Оқулық физика 9 проект башарұлы Р. т б

222
ПРОЕКТ
кереғар қарама-қайшылық 
ультракүлгін апаты деген атаққа ие бол-
ды. Сөйтіп, жылулық сәулелену құбылысын түсіндіру классикалық фи-
зика тұрғысынан тұйыққа тірелді.
3. Эксперименттік зерттеулер денелердің жылулық сәулелерді шыға-
румен  қатар,  оларды  жұта  да  алатынын  көрсетті.  Оны  көптеген  тәжі-
рибелер растайды. Мысалы, параболоидтық айнаға вольфрам қылы бар 
қуатты электр шамын орнатып, оны инфрақызыл сәулесін шығаратын-
дай  етіп  қыздырайық.  Оған  қарама-қарсы  қойылған  екінші  айнаның 
фокусына  қара  түске  боялған  құрғақ  мақтаны  іліп  қойсақ,  ол  белгілі 
бір уақыттан кейін «өз-өзінен» тұтанып жана бастайды (сурет 6.2). Бұл 
тәжірибе электрмагниттік толқындардың энергия таситынына және қара 
денелердің сәулелік энергияны жақсы жұтатынына көзімізді жеткізеді. 
Физикада денелердің сәулелерді жұту қабілетін салыстыру үшін «абсо-
лют қара дене» деген ұғым енгізіледі.
Сурет 6.2. Сәулелер энергия тасиды
Өзіне  түскен  әртүрлі  жиіліктегі  сәулелерді  толық  жұтып  ала-
тын денені абсолют қара дене деп атайды.
Күн  сыртқы  ортаға  жарық  шығарумен  қатар  өзіне  сырттан  келіп 
түсетін әртүрлі жиіліктегі сәулелерді де толық жұтып алады. Сондықтан 
ол абсолют қара денелер қатарына жатады.
Сурет 6.1. Сәуле энергиясының толқын ұзындығына тәуелділік қисығы
ақ жарық аймағы

223
ПРОЕКТ
Сыртқы ортамен тар саңылау арқылы жалғас-
қан қуыс ыдыс (сурет 6.3) абсолют қара дененің 
идеал моделі болып табылады. Іші қуыс ыдысқа 
тар саңылаудан түскен сәуле шексіз мәрте шағы-
лады да, толық жұтылады.
4.  Эксперименттік  зерттеулер  дененің  темпе- 
ратурасы көтерілген (
Т
1
 > 
Т
2
) сайын қысқа толқын-
дағы сәуле шығарулардың да үлесі арта беретінін 
көрсетеді (сурет 6.4). Температура жоғары болған 
сайын сәулелік энергияның жалпы мөлшері де өсе түседі  

T
T
1
2
>
(
)
, яғни 
қисық барған сайын биігірек орналасады. Мұндай жағдайда көрінетін ақ 
жарықтың да үлесі арта береді. Ендеше, бөлмелерді жарықтандыру үшін 
электр  шамының  қылын  жоғары  температураға  дейін  көтеру  пайдалы. 
Төменгі  температурада,  яғни  қыл  қоңыр  қызғылт  түске  енгенде,  оның 
ішкі энергиясы, негізінен, ұзын толқынды инфрақызыл сәуле шығаруға 
жұмсалады.
Абсолют қара дене үшін  () қисығының максимум күйі сәуле шы-
ғаратын дененің 
Т
1
, 
Т
2
 т.с.с. температурасына ғана байланысты болады 
(сурет  6.4).  Бұл  заңдылық  сәуле  шығаратын  денелердің  температура-
сын  анықтау  үшін  қолданылады.  Мысалы,  Күннің  сәуле  шығаруының 
максимумы бойынша оның бетіндегі температураны анықтауға болады. 
Күн  сәулелерінің   ()  тәуелділік  қисығының  максимумы  5400
° K  тем-
ператураға сәйкес келеді. Бұл Күннің сыртқы қабатының 
беттік эффек-
тивтік температурасы деп аталады, ал оның ішкі қабаттарындағы тем-
пература ондаған миллион градусқа жетеді.
T = 6000 K
T = 4000 K
T = 3500 K
Сурет 6.4. Абсолют қара дененің () қисығы максимумының
Т-ға байланысты ығыса өсуі
 ()
Көрінетін жарық
λ
Сурет 6.3. Абсолют 
қара дене моделі
саңылау
Т

