|
Fotoeffekt hodisasi va uning qo’llanishi
|
| bet | 3/5 | | Sana | 10.02.2022 | | Hajmi | 383.81 Kb. | | #17326 |
Bog'liq umumiy fizika mustaqil ishi Irodaxon, 3 labaratoriya ishi, BMI-3, Tashqi taqriz1, falsafa 11, ramazonovjõrabek3-lhi, 1. Ishlab , ENG 34, chizma edit, 2 5233716116043347621, 1-10 mevalar, Aholi turmush darajasi statistikasi., AMALIY1, 2 sinf olimoiadaFotoeffekt hodisasi va uning qo’llanishi
Yorug‘likning moddaga ko‘rsatadigan ta‘siri bilinadigan turli hodisalar orasida fotoeffekt, ya‘ni yorug‘lik ta‘sirida moddaning elektronlar chiqarishi muhim o‘rin egallaydi.bu hodisani tahlil qilish yorug‘lik kvantlari haqidagi tasavvvurni yaratdi va hozirgi zamondagi nazariy tasavvurlarni rivojlanishida
muhim rol o‘ynadi. Fotoeffekt hodisasini nemis fizigi Gers kashf qildi. Bu hodisaning mohiyati quyidagidan iborat: elektrometrga rux plastinkani o‘rnatib,uni manfiy zaryad bilan zaryadlaymiz. Plastinkani tarkibida ultrabinafsha nurlar bo‘lgan kuchli yorug‘lik manbai, masalan, elektr yoyi bilan yoritamiz, bunda plastinka o‘z zaryadini tez yo‘qotganini, ya‘ni elektrometr strelkasini pasayganini ko‘ramiz. Nurlar yo‘liga
ultrbinafsha nurlarni o‘tkazmaydigan qalin shisha plastinkani qo‘yib, tajribani takrorlaymiz, bunda plastinka zaryadini yo‘qotmaydi. Rux plastinkani musbat zaryad bilan ma‘um potensialgacha zaryadlaymiz va elektr yoyi bilan yoritamiz, bu holda esa plastinka zaryadini yo‘qotmaganini, strelka holatining o‘zgarmaganligini ko‘ramiz. Bundan yorug‘lik manfiy zaryadlangan metalldan zarralarni urib chiqarishi kelib chiqadi. Ularning zaryadini 1898-yilda J.J.Tomson aniqlagan va bu zarralarelektronlardan iborat ekanligini ko‘rsatgan. Fotoeffekt turlari:
Tashqi fotoeffekt;
Ichki fotoeffekt;
Tashqi fotoeffekt metallarni aniq bir chastotali yorug‘lik bilan nurlantirilganda elektronlar chiqishi bilan bog‘liq. Agar elektronlar faqat ―o‘z ― atomlari va molekulalari bilan bog‘lanishni yo‘qotsa-yu, lekin yoritilayotgan moddaning ichida ― erkin elektron ―lar sifatida qolsa va shu bilan barcha moddalarning elektr o‘tkazuvchanligini oshira borsa, u vaqtda bunday fotoeffekt ichki fotoeffekt deb ataladi. Ichki fotoeffektni 1873-yilda amerikalik fizik U.Smitt kashf qilgan va yarimo‘tkazgichlarda, ba‘zan dielektriklarda kuzatgan. Tashqi foto- effektni 1887-yilda Gers kashf qilgan va 1888-yilda A.G.Stoletov tomonidan mufassal tekshirilgan. Stoletov qurilmasi rasmda ko‘rsatilgan:
Yorug‘lik kvars darcha orqali havosi so‘rib olingan balon ichiga o‘tib, K katodni yoritadi. Katod vazifasini ruxdan yasalgan plastinka o‘taydi. Fotoeffekt natijasida chiqararilayotgan elektronlar elektr maydon ta‘sirida A anodga tomon harakatlanadi. Natijada asbob zanjiridan fototok o‘tadi va uni mA milliampermetr bilan o‘lchanadi. Anod bilan katod orasidagi kuchlanish P potensiometr yordamida o‘zgartirilishi mumkin. Fototokning anod kuchlanishiga bog‘liqligi fotoeffektning volt-amper xarakteristikasi deyiladi.
Fotoefektning 4 ta asosiy qonuni bor:
1. Muayyan fotokatodga tushayotgan yorug‘likning spektral tarkibi o'zgarmas bo'lsa, fototokning to'yinish qiymati yorug‘lik oqimiga to‘g‘ri proporsional.
boshlang‘ich tezliklarining maksimal qiymati yorug‘lik intensivligiga bog‘liq emas. Yorug‘likning to'lqin uzunligi o'zgarsa, fotoelektronlarning maksimal tezliklari ham o'zgaradi.
