|
25.6 Fotoefekt nazariyasi
Fotoeffektning faqat birinchi qonunini to‘lqin nazariyasi asosida tushuntirish
mumkin. Lekin to‘lqin nazariyasi ikkinchi va uchinchi qonunlarini tushuntirishda
ojizlik qiladi.
Haqiqatan, to‘lqin nazariyaga asosan fotokatodga tushayotgan ixtiyoriy
to‘lqin uzunlikka ega bo‘lgan yorug’hlikning intensivligi ortgansari ajralib
chiqayotgan fotoelektronlarning energiyalari ham ortishi lozim edi. Vaholanki
tajribalarning ko‘rsatishicha fotoelektronning energiyasi mutlaqo yorug’lik
intensivligiga bog‘liq emas.
Ikkinchidan, to‘lqin nazariyaga asosan, elektron metaldan ajraldib chiqshi
uchun kerakli energiyani har qanday yoruhlikdan olishi mumkin, ya’ni yorug’lik
to‘lqin uzunligining ahamiyati yo‘q. Faqat yorug’lik intensivligi etarlicha katta
bo‘lishi lozim. Vaholanki, to‘lqin uzunligi “qizil chegara”dan katta bo‘lgan
yorug’likning intensivligi har qancha katta bo‘lsa ham fotoefekt hodisasi ro‘y
bermaydi. Aksincha to‘lqin uzunligi “qizil chegara”dan kichik bo‘lgan yorug’lik
(masalan ultrabinafsha nurlar) intensivligi nihoyatda zaif bo‘lsa ham fotoeffekt
kuzatiladi. Bundan tashqari nihoyatda zaif intensivlikdagi yorug’lik tushayotgan
taqdirda, to‘lqin nazariyasiga asosan yorug’lik to‘lqinlari tashib kelgan energiya
evaziga metaldagi elektron ma’lum miqdordagi energiyani jamg‘arib olishi kerak.
Bu energiya elektronning metaldan chiqishi (ya’ni chiqish ishi A
ch
) uchun etarli
bo‘lgan holda fotoeffekt sodir bo‘lishi kerak. Hisoblarning ko‘rsatishicha
intensivligi juda kam bo‘lgan yorug’likdan A
ch
ga etarli energiyani elektron
jamg‘arib olishi uchun soatlab, ba’zan hattoki sutkalab vaqt o‘tishi lozim ekan.
Tajribalarda esa metalga yorug’likning tushishi va fotoelektronning vujudga
kelishi orasida 10
-6
s lar chamasi vaqt o‘tadi, holos.
Demak yorug’likning to‘lqin nazariyasi va fotoeffekt hodisasi orasida
yuqorida bayon etilgan mos kelmasliklar mavjud. Shuning uchun yorug’likni
uzluksiz elektromagnit to‘lqin protsessi deb tasavvur qilish yorug’lik tabiatini to‘lq
aks ettirolmaydi, degan fikr vujudga keldi. Bu fikr 1905 yilda A.Eynshteyn
yorug’likning kvant nazariyasiini ishlab chiqishiga sabab bo‘ldi. Eynshteyn bu
373
sohada Plank gipltezasini rivojlantirib quyidagi g‘oyani ilgari surdi: yorug’lik
kvantlar tariqasida nurlanibgina qolmay, balki yorug’lik energiyaning tarqalishi
ham yutilishi ham kvantlangan bo‘ladi. Bu g‘oyaga asosan metall sirtiga
tushayotgan yorug’lik oqimini yorug’lik kvantlari (ya’ni fotonlar) oqimi deb
tasavvurqilish lozim. Fotoeffekt hodisada esa bu fotonlardan ayrimlarining metall
sirtiga yaqin joylashgan ayrim elektronlar bilan ta’sirlashuvi ro‘y beradi (odatda
metall sirtiga tushayotgan fotonlarning taxminan mingdan biri fotoeffektni hosil
qiladi, qolgan fotonlar esa o‘z energiyalarini elektronlarga emas balki kristall
panjaraga beradi). Eynshteyn fotoeffektga energiyaning saqlanish qonunini
qo‘lladi. Foton bilan elektronning ta’sirlashuvi jarayonida fotonning h energiyasi
elektronga o‘tadi. Boshqacha aytganda, ta’sirlashuvga qadar yorug’lik kvanti
tarzida namoyon bo‘layotgan energiya ta’sirlashuvdan so‘ng elektronning
energiyasiga aylanadi. agar bu energiya etarlicha katta (h >A
ch
) bo‘lsa, metaldan
tashqariga chiqib olgan elektron (ya’ni fotoelektron)ning maksmmal kinetik
energiyasi sifatida namoyon bo‘ladi. Shuning uchun:
2
2
e
ч
m v
h
A
(25.27)
tenglama bajariladi. Maksimal kinetik energiya deyishmiz sababi shundaki,
elektron o‘z yo‘lidagi qarshiliklarni engish (masalan atomlar bilan to‘qnashish)da
energiyaning bir qismini yo‘qotishi mumkin. (25.27) ifoda tashqi fotoeffekt uchun
Eynshteyn tengnlamasi deb ataladi. “Tashqi fotoeffekt” iborasining ishlatilishiga
sabab, yuqorida bayon etilgan hollarda fotoelektronlar moddadan tashqariga ajralib
chiqadi. Ba’zi moddalar esa, masalan, yarimo‘tkazgichlarda, fotonlar ta’sirida
valent zonadagi elektron bo‘sh zonadagi energetik sathlarga ko‘chadi. Bu jarayon
tufayli elektron modda tashqarisiga chiqmasdan uning ichida qoladi. Shuning
uchun fotoeffektning bu turini ichki fotoefekt deb ataladi.
Eynshteyn tenglamasi fotoeffektning barcha qonunlarini tushintira oladi.
Xususan fotoeffekt amalga oshishi uchun lozim bo‘ladigang foton energiyasining
374
eng kichik qiymati (25.27) ga asosan elektronning metaldan chiqish ishi qiymatiga
teng, ya’ni
ч
h
A
(25.28)
Bu tenglik fotoeffektning “qizil chegarasi”ni aniqlaydi. (25.28) ga asosan
“qizil chegara” tushayotgan yorug’lik intensivligiga mutlaqo bog‘liq emas, chunki
yorug’lik intensivligi undagi fotonlar sonini harakterlaydi, holos. Eynshteyn
tengalamasining zamirida elektron faqat bitta fotonni yutadi degan tasavvur yotadi.
Lekn intensivligi juda katta bo‘lgan yorug’liklar uchun fotoeffekt qonunlari o‘z
kuchini yo‘qotadi. Haqiqatan, agar intensivligi juda katta bo‘lgan yorug’lik bilan
tajriba o‘tkaizilayotgan bo‘lsa, metaldagi elektronga bir vaqtning o‘zida ikkita
foton tushishi mumkin. Bu holda elektron yutgan energiya ikkala foton
energiyalarining yig‘indisiga teng. bunda sodir bo‘ladigan fotoeffektni ko‘p fotonli
foteffekt deb ataladi. Tabiiyki, ko‘p fotonli fotoeffektning “qizil chegarasi” kichik
chastotalar (katta to‘lqin uzunliklar) sohasiga siljiydi.
Fotoeffektning kvant nazariyasining muvaffaqiyati yoruhlikning kvant
tabiatini namoyish qiluvchi dalillardan biridir. Keyinchalik yorug’likning kvant
tabiati bir qator tajribalarda tasdiqlanadi.
Do'stlaringiz bilan baham: | 
