taman sam hteo na onom drugom topicu da kazem toci da je valjda ocigledno da topic koji se zove fotojonizacija nije od opsteg interesa, kad mi pade na pamet da, mada to iz danasnje perspektive gotovo smesno zvuci, ovaj pojam zapravo ima neku jeste-li-znali-da istorijsku vrednost iz makar dva razloga:
1. eksperimentalno otkrice fotojonizacije (iliti fotoelektricnog efekta) je istorijski bilo relativno kljucno za prihvatanje neophodnosti uvodjenja i utemeljivanje nekih osnovnih pojmova kvantne mehanike.
iz danasnje perspektive eksperiment se moze iskoristiti makar kao jedan od jednostavnijih primera tzv. dualnosti (dualiteta?) cestica i talasa, u ovom konkretnom slucaju cinjenice da se svetlost sastoji od diskretnih cestica, fotona.
2. mada mnogi cesto zaboravljaju, i mada se radi o istorijskom apsurdu, teorijsko objasnjenje fotoelektricnog efekta je zapravo bio zvanicni razlog za einsteinovu nobelovu nagradu. sto jel svakako cini da stvar zvuci bitno.
elem, da onda probamo da objasnimo sta je fotoelektricni efekat i zasto je makar istorijski bio bitan...
kao sto uopste nije ocigledno (jer je isto posledica kvantne mehanike) ali je iskustveno svima poznato atom se sastoji od pozitivno naelektrisanog jezgra (a ono od protona i neutroni, a oni pak od kvarkova, al to nije bitno) i negativno naelektrisanih elektrona koji oko jezgra kruze po nekim orbitama, donekle slicno kao planete oko sunca:
elektroni su vezani za jezgro jer se suprotna naeletrisanja privlace, i potrebno je uloziti neku energiju da bi se od njega odvojili - ovo se zove prosto energija vezivanja
E i trebace nam kasnije.
fotoelektricni efekat (ili fotojonizacija) je izbijanje elektrona iz atoma pomocu svetlosti:
(na ovoj slici elektroni su izbaceni i atoma koji se nalaze u metalu, a ne slobodni u gasu, ali nije bitno)
da svetlost nosi neku energiju nije nam (ni tada bilo) cudno - sunce greje, laserom se moze seci metal itd. huja zna i kako je to kada ga yoda uhvati sa svecom pa juri sa svetlosnom sabljom.
da tu energiju moze nekako da preda elektronu mozemo da prihvatimo (tacan nacin predaje energije je malo komplikovaniji i baziran na cinjenici da je svetolost elektromagnetno polje koje vrsi silu na naelektrisane cestice. zapravo i nacin na koji nas sunce greje je isti).
so far so good.
e sad sta je bilo zbunjujuce u eksperimentu?
ljudi su razumno pretpostavljali da je za fotoelektricni efekat jedina bitna karekteristika svetlosti njen intenzitet - sto je svetlosni snop sjajniji mora da nosi vecu energiju.
i to jeste tacno.
i taj intenzitet su oni nekako znali da mere, a recimo da je i oku ocigledno, pa detalji nisu bitni.
iz ovoga su dalje zakljucili da ako neki materijal obasjaju intenzivnijom svetloscu ono sto ce sigurno da se desi je da iz njega krene da izlece vise elektrona i sa vecom brzinom (kinetickom energijom).
e, ovo se ispostavilo da nije bas tako.
kao sto znamo svetlosni snop pored intenziteta ima jos jednu bitnu karakteristiku, a to je boja.
tehnicki boju svetlosti opisujemo frekvencijom
f, potpuno isto kao sto i "boju" glasa opisujemo frekvencijom, niski tonovi su niske frekvencije, visoki tonovi visoke.
kod svetolsti recimo plava boja odgovara visoj frekvenciji nego crvena. u dugi su boje monotono poredjane po frekvencijama.
al ovo se za fotoelekticni efekat smatralo nebitnim.
iz perspektive klasicne fizike ako imamo plavi i crveni snop svetlosti istog intenziteta (znaci nose istu ukupnu energiju) kada tim snopovima obasjamo isti materijal trebalo bi da vidimo isti efekat.
al jok.
ispostavlja se da ako materijal (neki imaginarni, nije bitno za koji bi bas ove dve boje ovako radile) obasjamo crvenim zrakom, ne desava se nista.
ako ga pak obasjamo plavim snopom istog intenziteta, elektroni krenu da vrcaju ko kokice.
e ovaj iznenadjujuci efekat je einstein (ako ne prvi, onda poslednji) objasnio tako sto je smelo pretpostavio:
da se svetlost zapravo sastoji od mnogo diskretnih ("kvantovanih") cestica, fotona.
i da svaki foton ima energiju proporcionalnu frekvenciji svetlosti, tacnije
h*f, gde je
h tzv plankova konstanta.
gore pomenuti plavi zrak zapravo ima manje fotona ali vece energije, dok crveni ima vise fotona ali manje energije.
posto fotoni interaguju sa elektronom jedan po jedan, energija jednog fotona mora biti veca od energije vezivanja da bi taj elektron bio otrgnut od jezgra, znaci
h*f > E.
i u ovom konkretnom primeru plavi foton ima dovoljno energije da izbije elektron iz atoma, dok crveni nema.
i posto nijedan crveni foton nema dovoljno energije da jonizuje atom, mos ti da ih saljes kolko hoces (svetlosni snop moze biti bilo koliko sjajan), dzaba ti.
i to se ispostavi kao tacno.
i on dobi nobelovu nagradu.
kurioziteta radi:
In the original film trilogy lightsaber blades were blue, green, or red. Red is usually associated with the Sith whereas blue and green colors are usually associated with the Jedi.
i zato pravda (usually) pobedjuje!