Guruh: phy020 Bajardi: Hoshimov Sh. Tekshirdi

O'zbekiston Respublikasi Axborot Texnologiyalari va

Kommunikatsiyalarini Rivojlantirish Vazirligi

Muhammad al-Xorazmiy nomidagi

Toshkent Axborot Texnologiyalari Universiteti

Fan nomi: Fizika II

Mavzu: Foton va uning xarakteristikalari. Yorug’lik bosimi.

Guruh: PHY020

Bajardi: Hoshimov Sh.

Tekshirdi: Baxronov H.

Toshkent 2020

Foton va uning xarakteristikalari.

Yorug’lik bosimi.

Reja:

1. Foton va uning xarakteristikalari. Kompton effekti.

2. Yorug’likning bosimi.

3. Lebedev tajribasi.

Xulosa

Foydalanilgan adabiyotlar

1. Foton va uning xarakteristikalari.

Fotoeffekt hodisasi, absolyut qora jismning nurlanishi, fotokimyoviy reaksiyalar va boshqalar Eynshteynning elektromagnit nurlanish nafaqat porsiya (kvant)lar bilan chiqadi, balki elektromagnit maydonning alohida zarralari − ε=hν energiyaga ega kvantlar ko‘rinishida tarqaladi ham, modda tomonidan yutiladi ham, degan xulosasining to‘g‘riligini yorqin isbotlab berdilar. Agar Plank kvantlar haqidagi gipotezani ilgari surganda kvantni faqat yordamchi tushuncha sifatida zarur, deb hisoblagan bo’lsa, Eynshteyn uzoqroqqa ketdi. U kvantda elektromagnit maydonning real mavjud zarrasini ko’rdi va bu zarrani keyinroq, l929-yilda foton deb atadi.

Foton qator muhim xossalarga ega.

1. Fotonning energiyasi mos elektromagnit to’lqinning chastotasi (to‘lqin uzunligi) orqali quyidagi ko‘rinishda ifodalanadi:

(1)

2. Foton tinch tura olmaydi, u dunyoga kelishi bilan harakatlana boshlaydi. Uni to’xtatish mumkin emas. Foton m₀ tinchlikdagi massaga ega emas. Fotonning moddani oddiy zarralaridan prinsipial farqi ham ana shunda. Fotonlarning tinchlikdagi massasi yo’qligining isboti shundaki, yorug’lik dastalari o’zaro kesishganda ularning har biri bir-biriga bog’liq bo’lmagan holda tarqalishda davom etadi.

3. Nisbiylik nazariyasiga binoan, massa va energiyaning o’zaro bog‘liqlik qonuni bo‘yicha E=mc² edi. Shunga ko’ra fotonning massasini hν=m_fc² tenglikdan aniqlash mumkin:

yoki (2)

Bu massani elektromagnit maydon energiyaga ega bo’lganligi tufayli maydon massasi sifatida qaraladi. Fotonning massasini o’lchashning imkoni yo’q va undan tashqari hech bir eksperimental dalilda bu massa fotonning boshqa xarakteristikalaridan farq qilib, bevosita o’zini namoyon etmaydi. Lekin maydon massasi haqidagi tushunchadan bir qator hodisalarni, jumladan, elementar zarralarni tadqiq qilish bilan bog’liq hodisalarni tushuntirishda foydalaniladi.

4. Fotonlarning muhim xossalaridan yana biri shuki, boshqa elementar zarralardan farqli o’laroq, ular nisbatan oson vujudga kelishi va yo’q bo’lishi mumkin (masalan, elektronlar va pozitronlarning vujudga kelishi va yo’q bo’lishi maxsus sharoitlarda sodir bo’ladi). Elektromagnit maydonning uyg’onishi sifatida foton moddasiz vujudga kela olmas edi, ammo modda bo’lmaganda foton cheksiz uzoq yashagan bo’lar edi.

5. Elektromagnit maydonning zarrasi bo’lgani holda foton hamma vaqt c yorug’ik tezligi bilan harakatlanadi. Yorug’likning struktura birligi bo’lib fotonlar elektromagnit maydonning energiyasi va massasini eltadi. Fotonlarning modda bilan o’zaro ta’sirida yorug’likning ta’siri namoyon bo’ladi.

6. Energiya va massadan tashqari foton p_f impulsga ham ega. Fotonning impulsi uning massasi bilan tezligi orqali quyidagicha ifodalanadi:

(3)

Foton impulsi vektor kattalik, uning yo’nalishi yorug’lik nuri yo’nalishi bilan mos tushadi. Foton impulsining mavjudligi yorug’likning bosimi va moddada sochilishi bo’yicha o’tkazilgan tajribalar bilan tasdiqlanadi.

