R. G. Isyanov pedagogika fanlari nomzodi
Download 3.01 Kb. Pdf ko'rish
|
munosabatning ikki tomonini kvadratga kotarib,
υ ga nisbatan yechamiz. U holda: 2 2 2 1 (0,75) c υ = − boladi, bundan 2 1 (0,75) . c υ = − Hisoblash: = ⋅ − = ⋅ 8 2 8 m m 3 10 1 (0,75) 1,98 10 . s s υ 2- masala. Kosmik nurlar tarkibidagi mezon yoruglik tezligining 95% ni tashkil qiluvchi tezlikda harakat qilmoqda. Mezon «xususiy vaqti»ning bir sekundiga yerdan kuzatuvchi soatining qancha vaqt oraligi mos keladi? Berilgan: = = = ⋅ 8 0 m 0,95 , 1 ; 3 10 . s c s c υ τ Òopish kerak: τ ? Yechilishi. Mezonning τ 0 «xususiy vaqti» unga biriktirilgan soat boyicha olchanadi. Yerdagi kuzatuvchi soati mezonga nisbatan harakatlanuvchi sistemaga biriktirilgan, shu sababli uning yordamida olchangan vaqt τ ga teng boladi. Nisbiylik nazariyasiga kora, bu vaqtni = − 0 2 2 1 c τ τ υ formuladan foydalanib hisoblab topiladi. Hisoblash: = = = − 2 1s 1 s 3,2s. 0,31 1 (0,95) τ 3- masala. Ikkita reakiv samolyot bir-biriga tomon qarshi kurs boyicha uchib kelmoqda (165-rasm). Yerga nisbatan ularning tezliklari mos ravishda 1500 km soat va 3000 km soat ga teng bolsin. Ikkinchi samolyotdagi yolovchining hisoblashi boyicha birinchi samolyotning tezligi qanday boladi? www.ziyouz.com kutubxonasi 197 Berilgan: 1 km km 1500 ; 3000 ; soat soat υ υ = = 8 8 m km 3 10 10,8 10 . s soat c = ⋅ = ⋅ Òopish kerak: υ 2 ? Yechilishi. Bitta kuzatuvchi Yerda (K sis- tema), ikkinchi kuzatuvchi esa υ 2 tezlik bilan harakatlanayotgan samolyotda (K′ sistema) turibdi. Òezliklarni qoshishning relyativistik qonuniga kora ikkinchi samolyotdagi yolovchining hisoblashi boyicha birinchi samolyotning tezligi quyidagi formuladan aniqlanadi: + = ⋅ + 1 2 1 2 2 . 1 c υ υ υ υ υ Hisoblash: 2 8 2 (1500 3000) km km 4499,999 . 1500 3000 soat soat 1 (10,8 10 ) υ + = = ⋅ + ⋅ Òezliklarni qoshishning klassik qonuniga kora: 2 1 km km km 1500 3000 4500 soat soat soat υ υ υ = + = + = boladi. Korinib turibdiki, reaktiv samolyotlar uchun ham klassik fizika juda yaxshi yaqinlashishni taminlay olar ekan. 4- masala. Harakatdagi elektronning massasi qanday tezlikda uning tinch holatdagi massasidan ikki marta katta boladi? Berilgan: 8 0 m 2; 3 10 . s m c m = = ⋅ Òopish kerak: υ ? Yechilishi. Berilgan inersial sanoq sistemasida jism massasining uning harakat tezligiga bogliqligi quyidagicha ifodalanadi: = − 0 2 2 , 1 m m c υ bunda: m 0 jismning tinch holatdagi massasi; m jismning sanoq sistemaga nisbatan υ tezlik bilan harakatlangandagi massasi. Masa- laning shartiga kora: 165- rasm. www.ziyouz.com kutubxonasi 198 = = − 2 0 2 1 2; 1 m m c υ bundan: − = 2 2 1 1 . 2 c υ Songgi ifodaning ikki tomonini kvadratga kotarib, υ tezlikka nisbatan yechsak, u holda: 3 . 2 c υ = Hisoblash: 8 8 3 m m 3 10 2,6 10 . 