Iv. Foydalanilgan adabiyotlar

Fotoeffekt nazariyasi
Fotoeffektning faqatgina birinchi qonunini to‘lqin nazariyasi asosida tushuntirish mumkin. Ammo to‘lqin nazariyasi fotoeffektning ikkinchi va uchinchi qonunlarini tushuntira olmaydi.
Haqiqatdan ham to‘lqin nazariyaga asosan fotokatodga tushayotgan ixtiyoriy to‘lqin uzunlikka ega bo‘lgan yorug‘likning intensivligi ortgan sari ajralib chiqayotgan fotoelektronlarning energiyalari ham ortishi kerak edi. Ammo tajribalarning ko‘rsatishicha, fotoelektronlarning energiyasi yorug‘lik intensivligiga mutlaqo bog‘liq emas.
To‘lqin nazariyasiga asosan, elektron metalldan ajralib chiqishi uchun kerakli energiyani har qanday yorug‘likdan olishi mumkin, ya’ni yorug‘lik to‘lqin uzunligining ahamiyati yo‘q. Faqat yorug‘lik intensivligi yetarlicha katta bo‘lishi lozim. Vaholanki, to‘lqin uzunligi qizil chegaradan katta bo‘lgan yorug‘likning intensivligi har qancha katta bo‘lsa ham, fotoeffekt hodisasi yuz bermaydi. Aksincha, to‘lqin uzunligi qizil chegaradan kichik bo‘lgan yorug‘lik intensivligi nihoyat kuchsiz bo‘lsa ham fotoeffekt hodisasi kuzatiladi. Bundan tashqari, nihoyatda kuchsiz intensivlikdagi yorug‘lik tushayotgan taqdirda, to‘lqin nazariyasiga asosan, yorug‘lik to‘lqinlar tashib kelgan energiyalar evaziga metalldagi elektron ma’lum miqdordagi energiyani to‘plab olishi kerak. Bu energiya elektronning metalldan chiqishi uchun yetarli bo‘lgan holda fotoeffekt sodir bo‘lishi kerak. Hisoblashlarning ko‘rsatishicha, intensivligi juda kam bo‘lgan yorug‘likdan Ach ga yetarli energiyani elektron to‘plab olishi uchun soatlab, hattoki kunlab vaqt o‘tishi lozim ekan. Tajribalarda esa metallga yorug‘likning tushishi va fotoelektronlarning vujudga kelishi orasida 10^-9 sekundlar chamasi vaqt o‘tadi, xolos.
Demak, yorug‘likning to‘lqin nazariyasi va fotoeffekt hodisasi o‘rtasida ma’lum mos kelmasliklar mavjud. Shuning uchun yorug‘likni uzluksiz elektromagnit to‘lqin jarayoni deb tasavvur qilish yorug‘lik tabiatini to‘la aks ettira olmaydi. Bu fikr 1905-yilda A.Eynshteynni yorug‘likning kvant nazariyasini yaratishiga olib keldi. Eynshteyn Plank gipotezasini rivojlantirib, yorug‘lik ulushlar shaklida chiqarilgani kabi xuddi shunday ulushlar shaklida yutiladi deb hisoblansa, fotoeffekt qonunlarini tushuntirish mumkin deb ko‘rsatadi. Eynshteynning fikricha, yorug‘lik to‘lqinlari energiyasining oqimi uzluksiz bo‘lmasdan, balki energiyaning diskret ulushlari oqimi bo‘lib, ularni kvantlar yoki fotonlar deyiladi. U vaqtda chastotasi n bo‘lgan har bir yorug‘lik fotonining energiyasi quyidagicha bo‘ladi:
E=h
h – Plank doimiysi, h=6,62×10–34J×s. Bu g‘oyaga asosan, metall sirtiga tushayotgan yorug‘lik oqimini fotonlar oqimi deb tasavvur qilish mumkin. Eynshteyn fotoeffekt hodisasiga energiyaning saqlanish qonunini qo‘lladi.
Metallga tushgan yorug‘lik fotoni elektron bilan to‘qnashib, o‘zining hn energiyasini to‘liq ravishda elektronga beradi. Foton erkin elektronlar bilan to‘qnashganda energiyasini to‘liq ravishda erkin elektronlarga berishi mumkin bo‘lmaydi. Metallda elektr o‘tkazuvchanlikni ta’minlaydigan elektronlar erkin elektronlar deyiladi. Lekin elektronlar o‘zaro va metall panjaraning boshqa zaryadlari bilan ta’sirlashadi. Shuning uchun ular dinamik ma’noda bog‘langan elektronlar bo‘lib, foton energiyasini to‘liq yuta oladi. Agar foton energiyasi yetarlicha katta qiymatda bo‘lsa, elektron uni metallda ushlab turgan kuchlarni yengib metalldan ajralib chiqadi.
Fotoeffekt (Stoletev tajribasi)
O‘tkazilgan tajribalar asosida A.G. Stoletov fotoeffekt uchun quyidagi qonunlarni yaratdi:
1.Moddadan ajralib chiqayotgan fotoelektronlar soni modda
yoritilganligiga yoki unga tushayotgan yorug‘lik oqimiga chiziqli
bog‘liq, ya’ni:
N_f~E yoki N_f~F
Demak, yorug‘lik moddaga tushayotgan yorug‘lik oqimiga to‘g‘ri
proporsional ekan.
