Жылулық сәулелену
Фотондар. Жарық кванттарының энергиясы және импульсі
жүктеу/скачать 142,28 Kb.
|
1 лекция Атом
- Бұл бет үшін навигация:
- Фотоэлектрлік эффект
| 1.3. Фотондар. Жарық кванттарының энергиясы және импульсі
Атақты неміс физигі А.Энштейн 1905 жылы М.Планктың энергия кванты жайындағы гипотезасын пайдаланып, жарықтың кванттық теориясын түсіндірді. Энштейннің пікірінше жарық таралғанда энергия кванттары ағыны түрінде таралады. Жарық шығару және жұтылу кезінде энергия hvге тең бөлшектер ағыны болып есептеледі. Олай болса жарықтың қасиеттері корпускулалық (бөлшек) деп аталады. Жарық энергиясының кванты фотон деп аталады. Жарық дегеніміз фотондар ағыны болады. Жарық квантының (фотонның) энергиясы (Е) жарық тербелісі жиілігіне пропорционол: E =hv (1.3.1) мұндағы h-Планк тұрақтысы. Салыстырмалылық теориясына сәйкес энергия барлық уақытта массамен мына қатыс арқылы байланыста: Е=mc² (1.3.2) Фотонның энергиясы болғандықтан, оның массасы мына түрде анықталады: (1.3.3) Фотонның тыныштық күйдегі массасы m0 болмайды, яғни ол тыныштықта өмір сүрмейді. Фотонның жылдамдығы жарықтың вакуумда таралу жылдамдығына тең: с= 2,998·1010 см/с. Фотонның электр заряды және магниттік моменті болмайды. Фотонның массасы мен жылдамдығы бойынша оның импульсін табуға болады: (1.3.4) Фотон импульсінің векторлық формасы мынадай : (1.3.5) мұндағы, -фотонның қозғалыс бағытын анықтайтын толқындық вектор; Дж·с- келтірілген Планк тұрақтысы. Фотоэлектрлік эффект Жарықтың затқа еткен әсері білінетін құбылыстардың бірі - фотоэлектрлік эффект (фотоэффект) болады. Фотоэффект деп түскен жарық ықпалынан заттан электрондар бөлініп шығу құблысы айтылады. Бұл құбылысты алғаш неміс физигі Г.Герц (1887ж.) байқаған. Фоттоэфект құбылысын 1888ж. орыс физигі А.Г. Столетов тереңірек зерттеді. Мұндай құбылыстар сыртқы фоттоэлектрлік құбылыстар деп аталды. Сыртқы фотоэффект құбылысын түсіндіру үшін Столетов мынадай тәжірибе жасады (2.1.1 сурет). Анод (А) және катод (К) электродтары бар ішінен ауасы сорылған шыны түтік ток көзімен қосылған. Монохромат жарық сәулелерінің әсерінен котодтан электрондар бөлініп шығады, осындай электрондар фотоэлекрондар , ал олардың ағыны фотоэлектр тогы немесе Жарық сәулесі 2.1.1-сурет.Фотоэффекті зерттеу тәжірибесің схемасы фототок деп аталады. Тізбектегі фототок гальванометрмен (mА), Б-батарея қоздырған электродтар арасындағы потенциалдар айырымы вольтметрмен V өлшенеді. Шыны түтіктегі катодты толқын ұзындықтары әр түрлі жарық сәулелерімен сәулелендірудің нәтижесінде Столетов мынадай заңдылықтарды қортындылады: жарық әсерінен катодтан тек теріс зарядты электрондар бөлініп шығатындығы анықталды; катодқа күлгін және ультракүлгін сәулелер түсірілсе бұл құбылыстың күшейе түсетіндігі байқалды. 3) катодтан бөлініп шығатын электрондардың мөлшері катод бетінің жарықталуына немесе түскен жарық ағынына тура пропорционал болады ( әрбір квант бір электронды жұлып шығады). Әсер етуші жарықтың спектрлік құрамы мен оның ағынының қуаты тұрақты болған жағдайда фототоктың Iф күші А мен К пластинкаларының V потенциалдар айырмасына тәуелді болады (2.1.2-сурет). Фототок нольге теңелген (I=0) кездегі А мен К пластинкалары потенциалдарының айырмасы бөгеуші потенциал (V ) деп аталады (2.1.1) -фотоэлектронның бастапқы максимал жылдамдығы . мұндағы ν, ν0 - тербеліс жиіліктері, k,ν0 - тұрақты шамалар. Онда (2.1.2) Егер жарық тербеліс жилігі ν ≤ ν болса, ондай жарық фотоэффект құбылысын қоздыра алмайды; фотоэффект қозу үшін ν > ν0 болуға тиіс. Сөйтіп тербеліс жиілігі (ν ) оған сәйкес толқын ұзындығы фотоэффект қоздыра алатын жарық жиілігі мен толқын ұзындығының шеті болып табылады. Толқыны λ -дан ұзын жарық, қаншама күшті болса да, фототок қоздыра алмайды. Сондықтан фотоэффектің «қызыл шегі» деп аталады. Әр түрлі заттардың фотоэффектік «қызыл шегі» түрліше болады. Электрон металдан бөлініп шыққанда белгілі жұмыс (шығу жұмысы) істеледі. Эйнштейнше фотоэффект құбылысы кезінде әрбір электрон жеке бір фотонның әсерінен бөлініп шығады. Әрбір электрон тек бір фотон энергиясын жұтады. Ол жұтылған фотон энергиясы біріншіден электронды металдан бөліп шығару (Аш) жұмысын істеуге жұмсалады, екіншіден фотоэлектронның кинетикалық энергиясына айналады, сөйтіп (2.1.3) мұндағы m - электронның массасы, - оның металл бетінен бөлініп шыққан кездегі жылдамдығы. (2.1.3) өрнегі фотоэффект құбылысының Эйнштейн ұсынған теңтеуі деп аталды. Интерференция, дифракция құбылыстарында жарықтың толқындық қасиеті білінсе, фотоэлектрлік құбылыста оның корпускулалық қасиеттері білінеді. Сөйтіп жарықтық әрі толқындық, әрі корпускулалық қасиеттері бар. Жарықтың табиғаты екі жақтылы. Осындай екі жақтылық тек жарыққа ғана тән емес, барлық зат бөлшектеріне де тән. Мысалы, электронның корпускулалық қасиеттерімен бірге толқындық қасиеттері де бар. Сол сияқты электрондардың дифракциясы да байқалады. жүктеу/скачать 142,28 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|