Co to jest efekt fotoelektryczny?
Kiedy materia jest uderzana przez fale elektromagnetyczne o stosunkowo krótkich długościach fali, takie jak światło ultrafioletowe lub światło widzialne, jej atomy mogą emitować elektrony. Proces ten jest znany jako efekt fotoelektryczny lub rzadziej efekt Hertza i występuje, ponieważ fale elektromagnetyczne posiadają energię, która jest w stanie przemieszczać elektrony w atomie. Obserwacja efektu fotoelektrycznego pomogła wyjaśnić niektóre kwestie dotyczące natury światła i natury atomów. Odkryto, że światło może działać zarówno jako fala, jak i cząsteczka; światło porusza się w ruchu falowym, ale może fizycznie uderzać w powierzchnie, a nawet powodować zmiany mechaniczne, usuwając elektrony z atomów.
Efekt fotoelektryczny zwykle obserwuje się, gdy światło świeci na metalowych powierzchniach. Wiązka światła świecąca w metalowej powierzchni jest nazywana fotokatodą , a elektrony, które wyrzuca z atomu, nazywane są fotoelektronami . Świecące światło na przewodzącej powierzchni metalowej może faktycznie spowodować powstanie prądu elektrycznego, zwanego fotoprądem . Materiał wrażliwy na światło, taki jak metale, które mogą przenosić prąd elektryczny pod wpływem światła, określa się jako substancje światłoczułe .
Liczba elektronów wyrzuconych w wyniku działania fotoelektrycznego jest ściśle związana z częstotliwością i intensywnością światła padającego na metalową powierzchnię. Światło niskiej częstotliwości, które ma dużą długość fali, ma tendencję do wypierania kilku, jeśli w ogóle, elektronów z metalicznej powierzchni. Jest to prawdą, jeśli światło ma wysoką lub niską intensywność. Jednak przy wysokiej częstotliwości światło ma tendencję do przemieszczania znacznie większej liczby elektronów, szczególnie jeśli światło jest szczególnie intensywne. Zasadniczo oznacza to, że przy dowolnej intensywności czerwone światło uwalnia bardzo niewiele elektronów, ale światło niebieskie wypiera wiele.
Obserwacja efektu fotoelektrycznego dostarczyła mocnych dowodów na kwantową naturę światła, która wcześniej nie miała dużego wsparcia. Poparł także teorię dualności fali i cząstki światła w czasie, gdy większość naukowców uważała, że światło zachowuje się jako cząstka lub fala, a nie oba.
Światło istnieje w dyskretnych cząsteczkach zwanych fotonami , które są naukowo opisane jako kwanty światła. Jeden foton jest jednym kwantem światła; jest to najmniejsza jednostka światła, która może oddziaływać z czymkolwiek innym. Kwanty światła uderzają i przemieszczają elektrony, gdy światło pada na metalową powierzchnię; to jest efekt fotoelektryczny.