Efektu Fotoelektrikoa: Einsteinen Teoria eta Oinarriak

Efektu Fotoelektrikoa: Sarrera eta Oinarriak

Hainbat materialek, argi ikuskorrak edo ultramoreak (maiztasun handikoa) beraiengan eragitean, elektroiak emititzeko duten propietateari efektu fotoelektrikoa deritzo. Horrek korronte elektriko bat sortzeko aukera dagoela suposatzen du, elektroien mugimenduagatik. Hau da, adibidez, eguzki plaka fotovoltaikoen oinarria.

Beraz, honela laburbil daiteke: efektu fotoelektrikoa gertatzeko, argiaren maiztasunak atari-maiztasun bat (F₀) gainditu behar du. Argiaren intentsitatea (I) handitzen den heinean, elektroi gehiago askatzen dira. Maiztasuna (F) handitzen den heinean, askatutako elektroien energia zinetikoa handiagoa izango da.

Teoria Klasikoa (Maxwell)

Teoria klasikoaren arabera, argia uhin elektromagnetiko (UEM) eran garraiatzen da, eremu magnetiko eta elektrikoak perturbatuz. UEM igortzen denean, energia etengabe iristen zaio hartzailera (uhinek zenbat eta intentsitate handiagoa izan, orduan eta energia gehiago garraiatzen dute). Ikuspegi honen arabera, denbora gehiago edo gutxiago itxarotea litzateke gakoa, materialak energia nahikoa pilatu arte.

Teoria Modernoa edo Kuantikoa (Einstein)

Teoria modernoaren edo kuantikoaren arabera, argia fotoiak dira; energia, argian partikula eran garraiatzen da. Ezin dugu edozein energia kopuru lortu, beti izango da fotoien energiaren multiploa. Energia, magnitude jarraia izatetik, kuantizatua izatera pasatzen da (karga elektrikoa bezala).

Teoria Modernoa Garatzeko Arrazoiak

Planckek Gorputz Beltzaren (GB) erradiazioa aztertzean eta Einsteinek efektu fotoelektrikoa aztertzean, Maxwellen teoriarekin azaldu ezinak zirela konturatu ziren.

Ikuspegi Klasikoaren Mugak

• Argiztatzen hasi eta materiala energia jasotzen hasiko litzateke. Hasieran materialeko atomoek energia nahikoa ez badute, itxaron beharko lukete energia hori pilatu arte; beraz, lehenago edo beranduago elektroiak erauzi beharko lirateke.
• Ez litzateke atari-maiztasunik egon beharko, eta, aldiz, atzerapen-denborak egon beharko lirateke.
• Erautzi gabeko elektroi kopurua ez litzateke argiaren intentsitatearen araberakoa izango, baizik eta itxarotako denboraren araberakoa.

Fotoien Izaeraren Garrantzia

Fenomeno hau azaltzeko modu bakarra fotoien izaeratik dator. Honekin eta Bohrren atomoaren ikuspegiarekin (atomoan elektroiak orbitatan antolatuta, egoera energetiko zehatzekin), dena ondo azalduta geratzen da:

• Materialetik erauzten diren elektroiak materialaren azken geruzatik erauzten dira (energia gutxien behar dutenak atomotik ateratzeko). Honela, erauzte-lana deitutako magnitudeaz hitz egin daiteke.

W_e = erauzte-lana: azken geruzako elektroia atomotik ateratzeko eman behar zaion energia.

Einsteinen Efektu Fotoelektrikoaren Teoria

Erradiazio termikoari buruz Planckek proposatutako ideiei jarraituz, honakoa aipatu zuen Einsteinek:

“Argia espazioan zehar hedatzen da, fotoi izeneko argi kuantatotan pilatutako energia garraiatuz. Kuanto (fotoi) bakoitzaren energia E = h · F ekuazioak ematen du.”

Einsteinen teoriak argiaren izaera kuantikoa azpimarratzen du. Fotoiak ez du masa geldiunean; argiaren abiaduran higitzen denean, energia eta momentua duen partikula bat da.

• F: argi izpiaren maiztasuna
• h: Planck-en konstantea

Fotoi intzidenteak daraman energia ondoko eran banatzen da: alde batetik, metalaren atomoetatik elektroi bat askatzeko behar den energia. Energia hau konstantea da metal bakoitzarentzat eta metalaren askatze-lana (W_e) deritzo. Bestalde, elektroiak metaletik irtetean daukan energia zinetikoa.

Efektu Fotoelektrikoaren Ekuazioa

Ondorioz, Einsteinen efektu fotoelektrikoaren ekuazioa honakoa da:

E_fotoia = W_e + E_z (e^-)