerine kesme gerilimi adı verilir.
• Bir fotoelektrik olayda katottan sökülen fotoelektronların sahip olduğu maksimum kinetik enerji ne kadar büyükse kesme gerilimi (Vk) o kadar büyük olur.

[fizik_2_ygs_lys]

• Katot maddesi üzerindeki atomlara çarpan fotonlar, bu metal yüzeyden elektron sökerken bütün enerjisini atoma aktarır kendisi yok olur (soğurulur).
• Atoma verilen enerjinin bir kısmı elektronu atomdan sökmek için harcanır.
• Geri kalan kısmı sökülen fotoelektrona kinetik enerji olarak aktarılır.

Enerjinin korunumu kanununa göre

• Foton enerjisi = Eşik enerji + Elektronun kinetik enerjisidir.

[fizik_2_ygs_lys]

• Bir yüzeye düşürülen her ışık elektron sökemez.
• Metalden elektron sökebilmesi için ışığın enerjisinin belli bir değerde olması gerekir.
• Yüzeyden elektron sökebilecek en küçük enerjiye eşik enerji ya da bağlanma enerjisi denir. Eo ve Eb ile gösterilir.
• Fotoelektrik olayın gözlendiği en büyük dalga boyuna eşik dalga boyu (Ao), eşik dalga boyuna karşılık gelen en küçük frekansa da eşik frekansı (f0) denir.

[fizik_2_ygs_lys]

• Foton; yoğunlaşmış ışık enerji tanecikleri (paketi) olarak tanımlanır.
• Işıma yapan bir madde enerjiyi kuantumlar şeklinde yayar.
• Kuantum teorisine göre ışığın enerjisi kesiklidir. Herdeğeri alamaz ve çok küçük bölünemez bir enerjinin tam katları olur. En küçük bölünemeyen bu enerjiye kuantum denir.
• Bir fotonun içindeki enerji kuantumu frekansı ile doğru orantılıdır. Bu orantıdaki sabit Max Planck tarafından bulunmuş ve planck sabiti adını almıştır.

[fizik_2_ygs_lys]

• 1887 yılında Alman fizikçi Henrich Rudolf Hertz deneysel çalışmaları sırasında tesadüfen ışığın metal yüzeylere etki yaptığını görmüştür. 1905 yılında ise Albert Einstein bu olayı kuantum teorilerinden yararlanarak formule etmiştir.
• Işıkla metal yüzeyden elektron sökülmesi olayına fotoelektrik olay, sökülen elektronlara da fotoelektron denir.
• Fotoelektrik olayı açıklayabilmek için şekilde olduğu gibi bir düzenek hazırlayabiliriz.

• Işık arkından çıkan kuvvetli ışığı ince kenarlı kuartz mecekten geçirerek üzerine civa sürülmüş çinko levhaya düşürelim. Çinko levhayı negatif yüklü elektroskobun topuzuna bağladığımızda elektroskobun yaprakları kapanmaya başlar. Elektroskoptaki negatif yüklerin azalması ışığın çinko levhadan elektron sökmesidir. Bu deneyde kuartz mercek yerine adi cam kullanılırsa elektroskobun yapraklarındaki kapanma durur. Adi cam yüksek enerjili morötesi ışınları geçirmez, kuartz mercek ise geçirir. Çinkodan lektron koparan morötesi ışınlardır. Bununla birlikte örneğin alkali metallarden görünür ışıkla da elektron sökülebilir.

[fizik_2_ygs_lys]

• İki cam levha üstüste konarak birer uçları aynı noktada kalmak şartıyla diğer uçları açılarak araya d kalınlığında bir cisim (saç teli, kağıt parçası gibi) konur.

ÖRNEK: Karanlık odada yapılan bir Young deneyinde (çift yarıktagirişim) kullanılan ışık kaynağı, yalnız tek dalgaboylu kırmızı ile tek dalgaboylu yeşil renklerin karışımından oluşan
ışık yayıyor.
Bu deneyde kullanılan beyaz perdede, aşağıdakilerdenhangisi oluşmaz?
A) Kırmızı aydınlık saçak B) Yeşil aydınlık saçak C) Sarı aydınlık saçak D) Beyaz aydınlık saçak E) Karanlık saçak
2006 ÖYS

ÇÖZÜM: Karanlık odada yapılan young deneyinde yalnız kırmızı ışık ile deney yapılırsa perdede kırmızı ve karanlık saçaklar oluşur. Yalnız yeşil ışık ile deney yapılırsa perdede yeşil ve karanlık saçaklar oluşur. Eğer kırmızı ve yeşil ışık birlikte kullanılırsa kırmızı ışığın aydınlığı ile yeşil ışığın karanlığı üstüste gelirse kırmızı saçak, yeşil ışığın aydınlığı ile kırmızı ışığın karanlığı üstüste gelirse yeşil saçak, her ikisinin de aydınlığı üstüste gelirse sarı saçak, her ikisinin de karanlığı üstüste gelirse karanlık saçak oluşur. Beyaz saçak oluşamaz.
Yanıt D

[fizik_2_ygs_lys]