26-mavzu. Fotoeffekt hodisasi. Fotoeffekt qonunlari. Komton effekti Reja

26-mavzu. Fotoeffekt hodisasi. Fotoeffekt qonunlari. Komton effekti
Reja:

1. 
   Fotoelektrik effekti
   
2. 
   Fotoelementlar va ularning qo‘llanilishi
   

Xulosa

1. Fotoelektrik effekti

1887 yilda nemis fizigi G.Gers tomonidan kashf qilindi va 1888-1890 yillarda A.G.Stoletov tomonidan eksperimental tadqiq qilindi. 1990 yilda fotoeffekt hodisasi F.Leonard tomonidan yetarlicha o‘rganildi. Bu vaqtga kelib elektron (D.Tomson 1897 yil) kashf etilgan edi, va ma’lum bo‘ldiki fotoeffekt (yoki aniqrog‘i tashqi fotoeffekt) moddadan unga tushadigan yorug‘lik ta’sirida elektronlarni yulib olishdan iborat ekan. Fotoeffektni tadqiq qilish tajribasining qurilmasining chizmasi 1-rasmda tasvirlangan.

1-rasm. Fotoeffektni o‘rganish tajriba qurilmasining chizmasi.

Tajribalarda yuzasi yaxshi tozalangan ikkita metall elektrodli shisha vakuumli ballon ishlatiladi. Elektrodlarga ikki tomonlama kalit yordamida qutblarini o‘zgartirish mumkin bo‘lgan birmuncha kuchlanish U beriladi. Elektrodlardan biri (katod K) kvars darcha orqali  to‘lqin uzunlikli monoxromatik yorug‘lik bilan yoritiladi. 2-rasmda katodga tushib turgan yorug‘lik oqimini ikki xil qiymati uchun olingan odatdagi egri chiziqli bog‘lanish grafigi tasvirlangan.

2-rasm. Fototok kuchini unga berilgan kuchlanishga bog‘lanish grafigi. 2 - ikkinchi egri chizig‘iga kattaroq intensivlikli yorug‘lik oqimi mos keladi. It1 va It2 - to‘yinish toki, Ut - to‘xtatuvchi potensial.

Grafik shuni ko‘rsatadiki, А anoddagi yetarlicha katta musbat kuchlanishlarda fototok to‘yinishga erishadi. Chunki, katoddan yorug‘lik ta’sirida uzib olingan elektronlar anodga yetib boradi. Puxta qilingan o‘lchashlar shuni ko‘rsatadiki, to‘yinish toki katodga tushadigan yorug‘lik intensivligiga to‘g‘ri proporsional ekan. Anoddagi kuchlanish manfiy bo‘lganda, katod va anod o‘rtasidagi elektr maydoni elektronlarni to‘xtatadi. Kinetik energiyasi |eU| dan katta bo‘lgan elektronlargina anodga yetishi mumkin. Agar anoddagi kuchlanish U_t, dan oz bo‘lsa, fototok to‘xtaydi. U_t ni o‘lchab, fotoelektronlarning maksimal kinetik energiyasini aniqlash mumkin:

U_t qiymatining tushadigan yorug‘lik oqimi intensivligiga bog‘liq emasligi olimlarni ajablantirdi. O‘lchashlar shuni ko‘rsatadiki, to‘xtatuvchi potensial  yorug‘lik chastotasi ortishi bilan chiziqli ortib borar ekan.

3-rasm. Tuxtatuvchi potensial UT ning tushayotgan yorug‘lik chastotasiga bog‘liqliklik grafigi.

Ko‘p sonli eksperiment natijalari asosida fotoeffektning quyidagi asosiy qonunlari aniqlandi:
1. Fotoelektronlar maksimal kinetik energiyasi yorug‘lik ( chastotasini ortishi bilan chiziqli o‘sib boradi va u yorug‘lik intensivligiga bog‘liq emas.
2. Har bir modda uchun fotoeffektning qizil chegarasi mavjud, ya’ni tashqi fotoeffekt hodisasi sodir bo‘lishining _min - eng minimal chastotasi. Bundan kichik chastota bilan yorug‘lik tushsa fotoeffekt hosil bo‘lmaydi.
3. Vaqt birligi ichida yorug‘lik yordamida katoddan yulib Olingan fotoelektronlar soni bu vaqtda yutilgan yorug‘lik to‘lqini energiyasiga to‘g‘ri proporsional.
4. Fotoeffekt aslida inersiyasiz, yorug‘lik chastotasi >_min, bo‘lgan sharoitda fototok katod yoritilishi bilanoq birdan paydo bo‘ladi (10^-9s).
Fotoeffekt negizidagi bu qonuniyatlar mumtoz fizikaning yorug‘likning moddabilan o‘zaro ta’siri haqidagi tasavvurni qarama-qarshi qilib qo‘ydi. To‘lqin tasavvuriga binoan elektron yorug‘lik to‘lqini bilan o‘zaro ta’siri natijasida asta sekin energiya to‘plash kerak va elektron katoddan uchib chiqishi uchun elektron, yorug‘lik intensivligiga bog‘liq va kerakli bo‘lgan energiyani to‘plab olishi uchun ancha vaqt talab qilingan bo‘lar edi. Hisoblashlar shuni ko‘rsatadiki, vaqt minutlar yoki soatlar bilan belgilanishi kerak. Biroq, tajriba ko‘rsatganidek fotoelektronlar katod yoritilishi boshlangandan keyin tezda paydo bo‘ladi.
Bu modelda fotoeffektning qizil chegarasi mavjudligini ham tushunish mumkin bo‘lmadi. Maksimal kinetik energiyaning yorug‘lik chastotasiga proporsionalligi, yorug‘lik oqimi intensivligiga fotoelektron energiyasining bog‘liq emasligini yorug‘likning to‘lqin nazariyasi tushuntirib berolmadi.
Bunday holatdan chiqishni 1905 yilda A.Eynshteyn topdi. Kuzatilayotgan fotoeffekt qonuniyatlarini nazariy tushuntirish A.Eynshteyn tomonidan Plank gipotezasi asosida tushuntirildi. YA’ni, yorug‘lik ma’lum porsiya sifatida nurlanadi va yutiladi, bunday har bir porsiya energiyasi Е=h formula bilan aniqlanadi. Bu yerda h - Plank doimiysi. A.Eynshteyn kvant tasavvurlarni rivojlantirishda navbatdagi qadamni qo‘ydi. Yorug‘lik uzlukli - diskretlik xususiyatiga ega degan xulosaga keldi va elektromagnit to‘lqinlar alohida porsiyalar-kvantlardan iborat, keyinchalik ularni fotonlar deb atashdi. Foton modda bilan o‘zaro ta’sirlashganda o‘zining hamma h energisini bitta elektronga beradi. Elektron bu energiyaning bir qismini modda atomlari bilan to‘qnashganda sochilishga sarflaydi. Bundan tashqari, energiyaning bir qismi metall-vakuum chegarasidagi potensial to‘siqni bartaraf etishga sarflanadi. Buning uchun elektron katod materiali xususiyatiga bog‘liq bo‘lgan А_ch chiqish ishini bajarishi kerak. Katoddan uchib chiqqan fotoelektron ega bo‘lishi mumkin bo‘lgan kinetik energiyasi saqlanish qonunidan aniqlanadi:
(1)
yoki

(2)

Bu formula tashqi fotoeffekt uchun Eynshteyn tenglamasi deb ataladi. Eynshteyn tenglamasi yordamida tashqi fotoeffektning hamma qonuniyatlarini tushuntirib berish mumkin. Eynshteyn tenglamasidan maksimal kinetik energiyasning chastotaga chiziqli bog‘liqligi va yorug‘lik intensivligiga bog‘liq emasligi, qizil chegara mavjudligi, fotoeffekt inersiyaga ega emasligi kelib chiqadi. Katod yuzasidan 1 s ichida chiqib ketadigan fotoelektronlarning umumiy soni shu vaqt ichida yuzaga tushadigan fotonlar soniga proporsional bo‘lishi kerak. Bundan kelib chiqadiki, to‘yinish toki yorug‘lik oqimi intensivligiga to‘g‘ridan-to‘g‘ri proporsional bo‘lishi kerak.
Eynshteyn tenglamasidan ko‘rinib turibdiki, to‘xtatuvchi potensial U_T, chastotadan bog‘liqligini ifodalovchi to‘g‘ri chiziqning egilish burchagi tangensi Plank h doimiysining elektron ye zaryadi nisbatiga teng:
(3)
Bu Plank doimiysining qiymatini tajribada aniqlash imkoniyatini beradi. Bunday o‘lchashlar R.Milliken tomonidan (1914 yil) bajarildi va Plank tomonidan topilgan qiymat bilan mos tushdi. Bu o‘lchashlar А_ch chiqish ishini aniqlash imkoniyatini ham berdi:
. (4)
Bu yerda s - yorug‘lik tezligi _qiz – fotoeffekt qizil chegarasiga mos tushadigan to‘lqin uzunligi. Ko‘pgina metallarda A chiqish ishi bir necha elektronvoltni tashkil etadi (1eВ=1,60210^-19J). Kvant fizikasida ko‘pincha elektronvolt energiya o‘lchov birligi sifatida ishlatiladi. Plank doimiysining elektronvolt sekundda ifodalangan qiymati: