develide.com

Mühendis bir kamera flaşı aldı, masanın üzerindeki minik devre kartına doğrultarak açtı. Odayı bir anlığına ışık kapladı. Herkes gözlerini kırpıştırdı ve karşılarındaki bilgisayar çökmüştü.

ekibi, okullar ve elektronik meraklıları için ürettikleri uygun fiyatlı bilgisayarın fotoğrafının çekilmesinden nefret ettiğini söylemişti. En azından büyük bir xenon flaş lambasıyla fotoğraf çekildiğinde.

Raspberry Pi'nin kurucusu Eben Upton, "Hepimiz bundan keyif aldık" diye hatırlıyor. Bilgisayardaki bir çipin fotoelektrik etkiye duyarlı olduğunu fark etmişlerdi. Bu etki, ışık elektronların salımını ve dolayısıyla elektrik akımını tetiklediğinde oluşuyordu. Bir tür ters "ışık anahtarı" denebilir.

Upton ve meslektaşları bu sorunu öngörmemişti. Cihaz 2015 başlarında satışa çıktıktan kısa bir süre sonra bir Raspberry Pi 2 kullanıcısı tarafından keşfedildi.

Bilgisayarın sonraki sürümlerinde, sorunlu çipe, gelen ışığı emecek kadar kalın bir siyah kaplama yapılmıştı.

Albert Einstein, 100 yıldan fazla bir süre önce, 1905'te henüz doktora öğrencisiyken yayımladığı çığır açıcı bir makalede fotoelektrik etkisini tanımlamıştı. 1921'de bu makale ona Nobel Fizik Ödülü'nü kazandırdı.

Fotoelektrik etki, hırsız alarmlarından güneş panellerine ve akıllı telefonlardaki kameraya kadar her türlü teknolojiyi şekillendirdi.

Daha iyi anlamak için, Einstein'ın 1905'te aklına takılan şu soruyu ele alalım: Işık neden oluşur?

O dönemde birçok bilim insanı, ışığın salt bir dalga olarak var olduğunu ileri sürmüştü.

Max Planck, ışığı da içeren radyasyonun ayrı enerji paketlerinden oluştuğunu savunan "kuanta" teorisini çoktan ortaya atmıştı, ancak bu teori oldukça tartışmalıydı.

Heinrich Hertz de dahil olmak üzere bilim insanları, ışıkla küçük kıvılcımlar oluşturarak veya altın yaprak parçalarını elektrikle yükleyerek birbirlerini itmelerine neden olarak fotoelektrik etkinin farklı versiyonlarını da göstermişlerdi.

ABD'deki Gettysburg Koleji'nden Steve Gimbel, "Işığın elektrik üretebildiği ve insanların aklını başından alan bazı tuhaf, açıklanamayan olaylar vardı; bu hiçbir anlam ifade etmiyordu" diyor.

En tuhaf şey, ışığın yoğunluğunun üretilen elektronların enerjisini etkilememesi, ancak ışığın frekansının veya renginin etkilemesiydi.

Bu akıl almazdı. Daha fazla ışık daha fazla enerji anlamına gelmeli, değil mi?

Einstein, ışığın dalga benzeri özelliklere sahip ayrı paketlerden veya parçacıklardan (daha sonra foton olarak adlandırıldı) oluşması durumunda, bu parçacıkların enerjisinin bunu açıklayabileceğini fark etti.

York Üniversitesi'nden Paul Davies, "Tek bir foton bir elektrona çarptığında, elektron uyarılır" diye açıklıyor.

Foton yeterli enerjiyle düştüğü sürece, fotoelektrik etki meydana gelir ve elektron maddeden serbest kalır.

Bir fotonun enerji değeri, görünür ışığın rengiyle doğrudan ilişkilidir. Örneğin, mavi ışıktaki fotonlar kırmızı ışıktakilerden daha fazla enerjiye sahiptir.

