Vad är den fotoelektriska effekten?

När materien slås av elektromagnetiska vågor med relativt korta våglängder, såsom ultraviolett ljus eller synligt ljus, kan dess atomer avge elektroner. Denna process är känd som den fotoelektriska effekten eller, mindre vanligt, Hertz-effekten , och den inträffar på grund av att elektromagnetiska vågor besitter energi som kan lossna elektronerna i en atom. Observationen av den fotoelektriska effekten hjälpte till att klargöra vissa frågor om ljusets natur och om atomenas natur. Ljus, upptäcktes, kan fungera både som en våg och som en partikel; ljus rör sig i vågrörelse men kan fysiskt påverka ytor och till och med orsaka mekanisk förändring genom att lossa elektroner från atomer.

Den fotoelektriska effekten observeras vanligtvis när ljus lyser på metalliska ytor. Ljusstrålen som lyser i en metallyta kallas fotokatoden , och elektronerna som den avger från en atom kallas fotoelektroner . Lysande ljus på en ledande metallyta kan faktiskt orsaka att en elektrisk ström, kallad en lysström , bildas. Ett material som är känsligt för ljus, såsom metaller som kan bära en elektrisk ström på grund av ljus, kallas ljuskänsliga ämnen .

Antalet elektroner som matas ut som ett resultat av den fotoelektriska effekten är nära besläktade med frekvensen och ljusets intensitet som sken på metallytan. Lågfrekvent ljus, som har en lång våglängd, tenderar att lossa få, om några, elektroner från en metallisk yta. Detta är sant om ljuset har hög intensitet eller låg intensitet. Vid hög frekvens tenderar ljus emellertid att avlägsna mycket fler elektroner, särskilt om ljuset är särskilt intensivt. Detta innebär i grund och botten att rött ljus vid alla intensiteter kommer att släppa mycket få elektroner men blått ljus kommer att lossna många.

Observationen av den fotoelektriska effekten visade starkt bevis för ljusets kvantitet, som tidigare inte hade haft mycket stöd. Det stödde också våg-partikel dualitetsteorin om ljus i en tidpunkt då de flesta forskare trodde att ljus uppträdde som antingen en partikel eller en våg, inte båda.

Ljus finns i diskreta partiklar kända som fotoner , som vetenskapligt beskrivs som kvanta av ljus. En foton är en kvantitet av ljus; det är den minsta ljusenheten som möjligen kan interagera med allt annat. Ljuskvanta slår och lossar elektroner när ljus skenas på en metallisk yta; detta är den fotoelektriska effekten.