☰ Mundarija · Fizika

Kvant fizikasi boshlanishi, fotoeffekt

Darslar 34–35 · 2 ta dars · N. Sh. Turdiyev, K. A. Tursunmetov, A. G. Ganiyev, K. T. Suyarov, J. E. Usarov, A. K. Avliyoqulov. Fizika 11-sinf, 1-nashr. «Niso Poligraf» nashriyoti, Toshkent, 2018
35

Fotoelektrik effekt. Fotonlar

Darslik: 137–141-betlar
MaqsadTashqi fotoeffekt qonunlarini, Eynshteyn tenglamasi hν = A + E_k ni va qizil chegarani bilish; masalalarda qo‘llash, ichki fotoeffektni farqlash.
Yangi so‘zlar
fotoeffekt · photoelectric effectchiqish ishi · work functionyopuvchi kuchlanish · stopping voltagefoton · photon
Tushuntirish

Tashqi fotoeffekt — yorug‘lik ta’sirida moddadan elektronlar chiqishi. Tajribada: to‘yinish fototoki yorug‘lik oqimiga to‘g‘ri proporsional; fotoelektronlarning maksimal kinetik energiyasi yorug‘lik intensivligiga emas, chastotaga chiziqli bog‘liq (E_k max = eU_yop); har bir modda uchun minimal chastota ν_min bor — undan past chastotada yorug‘lik qancha kuchli bo‘lmasin, effekt bo‘lmaydi; effekt inersiyasiz. To‘lqin nazariyasi buni tushuntira olmadi, Eynshteyn (1905) esa yorug‘lik fotonlar oqimi, har bir foton hν energiyani bitta elektronga butunlay beradi, deb hisobladi: hν = A + E_k max, bunda A — chiqish ishi. Demak, qizil chegara ν_min = A/h, λ₀ = hc/A; yorug‘lik oqimi ortsa fotonlar soni va fototok ortadi, lekin har bir foton energiyasi o‘zgarmaydi. U_yop(ν) grafigining qiyaligi h/e ga teng, bu h ni o‘lchash imkonini beradi. Ichki fotoeffektda yarimo‘tkazgichdagi elektronlar yorug‘lik ta’sirida erkin bo‘ladi, modda ichida o‘tkazuvchanlik ortadi (fotorezistor).

Namunalar
Chiqish ishi A = 2 eV bo‘lgan katodga λ = 400 nm yorug‘lik tushdi: hν = 1240/400 = 3,1 eV, E_k max = 3,1 − 2 = 1,1 eV, yopuvchi kuchlanish U_yop = 1,1 V; qizil chegara λ₀ = 1240/2 = 620 nm.
Tajribada ν₁ = 6·10¹⁴ Hz da U_yop = 0,48 V, ν₂ = 10¹⁵ Hz da 2,14 V. Qiyalik ΔU/Δν = 1,66/(4·10¹⁴) ≈ 4,15·10⁻¹⁵ V·s = h/e, demak h ≈ 4,15·10⁻¹⁵·1,6·10⁻¹⁹ ≈ 6,6·10⁻³⁴ J·s.
Sinfda faoliyat

Kalkulyator yoki quyosh batareyasi bor soatga e’tibor bering: yorug‘likni qo‘l bilan yopsangiz, u ishlamay qoladi — bu ichki fotoeffektga misol. Quyoshga to‘g‘ridan to‘g‘ri qaramang, lazer yoki ultrabinafsha lampa bilan tajriba o‘tkazmang.

Mashq
1
Fotoeffektning qizil chegarasi nima?
2
Foton energiyasi 5 eV, chiqish ishi 3 eV. E_k max necha eV?
3
Chiqish ishi 3,1 eV. Qizil chegara necha nm? (hc = 1240 eV·nm)
4
Nima uchun qizil chegaradan past chastotada kuchli yorug‘lik ham elektron chiqarmaydi?