Modul №1 optika fanining rivojlanish tarixi

26-MAVZU: FOTOSAMARA HODISASI. STOLETOV TAJRIBASI. TASHQI FOTOSAMARA UCHUN EYNSHTEYN FORMULASI. TASHQI FOTOSAMARA HODISALARINING AMALDA QO’LLANILISHI.


Reja:
1. Yorug’lik ta’sirida moddalardan elektronlarning uzib chiqarilishi.
2. Fotosamara turlari.
3. Fotosamaraning tajribalarda aniqlangan qonunlari.
4. Fotosamara uchun eynshteyn formulasi.

Moddaning yorug’lik ta’sirida elektronlar chiqarish hodisasi fotoelektrik samara yoki fotosamara deyiladi. Bu hodisani 1887 yilda G.Gers ochgan bo’lib, bunda u zaryadsizlagichning rux sharchalari orasidagi uchqunning paydo bo’lishi sharchalardan birini ultrabinafsha nurlar bilan yoritilganda ancha yengillashishini sezgan. 1888-1889 yillarda A.G.Stoletov fotosamarani atroflicha o’rganib, quyidagi qonuniyatlarni aniqlanadi:

1. Yorug’lik ta’sirida ajralib chiqqan zaryadlar manfiy ishoraga ega bo’ladi;
2. Ultrabinafsha nurlar eng ko’p ta’sir ko’rsatadi;
3. Jismdan chiqqan zaryad miqdori o’nga yutilgan yorug’lik energiyasiga proporsional.
1 898 yilda Lenard va Tomson yorug’lik ta’sirida ajralib chiqqan zarralarning solishtirma zaryadini o’lchab, bu zaryadlar elektronlar ekanligini aniqladilar.
Yorug’lik kvars darcha orqali havosi so’rib olingan ballon ichiga o’tib, tekshirilayotgan materialdan yasalgan K katodni yoritadi. Fotosamara natijasida chiqarilgan elektronlar elektr maydon ta’sirida A anodga tomon harakatlanadi. Natijada asbob zanjiridan fototok o’tadi, u G galvanometr bilan o’lchanadi. Anod bilan katod orasidagi kuchlanish P potensiometr yordamida o’zgartirilishi mumkin.
Fotosamara yoritiluvchi sirtning holatiga kuchli darajada bog’liq. Milliken yuqori vakuum ostidagi tekshirilayotgan sirt ustidagi plyonkani yo’qotib, uni tozalaydigan asbobni ishlab chiqdi. Fotosamarani o’rganish uslubini P.I.Lukirskiy va S.S.Prilejayevlar anchagina takomillashtirib, sferik kondensator usulini qo’lladilar va bu yordamida Plank doimiysining qiymatini katta aniqliqqacha tajribada topdilar. Ularning qurilmalarida kumushlangan sferik shisha ballon devorlari anod vazifasini o’taydi. Ballon markaziga sharcha ko’rinishidagi katod o’rnatilgan.
Rasmda fotosamaraning volt-amper xarakteristika, ya’ni o’zgarmas F yorug’lik oqimi ta’sirida i fototokning elektrodlar orasidagi U kuchlanishga bog’liqligini ko’rsatuvchi egri chiziq tasvirlangan. Bu egri chiziqdan biror uncha katta bo’lmagan kuchlanishda fototokning to’yinishga, ya’ni katoddan uchib chiqayotgan hamma elektronlarning anodga yetib borishga erishishi ko’rinib turibdi.
Demak, i_m to’yinish tok kuchi yorug’lik ta’sirida katoddan birlik vaqtda uchib chiqayotgan elektronlar soni bilan aniqlanadi.
U =0 bo’lganda fototok yo’qolmaydi. Bu hol elektronlar katoddan noldan farqli tezlik bilan uchib chiqishlarining dalili bo’lib xizmat qiladi. Fototok nolga teng bo’lishi uchun U_t to’xtatuvchi kuchlanish (buni to’xtatuvchi potensial ham deb yuritiladi) berish lozim. Bunday kuchlanishda hech qanday elektron, hatto katoddan chiqishda tezlikning eng katta v_m qiymatiga ega bo’lgani to’xtatuvchi maydonni yengib, anodga yetib bora olmaydi. Shuning uchun
(26.1)
d eb yozish mumkin, bunda m-elektronning massasi. Shunday qilib to’xtatuvchi kuchlanish U_t ni o’lchab fotoelektronlar tezligining maksimal qiymatini aniqlash mumkin.
Spektral tarkibi o’zgarmas bo’lgan yorug’lik tushayotganda to’yinish tok kuchi yorug’lik oqimi Ф ga proporsional;
(26.2)
Bu Stoletov qonuni deb ataladi.
To’xtatuvchi kuchlanish U_t yorug’lik intensivligiga bog’liq emas. Milliken yuqorida bayon qilingan asbobda o’lchashlar o’tkazib, katodni monoxromatik yorug’lik bilan yoritilganda U_t yorug’lik chastotasiga qarab, chiziqli qonun bo’yicha o’zgarishini aniqladi;
(26.3)
bu yerda a va  - konstantalar. a bunda katod materialiga bog’liq emas.
Oxirgi munosabatdan yorug’lik ta’sirida elektronlar katoddan uchib chiqib ketishi uchun , yoki
(26.4)
shartning bajarilishi zarurligi kelib chiqadi.
Shunga muvofiq to’lqin uzunligi uchun quyidagi shart kelib chiqadi:
(26.5)
₀ chastota yoki ₀ to’lqin uzunligi fotosamaraning qizil chegarasi deyiladi. To’xtatuvchi kuchlanish nolga aylangan holdagi chastotani aniqlab, ₀ ni topish mumkin. Shunday qilib, tashqi fotosamaraning tajribadan aniqlangan qonunlari quyidagilar:
1. Fotosamara vaqtida moddadan manfiy elektronlar ajralib chiqadi.
2. Fotosamaraning qizil chegarasi mavjud.
3. Fotoelektronlarning kinetik energiyasi faqat tushayotgan yorug’likning chastotasigagina bog’liq bo’ladi.
4. Fototokning to’yinish qiymati yorug’lik intensivligiga bog’liq. Intensivlik qancha katta bo’lsa, I_T shuncha katta bo’ladi.
Fotosamara qonunlari yorug’likning to’lqin nazariyasi tasavvurlari asosida tushuntirib berila olmaydi. Bu tasavvurlarga asosan elektromagnit yorug’lik to’lqini ta’sirida modda elektronlari amplitudasi to’lqin amplitudasiga proporsional bo’lgan majburiy tebranma harakat qilishi lozim. Tebranish etarli darajada intensivlikka ega bo’lganida elektronning modda bilan bog’lanishi buzilib, elektronlar tashqariga kattaligi tushayotgan yorug’lik amplitudasiga, ya’ni uning intensivligiga bog’liq bo’lgan tezlik bilan uchib chiqadi. Haqiqatda esa bunday bog’lanish yo’q - elektronlarning chiqishi faqat tushayotgan yorug’lik chastotasiga bog’liq.
Eynshteyn, agar Plank taxmin qilganidek yorug’lik x porsiya tarzida chiqarilgani kabi xuddi o’shanday porsiyalar bilan yutiladi degan taxmin kiritilsa, fotosamaraning hamma qonuniyatlarini juda oson tushuntirish mumkin deb ko’rsatdi. Eynshteynning fikricha, elektronning olgan energiyasi unga x kvant shaklida berilib, elektron energiya kvantini to’liq ravishda o’zlashtiradi. Bu energiyaning e chiqish ishiga teng bo’lgan qismi elektron jismni tashlab chiqib ketishi uchun sarf bo’ladi. energiyaning qolgan qismi moddani tashlab chiqqan elektronning W_k kinetik energiyasini yuzaga keltiradi. Agar W₁=0 bo’lsa, W_{k e}nergiya maksimum bo’ladi. Bu holda:
(26.6)
munosabat bajarilishi kerak. Bu ifoda Eynshteyn formulasi deb ataladi. Shu yo’l bilan topilgan x ning qiymati, muvozanatli issiqlik nurlanishining spektral taqsimoti va tormozlanishdagi rentgen spektrining qisqa to’lqinli chegarasidan topilgan qiymatlariga to’g’ri keladi. To’g’ri chiziqni davom ettirish bilan U_t o’qidan kesib olingan  kesma, katod yasalgan modda uchun chiqish potenstialini beradi.
Biz ko’rib o’tgan tashqi fotoeffektdan tashqari, shuningdek, dielektrik va yarimo’tkazgichlarda kuzatiladigan ichki fotoeffekt ham mavjud. Uning mazmuni shundan iboratki, yorug’lik ta’siri natijasida elektronlar energiyaviy sathlar bo’yicha qayta taqsimlanadi. Agar moddada aralashma mavjud bo’lsa, elektronlar yorug’lik ta’sirida valent zonadan aralashma hosil qilgan sathga yoki aralashma sathidan o’tkazuvchanlik zonasiga o’tishi mumkin. Birinchi holda teshik, ikkinchi holda esa elektron fotoo’tkazuvchanlik yuzaga keladi.