Fotoeffekt hodisasi. Fotonlar energiyasi va impulsi

13 - MA’RUZA
FOTOEFFEKT HODISASI. FOTONLAR ENERGIYASI VA IMPULSI.
Mavzu rejasi:

1. 
   Tashqi fotoeffekt va uning qonunlari.
   
2. 
   Fotoeffekt nazariyasi. Eynshteyn tenglamasi.
   
3. 
   Foton va uning xarakteristikalari.
   
4. 
   Kompton effekt.
   
5. 
   Yorug‘lik bosimi. Lebedev tajribasi.
   

Tayanch so‘z va iboralar:
fototok, elektron, foton, qizil chegara, kvant, Kompton effekt, massa, impuls, energiya.
13.1 FOTOEFFEKT VA UNING QONUNLARI
Fotoeffekt-yorug’lik tasirida jismdan elektronning ajralib chiqishidir. Bu xodisani birinchi bulib 1887-yilda G Gerts kuzatgan. Fotoeffekt bo’yicha miqdoriy tekshirishlarni rus fizigi A G Stoletov bajardi (1888-1889- yillar) . Stoletov tajribasining sxemasi 6.1-rasmda tasvirlangan . Ikki metal elektroddan biri plastinka shaklida ikkinchisi esa to’r simon shaklda yasalgan bo’lib, ular galvonametr zanjiriga ulangan . Qurilma qorong’ilikka joylashtirilganda zajir bo’ylab elektr tok kuzatilmadi. Lekin katod vazifasining o’tayotgan plastinkaning yoritilishi bilanoq zanjirda tok paydo bo’ladi . Anod vazifasini o’tayotgan to’r yoritilsa , zanjirda elektir tok vujudga kelmaydi . Demak, yorug’lik tasirida katod sirtidan manfiy zaryadli zarralar ajralib chiqadi va ular anod tomon xarakatlanib , zanjirda elektr tokini xosil qiladi. Bu tokni fototok deb ataladi .
1898-yilda Lenard va Tomson katoddan ajralib chiqayotgan zarralarning magnit maydonda og’ishiga asoslanib, ularning solishtirma zaryadini aniqladilar. Bu esa katotdan ajralayotgan zarralar elektronlardir , degan xulosaga olib keldi.
Fotoeffekt xodisasi plastinka (katod) ning faqat ximyaviy tarkibigagina emas balki plastinka sirtining tozalik darajasiga xam bog’liq ekanligi tajribalarda aniqlandi. Shuning uchun fotoeffekt xodisaini o’rganish un 13.1-rasmda tasvirlangan qurulmadan foydalaniladi.

13.1-rasm	13.2-rasm

Xavosi surib olingan shisha idish ichidagi katod tekshirilishi lozim bo’lgan metall bilan qoplangan. Uni , odatda , fotokatod deb ataladi. Monoxramatik nurlar dastasi shisha idishdagi derazadan o’tib katod sirtiga tushadi. Sxemadagi potensiometr elektrodlar orasidagi kuchlanishning qiymatlarini xamda ishorasini o’zgartirishga imlon beradi . Kuchlanish volt metr yordamida fototok galvonometr yordamida o’lchanadi.13.2-rasmda yoruglik oqimi Ф₁ va Ф₂ bo’lgan xollar uchun fototokning anod va katod orasidagi kuchlanishga bog’liqligini ifodalovchi egri chiziqlar , ya’ni volt-amper xarakteristikalar tasvirlangan rasmdan ko’rinishicha, elektr maydon tezlatuvchi xarakterga (K da - , A da + ) ega bo’lganda fototokning qiymati kuchlanishga monand ravishda ortib boradi, Kuchlanishning biror qiymatidan boshlab fototok o’zgarmay qoladi , ya’ni to’yinadi. Boshqacha aytganda, fotoelektronlarning barchasi anodga yetib boradi. Fototokning bu qiymatini to’yinish toki deb ataladi,. Lekin foto katotda tushayotgan yorug’lik oqimi uzgartirilsa , to’yinish tokining qiymati xam o’zgaradi. Masalan, 6.3-rasmda tasvirlangan grafiklarda I_T1T2, chunki Ф₁<Ф₂ .

13.3-rasm
Bu tajribalar fotoeffektning 1-qonuni keltrib chiqardi: Muayyan fotokatotga tushayotgan yorug’likning spektral tarkibi o’zgarmas bo’lsa, foto tokning to’yinish qiymati yorug’lik oqimiga to’g’ri proporsionaldir.
Anod va katod orasidagi kuchlanish nolga teng bo’lgan xolda xam fototok mavjud bo’ladi . Xattoki, U<0 bo’lgan (ya’ni K da + , A da - ) xollarda xam foto tok kuzatiladi. Bunday xollarda K dan A ga tomon xarakatlanayotgan foto ekktronlar maydon kuchlariga qarshi ish bajaradi. Bu ish foto elktronlarning kinetik enrgiyasi evaziga bajariladi. Agar elektr maydan yetarlicha kuchli bo’lsa , fotoelektronlar anodga yetib bormasdan o’z enrgiyalarini sarflab qo’yadi . Natijada zanjirdagi fototok to’xtab qoladi., Bu xolga mos keluvchi tormozlovchi kuchlanishning qiymati U_tuxt ni to’xtatuvchi kuchlanish ( bazan to’xtatuvchi potensial) deb ataladi. Tajribalarning kursatishicha, tormozlavchi maydon kuchaytirilgan sari (13.3-rasmdagi grafigning U<0 qismiga qarang ) fototok oxista kamayib boradi va U=U_tuxt . da I=0 bolib qoladi. Demak, fototokdan ajralin chiqayotgan fotoelektronlarning tezliklari turlicha. U=U_tuxt bo’lganda xatto eng katta tezlikka ega bo’lgan elektronlarning kinetik energiyasi xam tormozlavchi maydon qarshiligini yenga olmaydi. Bu chegaraviy xoldan foydalanib quyidagi munosabatni yozolamiz:
Bunda e va m_e mos ravishda elektronning zaryadi va massasi, v_max fotoelektron tezliging maksimal qiymati.
(13.1)
(13.1) ifodadan U_tuxt ning tajribada olingan qiymatlarga mos keluvchi U_max larni topish mumkin . To’lqin uzunliklari turlicha bo’lgan mono xromatik yorug’liklar bilan o’tkazilgan tajriba natijalarini muxokama qilish tufayli fotoeffekitni ikkinchi qonuni deb ataladigan quydagi xulosaga kelingan: muayyan fotokatotdan ajralib chiqayotagn fotoelektronlar boshlang’ich tezliklarning maksimal qiymati yorug’lik intensivligiga bog’liq emas. Yorug’likning to’lqin uzinligi o’zgarsa fotoelektronlarning maksimal tezlilari xam o’zgaradi.
Muayyan fotokatotga tushayotgan yorug;lik tulqin uzunlilari va fotoelektronlarning maksimal tezliklari ozrasidagi bog’lanish grafigi o’rniga yorug’lik charstotasi va tuxtatuvchi kuchlanish orasidagi bog’lanishni ifodalovchi grafigni chizish qulayroq. Tajribada aniqlangan Shunday grafig 13.4-rasmda tasvirlangan . Rasmdan ko’rinishicha U_tuxt ning qiymati (ya’ni fotoelektronlarning maksimal tezligi) va yorug’lik chastotasi orasida chiziqli bog’lanish mavjud .

13.4-rasm
Shunisi etiborga loyiqki chastotaning biror ν_k qiymatida fotoelektronlarning tezligi nolga teng boladi. Chastotaning bu qiymati chegara xisoblanadi ν< ν_k chastotali yorug’lik fotoeffekt xodisasini vujudga keltirmaydi. Fotoeffekt kuztilishi uchun ν>ν_k yorug’lik tasir etishi lozim. Chegaraviy chastotaga mos bo’lgan.
_(13.2)
To’lqin uzunlikni fotoeffektning «qizil chegarasi» deb atash odat bo’lgan. Fotoeffektning uchunchi qununi anashu qizilchegara xaqidagi xulosadir: Xar bir fotokatod uchun biror «qizil chegarasi» mavjud bulib, undan kattaroq to’lqin uzunlikli yorug’lik ta’sirida foto effekt vujudga kelmaydi λ_k ning qiymati yorug’lik intensivligiga mutloqo bog’liq emas, u faqat fotokatot materialing ximiyaviy tabiatiga va sirtining xolatiga bog’liq
Nixoyat tajribalarda namayon bo’ladigan yana bir fakt mavjud:Yorug`likning foto katodda tushishi bilan fotoelektronlarning xosil bo`lishi orasida sezilarli vaqt o`tmaydi. Bu fotoeffektning to`rtinchi qonunidir.
Bayon etilgan bu to`rt qonun fotoeffektning xususiyatlarini to`la xarakterlaydi .
Lekin shuni aloxida qayd qilish lozimki 13.2-rasmda tasvirlangan zanjir bo`ylab elektr tokning vujudga kelishiga yorug`lik oqimi sababchi bo`lmoqda . Ikkinchi tomondan zanjirda elektr tok mavjud bo`lishi uchun tashqi elektr yurutuvchi kuch tasir qilishi lozim , albatta.. Dmak ko`rilayotgan xolda yorug`lik elektr yurutuvchi kuch deyiladi.
Elektr yurutuvchi kuchlarni xosil qiluvchi galvanik element yoxud termo elementga qiyos qilib yorug`lik tasirida elektr yurutuvchi kuchni vujudga keltiradigan qurilmani fotoelement deb ataladi. Fotoelementlar texnikaning turli soxalarida keng qo`llaniladi .