Eynshteyn gipotezasi. Yorug'likning kvant nazariyasi Plankning nurlanish energiyasi chastotaga proporsional degan g'oyasiga asoslanadi. Bu g'oyaga asosan, nurlanish ha ga teng diskret energiya tarqaladi

Eynshteyn gipotezasi. Yorug'likning kvant nazariyasi Plankning nurlanish energiyasi chastotaga proporsional degan g'oyasiga asoslanadi. Bu g'oyaga asosan, nurlanish ha ga teng diskret energiya tarqaladi. Eynshteyn yorug'likning korpuskulyar tabiatiga aniqlik kiritib, yorug'lik diskret zarralar - yorug'lik kvantlaridan iborat degan gipotezani berdi. Bunday fikrga Eyneshteyn mutlaq qora jism nurlanish energiyasining fluktuatsiyasini o'rganish asosida kelgan edi. U nurlanish har biri ho ga teng bo'lgan n = E/h(o ta yorug'lik kvantlaridan iborat bo'lishi kerak va bu yorug'lik kvanti butunligicha nurlanishi, yutilishi mumkin, deb hisobladi. Keyinchalik bu yorug'lik kvantlari fotonlar deb ataldi. Elektromagnit nurlanishning elementar zarrasi, yunoncha yorug'lik degan ma’nodagi so'zdan kelib chiquvchi foton termini, dastlab, amerikalik olim G. N. Lyuis tomonidan 1929-yili fanga kiritilgan. Yorug'likning har bir kvant zarralari - fotonlar chastotaga bog'liq tenglik bilan aniqlanuvchi energiyaga ega bo'ladi. Masalan, ko'rinuvchi yorug'lik fotonlarining energiyasi -1 0 14 J atrofida bo'ladi. Ma’lumki, nisbiylik nazariyasiga asosan, m massali zarra energiyasi Foton yorug'lik zarrasi bo'lib, u yorug'lik tezligida tarqaladi. Fotonning tinchlikdagi massasi noldan farqli desak v = с bo'lganda 5.1.3. Yorug'likning kvant xossalari holda e= h(o (1) e= me2 ga teng. (2) formulaga asosan m{—» oo bo'ladi. Bunday bo'lishi 19 www.ziyouz.com kutubxonasi mumkin emas. Shuning uchun yorug'lik tezligida harakatlanuvchi fotonning tinchlikdagi massasi nolga teng. U faqat yorug'lik tezligidagina mavjud bo'lib, yorug'lik kvanti hisoblanadi. Nisbiylik nazariyasidan ma’lumki, zarraning energiyasi impuls bilan quyidagi bog'lanishga ega: E =\j p2c2+rr^c* (4) Bu ifodani tinchlikdagi massasi nolga teng bo'lgan foton uchun (m0=0) E = c P (5) ga teng deb yoza olamiz. Bundan P = Etc = Aco/c (6) ekanligini topamiz. Bu foton impulsidir. (6)ni k = со/с to'lqin soni orqali shunday yozamiz: P = Йш/с = hk (7) yoki (7)ni impuls yo'nalishda (yorug'lik tarqalishi yo'nalishida) bo'lgan to'lqin vektorini kiritib, foton impulsining vektor ko'rinishidagi ifodasini hosil qilamiz: P = № (8) Foton moddiy zarralar kabi energiyaga, impulsga ega (elektr zaryadga, magnit momentga, dipol momentga ega emas). Yorug'lik kvanti - foton haqidagi Eynshteyn gipotezasining to'g'riligi tezda tajribalarda tasdiqlandi. Bote, Ioffe va boshqalar tomonidan o'tkazilgan tajribalar hamda fotoeffekt, Kompton effekti, yorug'lik oqimining fluktuatsiyalanishi kabi juda ko'p hodisalar yorug'lik kvantlari haqidagi g'oyani to'la tasdiqladi. Biz bulaming ba’zilari bilan qisqacha tanishib o'tamiz. Yorug'lik bosim i. Kvant tushunchalar asosida yorug'lik bosimi oson tushuntiriladi. Foton impulsga ega desak, vaqt birligida tushayotgan fotonlarning birlik yuzaga ta’siri yorug'lik bosimini hosil qiladi, deb hisoblash mumkin. Birlik vaqt ichida birlik yuzaga tik tushayotgan fotonlar soni N ga teng deylik (ba’zan bu oqim zichligi deyiladi). Bunda jism fotonlami butunlay yutishi yoki butunlay qaytarishi yoki qisman yutib, qisman qaytarishi mumkin. Lekin tabiatda yorug'likni qisman yutib, qisman qaytaruvchi jismlargina mavjud. Jismlardagi yorug'likni (fotonlami) qaytarish qobiliyatlarini tavsiflovchi kattalik - qaytarish koeffitsiyentini \ bilan belgilaymiz. Bunday jismlar fotonlarning qismini qaytaradi, (1 - £)iV qismini yutadi. Bitta foton impulsi P - eJ с ga, qaytgan fotonlar impulsi www.ziyouz.com kutubxonasi N • е/с ga teng. Lekin qaytgan fotonlar, xuddi zarralar idish devoriga urilib qaytishida jismga ikki marta ortiq impuls bergani kabi, fotonlar sirtga ikki marta katta impuls beradi, ya’ni fotonlaming sirtdan qaytganda bergan impulsi 2^Ve/c ga teng bo'ladi. Fotonlaming yutilgan qismi (1 - QNdc ga teng impuls beradi. Jismga fotonlar tomonidan berilgan natijali impuls P = 2 yVe/c + (1 - QNdc = (1 +&E/c (9) ga teng bo'ladi. Vaqt birligida birlik yuzaga tushayotgan fotonlar E = Ne ga teng energiyaga ega deb yorug'likning jism sirtiga bergan bosimi P = (1 +QEIc (10) ga teng ekanligini topamiz. Yorug'lik bosimini dastlab 1901-yili P. N. Lebedev tajribada qattiq jismlarda, keyinchalik gazlarda o'rgandi. U o'tkazgan tajribalar asosida yorug'lik bosimini o'lchashga erishdi. Tajribalar (10) formulaning to'g'riligini tasdiqladi. Fotoeffekt. Yorug'lik kvantlari haqidagi g'oyaning to'g'riligini tasdiqlovchi hodisalardan biri fotoeffektdir. Bu hodisani dastlab 1887- yili Gers tajribada rux sharchalar oralig'ini ultrabinafsha nurlar bilan yoritib, ular oralig'ida elektr uchqunlarinin

