Сабақ зертханалық ЖҰмыс №3 Тақырыбы: Айнымалы ток тізбегін зерттеу
жүктеу/скачать 0,54 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Теориялық кіріспе
- - сурет. Фототок күшінің түсірілген кернеуге тәуелділігі
№11 - Зертханалық жұмысТақырыбы: Сыртқы фотоэффект Жұмыстың мақсаты: Фотоэлементтің вольтамперлік сипаттамасын зерттеу. Оның сезімталдығын анықтау. Теориялық кіріспеФотоэлектрлік эффект құбылысын 1887 жылы неміс физигі Г. Герц ашқан, оны 1890 жылы орыс ғалымы А. Г. Столетов тәжірибе жүзінде зерттеген. Фотоэффект құбылысы жарықтың затпен әсерлесуі кезінде байқалады. Фотоэффекттің үш түрі бар: сыртқы, ішкі және вентильдік. Сыртқы фотоэффект деп жарықтың әсерінен қатты немесе сұйық заттардың бетінен электрондардың ыршып шығуын айтады. Ішкі фотоэффект кезінде жарықтың әсерінен шалаөткізгіштердің ішіндегі электрондар атоммен байланысын үзіп еркін электронға айналады, нәтижесінде шалаөткізгіштің электрөткізгіштігі артады. Вентильдік фотоэффект деп әртүрлі екі шалаөткізгіштің немесе шалаөткізгіш пен металдың (сыртқы электр өрісі жоқ кезде) түйіскен жерін жарықтандырғанда ЭҚК-нің пайда болуын айтады. Ең бірінші сыртқы фотоэффект құбылысын зерттеген А.Г. Столетов. Сыртқы фотоэффектті зерттеудің принциптік сұлбасы 9.1 суретте келтірілген. Тәжірибеде екі металл электродтардан тұратын шыны вакуумдық баллон қолданылған, электродтардың беті тазартылған. Электродтарға қандай да бір U кернеу берілген, кернеудің полюсін қос кілттің көмегімен өзгертуге болады. сурет. Фотоэффектті зерттеудің принциптік сұлбасыЭлектродтардың бірі (катод K) кварц терезешесі арқылы толқын ұзындығы λ монохромат жарықпен жарықтандырылады. Жарық ағыны өзгермеген жағдайда I фототоктың түсірілген U кернеуге тәуелділігі алынған. - суретте жарық ағыны интенсивтігінің екі түрлі мәнінде алынған қисықтар түріндегі тәуелділіктер келтірілген. 2 қисық жарық ағынының жоғары интенсивтігіне сәйкес келеді, Iқ1 және Iқ2 – қанығу токтары, Uт– тежеуіш потенциал. Қисықтардан көрініп тұрғандай, A анодқа барынша жоғары оң кернеулер берген кезде фототок қанығу мәніне жетеді, себебі жарық әсерінен катодтан ұшып шыққан барлық электрондар анодқа жетеді. - сурет. Фототок күшінің түсірілген кернеуге тәуелділігіӨлшеулер нәтижесі Iқ қанығу тогы түскен жарық интенсивтігіне тура пропорционал екенін көрсетеді. Анодтағы кернеу теріс болған кезде, катод пен анод арасындағы электр өрісі электрондарды тежейді де, нәтижесінде кинетикалық энергиялары |eU| - дан жоғары электрондар ғана анодқа жете алады. Егер анодтағы кернеу Uт мәнінен аз болса фототок болайды. Uт өлшеп фотоэлектрондардың максимал кинетикалық энергиясын анықтауға болады: mυ 2 max = eUT . (9.1) 2 Тәжірибелерде Uт шамасы түскен жарық ағынының интенсивтігіне тәуелсіз екендігі анықталды. Өлшеу нәтижелері тежеуіш потенциал ν жарық жиілігі үлкейген сайын сызықты түрде артатынын көрсетті. Зерттеулер негізінде А.Г. Столетов сыртқы фотоэффектінің келесі заңдарын тағайындады: Фотоэлектрондардың максимал кинетикалық энергиясы (максимал жылдамдығы) ν жарық жиілігі үлкейген сайын сызықты түрде артады және жарық интенсивтігіне тәуелсіз. Әрбір зат үшін фотоэффекттің қызыл шегі болады, яғни фотоэффект мүмкін болатын ең төменгі жиілік νmin. Катодтан 1с ыршып шыққан фотоэлектрондар саны жарық интенсивтігіне тура пропорционал. Фотоэффект инерциалды емес, яғни катодты жарықтандырғанда фототок лезде пайда болады, бұл кезде түскен жарық жиілігі ν > νmin шартын қанағаттандыруы қажет. Фотоэффектінің барлық заңдылықтары жарықтың затпен әсерлесуі жөніндегі классикалық физика түсініктеріне түбегейлі қарама-қайшылықта болды. Толқындық түсініктерге сәйкес электрон электромагниттік жарық толқынымен әсерлескенде біртіндеп өзіне энергия жинауы керек болатын, нәтижесінде электрон катодтан ұшып шығатындай энергия жинауы үшін жарық интенсивтігіне тәуелді қандай да бір уақыт қажет. Есептеу нәтижелері мұндай уақыт минуттар немесе сағаттармен өлшенуі тиіс екендігін көрсетеді. Бірақ тәжірибеде фотоэлектрондар катодты жарықтандырғаннан кейін бірден пайда болады. Бұл модельде, сонымен қатар, фотоэффектінің қызыл шегінің болуын түсіндіру мүмкін емес болды. Жарықтың толқындық теориясы фотоэлектрондардың энергиясының жарық ағынының интенсивтігіне тәуелсіздігін және олардың максимал кинетикалық энергиясының жарық жиілігіне пропорционалдығын түсіндіре алмады. Сонымен, жарықтың электромагниттік теориясы фотоэффект заңдылықтарын түсіндіруге жарамсыз болды. 1905 жылы Эйнштейн М.Планктың жарық белгілі бір үлестер (порциялар) түрінде шығарылады және жұтылады, және әрбір порцияның энергиясы E = hν, формуласымен анықталады (h – Планк тұрақтысы)), Деген гипотезасын негізге ала отырып, фотоэффект заңдылықтарын түсіндірді. Эйнштейн жарық үздікті (дискретті) құрылымға ие деген қорытындыға келіп, кванттық түсініктердің дамуына қадам жасады. Ол электромагниттік толқын жекелеген порциялардан – кванттардан тұрады деді, кейіннен оны фотондар деп атады. Планк гипотезасын дамыта келіп, А. Эйнштейн фотоэффектінің келесі бетіне ұшып келіп электронмен соқтығысады да оған өзінің барлық энергиясын береді. Фотонның бұл энергиясы электронның металдан шығу жұмысына және қалғаны электронның кинетикалық энергиясына айналады. Онда фотоэффект үшін энергияның сақталу заңы келесі түрде жазылады: mV 2 hν = A + max , (9.2) 2 мұндағы hv – электронға берілген жарық квантының энергиясы, А – mV2 электронның металдан шығу жұмысы, max – босаған электронның максимал 2 кинетикалық энергиясы. (9.2) теңдеуі сыртқы фотоэффект үшін Эйнштейн теңдеуі деп аталады. (9.2) Эйнштейн теңдеуі көмегімен сыртқы фотоэффектінің барлық заңдылықтарын түсіндіруге болады. Теңдеу тәжірибе жүзінде Столетов тағайындаған фотоэффект заңдарынын теориялық негізін де береді. жүктеу/скачать 0,54 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|