Білім беру бағдарламасы бойынша реферат тақырыбы: «Фотоэффект»
жүктеу/скачать 480,73 Kb.
|
Фотоэффект
Фотоэффект құбылысы
- Бұл бет үшін навигация:
- 4. Фотоэффект бойынша қосымша зерттеулер
| 3-бөлім бойынша қорытынды
Столетовтың тәжірибесі Герц ашқан жаңалыққа ақпараттық тұрғыдан ештеңе қосқан жоқ, дегенмен бұл мүлдем басқа зерттеу деңгейі болды. Столетов қол жеткізген нәтиже аса сенімді болмады. Алайда, Столетов өзінің экспериментіне өте оптимистік көзқараспен қарады және өрескел қате жіберді. Столетов вольт доғасының ультракүлгін сәулесімен жарықтандырылған екі металл диск жарық энергиясын электр энергиясына түрлендіргіш деп ойлады. Егер электр тізбегінде батарея болмаса, солай болар еді. Шынында да, дискілер арасындағы аралықта ток өтті, бірақ бұл ток фототок емес еді. Өкінішке қарай, кейінгі фотоэффект зерттеушілері бұл қатеден арыла алмады. 4. Фотоэффект бойынша қосымша зерттеулер 1891 жылы Эльстер және Гейтель сілтілі металдарды зерттеу кезінде металдың электропозитивтілігі неғұрлым жоғары болса, оның фотосезімтал болатын шекаралық жиілігі соғұрлым төмен болады деген қорытындыға келді. Томсон 1898 жылы эксперименталды түрде сыртқы фотоэффект кезінде металдан шығатын электр зарядының ағыны ол бұрын ашқан бөлшектердің (кейінірек электрондар деп аталады) ағыны екенін анықтады. Сондықтан жарықтың өсуімен фототоктың ұлғаюын жарықтың өсуінен үзілген электрондар санының артуы деп түсіну керек [1]. Фотоэффект құбылысы туралы ең толық зерттеуді Ф. Ленард 1900-1902 жылдары жүргізді [1, 11]. Осы уақытқа дейін электрон туралы жаңалық ашылып қойды (1897, Дж. Томсон) және фотоэффект (немесе дәлірек айтқанда, сыртқы фотоэффект) оған түскен жарықтың әсерінен заттан электрондарды жұлып алудан тұратыны белгілі болды. Тәжірибелерде беті мұқият тазартылған екі металл электродтары бар шыны вакуумдық баллон қолданылды. Электродтарға кернеу беріліп, олардың полярлығын қос кілт арқылы өзгертуге болады. Кварц терезесі арқылы катод белгілі бір толқын ұзындығындағы монохроматикалық жарықпен жарықтандырылды. Тұрақты жарық ағынында фототок күшінің қолданылатын кернеуге тәуелділігі жойылды. Нәтиженің көрсетуінше, анодтағы жеткілікті үлкен оң кернеулерде фототок қанықтылыққа жететінін көрсетеді, өйткені катодтан жарықпен жұлынған барлық электрондар анодқа жетеді. Өлшем нәтижесі бойынша қанықтыру тогының түсетін жарықтың қарқындылығына тура пропорционал екенін көрсетті. Анодтағы кернеу теріс болған кезде катод пен анод арасындағы электр өрісі электрондарды тежейді. Өлшем нәтижесі бойынша құлыптау потенциалы жарық жиілігінің жоғарылауымен сызықтық өсетінін көрсетті. Көптеген экспериментаторлар фотоэффекттің келесі негізгі заңдылықтарын анықтады: 1. Фотоэлектрондардың максималды кинетикалық энергиясы жарық жиілігінің жоғарылауымен сызықтық түрде артады және оның қарқындылығына тәуелді емес. 2. Әрбір зат үшін фотоэффекттің қызыл шекарасы — сыртқы фотоэффект әлі де мүмкін болатын ең төменгі жиілік. 3. 1 секундта катодтан жарық шығаратын фотоэлектрондардың саны жарық қарқындылығына тура пропорционал. 4. Фотоэффект іс жүзінде инерциясыз, фототок катодты жарықтандыру басталғаннан кейін бірден пайда болады. Фотоэффекттің барлық осы заңдылықтары классикалық физиканың жарықтың затпен әрекеттесуі туралы идеяларына түбегейлі қайшы келді. Толқындық көріністерге сәйкес, электромагниттік жарық толқынымен әрекеттесу кезінде электрон энергияны біртіндеп жинақтауы керек еді және электронның катодтан шығуы үшін жеткілікті энергия жинауы үшін жарықтың қарқындылығына байланысты айтарлықтай уақыт қажет болады. Есептеулер көрсеткендей, бұл уақыт минуттармен немесе сағаттармен есептелуі керек