Дәрістер Жарықтың корпускулдық теориясы
жүктеу/скачать 2,3 Mb.
|
Лекция 29-30 Оптика
| Фотоэлектрлік эффект
Электромагниттік сәуленің (жарықтың) корпускулалық қасиеттерінің алғашқы тәжірибелік көрінісі қарастырылады. Бұларды теориялық түсіндіру фотон ұғымының тағайындалуына әкеліп соқты. С 1.6-сурет ыртқы фотоэффект құбылысының сандық сипаттамаларын тереңірек зерттеу үшін пайдаланылатын эксперименттік қондырғы схемасы 1-суретте кескінделген. Ауасы шығарылған шыны түтік ішіне К катод және А анод орнатылған. Бұлардың арасына R потенциометрімен реттелетін потенциалдар айырымы (кернеу) беріледі, ол V вольтметрімен өлшенді. Біріне-бірі қарама-қарсы қосылған Б1 және Б2 екі аккумулятор батареясы потенциометр жәрдемімен U кернеуінің шамасы мен таңбасын өзгертуге мүмкіндік береді. Катод пен анод арасында өтетін ток күші G гальванометрмен өлшенеді. Түтік бүйіріндегі Т терезеден (кварц) катодқа жарық түсіруге болады. Егер катод жарықтандырылмаған болса, онда катод пен анод арасында ток болмайды. Жарықтандырылған кезде электр тоғы байқалады, ол фототок деп аталады. Фототок күші потенциалдар айырымына, жарық интенсивтігіне, катод материалына және жарық жиілігіне тәуелді болады. Әрине, токтың өтуін қамтамасыз ететін нәрсе жарықтандыру әсерінен катод бетінен бөлінетін теріс зарядтардың қозғалысы екендігі анық. Бірақ осы заряд тасымалдаушылардың табиғаты 1899 ж. дейін, Ленард, Дж.Томсон катодқа түсетін ультракүлгін сәуле әсерінен катодтан бөлініп шыққан зарядталған бөлшектердің электрондар екендігін дәлелдегенге дейін, белгісіз болды. Ленард жарық әсерінен босайтын электрондардың энергиясы жарық жиілігіне пропорционал болатындығын, ал жарық интенсивтігіне тәуелді болмайтынын көрсетіп берді. Л енардтың тәжірибелерінде пайдаланылған қондырғының схемасы 1-суретте келтірілген. Катодты жарықтандырғанда тізбекте электр тогы пайда болады (фототок). Фототок күшінің электродтарға беріл-ген U потенциалдар айыры-мына тәуелділігін өлшеу арқылы Ленард 2-суретте көрсетілгендей тәуелділік алған әрбір осындай тәуел-ділік жарықтың тұрақты ин-тенсивтігі (І=const) жағдайында және белгілі =const жиілік үшін алынады. Қисықтың АБ бөлігі үдетуші потенциал (U0) жағдайында, ал АВ бөлігі - баяулатқыш потенциал жағдайында (U0) алынған; соңғы жағдайда потенциал U әдетте бөгеуші потенциал деп аталады. Үдетуші потенциалды біртіндеп өсіріп, ол U1 мәніне жеткенде і(U) қисығы қанығу бөлігіне шығады. UU1 болған жағдайда жарық әсерінен катодтан бөлініп шыққан фотоэлектрондардың бәрі тізбек арқылы өтеді, сондықтан қанығу тогының і0 күші жарықтың фотоэлектрлік әсерінің өлшеуіші ретінде қарастырылуы тиіс. і(U) тәуелділігіндегі АВ бөліктің болуы фотоэлектрондардың біраз кинетикалық энергиясының болатындығына байланысты. U=-U0 болған жағдайда фотоэлектрондардың бірде біреуі анодқа жетпейді; фототок нөлге айналады. U0 мәнін өлшеп фотоэлектрондардың ең үлкен кинетикалық энергиясын анықтауға болады: Еmax=eU0. Потенциалдар айырымы нөлге тең болған жағдайда (U=0) катодтан анодқа қарай бағытталған электрондар ағыны болады. Бұдан катодтан шығарылатын электрондар катод бетінен қайсыбір жылдамдықпен ұшып шығады, осының арқасында бұлардың анодқа жете алатындығы көрінеді. Бұларды (электрондарды) тоқтатып, фототокты доғару үшін бөгеуші U0 потенциалдар айырымын қосу керек. U0 бөгеуші потенциалдар айырымы І жарық интенсивтігіне тәуелді емес. U0() тәуелділігі 3-суретте көрсетілген. 4-суретте і0 қанығу тоғы І жарық интенсивтігі функциясы ретінде келтірілген. U 0 бөгеуші потенциал қосылған жағдайда (2-сурет) катод бетінен max максимал жылдамдықпен ұшып шығатын электрондар осы жылдамдығын толығынан жоғалтады. Энергияның сақталу заңына сәйкес , (1) мұндағы me - электрон массасы, q - оның заряды. Электрон заряды q=-e теріс, және U0 тежеуіш потенциалы теріс таңбалы болғандықтан бұлардың qU0 көбейтіндісі оң таңбалы болатынын еске саламыз. Қанығу фототогының болуы және і0 қанығу фототок күшінің І жарық интенсивтігіне тура пропорционал болуы уақыт бірлігінде катодтан жұлынып шығарылатын электрондар саны жарық интенсивтігіне пропорционал екендігін көрсетеді. Е скеретін нәрсе, (1) теңдіктегі мәні мен кернеуді өлшейтін вольтметрдің көрсетулері дәл келмейді. Осы - айырмашылық анод пен катод материалдары арасындағы контактылық потенциалдар айырымына тең болады. Осы жағдайды фотоэффект құбылысын сандық талдау жасаған кезде ескеру қажет. 5-суретте (І) жарық интенсивтігі және U потенциалдар айырымы тұрақты болған жағдайда (І=сonst, U=const) і фототок күшінің катодқа түсетін жарық жиілігіне тәуелділігі келтірілген. жиілігі m-ден кіші болған жағдайда ( m-ден) фототок болмайды. 1-5-суреттерде і(U), U0(), і(), і0(І) тәуелділіктері түрінде өрнектелген эксперименттік заңдылықтарды сыртқы фотоэффект заңдары түрінде тұжырымдауға болады. 1. Жарық жиілігі тұрақты болғанда (=const) катод бетінен уақыт бірлігінде жұлынып шығарылатын электрон саны жарық интенсивтігіне тура пропорционал болады. 2. Фотоэффекті катодтың берілген затына тән және фотоэффектің қызыл шекарасы деп аталатын қайсыбір 0 жиіліктен жиілігі төмен емес жарық қана тудыруы мүмкін (жарық интенсивтігіне және катодты жарықтандыру уақытына тәуелсіз). Егер 0 немесе 0 болса, онда фотоэффект байқалады (3-сурет). 3. Катод бетінен 0-ден бастап -ға дейінгі энергиялары бар электрондар бөлініп шығады; осы максимум энергия жарық жиілігі артқанда сызықты түрде артады, ал жарық интенсивтігіне тәуелді болмайды (3-сурет). Катодтың жарықтандырылуы басталған уақыттан фототок қаншалықты кешігіп пайда болатындығын анықтауға арналған зерттеулер жүргізілді. Сонда қандай да бір кешігу байқалмаған. Жүргізілген дәл өлшеулерде кешігудің 10-9 с-тан аспайтындығы дәлелденді. жүктеу/скачать 2,3 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|