Фотоэффект туралы

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 4 бет
Таңдаулыға:

Фотоэффект

Фотоэлектрлік эффект түрлері. Сыртқы фотоэффект заңдары

Қара дененің жылулық сәулелену есебін шешкен Планк гипотезасы кванттық теорияның қалыптасуында маңызды роль атқарған фотоэффект құбылысын түсіндіруді ары қарай дамытты. Фотоэффект сыртқы , ішкі және вентильді болып бөлінеді.

Сыртқы фотоэлектрлік эффект деп вакуумда немесе басқа ортада электромагниттік сәуле әсерінен заттың электрондар шығаруын айтамыз. Сыртқы фотоэффект қатты денелерде (металдарда, жартылай өткізгіштерде, диэлектриктерде), сұйықтарда және жеке атомды және молекулалы (фотоионизация) газдарда байқалады. Фотоэффект құбылысын 1887 ж неміс физигі Г. Герц бақылаған.

Фотоэффект құбылысына алғашқы фундаменталды зерттеу жүргізген орыс ғалымы А. Г. Столетов болды. Вакуумдық трубкада екі электрод батареяға потенциометр арқылы берілетін кернеудің мәнін ғана емес таңбасын да өзгерте алатындай етіп жалғанады. Столетов катод ретінде зерттеліп отырған металды, ал анод ретінде металдық торды пайдаланды (4 - сурет) .

Монохроматты жарықпен катодты жарықтандырғанда пайда болатын токты тізбекке жалғанған амперметр өлшейді. Катодты толқын ұзындығы әр түрлі жарықпен жарықтандыра отырып, Столетов мынадай заңдылықтарды бекітті:

Анық эффективті әсер ультракүлгін сәуле арқылы байқалады;
Жарық әсерінен зат тек теріс зарядтарын жоғалтады;
Жарық әсерінен пайда болған ток күші интенсивтілікке тура пропорционал.

Ағылшын физигі Дж. Дж. Томсон 1898 ж жарық әсерінен ұшып шыққан бөлшектердің жеке (меншікті) заряд шамасын өлшеді. Бұл өлшеулер жарық әсерінен электрондар шығатынын көрсетті.

Ішкі фотоэффект - бұл электромагниттік сәуле әсерінен жартылай өткізгіштер немесе диэлектриктер ішінде байланысқан күйден еркін күйге электрондардың өтуі. Нәтижесінде дене ішіндегі ток тасымалдайтын концентрация өседі. Бұл фотоөткізгіштік (жарық әсерінен жартылай өткізгіштің немесе диэлектриктің электрөткізгіштігінің күшеюі) немесе э. қ. к-і пайда болуына алып келеді.

Вентильді фотоэффект - екі әр түрлі жартылай өткізгіштерді немесе жартылай өткізгіш пен металды жарықтандырғанда э. қ. к-інің (фотоэ. қ. к) пайда болуы. Вентильді фотоэффект Күн энергиясын электр энергиясына айналдыруға тікелей жол ашады. 4 -суретте фотоэффект құбылысы өтіп жатқан эксперименттік қондырғы көрсетілген. Жарық әсерінен катодтан ұшып шыққан электрондардан болған фототоктың электродтар арасындағы кернеуге U тәуелділігі 5-суретте көрсетілген. Графикте катодтың екі түрлі жарықтандырылу Е _е жағдайы (екі жағдайда да жарық жиілігі бірдей) қарастырылған. Кернеу артқан сайын фототокта жайлап өсе түседі, яғни фотоэлектрондардың көпшілігі анодқа жетеді. Графикте қисықтар арқылы электрондар катодтан әр түрлі жылдамдықпен ұшып шығатыны көрсетіледі. Токтың максимум мәні - қанығу тогы катодтан шыққан барлық электрондар анодқа жететін кернеудің U мәнімен анықталады:

мұнда - 1 с ішінде катодтан шыққан электрондар саны.

U =0 болған кезде фототок жойылмайды. Катодтан шыққан электрондар бастапқы жылдамдыққа ие болса, онда кинетикалық энергиясы нөлге тең емес және олар анодқа сыртқы өріссіз жете алады. Фототок нөлге тең болуы үшін тежеуші кернеу U ₀ қажет. U=U ₀ болғанда бірде бір электрон, мейлі оның катодтан шыққан жылдамдығы жоғары болса да тежеуші өрістен өте алмай, анодқа жетпей қалады.

(1. 14)

яғни, U ₀ мәнін өлшей отырып фотоэлектрондардың максимал жылдамдығын және кинетикалық энергиясын анықтауға болады. Әр түрлі материалдардан жасалған және әр түрлі жиілікті жарық түсірілген катодтың вольтамперлік сипаттамасын зерттеу және катодтың әр түрлі энергиялы жарықтандырылуы және алынған мәліметтерді қорыта келе сыртқы фотоэффектінің келесі үш заңы бекітілген.

1. Столетов заңы: белгілі жиілікті жарық әсерінен бірлік уақытта катодтан ұшып шыққан фотоэлектрондар саны жарық интенсивтілігіне пропорционал (қанығу тогы энергиялық жарықтандырылуға пропорционал) .

2. Фотоэлектрондардың бастапқы максимал жылдамдығы (бастапқы максимал кинетикалық энергиясы) түскен жарық интенсивтілігіне тәуелді емес, оның жиілігімен ғана анықталады.

3. Әрбір зат үшін фотоэффектінің қызыл шекарасы болады.

Фотоэффектіні толқындық көзқараспен түсіндіру бір қарағанда қиындық тудырмайды. Шындығында, металда жарық толқынының өрісі әсерінен фотоэффект құбылысы байқалатындай, яғни электрондардың металды тастап шығып кетуге жеткілікті амплитудалы электрондардың мәжбүрлі тербелісі пайда болады. Металдан ұшып шыққан электронның кинетикалық энергиясы түскен жарық интенсивтілігіне тәуелді болар еді, онда интенсивтіліктің артуымен ең соңғы электронға көп энергия берілер еді. Алайда бұл тұжырым фотоэффектінің II-заңына қайшы келеді. Толқындық теория бойынша электрондарға берілетін энергия жарық интенсивтілігіне пропорционал, онда кез-келген жиілікті, бірақ интенсивтілігі жоғары жарық электронды металдан шығарып жіберер еді. Басқа сөзбен айтсақ, фотоэффектінің қызыл шекарасы болмауы тиіс. Бұл фотоэффектінің III-заңына сай келмейді. Сонымен қатар, толқындық теория фотоэффектінің инерциялды еместігін түсіндіре алмайды. Осылай фотоэффект толқындық теория тұрғысынан түсіндіріледі.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.