224
ПРОЕКТ
1. Жылулық сәулелену (сәуле шығару) деп қандай құбылысты айтады?
2.  Денелердің температурасына байланысты сәуле шығаруы қалай өзгереді?
3.  Жылулық сәулелердің табиғаты қандай, оларды бір-бірінен қалай ажы-
ратуға болады?
4. Физикадағы «ультракүлгін апаты» қалайша туындады?
5. Денелер сәулелерді жұта ала ма? Оған өмірдегі тәжірибеден қандай мы-
салдар келтіре аласыңдар?
6. Абсолют қара дене дегеніміз қандай дене? 
7. Күн бетінің температурасын қалай анықтаған? Графикпен түсіндіріңдер.
1.  6.5-суретте қызған дененің әртүрлі 
Т
1
 және 
Т
2
  температурадағы  жылулық  энергиясы-
ның  () тәуелділік графиктері көрсетілген. 
Абсциссалар  өсіне  толқын  ұзындықтары, 
ал ординаталар өсіне оларға сәйкес келетін 
жылулық энергия салынған. Қай график ең 
төменгі  температураға  сәйкес  келеді  және 
ол қалай түсіндіріледі?
2. Кернеуді төмендеткенде неліктен электр шамының жарықталынуы на-
шарлайды да, ал сәулелену қызғылт түске ауысады?
3. Не себепті электр шамының қылын балқу температурасы жоғары мeталл 
қоспаларынан жасайды? Жауаптарыңды Джоуль–Ленц заңына сүйене 
отырып дайындаңдар.
1.  Жылулық  сәулелердің  эксперименттік  нәтижесін  түсіндірудегі 
тығырықтан  шығу  жолын  немістің  ұлы  физигі  Макс  Планк  тапты.  Ол 
1900 жылы 
сәулелік энергия үздіксіз шығады деген классикалық физика 
түсінігіне  мүлдем  қайшы  келетін  батыл  гипотеза  ұсынды.  Ол  гипотеза 
былай оқылады:
Абсолют қара дене жылулық сәулелерді үздіксіз шы-ғара да, жұта 
да алмайды; оларды тек жекелеген үзікті (дискретті) үлес түрінде 
Сурет 6.5
Т
1
Т
2
λ
ε
Сұрақтар
?
Жаттығу 6.1
§39.
 
