Fotoelektrik Olay ve Compton Olayı

Bir metal yüzeye düşen ışığın şiddeti ne kadar artırılırsa artırılsın, frekansı eşik değerin altındaysa yüzeyden elektron kopmaz.

Fotoelektrik Olay ve Compton Olayı konusu, ışığın tanecik yönünü ortaya koyan bu tür deney sonuçlarını inceler. Kopan elektronların en büyük kinetik enerjisi ışığın şiddetine değil frekansına bağlıdır; şiddet yalnızca kopan elektron sayısını etkiler. Compton olayında ise bir foton serbest bir elektronla çarpışır ve enerjisinin bir kısmını ona aktarır.

Konu, de Broglie'nin madde dalgaları düşüncesine de uzanır. Sorular foton enerjisi hesabı, eşik frekansı grafikleri ve hangi niceliklerin değiştiğini soran öncüllü yargılar içerir.

Örnek sorular

Bir şık seç, doğru mu değil mi hemen görürsün — hiçbir şey kaydedilmez, hesap gerekmez.

1. soruKolay

Dalga boyu $4960 \overset{˚}{A}$ olan bir fotonun enerjisi kaç eV’dir?

( $h c = 12400 e V \cdot \overset{˚}{A}$ )

Cevabı göster

Cevap: E — 2,50

Kısaca — Fotonun enerjisi ile dalga boyu arasındaki ters orantıdan yararlanıldığında $4960 \overset{˚}{A}$ dalga boylu fotonun enerjisi $2, 50 e V$ bulunur.

Bir fotonun enerjisi $E = \frac{h c}{λ}$ bağıntısıyla hesaplanır. Soruda $h c$ çarpımı $12400 e V \cdot \overset{˚}{A}$ olarak verildiğinden, dalga boyu doğrudan yerine yazılarak $E = \frac{12400}{4960} = \frac{1240}{496} = 2, 50 e V$ sonucuna ulaşılır. Bölme işlemini aceleyle yaklaşık hesaplayan öğrenciler $12400 / 4000 = 3, 10$ veya $12400 / 6200 = 2, 00$ gibi tanıdık değerlerin yer aldığı çeldiricilere yönelebilir.

2. soruOrta

Serbest bir elektronla Compton saçılmasına uğrayan bir fotonun, saçılmadan önceki hâline göre;

I. hızının büyüklüğü,

II. momentumunun büyüklüğü,

III. dalga boyu

niceliklerinden hangileri azalır?

Cevabı göster

Cevap: D — Yalnız II

Kısaca — Compton saçılmasında foton enerjisinin bir kısmını elektrona aktardığı için momentumunun büyüklüğü azalır; boşluktaki hızı değişmez, dalga boyu ise artar.

Compton saçılmasında gelen foton durgun bir elektrona çarptığında enerjisinin bir kısmını elektrona aktararak saçılır, dolayısıyla saçılan fotonun enerjisi azalır ( $E^{'} < E$ ). Fotonlar boşlukta daima ışık hızıyla ( $c$ ) yayıldığından hızının büyüklüğü kesinlikle değişmez; fotonu yavaşlayan bir parçacık gibi düşünen öğrenciler için I. öncül çok güçlü bir çeldiricidir. Fotonun momentumu $p = \frac{E}{c}$ bağıntısına göre enerjiyle doğru orantılı olduğundan, enerji kaybeden fotonun momentum büyüklüğü azalır (II doğru). Dalga boyu ise $λ = \frac{h c}{E}$ gereğince enerjiyle ters orantılıdır; enerji azaldıkça dalga boyu uzar, yani artar (III yanlış). Bu nedenle yalnızca II azalır.

3. soruKolay

Aynı hızla hareket eden bir elektron ile bir protonun de Broglie dalga boyları karşılaştırılıyor. De Broglie bağıntısı $λ = \frac{h}{p}$ biçimindedir.

Buna göre,

I. Elektronun de Broglie dalga boyu protonunkinden büyüktür.
II. Protonun momentumu elektronunkinden büyüktür.
III. De Broglie bağıntısı yalnızca elektron için yazılabilir; proton için geçerli değildir.

yargılarından hangileri doğrudur?

Cevabı göster

Cevap: B — I ve II

Kısaca — Protonun kütlesi elektronunkinden yaklaşık 1836 kat büyük olduğundan aynı hızda momentumu daha büyük, dolayısıyla de Broglie dalga boyu daha küçüktür.

Momentum $p = m v$ bağıntısıyla hesaplanır; elektron ve protonun hızları eşit verildiğinden kütlesi çok daha büyük olan protonun momentumu elektronunkinden büyüktür ( $p_{p} > p_{e}$ , II doğru). De Broglie dalga boyu $λ = \frac{h}{p}$ olduğuna göre momentumu küçük olan elektronun dalga boyu protonunkinden daha büyük olur ( $λ_{e} > λ_{p}$ , I doğru). De Broglie dalga boyu yalnızca elektrona özgü bir kural değildir; proton, nötron ve hatta makroskobik cisimler dâhil hareket eden tüm maddeler için geçerlidir (III yanlış).

Fotoelektrik Olay ve Compton Olayı — AYT örnek sorular ve çözümleri

Konu özeti

Örnek sorular

Diğer AYT konuları

Fizik