Бекітемін Физика кафедрасының меңгерушісі Косов В. Н. 2019 ж. «Атом, атом ядросы және қатты дене физикасы»
жүктеу/скачать 5,44 Mb.
|
5 АТОМНАЯ ФИЗИКА КАЗ лаб 2019 дайын
- Бұл бет үшін навигация:
- 5.5 зертханалық жұмыс
- Қажетті құрал-жабдықтар
| Жұмысты орындау тәртібі
Құрылғыны қосып (осы кезде индикаторда «time: 10.0 s» жанады), 1 мин қызуға мүмкіндік беріңіз. СБРОС кнопкасын басыңыз, осы кезде индикаторлардың барлық разрядында нөл саны көріну керек. ПУСК кнопкасын басыңыз, осы кезде бөлшектер саны мен уақыт көрсеткіші көрініп, өсе бастау керек. Экспозиция уақыты біткен кезде импульсті есептеу автоматты түрде тоқтатылады. Өлшеуді тоқтату қажет болса, СТОП кнопкасын басыңыз. Осы кезде есептеуіш көрсеткішіндегі өзгерістер тоқтау керек. Өлшеу аяқталған соң СБРОС кнопкасын басыңыз. УСТАНОВКА кнопкасын басыңыз және « + » және « – » түмешелері арқылы қажетті өлшеу уақытын енгізіңіз. ПУСК кнопкасын басыңыз, осыдан кейін индикаторда нөлден 4 пунктте белгіленген уақытқа дейін санау басталады. Бөлшектер санын жұтқышты қолданбай және кассетаға пластинасын керекті жиында орналастыру арқылы әр түрлі қалыңдықтағы жұтқыштың көмегімен өлшеңіздер. Жұмыс аяқтылған соң қондырғыны желіден ажыратыңыз. Қондырғының жұмыс істеу режимі – үзілісті, әрбір 2 сағат жұмыстан соң 10-15 минутқа үзіліс жасалады. Әдебиеттер Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия, под ред. К.Зигбана, пер. с англ., т.4, М., гл. 22-24; Экспериментальная ядерная физика, под ред. Э.Сегре, пер.с англ., т.3, М., 1961. № 5.5 зертханалық жұмыс СЫРТҚЫ ФОТОЭФФЕКТІНІ ОҚЫП-ЗЕРТТЕУ ЖӘНЕ ПЛАНК ТҰРАҚТЫСЫН АНЫҚТАУ Жұмыстың мақсаты: Спектрдің көрінетін жарық аумағында жатқан жарықтың әр түрлі жиіліктері үшін тежегіш потенциал шамасының фототокқа тәуелділігін оқып-зерттеу. Планк тұрақтысының шамасын анықтау. Қажетті құрал-жабдықтар: Сыртқы фотоэффектіні оқып-зерттеуге арналған қондырғы. Қысқаша теориялық мәліметтер Жарықпен жарықтандырылған фотокатодтан электрондардың ұшып шығуын фотоэлектрлік эффект деп атаймыз. Бұл құбылыс жарықтың фотондық теориясы арқылы жақсы түсіндіріледі. Жарық затпен энергия мен импульске ие фотон ( Планк тұрақтысы, жарықтың айналым жиілігі, жарық жылдамдығы), яғни бөлшек секілді әсерлеседі. Фотон фотокатод электронымен соқтығысқаннан кейін, фотон өзінің бүкіл энергиясын электронға беріп, өз тіршілігін жояды. Бұл әсерлесудің энергетикалық балансы электрондар үшін мына теңдеумен жазылады: , (1) мұндағы катодтан шыққаннан кейінгі электронның кинетикалық энергиясы, электронның катодтан шығу жұмысы. Фотоэлектрондар энергиясын өлшеген кезде, әдетте, фотокатодқа жақын жерде екінші электрод (анод) орналасады, оған тежегіш немесе үдемелі потенциал беріледі. Үдемелі кернеу жеткілікті көп болған кезде фототок қанығады (1-сурет): жіберілген барлық электрондар анодқа жетеді. Тежегіш потенциал кезінде анодқа тек қана кинетикалық энергиясы үлкен электрондар келіп жетеді де, ал бұл кездегі қозғалыстағы электрондар өріспен кері қайтарылып, катодқа оралады. -дің (қамау потенциалы) қандай-да бір мәнінде ең жылдам фотоэлектрондар да анодқа жете алмай қалады. Электрондарың максимум кинетикалық энергиясы қамау потенциялымен мына қатынаспен байланысқан: . Осы қатынасты (1) теңдікке қоя отырып, фотоэффект үшін Эйнштейн теңдеуін аламыз: . (2) Енді электрондардың максимум энергиясы немен анықталатынын қарастырып көрейік. Қатты денелерде (кристалдарда) электрондар рұқсат етілген энергетикалық зоналарға орналасады және бірдей энергияға ие. Олар бұл зоналарды төменннен бастап толтырады. Паули қағидасы бойынша, онда қанша бос деңгей бар болса, сонша электрон ғана орналаса алады. Сондықтан электрондар бірнеше зонаны толтырады. Соңғы аяғына дейін толтырылған энергетикалық зона валенттік зона деп, ал одан кейінгі рұқсат етілген зона өткізгіштік зонасы деп аталады. Өткізгіштік зонасы изоляторларда бос деуге де болады, жарты өткізгіштерде электрондармен шамалы толтырылған, ал метал жағдайында едәуір деуге болады, алайда аяғына дейін емес. Өткізгіштік электрондары деп аталатын дәл осы электрондарда металдардағы фотоэффект жүзеге асады. Өткізгіштік зонасындағы зонаның түбінен есептелінген электрондардың энергиясы олардың ілгерілемелі қозғалысының кинетикалық энергиясына тең. Температура төмен болған жағдайда электрондар мұндағы барлық деңгейді толтырады. Бұл деңгейдің энергиясы Ферми энергиясы деп аталады. Металдар үшін эВ. Нөлден өзге температурада бос және бос емес деңгейлердің шекарасы нақты анықталмаған. Жылулық «шайылу» намасы -ға тең, ол бөлме температурасында ≈ 0,05 эВ-қа сәйкес келеді, яғни бұл Ферми энергиясының небары 1% және көрінетін жарық фотоны энергиясының бірнеше пайызын құрайды. 1-сурет. Фототоктың фотоэлемент анодындағы кернеуден тәуелділігі. Енді біз (2)-теңдеу құрамына кіретін шамалар мағынасын анығырақ түсіне аламыз. Электронның металдан шығу жұмысы деп Ферми энергиялы және беткі жағына қарай бағытталып қозғалатын электронды кристалдан алып шығуға қажетті энергияны атайды. Егер фотон энергиясы -дан көп болса, онда артық энергия ұшып шығатын электронда қалады. Бұл энергия арқылы белгіленген және ұшып шығатын электронның мүмкін болатын максимум энергиясы болып табылады. Кристалдан жарықтың әсерінен шығарылатын барлық басқа электрондардың энергиялары аз, өйткені олар тереңірек деңгейде орналасқан немесе олар басқа жаққа қозғалған. Жартылай өткізгіштерде энергия деңгейлері бойынша электрондарды орналастыру металдарда орналастырудан өзгеше болып келеді. Төмен температураларда жартылай өткізгіштер изоляторлар болып табылады, яғни олардың валенттік зонасы аяғына дейін толтырылған, ал өткізгіштік зонасы бос. Температура көтерілген кезде электрондардың аз бөлігі валенттік зонадан өткізгіш зонасына ауысады. Егер фотондардың энергиясын ақырындап көтеретін болсақ, алдымен электрондарды өткізгіштік зонадан ұшырып шығаруға қатысы бар әлсіз фототок пайда болады. Алайда фототоктың көп бөлігі фотондар энергиясы электрондар көп орналасқан валенттік зонадан электрондарды ұшырып шығаруға жеткілікті болған жағдайда пайда болады. Біздің жағдайда валенттік зонаның жоғарғы шекарасына сәйкес келетін энергия фотоэффект шекарасын анықтайды. Жартылай өткізгіштердің Ферми энергиясы аталған мәселеде металдағыдай рөл ойнамайды. Жартылай өткізгіштерде бұл энергия электрондары жоқ, рұқсат етілмеген зонада болады. Жұмыста спектрдің көрінетін жарық аумағында жатқан жарықтың әр түрлі жиіліктері үшін тежегіш потенциал шамасының фототокқа тәуелділігі қарастырылған. Эйнштейн теңдеуін эксперименттік түрде тексеру үшін жарықтың түрлі жиіліктерінде қамау потенциалы анықталады және тәуелділігі құрылады, оны (2)-теңдеуден табамыз: (3) Берілген катод үшін қамау потенциалы жарық жиілігіне тәуелді. графиктегі түзудің көлбеуі бойынша (2-сурет) Планк тұрақтысын анықтауға болады: (4) (4)-формула көрсеткендей, түзуінің көлбеулік бұрышы фотокатод жасалған заттың түріне тәуелді емес. Алайда зат түріне фототоктың шамасы, шығу жұмысы және түзудің формасы (1-сурет) тәуелді. Осының барлығы тәжірибеге жарамды катодтарды таңдауға көмектеседі. Ең маңыздысы түзудің нөлге барынша тік келуі. 2-сурет. Қамау потенциалының жарық жиілігіне тәуелділігі. жүктеу/скачать 5,44 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|