жАрЫҚ КвАНттАрЫ турАЛЫ пЛАНК
гИпОтЕЗАСЫ

225
ПРОЕКТ
ғана  шығарады  немесе  жұтады.  Сәуле  арқылы  тарайтын  немесе 
жұтылатын ең аз бір үлес энергия квант деп аталады.
Квант лат.
 quantum – «мөлшер», яғни «үлес» деген сөздің мағынасын 
береді.
Макс Планк дененің үзікті шығаратын немесе жұтатын бір үлес энер-
гиясы үшін
                                            E
0
 = 
hν (6.1)
формуласын ұсынды, мұндағы 
E
0
 – ең кіші энергия үлесі, яғни бір квант, 
ν – сәуленің жиілігі, h – Планк тұрақтысы: 
h = 6,62 · 10
–34
 Дж · с.
Сонымен, сәуле шығаратын немесе жұтатын дене өзінің энергиясын 
үзікті түрде 1
E
0
; 2
E
0
; 3
E
0
; ... ; 
nE
0
 шамасына өзгертеді. Екінші сөзбен 
айтқанда, дененің энергиясы бір квантқа (
E
0 
= 
hν) бүтін n санына еселеніп 
қана өзгереді:
                                        E
n
 = 
n · E
0
 = 
nhν.                               (6.1′)
Мұндағы 
n  –  электрмагниттік  сәуле  энергиясын  таситын  фотондар 
саны  (
фотон – тыныштық массасы нөлге тең элементар бөлшек); E
0
  – 
жиілігі ν болатын  әрбір фотонға тиесілі ең кіші бір үлес энергия, яғни 
бір квант.
2.  Классикалық  теория  бойынша  энергия  үздіксіз  өзгереді  және 
нөлден бастап шексіздікке дейін кез келген мәнді қабылдай алады. Ал 
Планк,  керісінше,  энергияның  үзікті  өзгеретінін  және  белгілі  бір  нақ-
тылы мәндерді қабылдайтынын болжады. Бұл болжам эксперимент нәти-
жесіне негізделіп жасалды. 
Планктың  ғылыми  болжамы  абсолют  қара  денелердің  тәжірибеде 
байқалған  жылулық  сәуле  шығару  құбылысын  толық  түсіндіріп  берді. 
Планк гипотезасы негізінде салынған  () тәуелділігіндегі 2-қисық экс-
перимент  жүзінде  алынған  1-қисықпен  дәлме-дәл  келеді  (сурет  6.1). 
Тәжірибеде дәлелденген Планк гипотезасы 
қазіргі физика деп аталатын 
жаңа 
кванттық физиканың негізін қалауға зор көмегін тигізді.
1. Классикалық физика бойынша денелер сәулелерді қалай шығарады не-
месе жұтады? Эксперименттен қандай қорытынды туындайды?
2. Планк гипотезасы қалай оқылады? Ол неліктен классикалық пайымдау-
ларға қайшы келеді?
3. Квант дегеніміз не? Жарты квантты алуға бола ма?
Сұрақтар
?

226
ПРОЕКТ
4. Шығатын немесе жұтылатын сәуле дене энергиясын өзгерте ала ма? Ол 
энергияның қай түріне жатады?
5. Жылулық сәулелену қандай энергияның есебінен орын алады?
6.  Төмендегі  мысалда  келтірілген  есептердің  шығару  жолдарын  түсінді-
ріңдер.
Есеп шығару мысалдары
1-есеп.  Қуаты  1  Вт  электр  шамы  орташа  толқын  ұзындығы  1  мкм 
электрмагниттік сәуле шығарса, онда шамның қылы 1 с-та неше фотон 
шығарады?
Берілгені
P = 1 Вт
 = 1 мкм = 1 · 10
–6
 м
t = 1 c 
n – ?
Берілгені
 = 5000 A
À
 = 5 · 10
–7
 м
h = 6,63 · 10
–34
 Дж · с
с  = 3 · 10
8
 м/с 
E – ?
Есеп мазмұнын талдау
Электр шамының тұтынатын энергиясы 
Q = Pt. 
Бұл  энергия  шамның  қызған  қылынан  шығатын 
барлық  фотондардың 
E  =  nE
0
  =  
n · hν  энергиясына
тең. Сондықтан 
Pt = n · hν.
Әрбір фотон бір квант (үлес) 
E
0
  =  
hν энергияны 
иеленеді, мұндағы 
ν
λ
=
c
 (
с = 3 · 10
8
м/с) – жарық 
жылдамдығы; 
h = 6,62 · 10
–34
 Дж · с – Планк тұрақтысы.
Шамның қызған қылының шығаратын фотондарының саны:
n
Pt
h
Pt
hc
=
=
=
=
−
−
ν
λ
1
1 1 10
6 62 10
3 10
5 10
6
34
8
18
Bò c
c
ì
Äæ
ì
c
·
· ·
,
·
· · ·
·
.
Шешуі: n 
n
Pt
h
Pt
hc
=
=
=
=
−
−
ν
λ
1
1 1 10
6 62 10
3 10
5 10
6
34
8
18
Bò c
c
ì
Äæ
ì
c
·
· ·
,
·
· · ·
·
фотон.
Жауабы: n = 5 · 10
18
.
2-есеп.  Толқын  ұзындығы  5000 
A
À
  (ангстрем)  болатын  сәуленің  ең 
кіші энергия үлесі қандай?
Есеп мазмұнын талдау
Cәуленің ең кіші энергия үлесі Планк фор-
муласы бойынша бір квант энергияға тең: 
                   
Е = hν, мұндағы ν = 
c
λ
.
Ендеше, 
Е = hν = h
c
λ
.

