Laboratoriya ishi -8 Mavzu: Fotoeffekt qonunlarini tekshirish Ishdan maqsad

Laboratoriya ishi -8
Mavzu: Fotoeffekt qonunlarini tekshirish


Ishdan maqsad: Fotoeffekt hodisasini o‘rganish; fototok kattaligining kuchlanishga bog‘liqligini o‘rganish; fototok kattaligining yorug‘lik chastotasiga bog‘liqligini o‘rganish; metalldan fotoelektronlarning chiqish chegarasini (qizil chegarasini) aniqlashni o‘rganish; fotoelektronlar tezligini aniqlashni o‘rganish.


Kerakli asbob va uskunalar:
1. Vakuumli fotoelement
2. Yorug‘lik manbai; tok manbai
3. Vol’tmetr va ampermetr
4. Yorug‘lik filtrlari
5. Lyuksmetr
6. Ulovchi simlar.


Nazariy ma’lumotlar.
Ko‘rinadigan, infraqizil, ultrabinafsha yorug‘liklar ta‘sirida elektronlarning modda atomlari va molekulalari bilan bog‘lanishidan (to‘la yoki qisman) ozod bo‘lishiga (ajralishiga) fotoeffekt deb ataladi. Agar elektron yoritilayotgan modda tashqarisiga chiqsa (butunlay ajralishi) tashqi fotoeffekt deb ataladi.

1–rasm.
Agar elektronlar faqat o‘z atomlari va molekulalari bilan bog‘lanishni yo’qotsa–da, lekin yoritilayotgan moddaning ichida «erkin elektron» lar sifatida qolsa va shu bilan barcha moddaning elektr o‘tkazuvchanligini oshira borsa, u vaqtda bunday fotoeffektni ichki fotoeffekt deb ataladi. Tashqi fotoeffekt hodisasini metallarda kuzatish mumkin ekan.
Tashqi fotoeffektni tekshirishda foydalanilgan printsipial o‘lchov sxemasi
1–rasmda tasvirlangan. Batareyaning manfiy qutbi metall plastinka K (katod)ga musbat qutbi esa yordamchi elektrod A (anodga) ulangan. Ikkala elektrodni ham kvarts oynasi F bo‘lgan havosi so‘rib olingan idishga joylashtirilgan.
Elektr zanjiri ochiq bo‘lganida unda tok yo’q. Yorug‘lik bilan K ni yoritilganda, yorug‘lik
Undan elektronlarni (fotoelektronlarni) uzib chiqaradi, ular anodga tomon intiladi va zanjirda tok (fototok) paydo bo‘ladi. Stoletov, shuningdek, boshqa olimlar tomonidan bajarilgan eksperimental tadqiqotlar, tashqi fotoeffektning quyidagi asosiy qonunlarini o‘rnatishga olib keldi:
1.To‘yinishi fototoki I (ya‘ni 1 sekundda yorug‘lik ajratayotgan elektronning (maksimal soni) yorug‘lik oqimi F ga to‘gri proporsionaldir:
(1)
bunda k–proporsionallik koyeffitsiyenti bo‘lib, yoritilayotgan sirtning fotosezgirligi deb ataladi.
2.Tushayotgan yorug‘lik chastotasi ortishi bilan fotoelektronlarning tezligi orta boradi va yorug‘likning intensivligiga bog‘liq bo‘lmaydi.
3.Fotoeffekt yorug‘likning intensivligiga bog‘liq bo‘lmagan holda berilgan metall uchun Fotoeffektning «qizil chegarasi» deb ataladigan aniq minimal chastotadan boshlanadi.
Tashqi fotoeffekt qonunlarini yorug‘likning kvant nazariyasi asosida osongina izohlash mumkin. Bu nazariyaga ko‘ra, yorug‘lik oqimining kattaligini vaqt birligida metall sirtiga tushadigan yorug‘lik kvantlarining soni bilan aniqlanadi. Har bir foton faqat bitta atom bilan o‘zaro ta‘sirlashadi. Elektron yutgan fotonning energiyasi elektronning metalldan chiqish ishi A ni bajarishga sarflanadi; bu energiyaning qolgan qismi fotoelektronning kinetik energiyasi dan iborat (bunda m–elektron massasi, – uning tezligi). Bunga ko‘ra, energiyaning saqlanish qonuniga muvofiq quyidagini yoza olamiz:
(2)
bu formulani Eynshteyn tenglamasi deb ataladi. (38.2) formulaga muvofiq yorug‘likning chastotasi kamayishi bilan fotoelektronlarning energiyasi ham kamayadi. Biror yetarlicha kichik chastota da (yoki to‘lqin uzunlik da) fotoelektronlarning kinetik yenergiyasi nolga teng bo‘lib qoladi va bunda Fotoeffekt to‘xtaydi.
Bu bo‘lganda, ya‘ni fotonning hamma energiyasi elektronni chiqish ishiga sarflangan bo‘ladi. Bunda
yoki (3)
(3) formula fotoeffektning «qizil chegarasi»ni aniqlaydi.
Fotoeffektning qizil chegarasi hamma metallda bir xil emas, ular har xil to‘lqin uzunligidagi yorug‘likka mos keladi. Agar tok manbaining manfiy qutbini anodga, musbat qutubini katodga ulab, kuchlanishni orttirib borganimizda zanjirdagi tok ma’lum kuchlanishda nolga tenglashadi, ya’ni elektronning metalldan chiqish ishi shu elektronning kinetik yenergiyasiga teng bo‘ladi, ya’ni:
(4)
(5)
elektronning eng katta tezligi.
Tajribada U ni o‘lchab, e va m ning qiymatlarini jadvaldan olib ni hisoblash mumkin. Ikkinchi tomondan, Eynishteyn formulasini yozib, undan elektroning eng katta tezligini quyidagicha ifodalash ham mumkun:
(6)
bunda
(7)
Elektronning chiqish ishi o‘rganilayotgan metall uchun quyidagicha ifodalanadi:
(8)
Bu ifodadan Plank doimiysini hisoblash mumkin.