Fotoelektrik olayı, bir metal yüzeye yüksek enerjili fotonların bombardıman edilmesiyle gerçekleşir. Yeterli enerji sağlandığında,
her foton bir elektronu serbest bırakır. Bir elektron serbest kalınca, foton yok olur. Enerjisinin bir bölümü, fotunun metal yüzeyinin
engelini (engelleme etkisi metalden metale değişir) aşmasına yardım eder; enerjinin kalanı elektronların metaldan ayrılma hızını oluşturur.
Konu ile ilgili bilinmesi gereken kavramlar:
- Katot: Fotonlarla elektronları söktüğümüz plakadır.
- Anot: Sökülen elektronların ilerleyip ulaştığı diğer plakadır.
- Elektrot: Bir elektrokimyasal hücre içine veya dışına elektron taşıyan, genellikle metal olan ve elektrik akımını yürüten malzemeye denir.
- Elektromanyetik Radyasyon: Elektrik ve manyetizma etkileşimi yoluyla iletilen enerji çeşidine denir.
- Frekans: Bir dalganın saniye başına belirli noktadan kaç kez geçtiğini tanımlayan kavramdır.
- Fotosel: Foton, ışığa duyarlı katota çarptığında oluşan elektrik akımının akıtıldığı vakum tüpüne denir.
- Foton: Frekansına göre enerjisi değişen ışık parçacıklarıdır.
- Güneş Hücresi: Foton enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren, özel olarak hazırlanmış, silikondan imal edilen cihazdır.
1887'de Einstein ile aynı memlekette yetişen(Almanya) Heinrich Hertz, radyo dalgalarının varlığını keşfetmeye çalışırken fotoelektrik olayını keşfetti.
1902'de Einstein fotoelektrik olayını açıklamak için ışığın tanecikli bir yapıda olduğunu düşündü. İlerisinde Max Planck,
kara cisimlerin ışınımıyla bağıntılı olarak, ışığı dalgalardan değil fotonlardan(veyahut kuanta) denilen pek çok parçacıktan
oluşan bir şey olarak düşünmek gerektiğini söyledi, ışınım frekansının evrensel h değişmeziyle (Planck sabiti) çarpımıyla
belirlenen bir enerjisi vardır. Bu varsayıma göre ışınım frekansı ne kadar yüksekse dalga boyu o kadar küçük, fotonun enerjisi
o kadar büyüktür.Bu olay Einsten'ın denklemiyle gösterilebilir: mv^2/2=hf-P.
Burada mv^2/2, elektronun maddenin yüzeyinden ayrılma kinetik enerjisi, h Planck sabiti,f ışınım frekansını gösterir. Yani hf fotonun enerjisini, P de elektronun çıkma gerilimini yada elektronun metal yüzeyinden ayrılması için gerekli enerjidir.
Fotoelektrik olay bir çok bakımdan klasik fizığe aykırı bir durum teşkil etmekteydi. Fotoelektrik olayın klasik fizikle açıklanamayan gözlemleri şunlardır:
- Gelen ışığın frekansı metalin cinsıne bağlıdır.Eğer metalin cinsine göre belli bir değerin altında frekans ile (kesilim frekansının altında) ışık gönderilirse elektron yayınlanmaz.Bu durum FotoElektrik olayın, ışık şiddeti yeteri kadar yüksek olduğunda, her frekansta gerçekleşebileceğini söyleyen klasik fizikteki dalga kuramı ile uyuşmaz.
- Işığın frekansı, kesilim frekansından büyükse elektron yayınlanır ve yayınlanan fotoelektronların sayısı ışığın şiddetiyle orantılıdır.Fakat elektronların maksimum kinetik enerjisi ışığın şiddetinden bağımsızdır.Bu özellik, Klasik Fizik kanunları ile açıklanamaz.
- Fotoelektronların maksimum kinetik enerjileri ışığın frekansı arttıkça artar.
- Klasik olarak elektronların metalden çıkmak için gerekli kinetik enerjiyi kazanmadan önce, gelen ışınımı soğurmak için saniyeler mertebesinde bir zamana gereksinim duymaları gerekir.Fakat FotoElektrik olayda elektronların, alçak ışık şiddetlerinde bile, hemen hemen anında (yüzeye düştükten sonra 10-9 sn. sonra) yayınlandıkları görüldü.Bu durumda klasik fizik kanunları ile açıklanamayan bir etki idi.
Einstein'ın denklemi 1906'ya kadar doğrulanmadı. O tarihte, Robert Millika, Planck'ın kuantum kuramını deneylerle doğruladı.
Fotoelektrikk olayının bir başka örneği, bir insan bedenine çarpan ışık ışınının elektron çıkarması olayıdır. Bununla birlikte, fotoelektrik olayı her çeşit ışınımda ortaya çıkmaz; bu olayı genelde görülür ışık gerçekleştiremez fakat güneşin mor ötesi ışınları yaratabilir.