227
ПРОЕКТ
Шешуі: Е = h
c
λ
 = 6,63 · 10
–34
 Дж · 
с ×
3 10
5 10
8
7
·
/
·
ì c
ì
−
= 3,98 · 10
–19
 Дж.  
Жауабы: Е = 3,98 · 10
–19
 Дж.
3-есеп.  Толқын  ұзындығы  620  нм  болатын  фотонның  массасы  мен 
энергиясы қандай?
Есеп мазмұнын талдау
Фотонның массасын Эйнштейн қатынасты-
ғы деп аталатын 
E = mc
2
 (1) өрнегі бойынша 
анықтаймыз. Бұл өрнек туралы келесі тарауда 
айтылады (§ 45). Мұндағы 
Е = hν – фотонның 
Берілгені
λ = 620 нм = 6,2 · 10
–7
 м. 
m – ?, E – ?
энергиясы; 
с = 3 · 10
8
 м/c – жарық жылдамдығы; 
һ = 6,6 · 10
–34
 Дж · с – 
Планк тұрақтысы; ν = 
c
λ
– фотонның жиілігі.
Жоғарыдағы  өрнектерден  фотонның  энергиясы  мен  массасын  анық-
таймыз: 
Е = hν =
hc
λ
, 
m =
E
c
2
19
16
2
3 2 10
9 10
=
−
−
, ·
·
/
Äæ
ì c
2
.
Шешуі: Е = hν =
hc
λ
=
6 6 10
6 2 10
34
7
, ·
, ·
/
−
−
Äæ · · ·
ì
ì
c 3 10
c
8
= 3,2 · 10
–19
 Дж.
m =
E
c
2
19
16
2
3 2 10
9 10
=
−
−
, ·
·
/
Äæ
ì c
2
=0,35 · 10
–35
 кг. Бұл – фотонның қозғалыстағы 
массасы. 
Тыныштықта фотон ғайып болады, сондықтан фотонның тыныштық 
массасы нөлге теңеледі. 
Жауабы: Е = 2 эВ; m = 0,35 · 10
–35
 кг.
1. Фотонның энергиясы 2,8 · 10
–19
 Дж. Электрмагниттік сәу-ленің толқын 
ұзындығы қандай? 
2.  Ультракүлгін, рентген немесе инфрақызыл сәулелерінің қайсысы электр-
магниттік энергияны басқаларынан көп тасиды? Неге? Жауаптарыңды 
электрмагниттік толқындардың шкаласы бойынша негіздеңдер.
3. Қуаты 100 Вт жарық көзі 1 с-та 5 · 10
20
 фотон шығарады. Сәуленің ор-
таша толқын ұзындығы қандай?
Жаттығу 6.2

228
ПРОЕКТ
1.  1887  жылы  Ресей  ғалымдары  Генрих 
Герц  пен  А.Г.  Столетов  электродтардың  ара-
сындағы  ұшқынды  разрядты  зерттеу  кезінде 
мына құбылысқа көңіл аударды. 
Ұшқынды  разряд  (газдағы  электр  тогы), 
әдетте, электродтар арасындағы 
U кернеу белгі-
лі 
U
min
  шамасынан  асқанда  ғана  байқала  бас- 
тайды. Ал олар электродтардың біріне (катод-
қа)  ультракүлгін  сәуле  түсіргенде, 
U  кернеу 
U
min
 шамасынан кіші (
U < U
min
) болса да разряд 
ұшқынының  (
I  ток  күшінің)  пайда  болғанын 
байқады  (сурет  6.6).  Бұның  сырын  қалай  тү-
сіндіруге болады?
Разряд деп газдардағы электр тогын айтады. Ендеше, ультракүлгін 
сәуле  электродқа  түскенде  оның  бетінен  электр  тогын  таситын 
зарядталған  бөлшектерді  жұлып  шығарады  деп  жори  аламыз.  Шы-
нында да, жарық түскен кезде металл беттерінен теріс зарядталған бөл- 
шектердің босап шығатыны тәжірибеден белгілі болды. Кейінірек ондай 
бөлшектердің  металдан  босап  шыққан  электрондар  ағыны  екені  анық-
талды. Сонымен қатар электрондардың жарық түскен сұйық беттерінен 
де босап шығатыны байқалды. 
Түскен жарықтың әсерінен металл бетінен электрондардың ыр-
шып шығу құбылысын фотоэффект деп атайды.
2.  Фотоэффект  құбылысын  жарықтың  классикалық  толқындық 
теориясы бойынша түсіндіруге тырысайық. Бұл теория бойынша электр-
магниттік  толқын  металл  бетіне  түскенде,  ондағы  электрондарды  тер-
беліске  келтіреді.  Түскен  толқынның  тербеліс  амплитудасы  артқан 
сайын,  еріксіз  тербелетін  электрондардың  ауытқуы  да  өсе  түседі.  Көбі-
рек ауытқыған электрондар дене бетінен ыршып сыртқа шығады. Босап 
шыққан  электрондардың  жылдамдығы  түскен  толқынның  λ  ұзындығы 
өскен сайын үнемі артып отыруы керек.
Алайда тәжірибе нәтижелері керісінше болып шықты. Шындығында, 
босап шыққан электрондардың жылдамдығы түскен сәулелердің толқын 
ұзындығы  кеміген  сайын  арта  береді.  Сөйтіп,  фотоэффект  құбылысын 
жарықтың классикалық толқындық теориясы негізінде түсіндіру талабы 
сәтсіз аяқталды.
§40.
 
ФОтОЭФФЕКт ҚҰБЫЛЫСЫ
Сурет 6.6.
Столетов тәжірибесі
Жарық сәулесі
Электрондар
Анод
Катод
U
min
I

229
ПРОЕКТ
3.  Фотоэффект  құбылысын  түсіндіру  жолын  Планк  идеясына  сүйе-
ніп, А. Эйнштейн тапты. Ол фотоэффект құбылысын түсіндіру үшін жа-
рықтың бөлшектік, әрі кванттық қасиетіне сүйенді.
Кванттық көзқарас бойынша жарықты таситын әрбір бөлшек, яғни 
фотон бір квант энергияға ие болады:
E
0
 = 
hν.
Металл  бетіне  түскен  жарық  фотонының  энергиясын  бетке  жақын 
жатқан электрон жұтады. Қосымша энергияға ие болған электрон белгілі 
жұмыс жасап, металдан босап шығу мүмкіндігін алады. 
Электронның  металдан  босап  шығуы  үшін  оған  берілетін  ең  аз 
энергияны электронның шығу жұмысы деп атайды.
Электронның металл бетінен 
А
шығу
 жұмысы жұтылған 
hν фотон энер-
гиясының есебінен өндіріледі. Босап шыққан электрон бір орында тұрып 
қалмай, белгілі бір 
v жылдамдықпен қозғалып, кинетикалық энергияға 
да  ие  болады.  Сөйтіп, 
энергияның  сақталу  заңы  бойынша  жұтылған 
жарық  фотонының  hν  энергиясы  электронның  шығу  А
шығу
  жұмысына 
және оның  E
m v
e
k
=
2
2
 кинетикалық энергиясына жұмсалады:
                                        hν = А
шығу
 + 
m v
e
2
2
.                               (6.2)
Бұл өрнек 
Эйнштейн формуласы деп аталады. Мұндағы m
e
 – босап 
шыққан  электронның  массасы, 
v  –  оның  жылдамдығы,  h  –  Планк 
тұрақтысы, ν – жұтылған фотонның жиілігі, 
А
шығу 
– электронның шығу 
жұмысы.
4.  Эйнштейн  формуласынан  фотоэффект  құбылысының  туу  шартын 
анықтауға  болады.  Фотоэффект  құбылысы  мына  шарт  орындалса  ғана 
байқала бастайды:
                                             hν
0
 I 
A
шығу
.                                    (6.3)
Эйнштейн формуласынан туындайтын бұл шарт бойынша электрон-
ның шығу жұмысы жарықтың ν жиілігіне немесе  = 
c/ν толқын ұзын-
дығына  ғана  тәуелді  екенін  көрсетеді.  Жарықтың  жиілігі  тек  белгілі 
бір ν
0
 шамаға жеткенде ғана фотоэффект байқалады. Түскен жарықтың 
жиілігі  бұл  шамадан  кіші  болса  (ν
 
