Мundarija kirish I. Bob. Tashqi fotoeffekt

2.2. Foto effekt turlari
Qora jismning issiqlik nurlanishi muammosini ajoyib tarzda hal qilgan Plankning gipotezasi tasdiqlandi va fotoelektr effektini tushuntirishda yanada rivojlantirildi - bu hodisa kashfiyoti va o'rganilishi kvant nazariyasining shakllanishida muhim rol o'ynadi. 1887 yilda G. Gerts manfiy elektrod ultrabinafsha nurlar bilan yoritilganda, elektrodlar orasidagi oqim pastroq kuchlanishda sodir bo'lganligini aniqladi. V. Galvaks (1888) va A.G.ning tajribalari ko'rsatganidek, bu hodisa. Stoletov (1888-1890), yorug'lik ta'sirida elektroddan manfiy zaryadlarni chiqarib yuborish natijasida paydo bo'lgan. Elektron hali kashf qilinmagan. Faqat 1898 yilgacha J.J. Tompson va F. Leonard, tanadan chiqarilgan zarrachalarning o'ziga xos zaryadini o'lchab, bu elektronlar ekanligini aniqladilar.Tashqi, ichki, klapanli va ko'pfotonli fotoelektrik effektni ajrating. Tashqi fotoelektr effekti elektromagnit nurlanish ta’sirida moddaning elektronlar emissiyasi deyiladi. Tashqi foto effekt qattiq moddalarda (metallar, yarimo'tkazgichlar, dielektriklar), shuningdek alohida atom va molekulalardagi gazlarda kuzatiladi (fotoionizatsiya). Ichki fotoelektr effekti - Bu yarimo'tkazgich yoki dielektrik ichidagi elektromagnit nurlanish tufayli chegaradan erkin holatga tashqariga chiqmasdan o'tish. Natijada, tanadagi tok tashuvchilarning kontsentratsiyasi oshadi, bu esa fotokonduktivlik (yarimo'tkazgich yoki dielektrik yoritilganda elektr o'tkazuvchanligining oshishi) paydo bo'lishiga yoki elektr harakatlantiruvchi kuch (EMF) paydo bo'lishiga olib keladi. Vana fotoelektr effekti bu o'ziga xos ichki fotoelektrik effekt, bu ikki xil yarimo'tkazgich yoki yarimo'tkazgich va metall (tashqi elektr maydoni bo'lmasa) kontaktini yoritganda EMF (foto EMF) ning paydo bo'lishi. Vana fotoelektrik effekti quyosh energiyasini to'g'ridan to'g'ri elektr energiyasiga aylantirishga yo'l ochadi. Multifotonli fotoeffekt agar yorug'lik intensivligi juda yuqori bo'lsa (masalan, lazer nurlarini ishlatganda) mumkin. Bunday holda, metall chiqaradigan elektron bir vaqtning o'zida bir emas, balki bir nechta fotonlardan energiya olishi mumkin. Maksimal qiymat to'yinganlik fototoki bu kuchlanish qiymati bilan aniqlanadi U bunda katoddan chiqadigan barcha elektronlar anodga yetadi:

qayerda n- 1 soniyada katod tomonidan chiqarilgan elektronlar soni. Bu I - V xarakteristikasidan kelib chiqadi U= 0 fototok yo'qolmaydi. Shunday qilib, katoddan chiqarilgan elektronlar ma'lum bir boshlang'ich tezlikka ega, shuning uchun ular nol bo'lmagan kinetik energiyaga ega, shuning uchun ular tashqi maydonsiz katodga etib borishi mumkin. Fototok nolga teng bo'lishi uchun uni biriktirish kerak ushlab turuvchi kuchlanish ... Elektronlarning hech biri, hatto katoddan chiqishda maksimal tezlikka ega bo'lganlar ham, sekinlashuvchi maydonni engib, anodga yeta olmaydi. Demak,Fotoelektr effekti yorug'lik (ko'rinadigan, infraqizil va ultrabinafsha) ta'sirida moddaning atomlari va molekulalari bilan bog'lanishidan elektronlarning to'liq (yoki qisman) chiqishi deyiladi. Agar elektronlar yoritilgan moddaning tashqarisiga chiqsa (to'liq chiqarish), u holda fotoelektrik effekt tashqi deb ataladi (1887 yilda Xertz tomonidan kashf etilgan va 1888 yilda L. Stoletov tomonidan batafsil o'rganilgan). Agar elektronlar faqat "o'z" atomlari va molekulalari bilan aloqani yo'qotsa, lekin yoritilgan moddaning ichida "erkin elektronlar" (qisman ajralib chiqish) bo'lib qolsa va shu bilan moddaning elektr o'tkazuvchanligi oshsa, fotoelektr effekti ichki deb ataladi (1873 yilda amerikalik fizik U.Smit).
