15-Ma'ruza: muvozanatli issiqlik nurlanishi va yorug’likning kvant xususiyatlari

2. FOTOEFFEKT VA UNING QONUNLARI

Fotoeffekt - yorug’lik taosirida jismdan elektron ajralib chiqishidir. Bu xodisani birinchi bo’lib, 1887 yilda G.Gerts kuzatgan va uni miqdoran A.Stoletov tekshirgan. 1898 yilda Lenard va Tomson fotoeffekt natijasida katoddan ajralib chiquvchi zarra elektron ekanligini zarralarning magnit maydonida og’ishiga asoslanib aniqladi. Fotoeffekt xodisasini o’rganish uchun xavosi so’rib olingan shisha idish, uning ichidagi katod va anod plastinkalari olinadi (15.7-rasm). O’tkazilgan tajribalar natijasida 15.8 - rasmdagi volpt - amper xarakteristikasi olingan.
Fotoefektning 4 ta asosiy qonuni bor:
1. Muayyan fotokatodga tushayotgan yorug’likning spektral tarkibi o’zgarmas bo’lsa, fototokning to’yinish qiymati yorug’lik oqimiga to’g’ri proportsional.
2. Muayyan fotokatoddan ajralib chiqayotgan fotoelektronlar boshlang’ich tezliklarining maksimal qiymati yorug’lik intensivligiga bog’liq emas. Yorug’likning to’lqin uzunligi o’zgarsa, fotoelektronlarning maksimal tezliklari ‘am o’zgaradi.
3. ‘ar bir fotokatod uchun biror “qizil chegara” mavjud bo’lib, undan kattaroq to’lqin uzunlikli yorug’lik taosirida fotoeffekt vujudga kelmaydi. _q ning qiymati yorug’lik intensivligiga mutlaqo bog’liq emas, u faqat fotokatod materialining ximiyaviy tabiatiga va sirtining ‘olatiga bog’liq.
4. Yorug’lik fotokatodga tushishi va fotoelektronlarning ‘osil bo’lishi orasida sezilarli vaqt o’tmaydi.


Fotoeffektning 1- qonunini to’lqin nazariyasi asosida tushuntirish mumkin. Lekin to’lqin nazariya 2- 3- va 4- qonunlarni tushuntirishga ojizlik qiladi.
‘aqiqatan to’lqin nazariya asosan fotokatodga tushayotgan ixtiyoriy to’lqin uzunlikka ega bo’lgan yorug’likning intensivligi ortgan sari ajralib chiqayotgan fotoelektronlarning energiyasi ‘am ortishi lozim edi. Va’olangki, tajribalarning ko’rsatishicha, fotoelektronlarning energiyasi yorug’lik intensivligiga mutlaqo bog’liq emas.
Ikkinchidan, to’lqin nazariyaga asosan, elektron metalldan ajralib chiqishi uchun kerakli energiyani ‘ar qanday yorug’likdan olishi mumkin, yaoni yorug’lik to’lqin uzunligining a’amiyati yo’q. Faqat yorug’lik intensivligi yetarlicha katta bo’lishi lozim. Va’olangki, to’lqin uzunligi “qizil chegaradan” katta bo’lgan yorug’likning intensivligi ‘ar qancha katta bo’lsa ‘am fotoeffekt xodisasi ro’y bermaydi. Aksincha, to’lqin uzunligi “qizil chegaradan” kichik bo’lgan yorug’lik intensivligi nixoyat zaif bo’lsa ‘am fotoeffekt kuzatiladi. Ni’oyat, zaif intensivlikdagi yorug’lik tushayotgan taqdirda yorug’lik to’lqinlar tashib kelgan energiyalar evaziga metalldagi elektron maolum miqdordagi energiyani jamg’ara olishi kerak. Bu energiya elektronning metalldan chiqishi uchun (A_r) yetarli bo’lgan ‘olda fotoeffekt sodir bo’lishi kerak. Xisoblarning ko’rsatishicha, intensivligi juda kam bo’lgan yorug’likdan A_r ga yetarli energiyani elektron jamg’ara olishi uchun soatlab, baozan ‘attoki sutkalab vaqt o’tishi lozim. Tajribalarda esa metallga yorug’likning tushishi va fotoelektronlarning paydo bo’lishi orasida 10^-8 s lar chamasi vaqt o’tadi, xolos.
Demak, yorug’likning to’lqin nazariyasi va fotoeffekt orasida yuqorida bayon qilingan mos kelmasliklar mavjud. SHuning uchun 1905 yilda A.Eynshteyn yorug’likni kvant nazariyasini taklif qildi. Eynshteyn Plank nazariyasini yorug’lika nisbatan qo’llab, yorug’lik kvantlar tariqasida nurlanibgina qolmay, balki yorug’lik energiyasining tarqalishi ‘am, yutilishi xam kvantlashgan bo’lishini taokidladi. Bunda yorug’lik fotonlar (yorug’lik zarralari) sifatida qaraladi. h energiyaga ega bo’lgan foton o’z energiyasini metalldagi elektronga beradi. Agar bu energiya yetarlicha katta bo’lsa, metalldan elektron ajralib chiqadi. Energiyaning qolgan qismi esa metalldan tashqariga chiqib olgan elektronning maksimal kinetik energiyasi sifatida nomoyon bo’ladi. Buni
h=A_r+m²_max/2
ko’rinishda ifodalash mumkin. Bu tenglama Eynshteyn tenglamasi deb ataladi. Eynshteyn tenlamasi fotoeffektning barcha qonunlarini tushuntira oladi. Xususan qizil chegara uchun h=A_r.

FOTON

Issiqlik nurlanish, fotoeffekt xodisalarini yorug’likning “elementar zarrasi” - foton to’g’risidagi tasavvur asosida tushuntirildi. Yorug’lik fotonining boshqa zarralardan farqlanuvchi maxsus xususiyati shundan iboratki, foton tinchlikdagi massaga ega bo’lmaydi. Foton faqat ‘arakatlanish jarayonidagina mavjud bo’lib, uning tezligi yorug’lik tezligiga teng.
‘ar qanday ‘arakatlanuvchi zarra kabi foton ‘am impulpsga ega bo’ladi:
R_F=m_Fc= .
SHunday qilib, barcha zarralar kabi foton xam energiya  = h, massa m_f= h/s², impulps R_f= h/s bilan xarakterlanadi.