Сызганбаева С. А
жүктеу/скачать 1.63 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Қысқаша дәріс
| Әдебиеттер тізімі:
Физика. Учебник для 10-11 классов/ Перышкин А.В., Перышкин В.А. - М.: Просвещение, 2016. - 448 с. Фотон, гипотеза Планка, эффект Комптона: Физические основы лазерной техники/ Б. Л. Мельников, А. В. Селюнин, В. Ф. Щербаков. – М.: Наука, 1984. – 208 с. Қысқаша дәріс Планктың кванттық гипотезасы фотоэффект құбылысын түсіндіргенде расталды. Сыртқы фотоэффект деп заттың электромагниттік сәуле (жарық) әсерінен электрондарды шығаруын айтады. Фотоэффекті 1887ж. Г. Герц ашты, кейіннен орыс ғалымы А.Г.Столетов, неміс ғалымдары В. Гальвакс, Ф.Ленард және итальян ғалымы А. Риви тәжірибе жүзінде зерттеген. Фотоэффекті заңдылықтарынсхемасы 1.1-суретте келтірілген құрылғыда жүргізеді. Сурет 1.1 Фотоэффектіні зерттеуге арналған эксперименттік қондырғының схемасы 7 Вакуумдық түтіктегі К катод пен А анод арасындағы кернеудің шамасын және оның таңбасын Rпотенциометр жәрдемімен өзгертуге болады.Катодты жарықпен жарықтандырғанда тізбекте миллиамперметрмен (гальванометрмен) өлшенетін электрлік ток (фототок) пайда болады. Сурет 1.2 Фотоэффектінің вольтамперлік сипаттамасы і фототоктың катод К мен анод А арасындағы берілгенсыртқы кернеумен тәуелділік графигі 1.2 суретте көрсетілген. Бұл графикті фотоэффектінің вольтамперлік сипаттамасы (ВАС) деп атайды. Осы тәуелділікте К катод бетінен ұшып шыққан барлық электрондар А анодқа жететін іқ қанығу тогының бөлігі және қандай да бір тежеуші потенциал нәтижесінде фототоктың нөлге дейін кему бөлігі U0 (U0<0) сипатталады. Катодқа толқын ұзындығы әр түрлі жарық түсіріп, сәулелеу арқылы фотоэффектің мынадай негізгі заңдылықтары тағайындалған: Қанығу фототогы түскен (спектрлік құрамы бірдей) жарық ағынына пропорционал. Ол деген сөз, жарықтың әрекетінен секунд сайын жұлынып шығатын электрондар саны, жарық интенсивтігіне тура пропорционал (А. Г. Столетов заңы). Әрбір металл үшін электрондарды жұлып шығарудыңең кішіνminжиілігі (немесеең үлкен толқын ұзындығыλmax) болады. Егер фотоэффектінің қызыл шекарасы деп аталатын осы λmaxшекарадан толқын ұзындығы асып кетсе, (немесе жиілігі νminтолқын жиілігінен аз болса), онда жарықтың интенсивтілігі жоғары болғанына қарамастан фотоэлектрондар бөлініп шықпайды. (Ф. Ленард, 1889). Фотоэлектрондардың ең үлкен (max) кинетикалық энергиясы түсетін жарықтың интенсивтігіне тәуелді емес, ол сәуле жиілігі өскенде сызықты артады(Ф. Ленард, 1889). 8 Жарықтың классикалық электрмагниттік теориясы бойынша, металлдан электрондардың ұшып шығу құбылысы таң қалдырмайды, себебі, түскен электрмагниттік толқын металдағы электрондарды еріксіз тербеліске түсіреді. Сонда электрондар металл бетінен жарық толқынының электр өрісінде «тербелуі» нәтижесінде жұлынып шығарылады. Бірақ, бұл жағдайда, неге электрондардың максимум кинетикалық энергиясы, толқынның электр өрісінің кернеулік векторының тербеліс амплитудасына, демек, жарықтың интенсивтілігіне емес, жиілікке тәуелді екені түсініксіз. Және де фотоффектің қызыл шекарасын да түсіндіруге болмайды. Жарықтың интенсивтілігін арттыра отырып, электронның тербеліс амплитудасын да ұлғайтуға, әрі металл бетінен шығаруға қажетті энергия беруге болатын сияқты. Бірақ, қызыл шекара тек жиілікке тәуелді, әрі оның интенсивтілігіне тәуелді емес. Егер фотоэффекті Эйнштейннің жарық кванттары туралы гипотезасы негізінде қарастырса, барлық қиындықтар жойылады. Осы гипотеза бойынша, түскен монохромат сәуле, εэнергиясы νжиілікпен мына қатынас: , (1.1) арқылы байланысқан, жарық кванттарының – фотондардың ағыны ретінде қарастырылады. Фотон жұтылғанда оның εэнергиясы толығымен бір электронға беріледі. Осы энергия электронның металлдан шығуына, яғни, Ашығу жұмысына және оған кинетикалық энергия беруіне жұмсалады. Осы процесс үшін энергияның сақталу заңы мына түрде жазылады (1.2) Бұл фотоэффект үшін Эйнштейн теңдеуі: Жұтылған фотонның энергиясы электронның шығу жұмысына және кинетикалық энергия алуына жұмсалады. Эйнштейн теңдеуі фотоэффект заңдарын түсіндіруге көмектесті. Сонымен, ең үлкен кинетикалық энергиясы теңдеуімен анықталады. Берілген металл үшін шығу жұмысы тұрақты болғандықтан, (А = const), ең үлкен кинетикалық энергия түскен жарықтың жиілігіне пропорционал: (2) теңдеуден, фотоэффект құбылысы һνфотон энергиясыА шығу жұмысынан аз болмаған жағдайда орындалады: 9 Фотоэффект мүмкін болатын ең кіші жиілік, мына формуламен , (1.3) алең үлкен толқын ұзындығы – мына формуламен (1.4) анықталады. Бұл фотоэффекті қызыл (ұзын толқынды) шекарасы. (1.4) теңдеуден λmaxтек шығу жұмысына, яғни металдың табиғатына ғана тәуелді екені шығады. Uөсуімен i фототок біртіндеп өседі, яғни неғұрлым көбірек фотоэлектрондар анодқа жетеді, әрі қанығу iқан басталады.Ал, U=0 жағдайында, фототок жоғалып кетпейді, яғни катодтан шыққан электрондардың қандай да бір υ жылдамдығы болады, олар анодқа сыртқы өріссіз жетуіне мүмкіндік береді. Фототок нөлге тең болуы үшін тежеуші кернеу беру керек, оны өлшеу арқылы жылдамдықтың максимум мәні мен фотоэлектрондардың кинетикалық энергиясын анықтауға болады: (1.5) Қатты денелерде электрондар потенциалдық шұңқырда қандай да бір U тереңдікте тұр деп есептеуге болады (1.3 - сурет). Металдардың кванттық теориясы бойынша, электрондарпотенциалдық шұңқырда энергияныңдискретті қатарын құрайды. Сурет 1.3 Ферми деңгейлері 10 Төменгі температурада(Т→0)тіпті Ферми деңгейіне дейінгі төменгі барлық деңгейлер де толтырылған. Электрондар Ферми деңгейі бар металлдан шығуы үшін потенциалдық барьерді өте алатындай энергия берілуі керек. Ферми деңгейіндегі потенциалдық барьерден өту үшін қажетті минимал энергияны, шығу жұмысы А деп атайды. А шамасы қатты дененің кристалл торларының қасиеттеріне және металл бетінің күйіне тәуелді. жүктеу/скачать 1.63 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|