2 s s υ = ⋅ ⋅ = ⋅ 5- masala. Elektron tezligi yoruglik tezligining 95% ni tashkil qilishi uchun u qanday tezlashtiruvchi potensiallar ayirmasidan otishi lozim? Berilgan: 31 19 0 95% 0,95; 9,11 10 kg; 1,6 10 C; m e c υ − − = = = ⋅ = ⋅ 8 m 3 10 . s c = ⋅ Òopish kerak: U ? Yechilishi. Elektron U tezlashtiruvchi potensiallar ayirmasini otganda u υ tezlikka erishadi va energiyasi ∆E ga ortadi. Energiya bilan massa orasidagi boglanishga kora, ∆E = ∆m · c 2 va, ikkinchi tomondan, ∆E = eU boladi, bunda: e elektronning zaryadi; ∆m tezlatilgan elektron massasining orttirmasi (massa defekti). Bu ifodalardan: 2 m c eU ∆ ⋅ = va 2 m c U e ∆ ⋅ = (a) munosabatni hosil qilamiz. ∆m ning qiymatini: 0 0 0 2 2 1 m m m m m c υ ∆ = − = − − (b) ifodadan aniqlash mumkin. (b) ni (a) ga keltirib qoysak: ⋅ = − = − − − 2 2 0 0 0 2 2 2 2 1 1 . 1 1 m c m c U m e e c c υ υ Hisoblash: www.ziyouz.com kutubxonasi 199 − − ⋅ ⋅ ⋅ = − = ⋅ = ⋅ − 31 16 6 19 2 m 9,11 10 kg 9 10 1 s 1 1,14 10 V 1140kV. 1,6 10 C 1 (0,95) U Mustaqil yechish uchun masalalar 105. Yoruglik 1·10 16 s davomida qancha masofani bosib otadi? 106. Harakatdagi jismning boylama olchami ikki barobar kichrayishi uchun u qanday tezlikka erishishi kerak? 107. Kosmik nurlarning mezonlari yoruglik tezligining 95% ga teng tezlik bilan harakatlanayotgan bolsa, mezon olchamining relyativistik qisqarishi qanday? 108. Beqaror zarracha yoruglik tezligining 99% ni tashkil etuvchi tezlik bilan harakat qilsa, uning yashash vaqti (qozgalmas kuzatuvchining soati boyicha) necha marta uzayadi? 109. Yerga tomon υ tezlik bilan harakatlanayotgan yulduz to- monidan nurlantirilayotgan yoruglik Yerga c+ υ tezlik bilan emas, balki c tezlik bilan yaqinlashishini isbot qiling. 110. Òezlatkich radioaktiv yadroga 1,2·10 8 m s tezlik beradi. Òezlatkichdan chiqish paytida yadro oz harakati yonalishida tezlatkichga nisbatan 2,25·10 8 m s tezlikka ega bolgan elektronni chiqaradi. Elektronning yadroga nisbatan tezligini toping. 111. υ = 0,999 s tezlik bilan harakatlanayotgan elektronning relativistik massasi uning tinchlikdagi massasidan necha marta katta boladi? 112. Harakatdagi jismning relyativistik massasi uning tinchlikdagi massasiga nisbatan 20% ga ortdi. Bunda uning uzunligi necha marta qisqargan? 113. Elektron 200 Mm s tezlik bilan harakatlanmoqda. Elektrning kinetik energiyasini klassik va relativistik formulalar boyicha hisoblab, natijalarni taqqoslang. 114. Energiyaning 1 J ozgarishi massaning qanday ozgarishiga muvofiq keladi? 115. Massaning elektronning tinch holatdagi massasi kattaligicha ozgarishiga muvofiq keluvchi energiya ozgarishini toping. www.ziyouz.com kutubxonasi 200 VI bob. KVANT FIZIKASI 64- §. Yoruglikning kvant nazariyasining vujudga kelishi. Yoruglik kvantlari XIX asrning oxirlarigacha yoruglik hodisalari yoruglikning elektromagnit nazariyasi nuqtayi nazaridan tushuntirilib kelindi. Yoruglikning elektromagnit tabiati haqidagi tasavvurlar olimlarni elektromagnit tolqin energiyasining uzluksiz tarqalishiga oxshab yoruglik energiyasi ham uzluksiz uzatiladi, degan fikrga olib keldi. Ammo XIX asrning oxirlarida klassik elektrodinamika asosida tushuntirib bolmaydigan hodisalar aniqlandi. Bu yangi holat fiziklarni yana yoruglikning korpuskulyar tabiatiga murojaat etishga majbur qildi. Bular qanday hodisalar edi? Malumki, yoruglik hodisalari yoruglikning modda bilan tasir- lashishida namoyon boladi. Bunday ozaro tasirlar ham moddada, ham modda bilan ozaro tasirda bolgan yoruglikda kechuvchi malum ozgarishlar bilan bir qatorda kuzatiladi. Yoruglik qaytadi, sinadi va modda tomonidan yutiladi. Modda bilan yoruglikning ozaro tasirlashishida kimyoviy va biologik reaksiyalar yuz beradi. Yoruglikning modda bilan ozaro tasiri tufayli yuz beradigan hodisalarni, ular boysunadigan qonunlarni organish yoruglik tabiatini, uning strukturasini va ichki mohiyatini chuqurroq bilish imkonini beradi. Yoruglikning tabiati haqidagi tasavvurlarni tub ozgarishlarga olib kelgan yangi kashf etilgan va organilgan hodisalar qatoriga issiqlik nurlanish, fotoelektrik effekt, atom va molekulalarning nurlanishi, rentgen nurlanishi va shu kabilar kiradi. Issiqlik nurlanish deb, tayinli bir temperaturagacha qizdirilgan istalgan jismdan atrof fazoga nurlanadigan elektromagnit tolqinlarga aytiladi. U atom va molekulalarning xaotik harakati energiyasi hisobiga amalga oshadi va jismning sovishiga olib keladi. Elektromagnit tolqinlarning yutilishi, aksincha, jismning isishiga olib keladi. Issiqlik nurlanish jarayonida energiya yoqotilishi energiya yutilishi bilan kompensatsiyalangan hollarda jism issiqlik muvo- zanatida boladi. Qizdirilgan jismlarning nurlanishi qadimdan malum edi, ammo termodinamik muvozanatda bolgan qizdirilgan jismlarning issiqlik nurlanishi boyicha otkazilgan dastlabki tadqiqotlar XIX asrning www.ziyouz.com kutubxonasi 201 boshlariga togri keladi. Bu nurlanish jismning temperaturasiga bogliq boladi. XIX asr oxirida issiqlik nurlanish spektrida energiya taqsimoti muammosi yuzaga keldi. Issiqlik nurlanish tutash spektrga ega bolsa- da, ammo unda energiya taqsimoti temperaturaga bogliq: past temperaturalarda nurlanish, asosan, infraqizil nurlanishdan, yuqori temperaturalarda esa korinadigan va ultrabinafsha nurlanishdan iborat. 1859- yilda nemis fizigi G. Kirxgof issiqlik nurlanishning spektral xarakteristikalarini jismning nur chiqarish va nur yutish qobiliyatlari tushunchalarini, shuningdek, nur chiqarish qobiliyati universal ahamiyatga ega bolgan absolyut qora jism tushunchasini kiritib, issiqlik nurlanish qonunini ochdi. Jismning birlik yuzasidan vaqt birligida birlik kenglikdagi chastotalar intervalida chiqargan elektromagnit energiyasiga nur chiqarish qobiliyati deb ataladi. Barcha jismlar oziga tushgan elektromagnit nurlanish energiyasini ozmi-kopmi yutadi. Birlik vaqt davomida jismning birlik yuzasiga birlik kenglikdagi chastotalar intervalida tushayotgan elektromagnit nurlanish energiyasining qancha qismi jism tomonidan yutilishini xarakterlaydigan kattalik nur yutish qobiliyati deb ataladi. Jismlarning nur chiqarish va nur yutish qobiliyatlari chastotaga, temperaturaga, jismning kimyoviy tarkibiga va sirtining holatiga bogliq boladi. Istalgan temperaturada oziga tushayotgan elektromagnit tolqinlar energiyasini, ularning chastotalaridan qatiy nazar, butunlay yutadigan jismni absolyut qora jism deyiladi. Absolyut qora jismning nur yutish qobiliyati istalgan chastota va temperaturalarda birga teng boladi, nur chiqarish qobiliyati esa chastota va temperaturaga bogliq boladi. Bu boglanish qanday korinishga ega ekanligini aniqlash maqsadida tadqiqotchilarning etibori absolyut qora jismning nurlanish qonunlarini, aniqrogi, absolyut qora jism nurlanish spektrida energiyaning taqsimlanishini organishga qaratiladi. Bir qator olimlar eksperimental malumotlar asosida absolyut qora jism nurlanish qonunining xususiy korinishlarini aniqladilar. Boshqa olimlar klassik fizikaning asosiy qonunlaridan kelib chiqqan holda absolyut qora jism nurlanish spektri boyicha energiyaning taqsimot qonunini keltirib chiqarishga urindilar, ammo ularning urinishlari muvaffaqiyatsiz yakunlandi. Maksvell elektrodinamikasi asosida absolyut qora jism spektrida energiya taqsimotining tajribada kuzatilgan qonuniyatlarini tushuntirish mumkin bolmay qoldi. Elektromagnit tolqinlarning mavjudligini bashorat qilgan va ularning nurlanish hamda tarqalish www.ziyouz.com kutubxonasi 202 jarayonlarini tavsiflagan Maksvell elektrodinamikasi ornatilgan dalillar bilan yana qarama-qarshi bolib qoldi. Qarama-qarshilikning mohiyati quyidagidan iborat edi. Elektro- magnit nazariyaga asosan, qizigan jism elektromagnit tolqinlarning nurlanishi tufayli absolyut nolgacha sovishi kerak edi. Ammo kundalik tajriba bunday emasligini korsatadi. Qizdirilgan jism oz energiyasining bir qisminigina elektromagnit tolqinlarni chiqarishga sarflaydi. Bundan tashqari qarama-qarshilikning mohiyati yana shundan iborat ediki, klassik fizikaga kora oq nur chiqarish darajasigacha qizdirilgan absolyut qora jismning tutash spektrida eng kop energiya miqdori qisqa tolqin uzunligi (yoki eng katta chastota)ga togri kelishi kerak edi. Amaliy olchashlar esa eng yuqori temperaturalarda energiyaning maksimal qiymati eng qisqa tolqinlar sohasiga, yani nurlanish spektrining ultrabinafsha qismiga togri kelmasligini korsatadi. Absolyut qora jism nurlanishi muammosini yechish 1890- yilda nemis fizigi M. Plankka nasib etdi. Yuzaga kelgan qarama-qarshiliklardan qutulish yolini izlagan Plank yoruglik tolqinlarining uzluksizligi haqidagi klassik tasavvurlar notogri deb hisobladi. U yoruglik modda tomonidan uzluksiz emas, balki diskret, alohida porsiyalar tarzida nurlanadi, degan prinsipial yangi gipotezani ilgari surdi. Plank bu porsiyalarni energiya kvanti yoki kvantlar deb atadi. U har bir porsiyaning energiyasi nurlanish chastotasiga proporsional, deb taxmin qildi: ε=hν, bunda h=6,6210 -34 Js nurlanish chastotasiga bogliq bolmagan doimiy kattalik bolib, keyinroq olimning sharafiga Plank doimiysi deb ataldi. Plank absolyut qora jism spektrida topilgan energiyaning taqsimot qonuni haqida 1900- yilning 19- oktabrida Berlin fizika jamiyatining majlisida maruza qildi va shu yilning 14- dekabrida uning nazariy asoslarini berdi. Bu kun fan tarixiga kvant nazariyaning tugilish kuni bolib kirdi. Plank nazariyasini rivojlantira borib, 1905- yilda A. Eynshteyn yoruglikning kvant nazariyasini yaratdi. Bu nazariyaga muvofiq, yoruglik moddaning atom va molekulalaridan kvantlarda chiqadi, tarqaladi va yutiladi. Yoruglik tolqinlari energiyasi faqat kvant energiyasi ε kattaligiga karrali miqdorda bolishi mumkin, yani tolqin eltayotgan energiya quyidagicha bolishi mumkin: E=nε, bunda n=1, 2, 3, ... qiymatlarni, yani faqat butun son qiymatlarini qabul qiladi. www.ziyouz.com kutubxonasi 203 65- §. Fotoeffekt hodisasi Fotoeffekt hodisasini nemis fizigi Gers kashf etdi. Bu hodisaning mohiyati quyidagidan iborat: elektrometrga rux plastinkani ornatib, uni manfiy zaryad bilan zaryadlaymiz (166- rasm). Plastinkani tarkibida ultrabinafsha nurlar bolgan kuchli yoruglik manbayi, masalan, elektr yoyi bilan yoritamiz, bunda plastinka oz zaryadini tez yoqotayotganini, yani elektrometr strelkasi pasayganini sezamiz. Nurlarning yoliga ultrabinafsha nurlarni otkazmaydigan qalin shisha plastinkani qoyib, tajribani takrorlaymiz, bunda plastinka oz zaryadini yoqotmaydi. Boshqa metallar, masalan, kaliy, natriy, rubidiy, seziydan qilingan plastinkalar ozidagi manfiy zaryadini ultrabinafsha nurlar tasiridagina emas, hatto kozga korinadigan nurlar tasirida ham yoqotadi. Rux plastinkani musbat zaryad bilan malum potensialgacha zaryadlaymiz va elektr yoyi bilan yoritamiz, bu holda esa plastinka oz zaryadini yoqotmaganini, strelka holatining ozgarmaganligini koramiz. Bundan yoruglik manfiy zaryadlangan metalldan zarralarni urib chiqarishi kelib chiqadi. Ularning zaryadini 1898- yilda J.J. Òomson aniqlagan va bu zarralar elektronlardan iborat ekanligini korsatgan. Bu hodisa fotoelektrik effekt yoki qisqacha fotoeffekt deb ataladi. Agar elektron yoritilayotgan modda tashqarisiga chiqsa (butunlay ajralish) tashqi fotoeffekt deb ataladi. Agar elektronlar faqat «oz» atomlari va molekulalari bilan boglanishni yoqotsa-yu, lekin yoritilayotgan moddaning ichida «erkin elektron»lar sifatida qolsa (qisman ajralishi) va shu bilan barcha moddaning elektr otkazuv- chanligini oshira borsa, u vaqtda bunday fotoeffekt ichki fotoeffekt deb ataladi. Ichki fotoeffektni 1873- yilda amerikalik fizik U. Smitt kashf qilgan va yarimotkazgichlarda, bazan dielektriklarda ham kuzatgan. Òashqi fotoeffektni 1887- yilda Gers kashf qilgan va 1888- yilda A.G. Stoletov tomonidan mufassal tekshirilgan. Òashqi fotoeffekt, asosan, metallarda kuzatiladi. Fotoeffekt hodisasi metallarning kimyoviy tabiatidan tashqari ular sirtining holatiga ham bogliqdir. Sirtdagi ozgina ifloslik ham yoruglik tasirida boladigan elektronlar emissiyasiga tasir etadi. 166- rasm. www.ziyouz.com kutubxonasi 204 Shu sababli fotoeffektni organish uchun anod va katod joylashtirilgan vakuumli shisha ballondan foydalaniladi. Òashqi fotoeffektni tekshirishda Sto- letov foydalangan qurilmaning prinsipial tuzilishi 167- rasmda korsatilgan. Havosi sorib olingan C shisha bal- longa ikkita elektrod A anod va K katod ornatilgan. Katodga kvarsdan yasalgan D darcha orqali yoruglik tushadi. B batareya yordamida elektrodlarga kuchlanish beriladi. Kuchlanishning qiymati P potensiometr yordamida ozgartiriladi va V voltmetr yordamida olchanadi. Katod vazifasini ruxdan yasalgan plastinka otaydi. Katodga yoruglik tushmaganda elektr zanjirida tok hosil bolmaydi. Katod yoruglik bilan yoritilganda yoruglik undan elektronlarni urib chiqaradi. Bu elektronlar fotoelektronlar deb ataladi. Fotoelektronlar anodga tomon harakatlanadi va