Har 0 bir U fotokatod uchun biror "qizil chegara" mavjud bo'lib, undan kattaroq to'lqin uzunlikli yorug‘lik ta'sirida fotoeffekt vujudga kelmaydi. q ning qiymati yorug‘lik intensivligiga mutlaqo bog‘liq emas, u faqat fotokatod materialining kimyoviy tabiatiga va sirtining holatiga bog‘liq.
Yorug‘lik fotokatodga tushishi va fotoelektronlarning hosil bo'lishi orasida sezilarli vaqt o'tmaydi.
Fotoeffektning 1- qonunini to'lqin nazariyasi asosida
ν
tushuntirish mumkin. Lekin to'lqin
nazariya 2- 3- va 4- qonunlarni tushuntirishga
ojizlik qiladi.
Haqiqatan to'lqin nazariya asosan fotokatodga tushayotgan ixtiyoriy to'lqin uzunlikka ega bo'lgan yorug‘likning intensivligi ortgan sari ajralib chiqayotgan fotoelektronlarning energiyasi ham ortishi lozim edi. Vaholanki, tajribalarning ko'rsatishicha, fotoelektronlarning energiyasi yorug‘lik intensivligiga mutlaqo bog‘liq emas.
Ikkinchidan, to'lqin nazariyaga asosan, elektron metalldan ajralib chiqishi uchun kerakli energiyani har qanday yorug‘likdan olishi mumkin, ya'ni yorug‘lik to'lqin uzunligining ahamiyati yo'q. Faqat yorug‘lik intensivligi yetarlicha katta bo'lishi lozim. Vaholanki, to'lqin uzunligi "qizil chegara"dan katta bo'lgan yorug‘likning intensivligi qar qancha katta bo'lsa ham fotoeffekt hodisasi ro'y bermaydi. Aksincha, to'lqin uzunligi "qizil chegara"dan kichik bo'lgan yorug‘lik intensivligi nihoyat zaif bo'lsa ham fotoeffekt kuzatiladi. Nihoyatda zaif intensivlikdagi yorug‘lik tushayotgan taqdirda yorug‘lik to'lqinlar tashib kelgan energiyalar evaziga metalldagi elektron ma'lum miqdordagi energiyani jamg‘ara olishi kerak. Bu energiya elektronning metalldan chiqishi uchun () yetarli bo'lgan holda fotoeffekt sodir bo'lishi kerak. Hisoblarning ko'rsatishicha, intensivligi juda kam bo'lgan yorug‘likdan ga yetarli energiyani elektron jamg‘ara olishi uchun soatlab, ba'zan hattoki sutkalab vaqt o'tishi lozim.
Tajribalarda esa metallga yorug‘likning tushishi va fotoelektronlarning paydo bo'lishi orasida 10-8 s lar chamasi vaqt o'tadi xolos.
Demak, yorug‘likning to'lqin nazariyasi va fotoeffekt orasida yuqorida bayon qilingan mos kelmasliklar mavjud. Shuning uchun 1905 yilda A.Eynshteyn yorug‘likni kvant nazariyasini taklif qildi. Eynshteyn Plank nazariyasini yorug‘lika nisbatan qo'llab, yorug‘lik kvantlar tariqasida nurlanibgina qolmay, balki yorug‘lik energiyasining tarqalishi ham, yutilishi ham kvantlashgan bo'lishini ta'kidladi.
Bunda yorug‘lik fotonlar (yorug‘lik zarralari) sifatida qaraladi. h energiyaga ega bo'lgan foton o'z energiyasini metalldagi elektronga beradi. Agar bu energiya yetarlicha katta bo'lsa, metalldan elektron ajralib chiqadi. Energiyaning qolgan qismi esa metalldan tashqariga chiqib olgan elektronning maksimal kinetik energiyasi sifatida namoyon bo'ladi. Buni
ko'rinishda ifodalash mumkin. Bu tenglama Eynshteyn tenglamasi deb ataladi. Eynshteyn tenglamasi fotoeffektning barcha qonunlarini tushuntira oladi. Xususan qizil chegara uchun h=
Kompton effekti
Yorug‘likning korpuskulyar(kvant) xossalari Kompton effektida yorqin nomoyon bo'ladi. Amerikalik fizik Kompton 1923-yilda yengil atomli moddalarda monoxromatik rentgen nurlarining sochilishini o'rganayotib, sochilgan nurlanish tarkibida birlamchi to'lqin uzunlikli nurlanish bilan birga kattaroq to'lqin uzunlikli
nurlanish borligini aniqladi.
Kompton effekti modeli: to‘lqin uzunlikli yorug‘lik o‘ngdan chapga yo‘nalgan. Elektron bilan to‘qnashgandan so‘ng to‘lqin uzunlikda, dastlabki yo‘nalishidan burchakka og‘gan holda tarqaladi. Strelka bilan foton bilan to‘qnashgandan keyin elektron yo‘nalishi ko‘rsatilgan.
