Фотоэффектнинг қизил чегарасини аниқлаш. Ишнинг мақсади

Фотоэффектнинг қизил чегарасини аниқлаш.


Ишнинг мақсади: фотоэффект ходисаси ва вакуумли фотоэлементлар билан танишиш, фотоэффектнинг қизил чегараси ва металлдан электронларнинг чиқиш ишини аниқлаш.
Назарий қисм
Ёруғлик таъсирида қаттиқ ва суюқ жисмлардан электронларнинг “узиб” чиқарилиши ходисасига ташқи фотоэффект дейилади. Бундай ходиса натижасида занжирда вужудга келадиган электр токи фототок деб юритилади.

Тажриба йўли билан ташқи фотоэффектнинг қуйидаги уч та қонуни аниқланган:

1. 
   Тўйиниш фототоки ёруғлик интенсивлигига тўғри пропорционалдир.
   
2. 
   Тушаётган ёруғликнинг частотаси берилган фотокатод моддаси учун характерли бўлган минимал ₀ қийматдан катта ёки тенг бўлгандагина фотоэффект ходисаси юз беради. Частотанинг бу минимал ₀ қиймати ёки унга мос келадиган тўлқин узунлигининг максимал қиймати фотоэффектнинг қизил чегараси деб юритилади.
   
3. 
   Фотоэлектронларнинг максимал кинетик энергияси ёруглик частотасига тўғри пропорционал бўлиб, унинг интенсивлигига мутлақо боғлиқ бўлмайди.
   

Фотоэффектнинг иккинчи ва учинчи қонунларини ёруғликнинг электромагнит тўлқин назарияси ёрдамида тушунтиришга уринишлар бир-бирига зид бўлган хулосаларга олиб келади.
Фотоэффект қонунларини тушунтиришда тўлқин назарияси олдида турган бу зиддиятлар 1905 йилда Эйнштейн томонидан яратилган ёруғликнинг квант назарияси ёрдамида бартараф қилинади.
Планк ғояларини ривожлантириб, Эйнштейн ёруғлик нафақат нурланишда ва ютилишда, балки фазода тарқалишда хам энергиянинг алоҳида порциялари электромагнит майдон квантлари сифатида намоён бўлади деган хулосага келди. Ёруғлик квантлари фотонлар деб юритилади. Демак, нурланиш ҳар бирининг энергияси h га тенг бўлган алоҳида-алоҳида заррачалар фотонлардан иборатдир.
Металларда содир бўладиган ташқи фотоэффект ҳодисаси ёруғликнинг квант назарияси ёрдамида қуйидагича тушунтирилади. Маьлумки электрон-металлдан чиқиши учун металлл-вакуум чегарасидаги потенциал тўсиқни енгиб ўтиши керак. Бунинг учун электрон А чиқиш ишини бажариши лозим. Металлда электрон томонидан ютилган фотоннинг энергияси h тўлалигича шу электронга берилади. Агар hА бўлса электрон металлдан чиқа олади. Электрон томонидан ютилган фотоннинг энергияси электроннинг металлдан чиқиш ишини бажаришига ва максимал кинетик энергияга эга бўлишига сарфланади. Бу процесснинг тенгламаси
(1)
Ташқи фотоэффект учун Эйнштейн тенгламаси дейилади.
Эйнштейннинг фотон назарияси ташқи фотоэффектнинг барча қонунларини тушунтириб беради. Ҳақиқатдан, (1) тенгламадан фотоэлектронларнинг максимал кинетик энергияси, ва демак, уларнинг бошланғич максимал тезлиги ёруғликнинг частотаси  ва чиқиш иши А га боғлиқ бўлиб, ёруғлик интенсивлигига боғлиқ эмаслиги келиб чиқади. Бу фотоэффектнинг учинчи қонунини тасдиқлайди. Эйнштейн тенгламасидан яна шу кўринадики, ташқи фотоэффект ходисаси фақат h≥А бажарилгандагина ўринли бўлади.
Фотоэффект қизил чегарасини, яьни фотоэффект бошланадиган энг кичик частотани ₀ билан биргаликда қуйидагини ёзамиз.
h₀ =А
ёки
₀= (2)
Демек, фотоэффектнинг қизил чегараси фақат электроннинг чиқиш ишига, яьни металлнинг химиявий табиати ва меиалл сиртининг холатигагина боғлиқ бўлади. Бу эса фотоэффектнинг иккинчи қонунини тасдиқлайди.
Ниҳоят, метал сиртидан бирлик вақт ичида чиқаётган ва фототок катталигини характерлайдиган фотоэлектронларнинг умумий сони n шу вақт ичида метал сиртига тушаётган фотонлар сони n^’ га пропорционал (nn) бўлиши керак. Фотонлар сони n билан эса ўз навбатида ёруғлик интенсивлиги аниқланади. Шундай қилиб, фотоэффектнинг биринчи қонуни исботланади, яьни ҳар секундда металл сиртидан “учиб” чиқаётган фотоэлектронларнинг сони ёруғлик интенсивлигига пропорционалдир.