zanjirda tok hosil boladi. Bu tokka fototok deb ataladi. Sxema katod va anod orasidagi kuchlanishning turli qiymatlarida katodni turlicha yoritish sharoitida fototok kuchini olchash imkonini beradi. Fototokning anod kuchlanishiga bogliqligi fotoeffektning volt- amper xarakteristikasi deyiladi. Òajribaning korsatishicha, agar yoruglik oqimini ozgartirmay turib, elektrodlar orasidagi potensiallar ayirmasi orttirilsa, tok kuchayadi. Kuchlanish biror qiymatga erishganda tok kuchining qiymati eng katta boladi, bundan keyin kuchlanish ortsa ham tok kuchi ozgarmaydi (168- rasm). Òok kuchining bu eng katta I t qiymatiga toyinish toki deb ataladi. Òoyinish tokining qiymati elektroddan sekundiga uzilib chiqqan elektronlar soniga bogliq. Kichik kuchlanishlarda yoruglik urib chiqargan elektronlarning malum qismigina anodga yetib boradi (tokning qiymati kichik boladi). Kuch- lanishni oshirib borib, anodga yetib kelayotgan elektronlarning sonini ham kopaytirib boriladi (tokning qiymati osib boradi), va, nihoyat, kuchlanishning malum qiymatidan boshlab yoruglik urib chiqargan elektronlarning hammasi anod- ga yetib boradi (tok maksimal toyinish qiymatiga erishadi). 167- rasm. 168- rasm. www.ziyouz.com kutubxonasi 205 168- rasmda keltirilgan grafikdan korinib turibdiki, kuchlanish nol bolganda ham fototokning kuchi noldan farq qiladi. Bu tok yoruglik katoddan urib chiqargan elektronlarning bir qismi anod kuchlanishi bolmasa ham, anodga yetib borishidan hosil boladi. Agar batareyaning qutblari ozgartirilsa, tok kamayadi va biror kuchlanishda tok nolga teng bolib qoladi. Bu esa barcha elektron- larning yana katodga qaytishini bildiradi. Bu vaqtdagi kuchlanish toxtatuvchi yoki tormozlovchi kuchlanish deyiladi. Òormozlovchi kuchlanishning qiymati yoruglik urib chiqargan elektronlarning maksimal kinetik energiyasiga bogliq boladi. Energiyaning saqlanish qonuniga asosan tormozlovchi kuchlanish quyidagi tenglamadan topiladi: υ = 2 t 2 m eU (117) bunda: U t tormozlovchi kuchlanish; m elektronning massasi; e elektron zaryadi; υ fotoelektronlarning tezligi. Bu tenglik bajarilganda elektr maydonining elektronni kochi- rishda bajargan ishi elektron kinetik energiyasining ozgarishiga teng boladi. Binobarin, elektronning tezligi quyidagi ifoda bilan aniqlanadi: = 2 . t eU m υ (118) Shunday qilib, 167- rasmda korsatilgan sxemadan foydalanib, fototokning maksimal qiymati va fotoelektronlarning tezligini aniqlash mumkin. 66- §. Fotoeffekt qonunlari. Eynshteyn tenglamasi Òashqi fotoeffekt hodisasini har tomonlama organish uning quyidagi muhim qonunlarini ochishga olib keladi: 1. Metallni ozgarmas tolqin uzunlikdagi yoruglik bilan yoritil- ganda vaqt birligi ichida yoruglik urib chiqaradigan elektronlarning maksimal soni (yani, toyinish fototoki) yoruglik oqimiga togri proporsionaldir. 2. Òushayotgan yoruglik chastotasi ortishi bilan fotoelek- tronlarning tezligi orta boradi, ammo bu yoruglikning intensivligiga bogliq bolmaydi. www.ziyouz.com kutubxonasi Download 3.01 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2025
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling