Yorug‘likning qaytish qonuni

Yorug’lik kvantlari, Yorug’lik ta’sirlari mavzularini o’rganish davomida o’quvchilar birinchi marta kvant g’oyalar bilan tanishadilar. O’quvchilar yorug’lik interferentsiyasi va differaktsiyasi hodisalarida o’zining to’lqin xossasini namoyish qilishini, yorug’lik jismlar bilan ta’sirlashganda (fotoeffekt hodisasida, fotokimyoviy reaktsiyalarda) zarralik xususiyatini namoyish qilishni bilib oladilar.
Bundan tashqari bo’lim materiallarini o’rganish natijasida o’quvchilar politexnik ta’lim ham oladilar, ya’ni fotoelementlarning tuzilishi, ishlashi bilan va ularning texnikada qo’llanishi bilan topiladilar. Kvant fizikasining rivojiga Rezerford, Bor, Stoletov, Dirak, Tamm, Fermi, Landau, Skobel’tsin, Plank, Alixonov, Kurchatov kabi olimlar o’z xissalarini qo’shganliklari haqida ma’lumot beriladi.
Endi ayrim mavzularni bayon qilishga to’xtalamiz.
Fotoeffekt hodisasining kashf etilishi va uning qonunlari fizika tarixida alohida o’rin tutadi. Umuman fotoeffekt hodisasi kvant nazariyasining yaratilishida asosiy rol o’ynadi. SHuning uchun ham yorug’lik kvantlari bo’limida fotoeffektni o’rganishga alohida o’rin berilgan.
Haqiqatan, ham fotoeffekt qonunlarini ko’rib chiqishda yorug’lik kvantlari haqidagi ma’lumot berilgan.
XIX asr oxirida nemis olimi Plank kvant nazariyasini berdi. Plank manbalardan yorug’lik uzluksiz holda chiqmasdan ayrim-ayrim portsiyalar holida chiqadi, ayrim-ayrim portsiyalar holida yutiladi. Yutilayotgan yoki chiqayotgan yorug’lik energiyasi quyidagicha ifodalanadi, deb ma’lumot berdi.

Bu yerda: - chiqayotgan yorug’lik energiyasi.
- yorug’lik chastotasi.
- Plank doimiysi. j.s.
Bu yerda birinchi ko’rib chiqiladigan mavzu tashqi fotoeffekt bo’lib, uning asosiy mazmunini elektromagnit nurlanish ta’siri natijasida metalldan elektronlarning chiqishi kuzatiladi.
Buning uchun, Gerts tajribasini eslab olamiz. Elektrometrga tozalangan rux plastinka o’rnatamiz, so’ngra rux plastinkani ebonit tayoqcha yordamida manfiy ishorali zaryad bilan zaryadlaymiz.
Elektrometrdan taxminan 50 sm nariga simobli-kvarts lampani o’rnatamiz va yoqamiz (1-rasm). Bu holda elektrometrning razryadlana boshlaganini kuzatamiz. Agar ruxni musbat zaryadlab, yorug’lik tushirsak, rux plastinka zaryadsizlanmaydi. Demak, yorug’lik ta’sirida musbat zaryadlangan plastinkadan musbat zaryadlar ajralib chiqmas ekan.
Manfiy zaryadlangan metall plastinkadan yorug’lik ta’sirida elektronlarning ajralib chiqish hodisasiga tashqi fotoeffekt deb ataladi. CHiqiuvchi elektronlar soni, plastinkaga tushuvchi yorug’lik oqimiga bog’liqdir. Elektronlar tezligi esa yorug’lik chastotasiga bog’liq bo’ladi.
Ma’lum chastotadan kam chastotali nurlar tushganda fotoeffekt hodisasi kuzatilmaydi. Bu qonuniyatlar kvant nazariya yaratilguncha tajribada topilgan bu qonuniyatlarni yorug’likning elektromagnit to’lqin nazariyasi asosida tushuntirishga urinish natijasiz yakun topdi. So’ngra kvant nazariya asosida tushuntirishga muvaffaq bo’lishdi.
O’quv adabiyotlarda fotoeffektning uchta qonuni bor deb ko’rsatiladi. Bularni bayon qilamiz.
To’yinish fototoki katod yoritilganligiga bog’liq, ya’ni vaqt birligida katoddan uchib chiqayotgan elektronlar soni yorug’lik intensivligiga bog’liq.
Fotoelektronlarning boshlang’ich tezligi yorug’lik intensivligiga bog’liq bo’lmay, balki yorug’lik chastotasiga bog’liqdir.
Har bir modda uchun fotoeffektning qizil chegarasi mavjud bo’lib, ya’ni shunday eng kichik yorug’lik chastotasi mavjud bo’lib, shu chastotadan katta chastotadagi nurlar tushsa, fotoeffekt hodisasi ro’y bermaydi.
Fotoeffekt hodisasini o’rganishni quyidagi ketma-ketlikda bayon qilish maqsadga muvofiqdir.
a) Fotoeffekt hodisasining o’zi bilan o’quvchilarni tanishtirish. Uning kashf etilish tarixi, G. Gerts ishlari haqida ma’lumot berish.
b) Bu hodisaning qonuniyatlarini topishga urinish yo’llari, Stoletov ishlari haqida ma’lumot berish.
v) Fotoeffektning asosiy qonunlarini bayon qilish, uning qiyin tomonlarini ko’rsatish, fotoeffekt qonunlarini o’quvchilarga ma’lum bo’lgan yorug’likning to’lqin nazariyasi bo’yicha tushuntirib, bo’lmasligini ko’rsatish.
g) Yorug’likning kvant gipotezasini olg’a surgan Plank, Enshteyn ishlari haqida ma’lumot berish.
e) Yorug’lik tabiati haqida kvant nazariya xulosalarini tushuntirish;
yo) Vakuumli va yarim o’tkazgichli fotoelementlar, ularning texnikada qo’llanishi haqida ma’lumot berish.
Fotoeffekt hodisasini tushuntirishda birinchi ko’rsatilgan tajribaga yana bir bor murojaat qilish kerak.
1) Yaxshi tozalangan rux plastinkani elektrometr sterjen’ ustiga maxkamlab, manfiy zaryadlab, ul’tra binafsha nur oqimi bilan yoritamiz. Bu holda elektrometrning razryadlanishni kuzatamiz.
2) Agar yorug’lik oqimini shisha plastinka bilan to’ssak elektrometrning razryadlanishi to’xtaydi.
3) Rux plastinkani musbat zaryadlab avvalgidek yoritsak, elektrometr zaryadlanishi kuzatilmaydi.
4) Yorug’lik oqimi qancha katta bo’lsa, elektrometr zaryadsizlanishi shuncha tez bo’ladi.
5) Rux plastinkani mis keyin qo’rg’oshin plastinka bilan almashtirib tajribani takrorlaymiz, ya’ni avvalgidek, yorug’lik oqimi yuboriladi, tajribani kuzatib o’zingiz xulosa chiqarasiz. Dars davomida quyidagi savollarni o’quvchilar bilan hal qilish maqsadga muvofiq bo’ladi?
SHu yerda Yorug’lik portsiyasining energiyasi nimalarga sarf bo’lishi haqida ma’lumot beriladi. bu energiya elektronning metalldan chiqish ishi deb ataladigan A ishga ya’ni, elektronni metalldan uzib chiqarish va elektronga kinetik energiya berishga sarf bo’ladi.
(1)
Bu formulani odatda Enshteyn formulasi deb yuritiladi.
Nurlanib chiqqanda va yutilganda yorug’lik o’zini chastotaga bog’liq bo’lgan energiyani zarrachalar oqimidek tutadi. Yorug’lik portsiyasi zarracha deb ataladigan narsaga tasodifan juda o’xshash bo’lib chiqdi. Yorug’likning chiqishida va yutilishida namoyon bo’ladigan xossalari korpuskulyar xossalar deb ataladi. Yorug’lik zarrachasining o’zi esa foton yoki yorug’lik kvanti deyiladi. Foton xuddi zarrachalar kabi energiyaning muayyan portsiyasiga ega.
Nisbiylik nazariyasiga ko’ra, hamisha energiya bilan massa orasidagi bog’lanish
orqali ifodalanadi. foton energiyasi ga teng bo’lgan ligidan uning massasi quyidagicha topiladi.
(2)
(3)
1) Nima uchun yorug’lik tushurilmasa rux plastinka zaryadlarni uzoq vaqt o’zida saqlaydi?
2) Rux plastinkani qanday qilib razryadlash mumkin?
3) Yorug’lik oqimi ta’sirida rux plastinkani tez razryadlanishini qanday tushuntirish mumkin?
4) Musbat zaryadlangan rux plastinkani ul’trabinafsha nurlar bilan yoritsak razryadlanish bo’ladimi?
5) Nima uchun yorug’lik nuri yo’liga shisha plastinka qo’ysak, rux plastinkaning zaryadsizlanishi davom etmaydi va boshqalar.
SHu yerda yorug’lik portsiyasining energiyasi nimalarga sarf bo’lishi haqida ma’lumot beriladi. bu energiya elektronning metalldan chiqish ishi deb ataladigan A ishga ya’ni elektronni metalldan uzib chiqarish va elektronga kinetik energiya berishga sarf bo’ladi.
(1)
Bu formulani odatda Enshteyn formulasi deb yuritiladi.
Nurlanib chiqqanda va yutilganda yorug’lik o’zini chastotaga bog’liq bo’lgan energiyali zarrachalar oqimidek tutadi.
Yorug’lik portsiyasi zarracha deb ataladigan narsaga tasodifan juda o’xshash bo’lib chiqdi. Yorug’likning xossalari korpuskulyar xossalar deb ataladi. Yorug’lik zarrachasining o’zi esa foton yoki yorug’lik kvanti deyiladi. Foton xuddi zarachalar kabi energiyaning muayyan portsiyasiga ega.
Nisbiylik nazariyasiga ko’ra, hamisha energiya bilan massa orasidagi bog’lanish orqali ifodalanadi. foton energiyasi ga teng bo’lganligidan uning massasi quyidagicha topiladi.
(2)
(3)
Fotonning tinchligi massasi bo’lmaydi, ya’ni u tinch holatda mavjud bo’laolmaydi, paydo bo’lgan ondayoq s tezlik oladi.
(3) formuladan topiladigan massa s tezlik bilan harakatlanayotgan fotonning massasidir. Fotonning ma’lum massasi va tezligiga qarab uning impul’sini topish mumkin.
(4)
Fotonning impul’si yorug’lik nurining yo’nalishi tomonga yo’nalgan bo’ladi.
SHu yerda foto elementlarning yaratilishi va ularning qo’llanishi haqida ma’lumot berib borishi maqsadga muvofiq bo’ladi.
Fotoeffekt hodisasi asosida ishlaydigan qurilmalarga fotoelementlar deyiladi. Fotoelement quyidagicha tuzilgan, qoraga bo’yalgan shisha ballon oldida darcha bo’ladi. SHisha ballon ichki dveoriga fotoeffekt yaxshi ro’y beradigan ishqoriy metallar bo’lmagan natriy, kaliy, tseziy moddalar surtiladi va katod rolini o’ynaydi. SHisha ballon o’rtasida esa halqasimon shaklda Anod tayyorlanadi. Fotoelement ishlashini quyidagicha kamayish qilamiz (123-rasm). Agar darcha yopiq bo’lsa, katoddan elektronlar ajralib chiqmaydi. Katod va anod uzuq bo’ladi, natijada gal’vanometr nolni ko’rsatib turadi.
Agar darchani ochsak, katodga yorug’lik tusha boshlaydi. Natijada katoddan elektronlar ajralib chiqa boshlaydi va anodga boradi, natijada tok o’ta boshlaydi, gal’vanometr tok hosil bo’lganligini ko’rsatadi.
Fotoelement yaratilishi natijasida kino tilga kirdi, fotoeffektiga asoslangan asboblar buyumlarning o’lchamini har qanday kishidan ham yaxshiroq tekshiradi, mayaklarni va ko’cha chiroqlarini o’z vaqtida yoqib, o’z vaqtida o’chiradi, stanoklarni avtomatik ravishda boshqaradi, zavod-fabrikalarda seriyalab chiqarilayotgan buyumlarni sanaydi, odamlarni metroga kirishini boshqaradi va xokazo. O’qituvchi ilmiy ommabop kitoblardan foydalanib, fotoelementlarni qo’llanishiga tegishli ma’lumotlarni bersa maqsadga muvofiq bo’ladi.