Keyinchalik Stoletov bu hodisani mukammal tekshirdi. Gers,

Galvaks, Stoletov, Lenard (F. Lenard 1905-yili katod nurlar tadqiqotlari

uchun Nobel mukofotini olgan) va boshqalar o'tkazgan tajribalarda

moddalaming yorug'lik ta’sirida manfiy zaryadlangan zarralar -

elektronlar chiqarishi aniqlandi. Shuning uchun yorug'lik ta’sirida

moddadan elektronlar chiqarilishi fotoeffekt deb ataldi. Ko'pincha

yorug'lik ta’sirida qattiq yoki suyuq moddalardan elektronlar chiqishi

tashqi fotoeffekt deb ataladi.

Yorug'lik ta’sirida fotoeffekt hodisasini kuzatish qurilmasi 1-

rasmda ko'rsatilgan bo'lib, bunda vakuum hosil qilingan idish ichiga A anod va К katod o'rnatilgan
Ular oralig'ida potensiallar ayirmasi hosil

qilingan. ZanjirdatokA ampermetryordamida aniqlanadi. Qurilmadagi

kvarsdan qilingan С teshik orqali К katod ultrabinafsha nurlar bilan

yoritilmaganda zanjirda tok bo'lmasHgini, tok faqat katod ultrabinafsha

nurlar bilan yoritilganda hosil bo'lishini ko'rsatadi. Demak, tokning

hosil bo'lishini ultrabinafsha nurlar katoddan elektronlar chiqarishi

bilan izohlash mumkin.

Tajribalar yordamida yorug'lik intensivligi, potensiallar farqi va

zanjirdagi tok kuchlari o'rtasidagi qonuniyatli bog'lanishlar aniqlandi.

Berilgan intensivlikda tok kuchining kuchlanishga bog'liqligi chizmada

voltamper egri chizig'i bilan tasvirlanadi. Voltamper egri chizig'i

2-rasmda ko'rsatilgan bo'lib, uning o'ziga xos ikkita xususiyati muhim

ahamiyatga ega. Birinchidan, berilgan intensivlikda potensiallar farqini

orttira borish bilan tok kuchi ham ortib, shunday qiymatga erishishi

mumkinki, bundan keyin kuchlanish ortishi bilan tok kuchi ortmay

qoladi Odatda zanjirda hosil bo'lgan bunday tok to'yinish

toki deyiladi. Undan foydalanib, berilgan intensivlikda katoddan

chiqqan barcha elektronlar sonini aniqlash mumkin. Ikkinchidan, kuchlanishni

kamaytirib V= 0 bo'lganda ham zanjirdagi tok nolga teng

bo'lmasligini, u faqat kuchlanishning ma’lum to'xtatuvchi potensial deb

ataluvchi qiymatida nolga aylanishini ko'rsatadi. Kuchlanishning

bunday qiymatida katoddan chiqqan barcha elektronlar to'xtatuvchi

potensialni - anod va katod oralig'idagi elektr maydonni yengib o'tolmaydi.

Bu shart elektronlarning boshlang'ich kinetik energiyasi to'xtatuvchi

maydon energiyasiga (eV) teng bo'lganda bajariladi:

mvV 2 = eV (11)

Demak, (11) formulaga asosan tok kuchi nolga teng bo'lgan to'xtatuvchi

potensialni bilgan holda, elektronlarning maksimal tezligini

(energiyasini) aniqlash mumkin.

Tajribalar asosida fotoeffekt hodisasining quyidagi qonuniyatlari

aniqlangan:

1. Vaqt birligida ajralib chiqayotgan elektronlar soni yorug'lik intensivligiga

proporsional

2. Katoddan ajralib chiquvchi elektronlar tezligi (energiyasi)

yorug'lik intensivligiga bog'liq bo'lmay, faqat chastota va katod yasalgan

modda tabiatiga bog'liq.

Bulardan tashqari, o'tkazilgan tajribalardan fotoeffekt hodisasini

o'rganish asosida juda muhim bo'lgan to'yinish tok kuchi tushayotgan

yorug'lik oqimiga proporsional bo'lishi, har bir modda uchun

fotoeffektning qizil chegarasi mavjudligi va fotoeffekt inersiyasiz ro'y

berishi kabi xulosalar olingan.

Klassik tasavvurlarga asosan fotoeffektning yuqoridagi qonunlarini

tushuntirib bo'lmaydi. Chunki, klassik tushunchalarga asosan, elektronlaming

energiyasi yorug'lik intensivligiga proporsional bo'lishi kerak

va bu fikr tajribaga mos kelmas edi.

Fotoeffekt yorug'lik kvantlari - fotonlar yordamida quyidagicha tushuntiriladi.

Metalldagi elektronlar o'z-o'zidan metallni tashlab chiqib

ketolmaydi. Elektronni metalldan chiqarish uchun ma’lum ish bajariladi.

Bu ish chiqish ishi deyiladi. z=hm energiyali foton metallga tushib, elektron

bilan to'qnashishida unga o'z energiyasini beradi. Natijada elektron

energiyasi yetarli bo'lganda metalldan chiqib keta oladi va ma’lum tezlikka

ega bo'ladi. Boshqacha aytganda, energiyaning saqlanish qonuniga

asosan, foton energiyasi elektronni metalldan chiqarishga (chiqish ishi A

ga) va ma’lum kinetik energiyaga (mv2/2 ) ega bo'lishiga sarflanadi: