Reja Fotoeffekt, uning turlari va konunlari. Eynshteyn Tenglamasi

O‘ZBEKISTON RESPUBLIKASI

OLIY VA O‘RTA MAXSUS TA’LIMI VAZIRLIGI
FARG‘ONA POLITEXNIKA INSTITUTI
“__________________________________” kafedrasi
“____________________________________” fanidan

MUSTAQIL ISH
Mavzu: Fotoeffekt qonunlari. Fotoefektning qizil chegarasi fotokning to’yinishi fotoeffekt nazariyasi enshteyn tenglanmasi

Bajardi: _______ gurux talabasi

____________________
Qabul qildi: ____________________

Farg‘ona 2022

Reja

1. Fotoeffekt, uning turlari va konunlari. Eynshteyn Tenglamasi.
2.Nanotexnalogiya tug‘risida tushuncha.
3.AES.Energiya manbalari muammolari.
4.Yorug'lik interferensiyasi va uni kuzatish usullari. Interferometlar.

XIX asrning oxirlarigacha yorug‘lik hodisalari yorug‘likning elektromagnit nazariyasi nuqtai nazaridan tushuntirib kelindi.

Yorug‘likning elektromagnit tabiati haqidagi tasavvurlar olimlarni
elektromagnit to‘lqin energiyasining uzluksiz tarqalishiga o‘xshab yorug‘lik energiyasi ham uzluksiz uzatiladi, degan fikrga olib keldi. Ammo XIX asrning oxrlarida klassik elektrodinamika asosida tushuntirib bo‘lmaydigan hodisalar aniqlandi. Bu yangi holat fiziklarni yana yorug‘likning korpuskulyar tabiatiga murojaat etishga majbur qildi. Bular qanday hodisalar edi?
Ma‘lumki, yorug‘lik hodisalari yorug‘likning modda bilan ta‘sirlashishida
namoyon bo‘ladi. Bunday o‗zaro ta‘sirlar ham moddada, ham modda bilan o‘zaro
ta‘sirda bo‘lgan yorug‘likda kechuvchi ma‘lum o‘zgarishlar bilan bir qatorda
kuzatiladi. Yorug‘lik qaytadi, sinadi va modda tomonidan yutiladi. Modda bilan
yorug‘likning o‘zaro ta‘sirlashishida kimyoviy va biologik reaksiyalar yuz beradi.
Yorug‘likning modda bilan o‘zaro ta‘siri tufayli yuz beradigan hodisalarni,
ular bo‘ysunadigan qonunlarni o‘rganish yorug‘lik tabiatini, uning strukturasini va
ichki mohiyatini chuqurroq bilish imkonini beradi. Yorug‘likning tabiati haqidagi
tasavvurlarni tub o‘zgarishlarga olib kelgan yangi kashf etilgan va o‗rganilgan
hodisalar qatoriga issiqlik nurlanishi, fotoeffekt, Kompton effekti, majburiy
nurlanish va shu kabilar kiradi. Yorug‘lik energiyasining elektronlarning mexanik
energiyasiga(fotoeffekt va Kompton effekti) yoki yorug‘likni yutayotgan butun
sistemaning mexanik energiyasiga(yorug‘likning bosimi) aylanish jarayonlari,
shuningdek, yorug‘likning turli kimyoviy ta‘sirlari(fotoximiya, fotografiya,
fiziologik optika) kabi hodisalar yorug‘likning ana shu ―yangi‖ tabiatidan kelib
chiqadigan hodisalar sirasiga kiradi.
Fizika sohasidagi g‘oyat buyuk revolyutsiya XX asrning boshiga to‘gri
keldi. Issiqlikdan nurlanish (qizdirilgan jismning elektromagnit nurlanishi )
spektrlarida energiyaning taqsimlanishi sohasida o‘tkazilgan tajribalarda
kuzatiladigan qonuniyatlar to‘g‘ri bo‘lmay chiqdi. Maksvell elektromagnitizmining
ko‘p marta ko‘rilgan qonunlarini moddaning qisqa elektromagnit to‘lqinlar
chiqarishi muammosiga tatbiq etishga urinilganda to‘satdan ―to‘polon qilib qoldi‖.
Maskvell elektrodinamikasi ma‘nosiz shunday xulosaga olib kelgan ediki,
bu xulosaga ko‘ra, qizdirilgan jism elektromagnit to‘lqinlar nurlayotganda enetgiya yo‘qotib, absolyut nolgacha sovishi kerak. Klassik nazariyaga binoan modda bilan nurlanish orasida issiqlik muvozanati bo‘lishi mumkin emas, ammo kundalik
tajriba haqiqatda bunday emasligini ko‘rsatadi. Qizdirilgan jism elektromagnit to‘lqinlar chiqarishga o‘z energiyasining bir qisminigina sarf qiladi.
Nazariya bilan tajriba orasidagi bu ziddiyatga barham berish yo‘llarini izlab,
nemis fizigi Maks Plank atomlar elektromagnit energiyani portsiyalab-kvantlab