Bu nedenle Hertz, deneylerinden birinde özellikle enerjik ultraviyole ışığın daha güçlü kıvılcımlar üreteceğini bulmuştur.

Einstein'ın çalışmaları, özellikle de görelilik teorisi herkesi bölmüştü, bu yüzden Nobel fizik komitesinin bazı üyeleri ona ödül vermekte tereddüt ettiler. Ödül verdiklerinde ise, ödülü fotoelektrik etki üzerine yaptığı çalışmalardan dolayı vermeyi tercih ettiler.

Bilim insanları uzun zamandır bunun en iyi seçim olup olmadığını tartışıyorlar.

Ancak fotoelektrik etkiden yararlanmanın dünyamızın işleyiş biçimini değiştirdiğine dair çok az şüphe var. Çünkü birçok teknoloji buna dayanıyor.

Örneğin, hırsız alarm sistemlerindeki hareket sensörleri kızılötesi bir ışık demeti yayar.

Bu ışın bir davetsiz misafir tarafından kesildiğinde, sensöre ulaşan ışık değişir, elektrik akımı değişir ve bu da alarmı çalıştırır.

Olimpiyat Oyunları'ndaki bitiş çizgilerinde, koşucuların tam olarak ne zaman geçtiğini tespit etmek için fotoelektrik hücreler kullanılır.

Bu teknoloji, gemilerin sisi, arabaların ise yağmuru algılayarak sis düdüklerini ve silecekleri otomatik olarak çalıştırmasını sağlar.

Fotoelektrik etkinin bir diğer popüler uygulaması da, dijital kameraların görüntü yakalayan ışığa duyarlı parçası olan kamera sensörleridir.

Neredeyse hepsi, 1990'larda NASA tarafından uzayda kullanılmak üzere ince ayar yapılan ve daha sonra milyarlarca akıllı telefona kurulan CMOS teknolojisini kullanıyor.

Bu projede yer alan mühendislerden Eric Fossum, şu anda hayal edilebilecek en küçük ışık miktarına, yani tek bir fotona duyarlı görüntü sensörleri üzerinde çalışıyor.

Laboratuvarlarda halihazırda kullanılan bu "foton sayaçları", örneğin tıbbi tomografi tarayıcılarında görüntü kalitesini artırırken hastaları daha az radyasyona maruz bırakarak dijital görüntülemede devrim yaratabilir.

Dartmouth College'da çalışan Fossum, "Bu yeni teknoloji sayesinde karanlıkta bile neredeyse görme yeteneğimiz olayacak" diyor.

Einstein'ın 1905'te fotoelektrik etki teorisini yazmasından bu yana, bu konuyla ilgili birçok eğlenceli şey keşfedildi.

Ama dahası da var.

1960'larda, ilk Ay iniş araçları Ay ufkunda tuhaf bir şey fark etti: Tuhaf bir parıltı, neredeyse yavaşça kaybolan bir gün batımı gibi.

Ancak Ay'ın Dünya'nınki gibi bir atmosferi yok ve gezegen kendi ekseni etrafında dönerken gün doğumlarını ve gün batımlarını yaratan, atmosferimizdeki parçacıklar tarafından saçılan ışık.

Peki bu Ay parıltısı nereden geliyordu?

Güneşten gelen ışığın Ay'ın yüzeyindeki toza çarptığı ve fotoelektrik etki yoluyla ona pozitif bir elektrik yükü verdiği ortaya çıktı.

Bu küçük toz parçacıkları böylece birbirlerini iterek periyodik olarak Ay yüzeyinin üzerinde havada asılı kaldı Bunu yaparken, yeni batan Güneş'in ışığını yakaladılar ve o büyülü parıltıyı yarattılar.

Bu içerik, Nobel Prize Outreach ve BBC tarafından ortak hazırlanmıştır.

Albert Einstein, Teknoloji, Dünya, Son Dakika

Son Dakika › Teknoloji › Einstein'ın Işığı: Fotoelektrik Etki ve Uygulamaları - Son Dakika