<  ν
0
),  онда  энергияның  аздығынан 
электрон  металл  бетінен  жұлынып  шыға  алмайды,  яғни  фотоэффект 
байқалмайды.
Фотоэффект байқалатын жарықтың ең аз шекті жиілігін немесе 
оған  сәйкес  келетін  толқын  ұзындығын  фотоэффектінің  қызыл 
шегарасы
 деп атайды.

230
ПРОЕКТ
Әр зат үшін фотоэффектінің қызыл шегарасы әртүрлі. Мысалы, мы-
рыш үшін фотоэффект тудыратын жарық толқынының ұзындығы (қызыл 
шегарасы)  370  мкм,  калий  үшін  450  мкм,  натрий  үшін  680  мкм  т.с.с. 
(қосымшаны қара).
Эйнштейн  формуласының  мағынасы  мынаған  саяды:  электронның 
шығу жұмысы мен кинетикалық энергиясы тек түскен жарықтың жиі-
лігімен (толқын ұзындығымен) ғана анықталады. Олар жарық ағынының 
қуатына,  яғни  жарықты  таситын  фотондардың  санына  тәуелді  емес. 
Электрондардың  босап  шығуы,  тек  металл  бетіне  түсетін  жарықтың 
жиілігі  жоғары  болған  сайын  немесе  толқын  ұзындығы  кеміген  сайын 
λ
ν
=




1
 арта түседі. Бұл қорытынды тәжірибе нәтижесімен де дәлме-дәл 
келеді. Фотоэффект құбылысы – жарықтың бөлшектік қасиетінің айға-
ғы. Сонымен, жарық кейде толқын түрінде, кейде бөлшек – корпускула 
(фотон) түрінде көрініс береді.
Жарықтың толқындық және бөлшектік қасиеттерінің бірлігі – таби-
ғи заңдылық. Бұл бірлікті 
жарықтың корпускулалық-толқындық дуа-
лизмі деп атайды. Дуализм барлық элементар бөлшектерге тән құбылыс.
5.  Фотоэффект  құбылысына  негізделіп  жасалған  құралды 
фотоэле-
мент дейді, ол техникада көптеп қолданылады.
Ең  алғашқы  фотоэлементтің  сыртқы 
түрі  мен  құрылысы  қарапайым  болатын 
(сурет 6.7). Мысал ретінде өнімдерді фото-
элемент  жәрдемімен  санайтын  құрылғы-
ларды атауға болады. Ауасы сорып алын-
ған  шыны  баллонның  ішкі  беті  (сәуле 
түсетін  саңылаудан  басқасы)  жарық  сез-
гіш  қабатпен  қапталған.  Бұл  қабат  катод 
(үзік сызықпен көрсетілген) қызметін, ал 
анод  қызметін  баллон  ішіне  бекітілген 
сым сақина атқарады.
Анод  тұрақты  ток  көзінің  (батареяның)  оң  полюсімен,  ал  катод  те-
ріс  полюсімен  жалғасқан.  Саңылаудан  жарық  түскенде,  катод  бетінен 
электрондар жұлынып шығып, анодқа қарай қозғалады да, тізбекте ток 
пайда  болады.  Оны 
G  сезгіш  гальванометр  көрсетеді.  Сырттан  жарық 
түспесе, электрондар ағыны тоқталады да, тізбектегі ток үзіледі.
6. Фотоэффект өндірісте, тұрмыстық техникада және ғарыш аппарат-
тарында  кең  қолданылады.  Оның  дәстүрлі  қолданылатын  орындары 
фототелеграф  (кескіндерді  сым  арқылы  алысқа  беру),  теледидар  және 
дыбысты кино болып табылады.
Cурет 6.7. Фотоэлемент

231
ПРОЕКТ
Сонымен  қатар  фотоэлементтер  өнді-
рісті  автоматтандыруда  айрықша  рөл  ат-
қарады. Cурет 6.8-де санағыш тетікті жұ-
мысқа  қосып  отыратын  фотоэлементтік 
реленің сұлбасы көрсетілген: 
Ф – фотоэле- 
мент, 
S – жарық көзі, C – санағыш тетік, 
A – саналатын бұйым, M – электрмагнит. 
Фотоэлементтерді қолданатын реле (айыр-
ғыш) фотореле деп аталады.
Суреттен  көріп  отырғанымыздай, 
A 
нәрсе  сәуле  жолына  тап  болғанда,  тізбек-
тегі  ток  үзіледі.  Ал  нәрсе  сәуле  жолынан  өткен  соң 
фотореле  токты 
қайтадан қосып, санағыш тетік әрбір нәрсе сәуле жолынан өткен сайын 
оларды тіркеп, санақтан өткізіп отырады.
1.  Фотоэффект  деп  қандай  құбылысты  айтады?  Оның  ашылуы  қандай 
тәжірибеге негізделген?
2. Фотоэффект құбылысын электрмагниттік толқындық теорияға сүйеніп 
түсіндіруде қандай қайшылықтар туды?
3. Фотоэффект құбылысына сүйеніп жарықтың электрмагниттік толқындық 
табиғатын теріс деуге бола ма? Неге? 
4. А. Эйнштейн фотоэффект құбылысын түсіндіру үшін қандай жолды таң-
дап алды?
5. Фотоэффект туралы Эйнштейн формуласы қалай жазылады және қалай 
оқылады? Электронның шығу жұмысы дегеніміз не?
6.  Фотоэффект  құбылысының  басталу  шарты  қандай?  Фотоэффектінің 
қызыл шегарасы деп нені айтамыз?
7. Фотоэффект жарықтың қандай қасиетін сипаттайды? Жарық дуализмі 
дегеніміз не?
8. Фотоэффект қайда қолданылады? Фотореле деп нені айтамыз және ол 
қандай қызмет атқарады?
9.  Төмендегі  мысалдарда  келтірілген  есептердің  шығару  жолын  түсінді-
ріңдер.
Есеп шығару мысалдары
1-есеп. Электронның белгісіз материал бетінен шығу жұмысы 1 эВ = 
1,6 · 10
–19
 Дж. Егер материал бетіне толқын ұзындығы 0,589 мкм болатын 
сәуле түссе, фотоэффект байқала ма?
Cурет 6.8. Санағыш құрал
Сұрақтар
?

232
ПРОЕКТ
Есеп мазмұнын талдау
Cәуле фотонының энергиясы Планк фор-
муласымен  анықталады: 
E
0
 = 
hν, мұндағы
ν
λ
=
c
 (
с = 3 · 10
8    
м/с);
     h = 6,62 · 10
–34
 Дж · с.
Берілгені
А
шығу
 = 1,6 · 10
–19
 Дж
 = 0,589 мкм ≈ 0,6 · 10
–6
 м 
E
0
 – ?
Планк формуласына сәуленің ν жиілігінің 
h
c
λ
  шамасын қойып, оның 
энергиясын анықтаймыз: 
E
0
 = 
hν =  h
c
λ
.
Шешуі: Е
0
 = h
c
λ
 = 6,62 · 10
–34
 Дж · с =
3 ·10 ì/c
0,6 ·10 ì
8
6
−
= 3,3 · 10
19
 Дж.
Жауабы: фотоэффект байқалады,
өйткені 
Е
0
 > 
А
шығу
.
Есеп  2.  Цезийден  жасалған  катодқа  сәуле  түсіргенде,  жылдамдығы 
500  км/с-қа  жететін  электрондар  ұшып  шығады.  Катодқа  түсірілген 
сәуле фотонының энергиясы мен толқын ұзындығы қандай? Цезий үшін 
электрондарды шығару жұмысы 1,9 эВ = 3,04 · 10
–19
 Дж.
Берілгені
v = 500 км/с = 5 · 10
5
 м/с.
А = 3,04 · 10
–19
 Дж.
h = 6,6 · 10
–34
 Дж · с
m = 9,1 · 10
–31
 кг 
Е – ?, λ – ?
Есеп мазмұнын талдау
Эйнштейннің формуласы бойынша фотон-
ның 
Е = hν энергиясы электронды металдан 
шы-ғару  жұмысына  жұмсалады,  ал  артығы 
электронға кинетикалық энергия береді:
Е = hν = А + 
mv
2
2
,
мұндағы ν =
c
λ
 – сәуленің жиілігі. Ендеше, h
c
λ
= 
А + 
mv
2
2
. 
m – электрон массасы. Бұдан: λ =
hc
A
mv
+
2
2
.
Шешуі: Е = А + 
mv
2
2
= 3,04 · 10
–19
  Дж + 
9 1 10
25 10
2
31
10
, ·
·
·
−
Äæ
= 4,18 · 10
–19
 Дж.
λ =
hc
A
mv
+
2
2
=
6 6 10
4 18 10
34
19
, ·
,
·
/
−
−
Äæ · · ·
ì
Äæ
c 3 10
c
8
= 4,7 • 10
–7
 м.
Жауабы: Е = 4,18 · 10
–19
 Дж; λ = 4,7 • 10
–7
 м.

233
ПРОЕКТ
1.  Калий  үшін  электронның  шығу  жұмысы  1,92  эВ.  Калий  үшін  фото-
эффектінің қызыл шегарасы қандай?
2.  Тантал  үшін  фотоэффектінің  қызыл  шегарасы  λ  =  0,2974  мкм.  Элек-
тронның танталдан шығу жұмысын анықтаңдар.
3.  Фотоэлектрондардың максимал жылдамдығы 3000 км/с болу үшін пла-
тина  бетіне  қандай  жиіліктегі  сәуле  бағыттау  керек?  Платина  үшін 
шығу жұмысы 6,3 эВ.
4.  Энергиясы 4,5 эВ болатын жарық кванты металдың бетінен электрон-
ды  ұрып  шығарады.  Металл  бетінен  ұшып  шыққан  электронның  ең 
үлкен тебіліс күшінің импульсы қандай?
5.  Ақ жарық дисперсиясының көрінетін ең шеткі түсті сәулелерінің тол-
қын ұзындықтары λ
күл 
= 0,4 мкм; λ
қыз 
= 0,76 мкм. Олардың фотондары-
ның энергиялары қандай?
6.  Жарық көзі 1 с-те 5 · 10
20
 фотон шығарады. Жарық көзі сәуленің тол-
қын ұзындығы 99 мкм болса, оның қуаты қанша болады?
1. 1895 жылы неміс ғалымы В. Рентген ауасы сорылған түтіктерде-
гі  электр  тогын  зерттеу  үстінде  ерекше  сәулелердің  пайда  болатынын 
байқаған. Бұл сәулелер көзге көрінбейді, бірақ кейбір заттарда жарқыл 
туғызады  және  жабық  фотография  пластинкасын  қарайтады.  Осы  екі 
қасиетіне  қарай  бұл  ерекше  сәулелерді  Рентген 
Х  сәулелер  деп  атады 
(сурет  6.10).  Бұл  сәулелер  кейінірек  оны  ашқан  ғалымның  құрметіне 
рентгендік сәулелер деп аталатын болды.
Рентгендік сәулелер де электрмагниттік сәулелерге жатады. Жиілігі 
бойынша  рентгендік  сәулелер  ультракүлгін  сәулелер  мен  гамма-сәуле-
лердің аралығында орналасқан.
2.  Жарық  фотондары  металдардағы  электрондармен  соқтығысқан-
да, оларды жұлып шығарып, фотоэффект құбылысын туғызатынын біл-
дік. Ал, керісінше, 
сыртқы электрондар үлкен жылдамдықпен метал-
ға соғылса, онда қандай құбылыс байқалар еді? деген сұрақ туындайды. 
Бұл  сұрақтың  жауабы  рентгендік  сәулелердің  пайда  болуын  түсінді-
руге жәрдемдеседі.
Жаттығу 6.3

жүктеу/скачать 5,74 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: