Foto-elektrisch effect
Het woord ’foto’ slaat op licht, het woord ‘elektrisch’ op
elektronen. Bij het foto-elektrisch effect schijn je licht op
een metaal of een halfgeleider en kijk je of je op die manier
elektronen uit het materiaal kunt losmaken. Daar is energie voor
nodig. Voor de vraag of het lukt om elektronen los te maken, blijkt
de totale hoeveelheid energie niet van belang te zijn. Als je op een
bepaald metaal met rood licht schijnt en er komt geen elektron vrij,
dan helpt het niet om de intensiteit van dat rode licht te verhogen.
Het helpt ook niet om langere tijd rood licht op het materiaal te
schijnen, er komen nog steeds geen elektronen vrij. Kennelijk kunnen
de elektronen geen energie uit de straling verzamelen of opsparen,
om daarmee uit het materiaal te komen.
Wat wel helpt, is een andere kleur licht nemen. Om precies te zijn, het helpt om in de volgorde van de kleuren van de regenboog naar de blauwe kant op te schuiven. Dan ga je naar kleinere golflengtes, wat via f=c/λ neerkomt op grotere frequenties. Bij een bepaalde kleur komen er wel elektronen uit het materiaal, en dan ook onmiddellijk, er is geen tijd nodig om energie op te sparen. Bij welke frequentie dit precies gebeurt, is per materiaal verschillend, maar het is altijd zo dat het met kleuren met golflengtes aan de rode kant niet lukt, en na een bepaalde grens lukt het aan de blauwe kant wel.
Fotonen
Het foto-elektrisch effect werd door Einstein verklaard door aan te
nemen dat het licht bestaat uit pakketjes energie die in één klap
geabsorbeerd kunnen worden.
Foton
De energie van die pakketjes, die fotonen worden genoemd, wordt gegeven door:
Symbolen:
E is energie in Joule (J), h is de constante van Planck, die we bij de de broglie-golflengte tegenkwamen. De waarde van deze constante is 6,6∙10-34 Js ; f is de frequentie van het licht in Hertz (Hz).
Blauw licht heeft een grotere frequentie dan rood licht. De
fotonen hebben dan een grotere energie. Als je boven de
grensfrequentie van een materiaal zit, is die energie groot genoeg
om een elektron in één klap voldoende energie te geven om uit het
materiaal te komen. Het elektron absorbeert dan zo’n foton.
Intensief rood licht bestaat dan wel uit heel veel fotonen, maar die pakketjes energie zijn allemaal per stuk te klein om een elektron los te maken. Het moet in één klap, een elektron kan geen fotonen sparen.
Dit blijkt verder toepasbaar op het hele elektromagnetisch spectrum, dat bestaat helemaal uit fotonen, die een steeds grotere energie krijgen als je van radiostraling naar infrarood, rood, oranje, geel, groen, blauw, violet, ultraviolet, röntgenstraling en gammastraling gaat.
Een digitale camera werkt met dit foto-elektrisch effect. Fotonen
maken elektronen vrij, de informatie over waar dat gebeurt wordt
langs elektronische weg verwerkt.