Yil O’zbekiston respublikasi qishloq va suv xo’jaligi vazirligi samarqand qishloq xo’jaligi instituti

FOTOELEMENTLARNING XOSSALARINI TEKSHIRISH


Mashg’ulotning maqsadi: fotoelementlar bilan tanishish, uning integral sezgirligini aniqlash, fotoelementning volt – amper xarakteristikasini olish.
Ish rejasi:
1. Ishni bajarish qurilmasini yig`ish
2. Linzalar bilan tanishish va ular yordamida tasvirlar yasash.
3. Optik asboblarning qishloq xo`jaligida ahamiyatini o`rganish.
Kerakli asbob va materiallar: Optik taglik, elektron lampa, vakuumli fotoelement, lampaning ulanish zanjiri, mikrometr.
Ishning qisqacha nazariyasi
Yorug’lik ta’sirida moddalardan elektronlarning uchib chiqish hodisasiga fotoelektrik effekt yoki fotoeffekt deyiladi. Fotoeffekt hodisasi asosan ikki xilga bo’linadi: tashqi va ichki fotoeffektlar. Tashqi fotoeffekt metallarda kuzatiladi, undagi erkin elektronlar fotonni yutib metall sirtiga uchib chiqadi. Ichki fotoeffekt hodisasi yarim o’tkazgichlarda kuzatiladi. Bunda elektronlar fotonni yutib, erkin holatga o’tadi, ammo modda sirtiga chiqmaydi, natijada elektronlar ichki qismida qolib, ular yarim o’tkazgichlarning elektr o’tkazuvchanligini oshiradi. Fotoeffekt hodisasi asosida ishlaydigan asboblarga fotoelementlar deyiladi. Fotoelementlar hozirgi zamon texnikasida (ovozli kino, televideniye, signallashtirilgan va uzoqdan boshqarish sxemalarda) keng qo’llaniladi.
Bu laboratoriya ishida tashqi fotoeffektlarning xossalari tekshiriladi. Fotoeffekt hodisasi birinchi marta 1988 – yil rus fizigi A.T.Stoletov tomonidan tekshirilgan. Tok manbaining manfiy qutblariga ulangan K – metall plastinka yorug’lik nuri bilan yoritilsa, metallardan elektron uchib chiqadi. Chiqqan elektronlar to’r shaklida musbat elektrod (A) ga tortilib, zanjirda tokni vujudga keltiradi. Tok zanjirdagi G – galvanometr yordamida kuzatiladi. Fotoeffektni kuzatish uchun lozim bo’lgan qurilma 1-rasmda ko’rsatilgan.

1 – rasm.
Fotoeffekt hodisasi hozirgi zamon fizikasini kvant nazariyasi bilan tushuntiriladi. Kvant nazariyasiga asosan yo’rug’lik qizdirilgan metall (gaz, suyuqlik) dan porsiya-porsiya shaklida tarqaladi yoki yutiladi. Yorug’likning porsiya-porsiya shaklida tarqalishiga yorug’lik kvanti deyiladi. Har bir kvant energiyasi Plank formulasiga binoan quyidagi formula bilan aniqlanadi.
(1)
bunda E – kvant energiyasi, h – Plank doimiysi, – yorug’lik chastotasi. Yorug’lik kvanti foton ham deyiladi. Demak, foton energiyasi metallardan elektronlarning chiqish ishiga va elektronlarga kinetik energiya berishga sarf bo’ladi. Bu hodisani Plank ta’limotini rivojlantirib Eynshteyn chiqargan.
(2)
bu yerda m – elektronning massasi, – elektronning tezligi, elektronning kinetik energiyasi. Bu fotoeffekt hodisasi uchun Eynshteyn formulasi ham deyiladi.
Stoletov fotoeffekt hodisasini tekshirib, uchta asosiy qonunni yaratdi.

1. 
   Fotoelektronlarning tezligi chastota funksiyasidir. Yorug’lik chastotasi ortsa fotoelektronlarning tezligi ortadi, chastota kamaysa tezlik kamayadi. Agar hv<A shart bajarilsa, metalldan elektronlar chiqmaydi va bu hodisa fotoeffektning qizil chegarasi deyiladi. Chunki bunda chastota eng kichik qiymatga ega bo’lib, yorug’lik to’lqin uzunligi ( ) katta bo’ladi. Bu yorug’lik spektorining qizil nuriga mos keladi.
   
2. 
   Fotoelektronlarning energiyasi yorug’likning energiyasiga bog’liq emas.
   
3. 
   Katoddan chiqqan fotoelektronlarning soni, yorug’lik oqimining intensivligiga proporsional bo’ladi:
   

(3)
Bu yerda - fototok, j – fotoelementning integral sezgirligi ( ) o’lchanadi, Ф - yorug’lik oqimi. Laboratoriya ishida fotoelementning sezgirligini aniqlash mumkin. Buning uchun yorug’lik oqimi topiladi.
(4)
bunda I – shamlarda o’lchangan manba yorug’lik kuchi, – yorug’lik manbaidan katotgacha bo’lgan masofa, S – katod yuzasi. (4) ifodani (3) ga quyib quyidagini olamiz.
(5)
Tajriba o’tkazilganda I va S kattaliklarning qiymati berilgan bo’ladi. Fotoeffektning qizil chegarasi ko’pchlilik metallar uchun spektrning infroqizil qismida joylashgan. Ishqoriy metallar uchun yorug’likning ko’rinadigan qismida joylashgan. Shuning uchun fotoelementlarning katodlari metallardan tayyorlanadi. Vakuumli fotoelement havosi so’rib olingan shisha balondan iborat. Fotoelementda katod vazifasini shisha balonning ichki sirtiga surkalgan ishqoriy metall (odatda seziy) qatlami bajaradi. Fotoelement o’rtasida anod xizmatini bajaruvchi halqa joylashtirilgan. Yorug’lik ta’sirida katod sirtidan chiqqan elektronlar elektr maydon ta’sirida anodga yo’naltiradi. Anod va katod orasidagi potensiallar oshirilganda (yorug’lik oqimi o’zgarmagan holda) fototok ham ortib boradi. Kuchlanishni yana oshirsak tok oshib boraveradi. Shunday bir kuchlanish topiladiki, fototok o’zgarmasdan qoladi. Bu to’yinish fototoki deyiladi. To’yinish fototoki quyidagicha tushuntiriladi. Katoddan birlik vaqt ichida uchib chiqqan elektronlarning hammasi o’sha ondayoq elektr maydon ta’sirida anodga kelib tushadi. To’yinish tokining grafigi 2-rasmda tasvirlangan.

2-rasm
Fotoelementning sezgirligini oshirish uchun balondagi bosim millimetr simob ustunining yuzdan biriga teng bo’lgan inert gaz bilan to’ldiriladi. Fotoelektronlar inert gaz atomlarini ionlashtirishi natijasida tok ortadi. Bunday gaz to’ldirilgan elementlarda elektr maydoni (potensiallar ayirmasi ) ma’lum qiymatdan ortmasligi kerak, aks holda gazda mustaqil razryad kuzatilmaydi. Fotoelement xossalarini o’rganish uchun quyidagi 3-rasmdagi sxemadan foydalanamiz. Bunda Stoletov qonuni tekshiriladi.