אם נקרין אור אולטרא סגול על מתכת, האוויר שמסביב למתכת יטען במטען חשמלי שלילי. זהו למעשה התוצא הפוטואלקטרי. בתופעה זו נפלטים אלקטרונים מפני המתכת כאשר קרינה אלקטרומגנטית פוגעת ונבלעת בה.
התוצא הפוטואלקטרי: אור הפוגע במתכת גורם לשחרור אלקטרונים
את התוצא הזה לא ניתן להסביר בעזרת התיאוריה הגלית של האור ולמעשה התוצא הפוטואלקטרי הנו אחד מאבני הדרך להבנת מכניקת הקוונטים. איינשטיין נתן הסבר לתוצא זה ולפיו האור מורכב מאוסף של חלקיקים,פוטונים, שלכל אחד מהם אנרגיה. האור מגיע במנות (קוונטות) של אנרגיה והאנרגיה של כל מנה שכזו פרופורציונלית לתדירות של האור. ברגע שפוטון פוגע בפני המתכת, הפוטון נעלם וכל האנרגיה שלו עוברת לאחד האלקטרונים שבמתכת.
לכל מתכת יש אנרגית סף מינימלית (אופינית לאותה מתכת) כך שאלקטרונים יכולים להתנתק מהמתכת רק אם האנרגיה (תדירות) של כל פוטון פוגע תהיה גדולה מאנרגית סף זו.
הסבר חלקיקי זה מבהיר לנו מדוע לכל מתכת קיימת תדירות סף, אשר אור בעל תדירות נמוכה יותר לא יגרום לפליטת אלקטרונים ממנה, ללא תלות בעוצמת האור. זה גם מסביר לנו מדוע כשאנו מגדילים את עוצמת האור מה שגדל זה רק את מספר הפוטונים. במקרה זה התדירות של כל פוטון אינה גדלה. לכן על מנת לשחרר אלקטרונים מהמתכת אנו לא צריכים להגביר את עוצמת האור הפוגע. מה שעלינו לעשות זה פשוט להגדיל את תדירות הפוטונים, כלומר להשתמש באור בעל אורך גל קצר יותר.
התוצא הפוטואלקטרי: אור הפוגע במתכת גורם לשחרור אלקטרונים
את התוצא הזה לא ניתן להסביר בעזרת התיאוריה הגלית של האור ולמעשה התוצא הפוטואלקטרי הנו אחד מאבני הדרך להבנת מכניקת הקוונטים. איינשטיין נתן הסבר לתוצא זה ולפיו האור מורכב מאוסף של חלקיקים,פוטונים, שלכל אחד מהם אנרגיה. האור מגיע במנות (קוונטות) של אנרגיה והאנרגיה של כל מנה שכזו פרופורציונלית לתדירות של האור. ברגע שפוטון פוגע בפני המתכת, הפוטון נעלם וכל האנרגיה שלו עוברת לאחד האלקטרונים שבמתכת.
לכל מתכת יש אנרגית סף מינימלית (אופינית לאותה מתכת) כך שאלקטרונים יכולים להתנתק מהמתכת רק אם האנרגיה (תדירות) של כל פוטון פוגע תהיה גדולה מאנרגית סף זו.
הסבר חלקיקי זה מבהיר לנו מדוע לכל מתכת קיימת תדירות סף, אשר אור בעל תדירות נמוכה יותר לא יגרום לפליטת אלקטרונים ממנה, ללא תלות בעוצמת האור. זה גם מסביר לנו מדוע כשאנו מגדילים את עוצמת האור מה שגדל זה רק את מספר הפוטונים. במקרה זה התדירות של כל פוטון אינה גדלה. לכן על מנת לשחרר אלקטרונים מהמתכת אנו לא צריכים להגביר את עוצמת האור הפוגע. מה שעלינו לעשות זה פשוט להגדיל את תדירות הפוטונים, כלומר להשתמש באור בעל אורך גל קצר יותר.
האלקטרונים המשתחחרים מהמתכת, כתוצאה מפגיעת קרינה אלקטרומגנטית, יכולים לגרום לזרם במערכת סגורה
מאת: חיים ברק
המחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