еді. Алайда, тәжірибе көрсеткендей, фотоэлектрондар катодты жарықтандыру басталғаннан кейін бірден пайда болады. Бұл модельде фотоэффекттің қызыл шекарасының бар екенін түсіну мүмкін болмады. Жарықтың толқындық теориясы фотоэлектрондық энергияның жарық ағынының қарқындылығынан тәуелсіздігін және максималды кинетикалық энергияның жарық жиілігіне пропорционалдығын түсіндіре алмады. Осылайша, жарықтың электромагниттік теориясы бұл заңдылықтарды түсіндіре алмады. Фотоэффектті 1905 жылы Альберт Эйнштейн Макс Планктың жарықтың кванттық табиғаты туралы гипотезасы негізінде түсіндірді. Эйнштейннің жұмысы маңызды жаңа гипотезаны қамтыды-егер Планк 1900 жылы жарық тек квантталған бөліктерде шығарылады деп болжаса, онда Эйнштейн Жарық тек квантталған бөліктер түрінде болады деп сенген [1]. Планк гипотезасы электромагниттік толқындардың сәулеленуі мен жұтылуының дискреттілігі, яғни жарықтың затпен өзара әрекеттесуінің үзік-үзік сипаты туралы айтты [12]. Сонымен қатар, Планк жарықтың таралуы классикалық электродинамика заңдарына толық сәйкес келетін үздіксіз процесс деп есептеді. Эйнштейн әрі қарай зерттеу керек деп шешті: ол жарықтың негізінен үзік-үзік құрылымы бар екенін айтты: сәулелену мен сіңіру ғана емес, сонымен қатар жарықтың таралуы жеке бөліктерде — энергиясы бар кванттарда жүреді. Планк өзінің гипотезасын тек математикалық «трюк» ретінде қарастырды және микроәлемге қатысты электродинамиканы жоққа шығаруға батылы бармады. Кванттар Эйнштейннің арқасында физикалық шындыққа айналды. Электромагниттік сәулелену кванттары (атап айтқанда жарық кванттары) кейіннен фотондар деп аталды. Осылайша, жарық вакуумда жарық жылдамдығымен қозғалатын арнайы бөлшектерден — фотондардан тұрады. Монохроматикалық жарықтың әрбір фотоны энергияны тасымалдайды. Фотондар энергия мен импульсті зат бөлшектерімен алмастыра алады, бұл жағдайда біз фотондардың катод металының электрондарымен соқтығысуы туралы айтамыз. Жарықты сіңіру — бұл фотондардың жұтылуы, яғни фотондардың бөлшектермен (атомдармен, электрондармен) серпімді емес соқтығысуы. Электронмен соқтығысқан кезде сіңіп, фотон оған өз энергиясын береді. Нәтижесінде электрон кинетикалық энергияны біртіндеп емес, бірден алады және бұл фотоэффекттің инерциясыздығын түсіндіреді. 1906-1915 жылдары фотоэффекттіні Роберт Милликан зерттеді [1]. Ол құлыптау кернеуінің жиілікке нақты тәуелділігін анықтай алды және оның негізінде Планк тұрақтысын есептей алды. «Мен өмірімнің он жылын осы 1905 жылғы Эйнштейн теңдеуін тексеруге жұмсадым, — деп жазды Милликан —мен 1915 жылы оның қисынсыздығына қарамастан эксперименталды түрде расталғанын мойындауға мәжбүр болдым, өйткені бұл жарықтың интерференциясы туралы біз білетін барлық нәрсеге қайшы келетін сияқты». Фотоэффект бойынша зерттеулер алғашқы кванттық механикалық зерттеулердің бірі болды. Альберт Эйнштейн фотоэффектіні 1905 жылы түсіндірді, ол үшін 1921 жылы Швед физигі Карл Вильгельм Озеен номинациясының арқасында Нобель сыйлығын алды. Комитеттің 1921 жылы А. Эйнштейнге Нобель сыйлығын беру туралы шешімінде: «теориялық физикаға қосқан үлесі үшін және әсіресе фотоэффект Заңын ашқаны үшін» деп жазылған [4]. Кідірту кернеуінің сәулелену жиілігіне тәуелділігі түзу сызық түрінде болады, оның көлбеуі Планк тұрақтысының мәнімен анықталады. Бұл көлбеуді натрий, магний, мыс және алюминий үшін эксперименталды түрде өлшей отырып, Р.Милликан 1914 жылы Планк тұрақтысының мәнін жақсы дәлдікпен есептеді. Нобель сыйлығы Милликанға 1923 жылы қарапайым электр заряды мен фотоэлектрлік эффект бойынша жұмысы үшін берілді [4]. жүктеу/скачать 480,73 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|