Fotonning tinch turgan elektrondan sochilishida (sochilishgacha va shochilishdan keyingi) chastotalari quyidagicha bog‘lanishga ega:
Bunda —sochilish burchagi
To‘lqin uzunliklariga o‘tsak:
Bunda elektronning kompton to‘lqin uzunligi
,4263 m
Komton sochilishi natijasida fotonning energiyasi kamayishi kompton siljishi deb ataladi.
Kompton effektida energiya saqlanishi quyidagicha ifidalanadi:
Shunday qilib, Kompton effekti deb nurlanish (rentgen, - nurlanish) moddaning erkin elektronlarida sochilishi natijasida to'qin uzunligining ortishiga aytiladi.
To'lqin nazariya nuqtai nazaridan bu hodisani tushintirib bo'lmaydi. Elektron yorug‘lik to'lqini ta'sirida shu to'lqin chastotasiga teng chastota bilan tebranishi va shu chastotaga teng to'lqin nurlantirishi kerak. Kvant nuqtai nazariga ko'ra rentgen fotonlarining kristall elektronlari bilan ta'sirlashganda yuqoridagi ifoda hosil bo'ladi.
Komptonning teskari effekti deb shunday hodisaga aytiladiki, bunda foton energiyasidan yuqori energiyali elektronlarda sochilishga uchraganda yorug‘lik chastotasi ortadi. Sochilgan fotonlar energiyasi quyidagi ifoda bilan aniqlanadi:
Bunda va — sochiluvchi va tushuvchi foton energiyalari, K — elektron kinetik energiyasi
Issiqlik nurlanishi
Elektromagnit nurlanishiga elektr zaryadlarining, xususan, moddaning atomlari va molekulalari tarkibiga kiruvchi zaryadlarning tebranishi sabab bo'ladi. Masalan, molekulalar va atomlarning tebranma va aylanma harakati infraqizil nurlanishni, atomda elektronlarning muayyan ko'chishlari ko'rinadigan va infraqizil nurlanishni, erkin elektronlarning tormozlanishi esa rentgen nurlanishini vujudga keltiradi.
Tabiatda elektromagnit nurlanishning eng katta tarqalgan turi issiqlik nurlanishi bo'lib, u moddaning atomlari va molekulalarining issiqlik harakati energiyasi hisobiga bo'lib, nurlanayotgan jismning sovishiga olib keladi. Issiqlik nurlanishida energiya taqsimoti temperaturaga bog‘liq: past temperaturada issiqlik nurlanishi, asosan, infraqizil nurlanishdan, yuqori temperaturalarda ko'rinadigan va ultrabinafsha nurlanishdan iborat.
Har qanday jism o'z nurlanishi bilan birga jismlar chiqarayotgan nur energiyasining bir qismini yutadi. Bu jarayon nur yutish deyiladi. Biror yuza orqali o'tayotgan Ф oqim deb vaqt birligi ichida shu yuzadan o'tayotgan nurlanish energiyasi tushuniladi.
Ф=dW/dt.
Nurlanish oqimi Ф biror plastinkaga tushayotgan bo'lsin . Bu oqim qisman qaytadi (Фq) qisman jismda yutiladi (Фyu), qolgani jismdan o'tadi (Фo'), ya'ni
Фq + Фyu + Фo'=Ф
Фq/Ф= A - jismning nur qaytarish qobiliyati;
Фyu/Ф=E - jismning nur yutish qobiliyati;
Фo'/Ф=D - jismning nur o'tkazish qobilyati;
A +E + D = 1
Nisbatan qalinroq bo'lgan jismlar uchun D=0 va
A +E = 1,
Tajribalarning ko'rsatishicha E va A, va T larning funksiyasidir
A,Т +E,Т = 1
Umuman A, Т va E, Т larning qiymatlari 0 dan 1 gacha o'zgaradi. 1) A,Т =1 E,Т = 0 nur to'la qaytariladi (absolyut oq jism);
2) A,Т =0 E,Т = 1 nur to'la yutiladi (absolyut qora jism).
Tabiatda absolyut oq jism ham, absolyut qora jism ham bo'lmaydi. Har qanday jism tushayotgan nurlanishning bir qismini yutsa, qolgan qismini qaytaradi.
Farqi shundaki, ba'zi jismlar ko'proq qismini yutib ozrog‘ini qaytarsa, boshqa jismlar ko'prog‘ini qaytarib ozrog‘ini yutadi. Masalan, qorakuya uchun = 0,40 0,75 mkm sohada E,Т =0,99.
Nur yutish qobiliyati hamma to'lqin uzunliklar uchun bir xil va birdan kichik bo'lgan jism kulrang jism deb ataladi.
E,Т = Eт=const < 1.
Absolut qora jismni quyidagi model asosida tushuntirish mumkin: jism deyarli yopiq kovak ko‘rinishiga ega bo‘lib, uning kichik teshigi diametri juda kichik. Teshikdan kirgan nurlanish kovak devoriga tushadi, qisman devorda yutiladi, qisman sochib yuboriladi yoki qaytadi va yana devorga tushadi. Teshik kichik bo‘lganligi tufayli teshikdan kirgan nur yana teshikdan tashqariga chiqib ketguncha idish devorlaridan ko‘p marta qaytadi va sochiladi. Devorda takroriy yutilish oqibatida har qanday chastotali yorug‘lik bunday kovakda amalda butunlay yutilib qoladi.
Issiqlik nurlanishi boshqa turdagi nurlanishlardan bir xususiyati bilan farq qiladi. T temperaturadagi jism issiqlik o'tkazmaydigan qobiq bilan o'ralgan deb faraz qilaylik. Jism chiqargan nurlanish qobiqqa tushib undan bir yoki bir necha marta qaytadi va yana jismga tushadi. Jism bu nurlanishni qisman yoki to'la yutadi. Qisman yutsa, qolgan qismini qaytaradi. Shuning uchun jism vaqt birligi ichida qancha energiya chiqarsa, shuncha energiya yutadi va jismning temperaturasi o'zgarmaydi. Bu holatni muvozanatli holat deyiladi.
Shu sababdan issiqlik nurlanishini muvozanatli nurlanish deb yuritiladi. qobiq ichida 2 ta bir xil temperaturadagi jism bo'lsin. Agar jismlardan biri ko'proq energiya yutayotgan bo'lsa, bu jisming temperaturasi ortib ketadi. Buning evaziga 2-jismning temperaturasi kamayib ketishi kerak. Lekin bu termodinamikaning 2 - qonuniga zid. Aytaylik 1 - jism oddiy, 2 - jism absolyut qora jism bo'lsin:
nur chiqarish: 1:Eт 2: εт
nur yutish: Aт 1
1-jism 2- jism nurlantirgan energiyaning AT qismini, ya'ni Aт εт energiyani yutadi. Demak, 1 - jism uchun Eт = Aтεт. 2-jism 1-jism chiqargan ET energiyani va bu jism qaytargan (1- Aт) εт energiyani yutadi, ya'ni 2-jism uchun
εт= Eт+(1- Aт) εт
Bulardan
Eт/Aт= εт/1= εт.
Bu Kirxgofning integral qonunidir: har qanday jismning muayyan temperaturadagi to'la nur chiqarish va nur yutish qobiliyatining nisbati o'zgarmas kattalik bo'lib, u ayni temperaturadagi absolyut qora jismning to'la nur chiqarish qobiliyatiga teng.Ixtiyoriy jismning nur chiqarish va nur yutish qobiliyatining nisbati bu jismning tabiatiga bog‘liq bo'lmay, barcha jismlar uchun to'lqin uzunlik va temperaturaning universal funksiyasidir va u absolyut qora jismning nur chiqarish qobiliyati εT ga tengdir.
Issiqlik nurlanish nazariyasining eng asosiy vazifasi absolyut qora jism uchun =(ν,т) ning ko'rinishini topishdir. Yorug‘likning kvant xossalarini ko‘rib chiqayotganimiz uchun issiqlik nulanishining Plank nazariyasini ko‘rib chiqamiz:
Plank nazariyasiga ko‘ra ixtiyoriy yorug‘lik manbaidan tarqalayotgan yorug‘lik nuri vaqt bo‘yicha uzluksiz tarqalmasdan uzlukli, ya‘ni portsiya-portsiya bo‘lib tarqaladi. Bunga yorug‘likning kvantlardan(foton) tashkil topganligi sabab bo‘ladi.
=(ν,т) quyidagicha ko‘rinishga ega:
Bu ifodada c=m/s - yorug‘lik tezligi, k= j/grad - Bolsman doimiysi, h= js – Plank doimiysi. Agar juda kichik bo‘lsa nisbat 1 dan juda kichik bo‘ladi, bu holda yuqoridagi ifodani soddalashtirish
mumkin. ning darajalari bo‘yicha qatorga yoyib va yuqori
darajalarni hisobga olmasak absolut qora jism uchun klassik nazariya bo‘yicha topilgan ifoda kelib chiqadi. Bu holat past chastotalar sohasida kvant nazariya xulosalari klassik nazariya xulosalari bilan mos kelishini ko‘rsatadi. Plank topgan formulaning yana bir o‘ziga xos jihati shundaki, u tajriba natijalari bilan deyarli to‘liq mos tushadi.
|
| |