2.Moddadan uchib chiqayotgan fotoelektronlar energiyasi
moddaga tashqaridan tushayotgan yorug‘lik chastotasiga to‘g‘ri
proporsional, ya’ni:
E₀~
—yorug‘lik chastotasi.
3.Moddadan ajralayotgan fotoelektronlar soni moddaga
tashqaridan tushayotgan yorug‘lik chastotasiga bog‘liq emas.
4.Moddadan uchib chiqayotgan elektronlar energiyasi yorug‘likoqimiga bog‘liq emas.
Fototoeffekt (tashqi fotoeffekt) qonunlarini o‘rganishda quyidagi tajribadan foydalaniladi. Havosi so‘rib olingan shisha ballon
ichiga katod (fotokatod) va anod elektrodlari o‘rnatiladi. Shisha
ballonning yon tomonida maxsus o‘rnatilgan shisha kvars darchadan
yorug‘lik fotokatodga tushiriladi. Katodga manfiy, anodga musbat
k
uchlanish beriladi. Anod zanjiridagi sezgir galvanometr fototokn
o‘lchaydi (3-rasm).
Agar elektr manbayi zanjirga ulanmagan bo‘lsa, katoddan ajralayotgan elektronlarning juda oz qismi
anodga yetib keladi va galvanometer kichik tokni ko‘rsatadi. Kalit ulansa, maydon ta’sirida kichik energiyali elektronlar ham anodga yetib borishi
mumkin.
Galvanometr orqali o‘tayotgan tok to‘yinish toki deyiladi. Agar katod va anod orasiga berilayotgan maydon yo‘nalishini o‘zgartirsak (manba qutblarini o‘zgartiriladi) va maydonni oshirsak, fototok qiymati nolgacha pasayadi. Bu bog‘lanish 4- rasmda keltirilgan.
Agar elektrodlarning joylashishi, shakli o‘zgarsa va elektrodlar orasidagi bo‘shliq buzilsa, fototok xarakteristikasi o‘zgaradi. Elektrodlar uchun eng yaxshi shakl — sferik kondensatordir. Katod sfera markazidagi kichik o‘lchamli shar, anod tashqi elektrod sferasidir. I₀ to‘yinish toki katod sirtiga, materialiga va tozaligiga hamda temperaturasiga bog‘liq bo‘ladi. Moddaga tushayotgan yorug‘lik intensivligini oshirsak, to‘yinish tokining qiymati oshishini va fototok xarakteristikasi (voltamper xarakteristikasi — VAX) koordinatalar o‘qiga nisbatan biroz o‘ngga siljishini kuzatish mumkin. Bu qonun yorug‘lik intensivligini keng sohada o‘zgartirib tekshirib ko‘rilgan. Olingan natijalar yaxshi takrorlanadi. 4- rasmga nazar tashlasak, agar anodga teskari kuchlanish berilsa, fototok qiymati biror — U₀ kuchlanishda nolga teng bo‘ladi.
Bunda shunday xulosa chiqarish mumkin. Òeskari maydon katoddan katta tezlikda chiqayotgan fotoelektronlarni orqaga qaytaradi va anodga tushishiga to‘sqinlik qiladi. Agar fotokatod sirtiga tushayotgan yorug‘lik chastotasini
oshirsak, fototok nolga intiladigan kuchlanish qiymati yana ortar ekan. Boshqacha aytganda, dastlabki berilgan yonuvchi potensial — U₀ katoddan chiqayotgan elektronlarni ushlab qololmas ekan.
Shunday qilib, yuqorida keltirilgan tajriba natijalaridan shunday xulosa qilish mumkin: yorug‘lik ta’srida chiqayotgan elektronlarning maksimal tezligini
_max=eU (1)
munosabatdan topish mumkin. Elektrodlarni eng qulay joylashtirganda ham fototok qiymati birdan nolga tushmasdan, balki asta-sekin nolgacha pasayishi kuzatilar ekan. Demak, elektronlar energiyasi turlicha ekan, deyish mumkin. Òezligi kichik bo‘lgan elektronlar kichikroq yopuvchi potensialda ushlansa, tezliklari katta bo‘lgan elektronlarni to‘xtatish uchun kattaroq yopuvchi potensial berish lozim. Ushbu xulosalardan (1) formulaningmuhim fizik ahamiyatga ega ekanligi kelib chiqadi. Birinchi navbatda, (1) ifoda orqali aniqlanadigan tezlik yorug‘lik ta’sirida elektronlar oladigan tezlikdir. Ikkinchidan, moddadan uchib chiqayotgan elektronlar energiyasi miqdor jihatdan roppa-rosa yorug‘lik energiyasiga teng deb bo‘lmaydi. Chunki, yorug‘lik, masalan, metal sirtiga tushganda o‘z energiyasini kristalldagi erkin elektronlarga uzatadi, elektronlar o‘z navbatida, sirtdan chiqish uchun ma’lum energiyani yo‘qotadi. Yo‘qotilgan energiya metalldan elektronlarning chiqish ishi uchun sarf bo‘ladi.
Elektronning moddadan chiqish ishini A desak, moddaga tushayotgan yorug‘lik (kvant) energiyasi E ni energiyaning saqlanish qonuniga binoan quyidagi munosabatdan aniqlash mumkin: