Жақтылықтыӊ толқынлық ҳәм корпускулалық қәсийетлери

Фотоэлектрлик эффект
1887 жылы 
Г. Герц
тәрепинен ашылды. Дж. 
Томсонның электронды ашыўы фотоэлектрлик эффекттиң жақтылық 
тәсиринде заттан электронлардың жулып алыныўы екенлигин түсиниўге 
мүмкиншилик берди.
Фотоэффектти бақлаў үскенесиниң схемалық көриниси 3.1-сүўретте 
келтирилген. Электродлардың бирине λ толқын узынлығына ийе 
монохроматикалық жақтылық түсирип, фототок I диң түсирилген кернеўлик 
U ға байланыслы өзгериси үйренилгенде, кернеўликтиң қандайда 
t
U
оң 
мәнисинен баслап фототоктиң тойыныўы бақланған. Бул байланыслылық 2.5-
сүўретте көрсетилген. Сүўретте катодқа түсиўши жақтылық интенсивлигиниң 
еки мәниси ушын ВАХ келтирилген.
Фототоктиң тойыныў ҳалы катодтан жақтылық тәсиринде жулып 
алынған барлық электронлардың анод А ға жетип келгенлигин көрсетеди. 
Жоқары дәлликтеги өлшеўлер тойыныў тоги I
т
муғдары түскен жақтылық 
ағымы интенсивлигине пропорционал екенлигин көрсетти. Анодқа терис 
потенциал түсирсек катод ҳәм анод арасына түсирилген майдан 
электронлардың анодқа қарай қозғалысын тормозлайды. Анодқа тек 
кинетикалық энергиясы |eU| дан үлкен болған электронлар жетип келеди. 
Терис потенциал мәнисин – U
и
кемейтсек фототок жоғалады. U
и
мәнисин биле 
отырып фотоэлектронлардың кинетикалық энергиясын анықлаўға болады:

---

и
max
2
eU
2
mv







. Изертлеўлер U
и
муғдарының түскен жақтылық ағымы 
интенсивлигине байланыслы емеслигин көрсетти. Анық өлшеўлер иркиўши 
потенцил муғдарының түскен жақтылық толқыны частотасына сызықлы 
артатуғынлығын көрсетти (2.6-сүўрет).
Изертлеўлер нәтийжесинде фотоэффекттиң төмендеги нызамлықлары 
ашылды: 
1. Фотоэлектронлардың максимал кинетикалық энергиясы түскен 
жақтылық толқыны частотасы ν ға байланыслы сызықлы артады ҳәм 
жақтылық ағымы интенсивлигине байланыслы емес; 
2. Ҳәр бир зат ушын фотоэффекттиң қызыл шегарасы деп аталыўшы 
ҳәм фотоэффекттиң басланыўын көрсетиўши минимал частота ν
min
бар; 
3. Катод бетинен 1 с даўамында жақтылық тәсиринде жулып алынған 
фотоэлектронлар 
саны 
түскен 
жақтылық 
интенсивлигине 
түўра 
пропорционал;

---

2.5-сүўрет. Интенсивлиги үлкен жақтылық ағымына 2-иймеклик 
сәйкес келеди. I
т1
ҳәм I
т2
– тойыныў токлары, U
и
– иркиўши потенциал.
2.6-сүўрет. 
4. Фотоэффект катодқа түскен жақтылық частотасы ν > ν
min 
болғанда 
дерлик бирден пайда болады, яғный фотоэффект инерцияға ийе емес.
Жоқарыда келтирилген фотоэффект нызамлары жақтылықтың затларға 
тәсири ҳаққындағы классикалық физика көз қарасларына (жақтылықтың 
толқынлық теориясы) тиккелей қарсы еди. Олар төмендегилер:
1. Толқынлық көз қарас бойынша электромагнитлик жақтылық толқыны 
менен тәсирлесиў нәтийжесинде электрон катод атомынан шығып кетиў ушын 

---

жеткиликли болған энергияны үзиликсиз белгили бир ўақыт интервалында 
жыйнап барыўы керек еди. Есаплаўлар бул ўақыттың минут, ҳәттеки саатларға 
созылатуғынлығын көрсетеди.
2. Толқынлық теория фотоэлектронлардың максимал кинетикалық 
энергиясының жақтылық ағымы интенсивлигине байланыслы емеслигин, 
фотоэффекттиң қызыл шегарасын түсиндире алмайды. 
Фотоэффект нызамларын теориялық түсиндириў 1905 жылы 
А. Эйнштейн
 тәрепинен әмелге асырылды. Ол 
М. Планк
 тәрепинен усынылған 
жақтылықтың жутылыўы ҳәм нурланыўы энергиясы E = hν (h – 
Планк 
турақлысы
) болған порциялар арқалы әмелге асырылыўы ҳаққындағы 
гипотезаны раўажландыра отырып, жақтылықтың үзик жолақлы дискрет 
структураға ийе екенлигин, электромагнитлик толқын жеке порциялар – 
квантлардан туратуғынлығын көрсетти. Бул квант ҳәзир фотон деп аталады.
Фотон зат пенен тәсирлескенде өзиниң hν энергиясын бир электронға береди. 
Атомнан шығарылған электрон бул энергияның аз бөлегин басқа атомлар 
менен соқлығысыўда шашыратады, тийкарғы бөлегин металл-вакуум 
шегарасындағы потенциаллық барьерден өтиўге жкмсайды. Электронның 
жоғалтқан бул энергиясын шығыў жумысы А деп атайды. Оның муғдары 
катод материалы қәсийетлерине байланыслы. Катодтан ушып шыққан 
фотоэлектронның мүмкин болған ең жоқары кинетикалық энергиясы 
энергияның сақланыў нызамы арқалы анықланады:
Бул фотоэффект ушын Эйнштейн формуласы деп аталады.
Эйнштейн формуласынан тойыныў тогиниң катодқа түскен жақтылық 
ағымы интенсивлигине туўра пропорционаллығын, фотоэлектронның 
максимал кинетикалық энергиясының түскен жақтылық толқыны частотасына 
пропорционаллығын, фотоэффекттиң қызыл шегарасын түсиндириўге 
болады.

---

Эйнштейн формуласынан иркиўши потенциал U
и
ның частота ν ге 
байланыслылық сызығының частота ν мәнислери көшери менен жасаған 
мүйеши тангенси арқалы Планк турақлысы h тың электрон заряды e ге 
қатнасын (
e
h
tg


), ямаса Планк турақлысы сан мәнисин экспериментте 
анықлаў мүмкиншилигин береди. Буны Р. Милликен (1914 ж.) әмелге асырды, 
нәтийже Планк тапқан санға сәйкес келди. Және, бул өлшеўлер шығыў 
жумысын анықлаў мүмкиншилигин берди: 
к
min
hc
h
A




. Бунда λ
қ
– 
фотоэффекттиң қызыл шегарасына сәйкес келиўши толқын узынлығы. 
Өлшеўлер көпшилик металлар ушын шығыў жумысы А бирнеше электрон-
вольт әтирапында екенлигин көрсетти. Ең киши шығыў жумысы силтили 
металларға сәйкес келеди. Мысалы натрийда A = 1,9 эВ (λ
қ
≈ 680 нм). 
Сонлықтан, 
оптикалық 
диапазондағы 
толқынларды 
қабыллаўшы 
фотоэлементлерде усы металлар көп қолланылады.
Солай етип, фотоэффект нызамлары жақтылық нурланғанда ҳәм 
жутылғанда өзин жақтылық квантлары – фотонлар деп аталыўшы бөлекшелер 
ағымы сыпатында көрсететуғынлығын тастыйықлайды.
Фотон энергиясы төмендегиге тең: E = hν. Фотон вакуумда жақтылық 
тезлиги c менен таралады. Фотон массаға ийе емес m = 0. Салыстырмалылық 
теориясының қәлеген бөлекшениң энергиясы, импульси ҳәм массасы 
арасындағы байланыс теңлемесинен (E
2
 = m
2
c
4
 + p
2
c
2
) фотон импульске ийе 
екенлиги келип шығады: 
c
h
c
E
p



.
Солай етип, жақтылық таралғанда оның толқынлық қәсийетлери 
(интерференция, дифракция, поляризация), ал зат пенен тәсирлесиўде – 
корпускулалық қәсийетлерин көрсетеди екен. Буны корпускулалық – 
толқынлық дуализм деп атайды.
Кейин ала электрон ҳәм басқада элементар бөлекшелердиң 
корпускулалық – толқынлық қәсийетлерге ийе екенлиги мәлим болды. 
Элементар бөлекшелердиң бир ўақытта ҳәм корпускулалық, ҳәм толқынлық 

---

қәсийетлерге ийе болыўын классикалық физика түсиндире алмайды. Буның 
себеби, микробөлекшелер қозғалысын классикалық механика нызамлары 
емес, ал квант механикасы нызамлары тәриплейди. Квант механикасы 
тийкарын абсолют қара дене нурланыўы (М. Планк) ҳәм фотоэффекттиң 
квантлық теориялары дүзеди.
3. Комптон эффекти 
Фотон концепциясы 
А. Комптон
 
(1922 ж.) 
тәжирийбесинде өз 
тастыйығын тапты. Комптон өз тәжирийбесинде еркин ямаса зат атомлары 
менен ҳәлсиз байланысқан электронлардағы рентген нурларының шашыраўын 
үйрене отырып, заттан шашыраған толқынлар узынлығының затқа түскен 
толқынлардикинен узын екенлигин анықлады. Бул шашыраў нәтийжесинде 
толқын узынлығы өзгермейтуғынлығы ҳаққындағы классикалық толқынлық 
теория нәтийжелерине қарсы келеди.
Комптон 
тәжирийбеси 
схемасы 
2.7-сүўретте 
келтирилген. 
Монохроматикалық λ
0 
толқын узынлығына ийе нурлар шашыратыўшы 
мишенге (графит, алюминий) түседи. Оннан θ астында шашыраған толқынлар 
рентген спектрографында өлшенеди. Спектрографта дифракциялық пәнжере 
орнына кристал орнатылған. Тәжирийбе шашыраған толқынлар узынлығының 
Δλ ге өзгеретуғынлығын, ҳәм бул өзгеристиң шашыраў мүйеши θ менен 
төмендеги байланысқа ийе екенлигин көрсетти:
Δλ = λ - λ
0
= 2Λ sin
2
θ / 2. 
Бундағы Λ = 2,43·10
–3
нм –