E. rasulov, U. Begimqulov
Download 11.27 Mb. Pdf ko'rish
|
|
k íc ü ík y o ru g iiK chastotasi V q ga fotoeffeKtning qizil chegarasi deyiladi. Q izil chegara emitter (ií-Katod) materialiga bog'liq. Keyinroq ko'ramizKí 4.2v-rasmdagi ordinata o'qid a joylashgan A - KattaliK fotoeffeKtning chiqish ishi deyiladi va uning Kattaügi ham emitter materialiga b og'liq. 4.1-jadvalda ayrim metallar uchun chiqish ishi a ni qiymatlari Keltirilgan. A KattaÜK eleKtronni metall-vaKuum sirti bilan bog'lanish energiyasini xaraKterlaydi. GrafiKni to'hri ch iziq dan iborat bo'lishi fotoeleKtronlarning maKsimal KÍnetiK energiyasi fotoeleKtron chiqaruvchi plastinKaning (emitterni) materialiga b o g'liq emasligini ko'rsatadi. .. K V A N T F I Z I K A S I 4.1-iadval metall Alyuminiy Kaliy NiKel Bariy Kobalt Platina Л e Y 3,74 2,15 4,84 2.29 4,25 5.29 metall Vismut Volfram Oltin Temir Litiy Mis A, e V 4,62 4,50 4,52 4,36 2,39 4,47 metall M olibden Natriy Kumush Titan Seziy Rux A, e Y A,27 2.27 4.28 3,92 1,89 3,74 4.3. FotoeleKtronlar uchun Eynshteyn tenglam asi Yuqoridagi mulohazalardan k o ‘rdÍKKÍ, fotoeffeKt jarayonini KlassiK fiziKa nuqtai nazarida turib tushuntirishning umuman imKoni y o ‘q. Bu effeKt yangi g ‘oya, yangi tushuncha talab qilar edi. Yangi g'oyan i 1905-yilda A.Eynshteyn PlanK gipotezasiga va o'zinin g yorug'ÜKning fotonlar nazariyasiga asoslanib berdi. Ill bobda a 3 rtganimizdeK, Eyn shteyn taKlifiga ko'ra, уош д'Ик zarralardan tashKil topgan . Shu sababli, metall eleKtronlari bilan o'zaro ta’ sir jarayonida eleKtromagnit maydon hv energiya ulushlari tarzida yutiladi. Foton va eleKtron to'qnashuvida o'yin уакката-уакка bo'ladi. Har foton bitta eleKtron tomonidan yutiladi va har bir eleKtronga faqat bitta foton to'hri Keladi. Bu jarayon III bobda Keltirilgan zarralar to'qnashuvi qonuniga mos Keladi va ular uchun saqlanish qonunlari yaxshi bajariladi. Ill bobdagi energiyaning saqlanish qonuni (3.3) ga ko'ra hv + E = h v ^ + E^. bu ifodani fotoeffeKt uchun yozamiz, ya ’ ni h v - a = 0 + K^,, (4.4) (bu yerda, E = - A - chiqish ishi, Av, = 0, chunKi foton yutiladi, E^ = K^^^ - metall sirtidan ch iqayotgan eleK tronlarning maKsim al KinetiK energiyasi, Av-tushayotgan yorug'ÜKning nurlanish en ergiyasi). (4.4) ni q u la y shaKlda yozayÜK: i^max = eVo= h v - A . (4.5) (4.5) tenglamaga fotoeffeKt uchun Eynshteyn tenglamasi deyiladi. Shunday qilib, yorag'ÜKnig to'lq in tabiatidan fotoeffeKt qonun larini tushuntirib berib bo'lmaydi. Yorug'ÜKni hv-energiyaga teng bo'lgan fotonlar oqimidan iborat deb qarasaK, hammasi joyiga tushadi, barcha qiyinchiÜKlar yo'qoladi. Boshqacha aytganda, fotoeffeKt ког- pusKulyar hodisadir. Foton zarra metall sirtida yutiladi va barcha energiyasini bitta eleKtronga beradi va bu energiya eleKtronning metall bilan bo'lgan bog'lanish energiyasidan Katta bo'lsa eleKtron metall sirtini tashlab chiqib Ketadi. (4.5) ten glam a y = k x + b funK siyaga o'xshagan chiziqü funK siya- dir. 4.3-rasmda uchta turli m etaü uch un K„¡,^ ni v ga b o g 'ü q grafiKlari K V A N T F I Z I K A S I Keltirilgan. Bu to 'g 'r i chiziqlar bir-biriga parallel va bir-birining ustiga tushmaydi. T o 'g 'r i chiziqni absissa o 'q i bilan hosil qilgan burchagining tangensi PlanK doimiysi h ga tengdir. Ordinata o'q in i Kesib o'tgan to'hri chiziq hosil qilgan Kesma -A chiqish ishidir. M etall sirtidan eleKtronni uzib chiqarish uchun кегак bo'lgan eng KichiK energiya chiqish ishi deyiladi. Chiqish ishi metall turiga va metall sirtining holatiga bog'liq. Turh metallar uchun chiqish ishi har xil. Shu sababh, (4.5) formulaga binoan barcha to 'g 'r i chiziqlar parallel va abchissa o 'q ig a bir xil og'gan, ya ’ ni h bir xil. 4.3-rasM. M etall siptidan ajpalgan fotoeleKtponlarning tushayotgan y o iu g 'llK chastotasiga bog'liqliK grafigi. Kmax = 0 da v = Vq. Bu yerda, vß-chegaraviy chastota, y a ’ni metall sirtidan eleKtronlami urib chiqarish uchun кегак bo 'lg a n eng minimal chastota. Yuqorida aytganimizdeK, bu chastota fotoeffeKtning qizil chegarasi deyiladi. K ^ ^ = 0 da hVo=A . (4.6) (4.6) formuladan metallarni chiqish ishini aniqlashda foydalaniladi. EleKtronlaming chiqish ishini boshqa tajribalardan, masalan, termoeleKtron emissiya hodisasidan ham А ~kt i = а Г - е (4.7) topish mumKin (bu yerda, I-t o K zichligi, T-absolyut tem peratura, a - proporsionalliK Koeffisienti, ¿ -b o lsm a n doim iysi, Л-Р1апк doimiysi, a- chiqish ishi). •■ ' AII¿EaiPj|>f.i . ■ ; . r r n F I f i r f t l ; r | » M í ' l í f if f ; r r ^ K V A N T F I Z I K A S I Q u y id a g i ja d v a ld a term oem issiya v a fotoeffeKt tajribasi y o rd am id a topiigan chiqish ishining qiym atlari o ‘zaro taqqoslan gan . Ayrim metallar uchun chiqish ishi -a (e V ) Jadval M etall Tprmoemissiya FotoeffeKt M o 4,14-4,17 4,15 Rh 4,58 4,57 Pd 4,99 4,96 Pt 6,27 6,30 (4.8) (4.5) ten glam an i (4.6) ni e ’tiborga o ig a n h olda -hv- hVo ko'rinishga Keltirish mumKin. v q = -------to 'lq in K uzunliK ch egarasi) tushayotgan nurlanish ning en ergiyasi KichiK. Shun ing uchun (4.8) form ulaga ko'ra, m etall sirtidan eleKtronni uzib chiqarishga u n in g KUchi etmaydi. DemaK, fotoeffeKt sodir b o 'lm a y d i. 4.3-rasm dagi Kabi esKperim entda o 'lc h a n g a n ni v g a b o g 'liq Ü K grafigini eKstrapolyatsiya qilish orqali grafiKdan A ni qiym atini bevosita topish mumKin. 4.4. MilliKen tajribasi va PlanK doim iysini aniqlash 1914-yilda Robert Endrus M illiKen fotoeffeKt uchun Eynshteyn tenglamasini teKshirish maqsadida eKsperim entda har bir metallga ni V ga bog'liqÜK qiymatini topib ushbu funKsiyaning grafigini chizdi. Sal Keyinroq fotoeffeKt hodisasidan bevosita PlanK doim iysi h ni topdi. Keyingi o'lchashlarga ko'ra h=6,626176 10-^V-s ga teng. EleKtr zaryadlari va fotoeffeKt izlanishlaridagi ijobiy ishlari uchun R.E.MillíKen 1923-yilda N obel muKofotiga sazovor bo'ldi. FotoeffeKtga qisqacha xulosa yasaymiz: 1. Metan sirtidan ch iqayotgan eleKtronlar soni tushayotgan nur lanishning in ten sivügiga t o 'g 'r i proporsional; 2. FotoeleK tronlam ing maKsimal KinetiK en ergiyasi tushayotgan nurlanishning chastotasiga b o g 'liq , leKin un in g in ten sivügiga b o g 'liq emas; ^max b ilan V o rasidagi b o g 'la n is h chiziqli funKsiya v a u (4.5) formula bilan xaraKterlanadi; 4. Vo'to'xtatuvchi potensial A-chiqish ishiga bog'liq; 5. Vo'C hegaraviy chastota m avjud b o 'lib , b u chastotadan KichiK cnastotalarda fotoeffeKt sodir b o 'lm a y d i. Bu xu losa faqat b ir fotonli lotoeffeKtlar u c h u n o'rinli; 81 6. V >V o chastotalarda tushayotgan y o ru g 'h K n in g intensivhgiga ju d a Kuchsiz b o i s a ham m etall sirtidan atom lar KechiKmasdan shu zahotiyoq chiqadi. 4.5. FotoeffeKt nazariyasi. K o‘pfotonli fotoeffeKt Tashqi fotoeffeKtda yuz beradigan jarayonni uchta bosqichga b o iis h mumKin: fotonning eleKtron tomonidan yutilishi, eleKtronning metall sirtiga haraKati va oxiri metall-vaKuum hosil qilgan potensial to'siqni yengib, metall sirtini tashlab chiqib Ketishi. FotoeffeKtni Kvant nazariyasi nig'oyatda muraKKab, shu sababli u haqida to'xtalmaymiz. FotoeffeKt nazariyasi bilan magistraturaga o'tganingizda tanishasiz deb umid qilamiz. Bitta fotonli fotoeffeKtda har bir foton bitta eleKtron tomonidan yutiladi va har bir eleKtron bitta foton yutadi deb qaraladi. 0 ‘ta zichliKdagi yorug'liK oqimlarini nurlaydigan lazerlarning paydo bo'lishi ík k í fotonli va uch fotonli fotoeffeKtlarni o'rganishga ham y o 'l ochdi. Masalan, ík k í fotonli fotoeffeKtda eleKtron muhit bilan o'zaro ta’ sirda energiyasini yo'qotguncha ÍKKíta fotonni yutib olishi mumKin. Bu holda fotoeffeKt sodir bo'lishi uchun hv = - E „ - E , ya ’ni V = — (4.9) 2 ■ 2 formula o'rinlidir. bunda fp-Ferm iy energiyasi. Absolyut nol tem pe raturada eleKtronlaming eng Katta energiyasi Ep ga teng. M etall sirtida eleKtronni uzish uchun кегак bo'lgan minimal KÍnetiK energiya h\r=Eo~E¡, = -----fotoeffeKtni qizil chegarasini belgilaydi. T>0 da eleKtronlaming energiyasi Fermi sathidan Katta bo'lishi mumKin. Shunga ko'ra, faqat T = 0 da qizil chegara mavjud, temperatura oshganda - demaK, fototoK mavjud. Shunday qilib fotoeffeKt ham absolyut qora jism nurlanishi Kabi fiziKada buyuK burilish yasashda o'zinin g hissasini qo'shdi. Biz u z I u k s íz I ík jarayonidan u z I u k - liliK jarayoniga qadam tashladiK. Bu esa o 'z navbatida, Kvant fiziKasi deb atalgan Katta yangi sohani paydo bo'Iishiga zamin yasadi. FotoeffeKt hodisasida ham A-doimiyliKni paydo bo'lishi va uni qiymati absolyut qora jism uchun yozilgan PlanK formulasidagi h ga tengligi uni universalligidan daraK berardi. O 'z navbatida h ni biror bir formulada uchrashishi hodisani Kvant xususiyatga ega eKanligiga asosiy ishora edi. SAVO LLAR 1. FotoeffeKtni ta’ riflang. 2. KlassiK fiziKa nuqtai nazaridan fotoeffeKt o'rinlim i? 82 K V A N T F I Z I K A S I 3. KlassiK to iq in nazariya fotoeffeKt jarayonini nima uchun tushuntira olmadi? 4. M etall sirtidan chiqayotgan eleKtronlar soni nimaga b o g iiq ? 5. M etall sirtidan chiqayotgan eleKtronlaming maKsimal KÍnetiK energiyasi nimaga b o g iiq ? 6. FotoeffeKtda metall sirtidan chiqayotgan eleKtronlar KechiKib chiqadimi? 7. FotoeffeKt qurilmasini chizing va tushuntiring. 8 . FotoeffeKt uchun Stoletov qonunini ayting. 9. Lenard tajribalarini tushuntiring. 10. To'xtatuvchi potensial qanaqa potensial? 11. EleKtronlaming maKsimal KÍnetiK energiyasini to'xtatuvchi potensialga bog'liqlíK formulasini yozing va tushuntiring. 12. To'yinish toKÍni ta’riflang va u nimaga bog'liq? 13. To'xtatuvchi potensial nimaga b og'liq? 14. To'xtatuvchi potensial tushayotgan yorug'líK nurla-nishining intensivligiga bog'liqm i? / 15. To'xtatuvchi potensial tushayotgan yorug'liK chastotasiga bog'liqm i? 16. FotoeffeKtni qizil chegarasini ta’ riflang. 17. FotoeffeKtni qizil chegarasi qanday topiladi va metall xusu siyatiga bog'üqm i? 18. Chiqish ishini ta’riflang va u nimaga b og'liq? 19. Chiqish ishi va fotoeffeKtni qizil chegarasi esKperimentda qanday topiladi? 20. M etall sirtidan chiqayotgan eleKtronlaming maKsimal KÍnetiK energiyasi metallning xususiyatiga bog'hqm i? 21. PlanK doimiysi fotoeffeKtdan qanday topiladi? 22. FotoeffeKt uchun Eynshteyn formulasini yozing va tushunti ring. 23. FotoeffeKt uchun energiyaning saqlanish qonunini yozin g va tushuntiring. 24. FotoeffeKt to'lqin hodisami yoKi KorpusKulyar hodisami? 25. R.MilliKen fotoeffeKtida qanday qilgan ishlari uchun qadrlandi? 26. FotoeffeKt nazariyasi qanday nazariya? 27. K o 'p foton li fotoeffeKt deganda nimani tushunasiz? 28. Ikkí fotonli fotoeffeKtni tushuntiring. 29. I k k í fotonli fotoeffeKt uchun Eynshteyn tenglamasini yozing va tushuntiring. 30. FotoeffeKt haqida umumiy tasawuringizni so'zlab bering. MASALALAR 4.1. 4.4-rasmda yorug'liK nuri ta’sirida birliK vaqt ichida metall sirtdan ajralayotgan eleKtronlaming volt-am per xaraKteristiKasi tasvir- __________________^ 83 i 'i î p î l i H i ï l i i l i ^ K V A N T F I Z I K A S I langan. GrafiKdan foydalanib metall sirtdan chigayotgan eleKtron- larning sonini va maKsimal KinetiK energiyasini toping. 4.2. 4.5-rasmda U T -to ‘xtatuvchi potensialni m etall sirtga tushayot gan yoru giiK ning chastotasiga b o g iiq liK chizmasi tasvirlangan. Qanday shartlarga ko'ra bu to 'g 'r i chiziqlar bir-biridan farq qiladi? Ushbu grafiKdan qanday fundamental doimiyÜKni aniqlasa bo'ladi? FotoeffeKt uchun qizil chegara va chiqish ishi nuqtalarini chiziqlardan birortasiga ko'rsating. V va S nuqtalar nimani anglatadi? U. A -L:; -2 I (intensivlik) J---- 1 I ■> 4.4-rasm. V, B B ? 4.5-rasm. 4.3. M etallda eleKtronning chiqish ishi A ga teng. M etall sirtidan chiqayotgan eleKtronlarning maKsimal KinetiK energiyasi ni tushayotgan yorug'liKni o) chastotasiga b og'liqligin i tasvirlang. 4.4. Q uyidagi hollarda fotoeffeKtning volt-am per xaraK-teristiKasi qanday o'zgaradi: Agarda a) tushayotgan yorug'ÜK nurlanishi speKtrial tarKibi o'zgarm agan holda uning to'la yorug'ÜK oqimi íkkí marta ortsa; b) fotonlar oqimi o'zgarm ay qolgan holda tushayotgan yorug'ÜKning chastotasi íkkí marta ortsa; v) fotonlar oqimi o'zgarm agan holda monoxromatÎK nurning chastotasi íkkí marta Kamaysa. 4.5. Agar oltin uchun chiqish ishi A = 4 ,5 8 e V va alyuminiy uchun a — 3,7 e V bo'lsa, a) fotoeffeKtning qizil chegara to'lqin uzunligini toping; b) nurlanishning to'lqin uzunügi 270 nm bo'lsa, oltin va alyuminiy sirtidan chiqayotgan eleKtronlarning maKsimal KÎnetiK energiyasi va tezligini toping. 4.6. Saqlanish qonunlaridan foydalangan holda erKÎn eleKtronni fotonni yuta olmasligini ko'rsating. 4.7. Q uyidagi jadvalda simob speKtrining bosh chiziqlariga to'g'ri Kelgan nurlanishning to'lqinlari uchun tajribada Keltirilgan to'xtatuv chi potensiallari qiymatini Keltiring: 84 K V A N T F I Z I K A S I T o 'lq in uzunliK - in(10-") 0,5460 0,4920 0,4360 0,4050 0,3690 0,3130 To'xtatuvchi potensial - V 0,40 0,60 0,90 1,20 1,50 2,10 Jadvaldagi qiymatlarga asoslanib grafiK chizing. PlanK doimiysini toping. Bu tajribada ishiatilgan metallning chiqish ishini toping. 4.8. T o iq in uzunligi À, = 0,1849-10'® m b o ig a n simob speKtrini ultrabinafsha nuri ta’sirida rux metalldan chiqayotgan eleKtron uchun to'xtatuvchi potensial 2,42V ga teng. Shu speKtrning = 0,2537-10 ’“ m to'lqin uzunliKKa ega bo'lgan fotoeleKtronlari uchun to'xtatuvchi potensial nimaga teng? 4.9. Natriy metali sirtidan fotoeleKtronlarni urib chiqarish uchun кегак bo'lgan maKsimal to'lqin uzunliK 0,5450-10"*^ m. a) agar tusha yotgan nurlanishning to'lqin uzunligi 0,2000-10"® m bo'lsa, chiqayotgan eleKtronlaming maKsimal tezligini toping, b) tushayotgan nurning to'iqin uzunligi 0,2000-10® m bo'lsa, natriy sirtidan chiqayotgan fotoeleKtronlar uchun to'xtatuvchi potensialni toping. 4.10. Ikkí fotonli fotoeffeKtda berilgan metall uchun qizil chegara to'lqin uzunligi À(, = 580 nm. À = 650 nm to'lqin uzunliKda uch fotonh fotoeffeKtda metall sirtidan chiqayotgan eleKtronlaming maKsimal KinetiK energiyasini toping. 85 V B O B M a vzu: Y O R U G ‘LIK K V A N T I - F O T O N N IN G M O D D A L A R D A SO CH ILISH I. K O M P T O N EFFEKTI. R A M A N EFFEKTI Reja: 5.1. Y o ra g iiK n in g Kogerent va noKogerent sochilishi. 5.2. Kompton effeKti haqida. 5.3. Kompton tajribasi va natijalari. 5.4. Siljim agan v a siljigan Kom ponentalam i p a y d o b o iis h sa- bablari. 5.5. Kompton tajribasining Klassix nazariyasi. 5.6. Kompton tajribasining Kvant nazariyasi. Kompton formulasi. 5.7. TepKi eleKtronlar. 5.8. Bote va Vilson tajribasi. Bote va Geyger tajribasi. 5.9. Nurlanishni moddadan o‘tishi. 5.10. Y o ru g iiK n in g Kombinatsion sochilishi. 5.11. Y o ru g iiK n in g Kombinatsion sochilishining KlassiK naza* riyasi. 5.12. Y o ru g iiK n in g Kombinatsion sochilishining Kvant n aza- riyasi. ADABIYOTLAR 1. A .H .Матвеев «Атом ная физика», М., Высшая школа. 1989 г. 2. Д.И.Блохинцев «О сновы квантовой м еханики», М., Высшая школа, 1961 г. 3. Г.Бете «Квантовая механика», М., 1965 г. 4. А.А. Соколов, Ю .Лоскутов. И.М .Тернов «Квантовая меха ника», М., 1962 г. 5. Э.В.Ш польский «Атом ная физика». Том 1, М., 1963 г. 6. А Н . Compton. Phys. Rev. 1923. №22, p. 405 (original Ish). Masalaning qo‘yilishi. O ig a n boblarda nurlanish va yutilish jara- yonlarlda yorugilK ni Kvant tabiatga ega eKanllginl k o ‘rdÍK. Bu bobda yorugÜK , umuman eleKtromagnlt nurlanish sochilish jarayonlarida ham o'zining disKretliK xossasini namoyon qlllshini Kompton effeKti va yorug'ÜKning Kombinatsion sochilishi каЫ esKperimentlarni tahlil q il' ish orqali ko'rsatamiz. Bu bilan eleKtromagnit shKalanlng barcha soha- K V A N T F I Z I K A S I siga to‘g ‘ri Keluvchi eleKtromagnit toiqinlarning nurlanish, yutilish va sochilish jarayonlarida Kvant xaraKterga ega eKanligi va bu jarayon- laming hammasida PlanK doimiysi 6,62-10^ J-s ga teng b o iib , o ‘zgar- mas qolishi, uni universal doimiyliK eKanligidan dalolat berishini k o 'r satamiz. Katta energiyaga ega b o ig a n eleKtromagnit nurlanishlari (rentgen nurlari) Kvant nazariyaga bo'ysunadimi? E = h v munosabat bajarila- dimi, /¡-doimiyliK o'rinlimi va energiya va impulsning saqlanish qonunlari qanday rol o'ynaydi degan savollarga Kompton effeKti va Download 11.27 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|