Tashqi fotoelektr effekti metallarda kuzatiladi. Agar, masalan, elektroskopga ulangan va manfiy zaryadlangan sink plastinka ultrabinafsha nurlar bilan yoritilsa, elektroskop tezda zaryadsizlanadi; musbat zaryadlangan plastinka holatida hech qanday oqindi bo'lmaydi. Demak, yorug'lik metalldan manfiy zaryadlangan zarralarni chiqaradi; ularning zaryadini aniqlash (1898 yilda J.J. Tomson tomonidan amalga oshirilgan) bu zarrachalarning elektron ekanligini ko'rsatdi. Yorug'likning to'lqin nazariyasi asosida fotoelektr ta'sirining ikkinchi va uchinchi qonunlarini tushuntirib bo'lmaydi. Darhaqiqat, bu nazariyaga ko'ra, yorug'lik qizg'inligi metalldagi elektronni "silkitadigan" elektromagnit to'lqin amplitudasining kvadratiga mutanosibdir. Shuning uchun, har qanday chastotali, lekin etarlicha yuqori intensivlikdagi yorug'lik metalldan elektronlarni tortib olishi kerak; boshqacha aytganda, fotoelektr effektining "qizil chegarasi" bo'lmasligi kerak. Bu xulosa fotoeffektning uchinchi qonuniga zid. Bundan tashqari, yorug'lik qanchalik katta bo'lsa, elektron undan kinetik energiyani olishi kerak. Shuning uchun yorug'lik intensivligining oshishi bilan fotoelektron tezligi oshishi kerak edi; bu xulosa fotoelektr ta'sirining ikkinchi qonuniga zid.Tashqi fotoelektrik effekt qonunlari yorug'lik kvant nazariyasiga asoslangan oddiy talqinni oladi. Bu nazariyaga ko'ra, yorug'lik oqimining kattaligi vaqt birligida metall yuzasiga tushgan yorug'lik kvantlari (fotonlar) soni bilan belgilanadi. Har bir foton faqat bitta elektron bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin. Shunung uchun fotoelektronlarning maksimal soni yorug'lik oqimiga mutanosib bo'lishi kerak (fotoelektr ta'sirining birinchi qonuni). Fotoelektrik effekt qonunlarini tushuntirish uchun uning qo'llanilishi.Eynshteynning fotoelektr effekti uchun tenglamasi-energiyaning saqlanishi va o'zgarishi qonunining alohida holati. U o'z nazariyasini hali paydo bo'layotgan kvant fizikasi qonunlariga asoslagan. Eynshteyn uchta fikrni aytdi:
Agar modda elektronlarga ta'sir qilsa, tushgan fotonlar to'liq so'riladi. Bitta foton faqat bitta elektron bilan o'zaro ta'sir qiladi. Bitta yutilgan foton ma'lum E kē ga ega bo'lgan bitta fotoelektronning chiqarilishiga hissa qo'shadi. Fotonning energiyasi moddaning elektronning ish funktsiyasiga (A chiqishi) va uning boshlang'ich kinetik energiyasiga sarflanadi, agar elektron moddaning yuzasidan chiqib ketsa maksimal bo'ladi. E kē = hυ - A chiqish Vujudga kelgan nurlanish chastotasi qanchalik baland bo'lsa, foton energiyasi shuncha yuqori bo'ladi va fotoelektronlarning boshlang'ich kinetik energiyasi uchun shuncha ko'p (minus ish funktsiyasi) qoladi. Vujudga kelgan nurlanish qanchalik kuchli bo'lsa, yorug'lik oqimiga shunchalik ko'p fotonlar kiradi va shunchalik ko'p elektronlar moddani tark etib, fototokni yaratishda ishtirok etishlari mumkin bo'ladi. Shuning uchun to'yinganlik fototok kuchi yorug'lik oqimiga mutanosib (I f us ~ F). Biroq, dastlabki kinetik energiya intensivlikka bog'liq emas, chunki bitta elektron faqat bitta foton energiyasini yutadi.


XULOSA
Tabiatshunoslik va texnika fanlari rivojlanishiga ijobiy ta’sir ko'rsatayotgan fizika fanini o'rganish juda muhimdir. Darhaqiqat, hayotimizning barcha sohalarida: sanoatda, texnikada, zamonaviy kompyuter va axborot texnologiyasida fizika fanining ahamiyati beqiyosdir.
XX asr oxirida klassik fizika: mexanika, elektr va magnitizm nazariyasi hamda juda ko‘p zarralardan tashkil topgan sistema fizikasi molikulyar fizika va termadinomika kashf etib bo'lindi. XX asr boshlarida zamanoviy fizika: nisbiylik nazariyasi va kvant fizika yaratila boshlandi. Nisbiylik nazariyasida tezligi yorug'lik tezligiga yaqin bo'lgan holatlarda klassik mexanikaning asosiy tushinchalarini, jumladan vaqt, fazo tushunchalarini tubdan qayta qaralishi taqoza etildi. Klassik sirini va nisbiylik nazariyasi haqidagi (Davlat ta’lim standartiga muvofiq) materiallardan keyin fizika kursida kvant fizikasi o'rganiladi. Fotoeffekt — moddalarning elektromagnit nurlanish taʼsirida elektron chiqarishi. F. hodisasini 1887-yilda nemis fizigi G. Gers ochgan. Dastlabki asosiy tadqiqotlarni rus olimi A. G. Stoletov (1888), soʻngra nemis fizigi F. Leonard (1899) oʻtkazgan. F. qonunlarini birinchi boʻlib A. Eynshteyn (1905) nazariy tushuntirgan. F.ning asosiy qonuniyatlari: 1) chiqarilayotgan elektronlar soni nurlanish intensivligiga proporsional; 2) har bir modda uchun uning sirtining maʼlum holatiga va T=0 K trada chegara — nurlanishning eng kichik chastotasi P50 (yoki eng katta toʻlki n uzunligi ^0) mavjud boʻlib, bu chegaradan tashqarida F. sodir boʻlmaydi; 3) fotoelektronlarning eng katta kinetik energiyasi nurlanish chastotasi 03 ortishi bilan chiziqli ortadi va nurlanishning intensivligiga bogʻliq boʻlmaydi. F. — kvant hodisa, uning ochilishi kvant nazariyasini eksperimental asoslashda muhim rol oʻynadi; F. qonuniyatlarini faqat kvant nazariyasi asosida tushuntirish mumkin. Erkin elektron fotonnk yutishi mumkin emas, chunki bunda bir vaqtning oʻzida energiyaning ham, impulsning ham saklanish qonuni bajarilmaydi. Elektron atrof muhit bilan brgʻlanganligi uchun F. hodisasi atom, molekula va kondensatlangan muhitda hosil boʻlishi mumkin. Bu bogʻlanish atomda ionlanish energiyasi ye, bn, kondensatlangan muhitda chiqish ishi A bilan tavsiflanadi. F.dagi energiyaning saklanish qonuni Eynshteyn munosabati bilan ifodalanadi: E=hm — ye (yoki Ehw — A), bunda Ye — fotoelektronning kinetik energiyasi. T=0K va yoruglik intensivligi kichik boʻlganda (amadda koʻp fotonli effektlar boʻlmaganda), agar h sh < ye, yoki h sh < A boʻlsa, F. boʻlmaydi.
Gazlarda F. ayrim atom va molekulalarda kuzatiladi (fotoionlanish). Bunda foton yutilib, elektron chikarish yoʻli bilan ionlanish yuz beradi. Fotonning ionlashga sarflagan energiyadan boshqa gamma energiyasi chikarilayotgan elektronga beriladi. Kondensatlangan muhitlarda fotonlarni yutish mexanizmi ularning energiyasiga bogʻliq. h Sh > A da foton utkazuvchanlik elektronlari (metallarda) yoki valentlik elektronlari (yarimoʻtkazgichlar va dielektriklarda) tomonidan yutiladi. Natijada tashqi F. yoki ichki F. kuzatiladi. P GO juda katta boʻlganda (ukvantlar holida) fotoelektronlar atomning chuqur qobiqlaridan urib chiqarilishi mumkin. Koʻpgina metallarning toza sirtlari uchun A>3 eV, shuning uchun metallarda F. ultrabinafsha sohada kuzatiladi. Ishqoriy yer metallari va bariy (Va) uchun F. koʻrinadigan yorugʻlik sohasida ham kuzatiladi.