Fotoefektas
Fotoelektrinis efektas yra fizikos reiškinys. Šis efektas pagrįstas idėja, kad elektromagnetinė spinduliuotė yra sudaryta iš daugybės dalelių, vadinamų fotonais. Kai fotonas pataiko į metaliniame paviršiuje esantį elektroną, elektronas gali būti išspinduliuotas. Išmesti elektronai vadinami fotoelektronais. Efektas dar vadinamas Herco efektu, nes jį atrado Heinrichas Rudolfas Hercas (Heinrich Rudolf Hertz), tačiau šis pavadinimas nėra dažnai vartojamas. Fotoelektrinis efektas padėjo fizikams suprasti kvantinę šviesos ir elektronų prigimtį. Dėl fotoelektrinio efekto buvo sukurta bangų ir dalelių dualumo sąvoka. Albertas Einšteinas pasiūlė fotoelektrinio efekto dėsnius ir 1921 m. gavo Nobelio fizikos premiją.
Diagrama, kurioje parodyta, kaip elektronai išspinduliuojami iš metalinės plokštelės
Mechanizmas
Ne kiekviena elektromagnetinė banga sukelia fotoelektrinį efektą, tik tam tikro dažnio ar aukštesnio dažnio spinduliuotė sukelia šį efektą. Mažiausias reikalingas dažnis vadinamas "ribiniu dažniu" arba "slenkstiniu dažniu". Ribinis dažnis naudojamas darbo funkcijai, w {\displaystyle w}, rasti. 
, t. y. energijos kiekis, išlaikantis elektroną prie metalo paviršiaus. Darbo funkcija yra metalo savybė ir jai neturi įtakos įeinanti spinduliuotė. Jei į metalo paviršių patenka šviesos dažnis, kuris yra didesnis už ribinį dažnį, išspinduliuotas elektronas turės tam tikrą kinetinę energiją.
Fotoelektrinį efektą sukeliančio fotono energija nustatoma pagal formulę E = h f = K E + w {\displaystyle E=hf=KE+w} 
, kur h {\displaystyle h}
- Planko konstanta, 6,626×10 −34J-s, f {\displaystyle f}
- elektromagnetinės bangos dažnis, K E {\displaystyle KE}
- fotoelektrono kinetinė energija, o w {\displaystyle w} - metalo darbo funkcija. Jei fotono energija didelė, gali vykti Komptono sklaida (~ tūkstančiai eV) arba porų gamyba (~ milijonai eV).
Vien šviesos intensyvumas nesukelia elektronų išmetimo. Tai gali padaryti tik išjungimo dažnio ar aukštesnio dažnio šviesa. Tačiau, didinant šviesos intensyvumą, išsiskiriančių elektronų skaičius didėja, jei šviesos dažnis yra didesnis už ribinį dažnį.
Istorija
1887 m. Heinrichas Hercas pirmą kartą pastebėjo fotoelektrinį efektą. Jis pranešė, kad kibirkštis lengviau peršoka tarp dviejų įkrautų rutuliukų, jei juos apšviečia šviesa. Siekiant sužinoti apie Herco pastebėtą efektą, buvo atliekami tolesni tyrimai. 1902 m. Filipas Lenardas (Philipp Lenard) įrodė, kad fotoelektrono kinetinė energija nepriklauso nuo šviesos intensyvumo. Tačiau tik 1905 m. Einšteinas pasiūlė teoriją, kuri visiškai paaiškino šį efektą. Teorijoje teigiama, kad elektromagnetinė spinduliuotė yra dalelių, vadinamų fotonais, seka. Fotonai susiduria su paviršiuje esančiais elektronais ir juos išspinduliuoja. Ši teorija prieštaravo įsitikinimui, kad elektromagnetinė spinduliuotė yra banga. Todėl iš pradžių ji nebuvo pripažinta teisinga. 1916 m. Robertas Millikanas (Robert Millikan) paskelbė eksperimentų, atliktų naudojant vakuuminį fotorobotą, rezultatus. Jo darbas parodė, kad Einšteino fotoelektrinė lygtis labai tiksliai paaiškina elgseną. Tačiau Millikanas ir kiti mokslininkai neskubėjo pripažinti Einšteino šviesos kvantų teorijos. Maksvelo banginė elektromagnetinės spinduliuotės teorija negali paaiškinti fotoelektrinio efekto ir juodojo kūno spinduliuotės. Juos paaiškina kvantinė mechanika.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra fotoelektrinis efektas?
A: Fotoelektrinis efektas yra fizikos reiškinys, kai elektromagnetinė spinduliuotė susideda iš dalelių, vadinamų fotonais, ir kai jie patenka į metalinio paviršiaus elektronus, elektronas gali būti išspinduliuotas, sudarydamas fotoelektronus.
K: Kas atrado fotoelektrinį efektą?
A: Fotoelektrinį efektą atrado Heinrichas Rudolfas Hercas.
K: Kodėl fotoelektrinis efektas dar vadinamas Herco efektu?
A: Fotoelektrinis efektas dar vadinamas Herco efektu, nes jį atrado Heinrichas Rudolfas Hercas.
K: Kas yra bangų ir dalelių dualumas?
A: Bangų ir dalelių dualumas yra koncepcija, sukurta dėl fotoelektrinio efekto, kuris padėjo fizikams suprasti kvantinę šviesos ir elektronų prigimtį.
K: Kas pasiūlė fotoelektrinio efekto dėsnius?
A: Fotoelektrinio efekto dėsnius pasiūlė Albertas Einšteinas.
K: Koks buvo fotoelektrinio efekto indėlis į fiziką?
A: Fotoelektrinis efektas padėjo fizikams suprasti šviesos ir elektronų kvantinę prigimtį, sukurti bangų ir dalelių dualumo sąvoką ir prisidėjo prie Alberto Einšteino, 1921 m. gavusio Nobelio fizikos premiją, pasiūlytų Fotoelektrinio efekto dėsnių.
K: Kaip vadinami fotoelektrinio efekto metu išspinduliuoti elektronai?
A: Fotoelektrinio efekto metu nuo metalo paviršiaus išspinduliuoti elektronai vadinami fotoelektronais.