(3) formula yorug’likning to’lqin va kvant xossalarini bir-biriga bog’lovchi formula hisoblanadi. (2) va (3) formulalardan ko’rinadiki, nurlanish chastotasi ortishi bilan fotonning massasi va impulsi ham ortar ekan. Nurlanishlarning ba’zi turlari uchun fotonning energiyasi, massasi va impulsi jadvalda keltirilgan:

Nurlanish turi	ε, J	ν, Hz	mf, kg	pf , kg·m·s^-l
Ko‘rinadigan yorug‘lik	3,14·10^-19	5,14·10^14	4·10^-36	1,2·10^-27
Ultrabinafsha nurlar	2·10^-18	3·10^15	2,2·10^-35	6,6·10^-27
Qattiq rentgen nurlari	5,3·10^-15	8·10^18	6·10^-32	1,8·10^-23
Gamma nurlar	2·10^-13	3·10^20	2,2·10^-30	6,6·10^-22

Jadvaldan ko’rinadiki, yorug’lik fotonining massasi eng kichik ekan, biroq qattiq rentgen nurlari uchun fotonning massasi elektron massasi (m_e=9,11·10^-31 kg) bilan solishtirarli darajada, gamma nurlanishida esa hatto elektron massasidan katta ekan.

Foton qismlarga bo’linmaydi. U butunligicha chiqariladi, qaytadi, sinadi, yutiladi. Fotonning energiya “almashininshi” ikki bosqichdan iborat qayta nurlanishda yuz berishi mumkin: bir foton yutiladi, boshqasi esa chiqariladi. Nurlanayotgan jismdan chiqayirgan fotonlar statistik tartibsizdir. Shuning uchun yorug’lik oqimida fotonlar konsentratsiyasining fluktuatsiyasi mavjud.

Shuni ta’kidlash lozimki, yorug’likning foton nazariyasini qabul qilish, korpuskulyar nazariyaga qaytish emas. Nyuton va uning izdoshlari nuqtai nazariga ko’ra, yorug’lik korpuskulalari oddiy zarralar kabi qaralgan, ya’ni ular Nyuton mexanikasining qonunlariga bo’ysunadi deyilgan. Foton klassik korpuskuladan keskin farq qilib, uning hossalari elektromagnit to’lqin bilan bevosita bog’liq; uning energiya va impulsi faqatgina chastota (yoki to’lqin uzunlik) orqali aniqlanadi.

Shunday qilib, foton ikkiyoqlama xossaga − ham korpuskulyar, ham to’lqin xossaga ega.

Fotonning energiyasini to’lqin chastatasiga (to’lqin uzunlikka) bog’liqligi, bizga biologiya kursidan ma’lum bo’lgan, rentgen va gamma nurlarning mutagen ta’sirini tushuntirishga imkon beradi. Energiyasi tahminan 1,8-3,1 eV bo’lgan ko’zga ko’rinadigan nurlanishga taalluqli fotonlar, organizmga kira olmas ekan, chunki ular tashqi qoplamda yutilib qoladi. Energiyasi bularnikidan 1,5-2 marta katta bo’lgan ultrabinafsha nurlarning fotonlari bo’lsa, terining ancha ichki qismiga o’tadi va pigment qatlamda ushlanib qoladi, natijada u qorayadi.

Rentgen va gamma diapazonga to’g’ri kelgan fotonlarning energiyasi, ko’zga ko’rinadigan yorug’likning fotonlarnikiga nisbatan 10⁴-10⁷ marta katta bo’lgani uchun, organizmning ichiga bemalol kiradi. Jinsiy hujayralarning xromosomasiga ta’sir qilib, ular ayrim qismlarning bog’lanishini uzishi mumkin, natijada mutatsiya yuzaga keladi. Ko’pchilik mutatsiyalar o’tkinchi xarakterda bo’ladi, ammo goho yashab qolishga moyil mutatsiyalangan organizmlar ham paydo bo’lib, ular genetika va urug’chilikda o’simliklar, hayvonlar va mikroorganizmlarning yangi turlarini hosil qilishda ishlatiladi.

Fotonning impulsga ega ekanligini tasdiqlovchi asosiy tajriba fakti bo’lib, 1922-yilda moddalardan rentgen nurlarini shochilishini o’rganishda ochilgan Kompton effekti hisoblanadi. 1923-yili A. Kompton va undan mustaqil ravishda P. Debay bu effektni kvant nazariya asosida tushuntirishdi. Qisqacha Kompton effektining mohiyatini ko’rib chiqaylik.

Klassik elektromagnit nazariyaga ko’ra, sochilgan nurlanishning chastotasi (yoki to’qin uzunligi) tushayotgan nurlanishning chastotasi bilan bir xil bo’lishi kerak. Haqiqatda, moddaga tushgan nurlanish elektronlarni majburiy tebrantiradi, natijada ular elektromagnit to’lqinlarni nurlantiradi. Bu holda to’lqinning chastotasi o’zgarmasligi lozim, chunki majburiy tebranishlar chastotasi, moddaga tushyotgan elektromagnit to’lqinning chastotasiga teng.

Shunday qilib, Kompton effekti fotonlarning mavjudligini va ular energiya va impulsga ega ekanligini bevosita tasdiqlaydi.