Το Φωτοηλεκτρικό Φαινόμενο 

Τι είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο του A. Einstein που τον έκανε να κερδίσει το Νόμπελ Φυσικής?

Το Φωτοηλεκτρικό Φαινόμενο αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα πειράματα της Κβαντικής Μηχανικής και  ανακαλύφθηκε από τον Hertz το 1887. Παρατήρησε ότι εάν φωτίσουμε την επιφάνεια ενός μετάλλου, τότε εκπέμπονται φορτισμένα σωματίδια. Αργότερα διαπιστώθηκε ότι πρόκειται για ηλεκτρόνια.

Η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιείται αποτελείται από έναν αερόκενο γυάλινο σωλήνα ( P < 10^-7 Torr) όπου τοποθετούνται δύο ηλεκτρόδια. Την κάθοδο, που έχει μεγάλη επιφάνεια, φέρει επίστρωση από Κ ή Cs και η οποία όταν φωτίζεται εκπέμπει ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια (φωτοηλεκτρόνια) συλλέγονται από την άνοδο.

Το φως, ως ηλεκτρομαγνητικό κύμα, μεταφέρει ενέργεια. Η κλασική θεωρία, όμως, αδυνατούσε να ερμηνεύσει το γεγονός, ότι η εξαγωγή των ηλεκτρονίων από το μέταλλο καθώς και η κινητική ενέργεια με την οποία εξέρχονται αυτά από την κάθοδο, εξαρτάται μόνο από τη συχνότητα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας και όχι από την συνολική ενέργεια (άρα από την ένταση της ακτινοβολίας), που μεταφέρει η φωτεινή δέσμη που προσπίπτει στο μέταλλο.

Η Ερμηνεία του Φωτοηλεκτρικού Φαινομένου

Το φαινόμενο ερμηνεύτηκε το 1905 από τον Einstein ο οποίος, επεκτείνοντας τις απόψεις του Planck, υπέθεσε ότι "το φως αποτελείται από μικρά πακέτα ενέργειας, που ονομάζονται κβάντα φωτός ή φωτόνια".

Η ενέργεια κάθε φωτονίου είναι:

Ε = hf

όπου: E η ενέργεια του φωτονίου

            f η συχνότητα του φωτονίου

           h η σταθερά του Planck (6.62607015 × 10-34 m2 kg / s)

Κατά τον Einstein, κάθε φωτόνιο της δέσμης που φωτίζει την κάθοδο μεταδίδει όλη του την ενέργεια hf σε ένα μόνο από τα ηλεκτρόνια του μετάλλου. Αν η ενέργεια hf του φωτονίου είναι μικρότερη από το έργο εξαγωγής, το ηλεκτρόνιο δεν μπορεί να εγκαταλείψει το μέταλλο. Εάν είναι μεγαλύτερη ή ίση με το έργο εξαγωγής φ το ηλεκτρόνιο εγκαταλείπει το μέταλλο με κινητική ενέργεια που υπολογίζεται από τη φωτοηλεκτρική εξίσωση του Einstein:

Κ = hf - φ