Efekt fotoelektryczny
Efekt fotoelektryczny jest zjawiskiem z dziedziny fizyki. Efekt ten opiera się na założeniu, że promieniowanie elektromagnetyczne składa się z serii cząstek zwanych fotonami. Kiedy foton uderza w elektron na powierzchni metalu, elektron może zostać wyemitowany. Emitowane elektrony nazywane są fotoelektronami. Efekt ten nazywany jest również efektem Hertza, ponieważ został odkryty przez Heinricha Rudolfa Hertza, ale nazwa ta nie jest często używana. Efekt fotoelektryczny pomógł fizykom zrozumieć kwantową naturę światła i elektronów. Koncepcja dualizmu fala-cząstka została rozwinięta dzięki efektowi fotoelektrycznemu. Albert Einstein zaproponował prawa efektu fotoelektrycznego i otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1921 roku.
Schemat, który pokazuje jak elektrony są emitowane z metalowej płytki
Mechanizm
Nie każda fala elektromagnetyczna wywoła efekt fotoelektryczny, tylko promieniowanie o pewnej częstotliwości lub wyższej spowoduje ten efekt. Minimalna potrzebna częstotliwość nazywana jest "częstotliwością odcięcia" lub "częstotliwością progową". Częstotliwość graniczna jest używana do znalezienia funkcji pracy, w {{displaystyle w}} 
, która jest ilością energii utrzymującej elektron na powierzchni metalu. Funkcja pracy jest właściwością metalu i nie ma na nią wpływu przychodzące promieniowanie. Jeżeli częstotliwość światła uderza w powierzchnię metalu, która jest większa niż częstotliwość graniczna, to emitowany elektron będzie miał pewną energię kinetyczną.
Energię fotonu wywołującego efekt fotoelektryczny można znaleźć za pomocą zależności E = h f = K E + w {displaystyle E=hf=KE+w} 
gdzie h {displaystyle h} 
jest stałą Plancka, 6,626×10-34 J-s, f {displaystyle f}
jest częstotliwością fali elektromagnetycznej, K E {displaystyle KE}
jest energią kinetyczną fotoelektronu, a w {displaystyle w} jest funkcją pracy dla metalu. Jeśli foton ma dużą energię, może nastąpić rozpraszanie Comptona (~ tysiące eV) lub produkcja par (~ miliony eV).
Sama intensywność światła nie powoduje wyrzucania elektronów. Może to zrobić tylko światło o częstotliwości granicznej lub wyższej. Jednak zwiększenie natężenia światła spowoduje wzrost liczby emitowanych elektronów, o ile częstotliwość jest wyższa od częstotliwości odcięcia.
Historia
Heinrich Hertz dokonał pierwszej obserwacji efektu fotoelektrycznego w 1887 roku. Stwierdził on, że iskra przeskakuje łatwiej pomiędzy dwoma naładowanymi kulami, jeśli świeci na nie światło. Prowadzono dalsze badania w celu poznania efektu zaobserwowanego przez Hertza. W 1902 r. Philipp Lenard wykazał, że energia kinetyczna fotoelektronu nie zależy od natężenia światła. Jednak dopiero w 1905 roku Einstein zaproponował teorię, która w pełni wyjaśniła ten efekt. Teoria ta mówi, że promieniowanie elektromagnetyczne jest serią cząstek, zwanych fotonami. Fotony te zderzają się z elektronami na powierzchni i emitują je. Teoria ta była sprzeczna z przekonaniem, że promieniowanie elektromagnetyczne jest falą. Dlatego początkowo nie uznawano jej za słuszną. W 1916 r. Robert Millikan opublikował wyniki eksperymentów z wykorzystaniem próżniowej fototuby. Jego praca pokazała, że równanie fotoelektryczne Einsteina bardzo dokładnie wyjaśnia to zachowanie. Jednak Millikan i inni naukowcy wolniej akceptowali teorię kwantów światła Einsteina. Falowa teoria promieniowania elektromagnetycznego Maxwella nie może wyjaśnić efektu fotoelektrycznego i promieniowania ciała doskonale czarnego. Zostały one wyjaśnione przez mechanikę kwantową.
Pytania i odpowiedzi
P: Czym jest efekt fotoelektryczny?
O: Efekt fotoelektryczny to zjawisko w fizyce, w którym promieniowanie elektromagnetyczne składa się z cząstek zwanych fotonami, a gdy uderzą one w elektrony na metalowej powierzchni, elektron może zostać wyemitowany, tworząc fotoelektrony.
P: Kto odkrył efekt fotoelektryczny?
O: Efekt fotoelektryczny został odkryty przez Heinricha Rudolfa Hertza.
P: Dlaczego efekt fotoelektryczny nazywany jest również efektem Hertza?
O: Efekt fotoelektryczny jest również nazywany efektem Hertza, ponieważ został odkryty przez Heinricha Rudolfa Hertza.
P: Czym jest dualizm falowo-cząsteczkowy?
O: Dualizm falowo-cząsteczkowy to koncepcja opracowana dzięki efektowi fotoelektrycznemu, który pomógł fizykom zrozumieć kwantową naturę światła i elektronów.
P: Kto zaproponował prawa efektu fotoelektrycznego?
O: Prawa efektu fotoelektrycznego zaproponował Albert Einstein.
P: Jaki był wkład efektu fotoelektrycznego w fizykę?
O: Efekt fotoelektryczny pomógł fizykom zrozumieć kwantową naturę światła i elektronów, rozwijając koncepcję dualizmu fala-cząstka i przyczynił się do powstania praw efektu fotoelektrycznego zaproponowanych przez Alberta Einsteina, który otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1921 roku.
P: Jak nazywają się elektrony emitowane w efekcie fotoelektrycznym?
O: Elektrony emitowane z powierzchni metalu w efekcie fotoelektrycznym nazywane są fotoelektronami.