chiqaradi degan taxminni ilgari surdi. Har qaysi portsiyaning E energiyasi ν nurlanish chastotasiga to‘gri proporsional:

Plankning taxmini, amalda, klassik fizika qonunlarini mikroolam uchun tatbiq etib bo‘lmaydi degan so‘z edi. Issiqlikdan nurlanishning Plank yaratgan nazariyasi eksperimentga juda muvofiq keldi. Energiyaning chastotalar bo‘yicha tajribadan ma‘lum bo‘lgan taqsimlanish qoidasi asosida Plank doimiysining qiymati aniqlandi. U juda ham kichik bo‘lib chiqdi:
Plankning bu kashfiyotidan keyin yangi, eng zamonaviy va chuqur fizik
nazariya kvant nazariyasi rivojlana boshladi. U hozirgi kunda ham nihoyasiga
yetmagan nazariyadir. Plank nazariya duch kelgan qiyinchiliklardan chiqish yo‘lini
ko‘rsatib berdi. Ammo bu muvofaaqqiyat klassik fizikaning qonunlarini
mikroskopik sistemalarga va nurlanishga tatbiq etishdan voz kechish hisobiga
qo‘lga kiritildi.
Plank gipotezasi Eynshteyn ishlarida keyingi rivojini topdi. Elektromagnit to‘lqin faqatgina nurlanmay, yutiladi va fazoda kvantlar oqimi bo‘lib tarqaladi. Demak, elektromagnit nurlanish (ya‘ni yorug‘lik) bu fotonlar oqimidir.
Albert Eynshteyn, nisbiylik nazariyasi asoschisi, fotoeffekt qonunini topgani uchun nobel mukofoti bilan taqdirlangan
Foton - elektromagnit nurlanishning eng kichik zarrachasi bo‘lib, bitta kvant
energiyasiga ega. Yorug‘lik zarrachalari(fotonlar) bir vaqtning o‘zida ham to‘lqin, ham korpuskulyar xossasini namoyon qiladi. Fotonlar, har qanday zarracha kabi, massaga ega. Massa va energiya orasidagi bog‘lanish qonuniga ko‘ra foton
massasini quyidagicha hisoblash mumkin:
Yuqoridagi formulalardan foydalansak, foton massasi quyidagicha bo‘ladi:
3 ifoda faqat hakatlanayotgan foton massasini ifodalaydi. Tichlikda foton massaga ega emas (m=0) boshqacha qilib aytganda u tinchlikda mavjud emas. Barcha fotonlar m/s tezlik bilan harakatlanadi. Foton impulsi P = m·c, ko‘rinadiki:
Fotonning impulsga egaligi yorug‘lik bosimini eksperimental aniqlash bilan tasdiqlangan.

Fotoeffekt hodisasi va uning qo’llanishi

Yorug‘likning moddaga ko‘rsatadigan ta‘siri bilinadigan turli hodisalar

orasida fotoeffekt, ya‘ni yorug‘lik ta‘sirida moddaning elektronlar chiqarishi
muhim o‘rin egallaydi.bu hodisani tahlil qilish yorug‘lik kvantlari haqidagi
tasavvvurni yaratdi va hozirgi zamondagi nazariy tasavvurlarni rivojlanishida
muhim rol o‘ynadi. Fotoeffekt
hodisasini nemis fizigi Gers kashf
qildi. Bu hodisaning mohiyati
quyidagidan iborat: elektrometrga
rux plastinkani o‘rnatib,uni manfiy
zaryad bilan zaryadlaymiz.
Plastinkani tarkibida ultrabinafsha
nurlar bo‘lgan kuchli yorug‘lik
manbai, masalan, elektr yoyi bilan yoritamiz, bunda plastinka o‘z zaryadini tez yo‘qotganini, ya‘ni elektrometr strelkasini pasayganini ko‘ramiz. Nurlar yo‘liga
ultrbinafsha nurlarni o‘tkazmaydigan qalin shisha plastinkani qo‘yib, tajribani
takrorlaymiz, bunda plastinka zaryadini yo‘qotmaydi. Rux plastinkani musbat
zaryad bilan ma‘um potensialgacha zaryadlaymiz va elektr yoyi bilan yoritamiz, bu holda esa plastinka zaryadini yo‘qotmaganini, strelka holatining o‘zgarmaganligini ko‘ramiz. Bundan yorug‘lik manfiy zaryadlangan metalldan zarralarni urib
chiqarishi kelib chiqadi. Ularning zaryadini 1898-yilda J.J.Tomson aniqlagan va bu zarralarelektronlardan iborat ekanligini ko‘rsatgan.
Fotoeffekt turlari:
a) Tashqi fotoeffekt;
b) Ichki fotoeffekt;
Tashqi fotoeffekt metallarni aniq bir chastotali yorug‘lik bilan
nurlantirilganda elektronlar chiqishi bilan bog‘liq. Agar elektronlar faqat ―o‘z ― atomlari va molekulalari bilan bog‘lanishni yo‘qotsa-yu, lekin yoritilayotgan
moddaning ichida ― erkin elektron ―lar sifatida qolsa va shu bilan barcha modda-
larning elektr o‘tkazuvchanligini oshira borsa, u vaqtda bunday fotoeffekt ichki fotoeffekt deb ataladi. Ichki fotoeffektni 1873-yilda amerikalik fizik U.Smitt kashf qilgan va yarimo‘tkazgichlarda, ba‘zan dielektriklarda kuzatgan. Tashqi foto-
effektni 1887-yilda Gers kashf qilgan va 1888-yilda A.G.Stoletov tomonidan
mufassal tekshirilgan. Stoletov qurilmasi rasmda ko‘rsatilgan:


Yorug‘lik kvars darcha orqali havosi so‘rib olingan balon ichiga o‘tib,
K katodni yoritadi. Katod vazifasini
ruxdan yasalgan plastinka o‘taydi.
Fotoeffekt natijasida chiqararilayotgan
elektronlar elektr maydon ta‘sirida
A anodga tomon harakatlanadi. Natijada
asbob zanjiridan fototok o‘tadi va uni
mA milliampermetr bilan o‘lchanadi.
Anod bilan katod orasidagi kuchlanish P
potensiometr yordamida o‘zgartirilishi
mumkin. Fototokning anod
kuchlanishiga bog‘liqligi fotoeffektning volt-aper aateristikasi deyiladi.

Kompyuter tomografiyasi (KT) 1970 yildan beri ishlatiladigan yana bir miyani skanerlash texnologiyasidir. Akademik muhitda kompyuter tomografiyasining ko'plab funktsiyalari hozirda MRGga o'tmoqda, ammo avvalgisi sog'liqni saqlash muassasalarida miya faoliyati va shikastlanishini aniqlash uchun ishlatiladi. Rentgen nurlari yordamida olimlar miyada radioaktiv yorliqlarni o'rnatadilar, ular faoliyat nuqtalarini miyada aloqalarni o'rnatish vositasi sifatida ko'rsatadilar, shuningdek, miyaga uzoq muddatli shikast etkazadigan (masalan, anevrizma yoki saraton kabi) ko'plab shikastlanishlar / kasalliklarni aniqlaydilar [5].

Pozitron emissiya tomografiyasi (PET) bu pozitron nurlanish manbalari (glyukoza kabi) bo'lgan markerlarni mahkamlash uchun tuzilgan yana bir tasvirlash usuli [5]. PET tez-tez ishlatiladi, chunki bu metabolik jarayonlarni aniqlashga imkon beradi: miyaning muammoli joylari ko'proq glyukoza iste'mol qiladi.
3. Atom elektr stansiyasi (AES) — Texnologik sxemasi jihatidan issiqlik elektr stansiyalari turiga kiruvchi elektr stansiya. Oddiy issiqlik elektr stansiyalari (TES)da koʻmir, neft, qoramoy (mazut) va gaz yoqilsa, Atom Elektr Stansiyasida yoqilgʻi sifatida uran ishlatiladi. Atom Elektr Stansiyasining asosiy qismi atom qozoni, yaʼni atom reaktori. Atom Elektr Stansiyasida, koʻpincha, atom reaktorlarining. 4 tipi qoʻllaniladi: 1) Suv-suvli (bunda susaytirgich moda oʻrnida ham, issiqlik eltuvchi modda oʻrnida ham oddiy suv ishlatiladi); 2) Grafit-suvli (suv — issiklik eltuvchi, grafit esa susaytiruvchi boʻladi); 3) Ogʻir suvli (oddiy suv issiqlik eltuvchi, ogʻir suv esa susaytiruvchi); 4) Grafit-gazli (gaz — issiqlik eltuvchi, grafit — susaytiruvchi). Zamonaviy atom energetikasida asosan uran235 dan foydalaniladi. Uning tabiiy zaxirasi unchalik katta emas, organik yoqilgʻining esa atigi 10 % ini tashkil kiladi. Bu miqdor atom energetikasini yoqilgʻi bilan uzoq vakdtacha taʼminlay olmaydi. Yadro yoqilgʻisi sifatida qoʻllaniladigan plutoniy-239 va uran-233 olish uchun xom ashyo hisoblanadigan uran-238 bilan toriy-232 ning zaxirasi yer bagʻrida yetarli miqdorda. Bu yadro yoqilgʻilari yerdagi energetik resursni taxminan. 1000 baravar oshiradi. Hozirgi yoqilgʻi ishlab chiqaradigan koʻpaytiruvchi atom reaktorlarida yoqilgʻi miqdorini ishlash jarayonida orttirish mumkin. Masalan, ikki marta koʻpaytirish uchun taxminan. 10 yilgacha vaqt kerakligi maʼlum. Demak, odamzod atom yoqilgʻisisiz qolmaydi.Atom energiyasi xalqaro agentligining xabar berishicha, 1985 yil oxirida dunyoning 26 mamlakatida atom elektr stansiyalarida umumiy quvvati 248577 MVt boʻlgan 374 reaktor ishlab turgan. Shulardan umumiy quvvati 77851 MVT boʻlgan 93 reaktorli AQSH birinchi oʻrinda, qolganlari esa Fransiya (37533 MVT), sobiq SSSR (26803 MVT), Yaponiya (23665 MVT), sobiq GDR (16429 MVT) va Angliya (10120 MVT). Dunyoning koʻplab boshqa mamlakatlarida ham Atom Elektr Stansiyasilar ishlab turibdi. Hozirgi vaqtda xalq xoʻjaligining elektr energiyasidan foydalanmaydigan biror sohasini topish qiyin. Shuning uchun elektr energiyasi ishlab chiqarish yildan yilga ortib bormoqda. Masalan, 1980-yilda dunyoda ishlatilgan elektr energiyasining 5,6 %, 1985-yilda — 10,8 % va 1988-yilda-27 % Atom Elektr Stansiyasilarda ishlab chiqilgan. Atom elektr stansiyalari bor mamlakatlar.
AES ishlatiladi, yangi energobloklar qurilmoqda.
AES ishlatiladi, yangi energobloklar qurilishi rejalashtirilgan.
AES yoʻq, stansiyalar qurilmoqda.
AES yoʻq, qurilish rejalashtirilgan.
AES ishlatiladi, yangilarini qurish rejalashtirilmagan.
AES ishlatiladi, miqdori kamaytirilishi rejalashtirilgan.
Fuqaro yadro energetikasi taqiqlangan.
AES yoʻq.
Taqqoslash uchun 1987-yil AQSH ishlatgan energiyasining 19 %, Buyuk Britaniyada 19 %, Yaponiyada 30 %, GFRda 34 %, Fransiyada 76 % Atom Elektr Stansiyasilarda ishlab chiqilgan. Lekin 1986-yil aprelda Chernobil (sobiq SSSR) Atom Elektr Stansiyasida boʻlib oʻtgan katta avariya butun dunyo Atom Elektr Stansiyasilar kurilishi rejalarini buzib yubordi. AQSHda qurilish ishlari sekinlashtirildi, Skandinaviya mamlakatlarida esa butunlay toʻxtaldi. Ammo yer yuzidagi energiya manbalari hisoblanmish — neft, gaz, koʻmir zaxiralari cheklanganligidan Atom Elektr Stansiyasilarni takomillashtirishdan boshqa iloj yoʻq. Atom energiyasi manbai uran va toriyning yer yuzidagi zaxiralari dunyo xalqlarining energiyaga boʻlgan talabini bir necha ming yillar davomida qondirib turish uchun yetarlidir. Kelajakda Atom Elektr Stansiyasilar yetarli darajada rivojlanadi va dunyo mamlakatlarining umumiy energetika balansida yetakchi oʻrinni egallaydi.
4. Yorugʻlik interferensiyasi - ikkita yoki bir nechta yorugʻlik toʻlqinlarining qoʻshilishi natijasida yorugʻlik nurlanishi energiyasining fazoda qayta taqsimlanishi (qarang Interferensiya); toʻlqin interferensiyasining xususiy holi. Yo. i. ekran yoki b. sirtda yorugʻ yoki qorongʻi yoʻllar yoki dogʻlar (monoxromatik yorugʻlik uchun) yoxud rangdor qismlar (oq yorugʻlik uchun) yonmayon joylashgan holda koʻrinadi. Yo. i. 17-asrdaI. Nyuton tomonidan tadqiq qilingan boʻlsada, uning korpuskulyar nazariyasi ushbu xrdisani tushuntira olmadi. Uni 19-asr boshida T. Yung va O. Frene.tar toʻlqin hodisa sifatida nazariy talqin qilib berdilar. Doimiy faza farqi sharoitida, yaʼni kogerent yorugʻlik dastalarining qoʻshilishi natijasida vujudga keluvchi, fazoda kuchaygan va susaygan intensivliklarning muntazam almashinuvidan iborat boʻlgan Yo. i. eng kengtarqalgan — statsionar interfere n siya dir. Yo. i. turlari asosan yorugʻlikning kogerent dastalarini hosil qilish usullari bilan bogʻliq. Yorugʻlikning kogerent dastalarini hosil qilishning ikki usuli: toʻlqin frontini boʻlish usuli va amplitudani boʻlish usulidan keng foydalaniladi. Toʻlqin frontini amplitudaviy boʻlish tuzilmalarida birlamchi manbaning nurlanishi optik muxitlarning yarim shaffof boʻlinish chegaralari bilan boʻlinadi. Mac, sovun pufaklari, suvdagi yogʻ pardalarida shunday tur Yo. i. vujudga keladi. Bu hollarning bar chasida ikkita sirtdan qaytgan yorugʻliklarning interferensiyasi xreil boʻladi. Amplitudani boʻlish usuli interferometrlarda keng qoʻllanilib, unda toʻlqin maydonlari maxsus yarim shaffof koʻzgular vositasida boʻlinadi. Yuqoridagi ikki nurli interferensiyadan tashqari, koʻp nurli Yo. i.lar ham mavjud. Fabri — Pero interferometri koʻp karrali qaytuvchi nurlarda ishlasa, difraksiya panjaralari va Maykelson eshelonlari koʻp elementli davriy tuzilmalarga asoslangan. Yo. i.dan yorugʻlikning spektral tahlilida, masofalar, burchaklar va tezliklarni aniq oʻlchash hamda refraktometriyada keng qoʻllaniladi. Yo. i. golografiya asosini tashkil qiladi.

Foydalanilgan adabiyotlar ro’yhati

1. G.S.Landsberg ―Optika‖ ‹‹ O‘qituvchi ›› nashriyoti Toshkent-1981
2. M.H. O‘lmasova ―Optika,Atom va Yadro fizikasi‖ ‹‹Cho‘lpon›› nomidagi ikkinchi nashriyot-matbaa ijodiy uyi Toshkent-2010
3. F.A Korolev ―Optika,Atom va Yadro fizikasi‖ ‹‹O‘qituvchi›› nashriyoti Toshkent-1978
4. Р.В.Поль. «Оптика и атомная физикаª М: ―Наука‖ 1996.
5. А.Н. Матвеев. «Оптикаª М: ―Высшая школа‖ 1995.
6. Е.И. Бутиков. «Оптикаª М: ―Высшая школа‖ 1996.
7. Б. М. Яворский, А.А.Детлаф. «Курс физикиª I-III том. М: ―Высшая школа‖
1994.
8. «Физический практикум. Электричество, оптикаª. под. ред. И.В.Ивереновой. М: ―Наука‖ 1998.