Стефан-Болсман вя Вин ганунлары
Кирхщоф ганунундан чыхыр ки, м.г. жисмин енерэетик ишыгланмасынын
спектрал сыхлыьы универсал функсийа ола биляр. Она эюря дя онун тезликдян вя
температурдан асылылыьынын тапылмасы истилик шцаланмасы нязяриййясинин ясас
мясяляси олмушдур.Стефан вя Болсманбу мясяляни гисмян щялл етмишдир. Беля ки,
онлар енерэетик ишыгланманын
e
R
температурдан асылылыьыны мцяййян етмишляр:
4
T
R
e
(1)
бурада,
-
Стефан-Болсман
сабити
олуб,
тяжрцби
гиймяти
4
2
8
/
10
67
,
5
К
м
Vt
.
Стефан-Болсман гануну
e
R
-нин температур асылылыьыны мцяййян етмясиня
бахмайараг, м.г. жисмин шцаланмасынын спектрал тяркиби щаггында суала жаваб
вермир.
T
r
,
-ин
-дан тяжрцби асылылыг яйриляриндян эюрцндцйц кими, м.г.
жисимлярдя енеръи спектрлярдя мцхтялиф жцр пайланыр (шяк. 2). Бцтцн яйрилярдя
максимумлар температурун артмасы иля гыса дальалара тяряф сцрцшцр.
Алман алими Вин термодинамика вя електродинамика ганынларына
ясасланараг
max
-ун
T
r
,
-ин максимумуна уйьун гиймятинин температурдан
асылылыьыны мцяййян етмишдир. Винин йердяйишмя гануну:
T
b /
max
(2)
Бурадан эюрцндцйц кими, енерэетик ишыгланманын сректрал сыхлыьынын
T
r
,
максимумуна уйьун эялян дальа узунлуьу
max
, онун температуру иля тярс
мцтянасибдир.
K
m
b
3
10
9
,
2
Вин сабити адланыр. Вин гануну изащ едя билир ки,
ня цчцн гызмыш жисимлярин сойумасы заманы онларын спектрляриндя узун дальалы
шцаланма цстцнлцк тяшкил едир.
T
r
,
Т артыр
Шяк. 2.
Релей-Жинс вя Планк дцстурлары
Стефан-Болсманвя Вин ганунларындан эюрцндцйц кими, Кирхоф
функсийасынын универсал шяклини термодинамик нюгтейи-нязярдян вермяк
мцмкцн дейилдир.
T
r
,
асылылыьыны сонракы нязяри изащы инэилис алимляри Релей вя
Жинся мяхсусдур. Онлар истилик шцаланмасына статистик физиканын енеръинин
сярбястлик дяряжясиня эюря бярабяр пайланмасы ганунуну тятбиг етмишляр.
Мцтляг гара жисмин енерэетик ишыгланмасынын спектрал сыхлыьы цчцн Релей-
Жинс дцстуру ашаьыдакы кимидир:
kT
c
v
c
v
r
T
2
2
2
2
,
2
2
(1)
бурада,
kT
-
v
тезлийиня маликоссилйаторун енеръисидир. Рягс едян
оссилйатор цчцн кинетик вя потенсиал енеръилярин орта гиймятляри бярабярдир. Она
эюря дя щяр бирсярбястлик дяряжяси цчцн
kT
.
Тяжрцбя эюстярир ки, (1) дцстуру чох кичик тезликляр вя йцксяк
температурлар цчцн тяжрцби фактларла цст-цстя дцшцр. Бюйцк тезликляр областында
Релей-Жинс дцстуру тяжрцби фактлардан вя еляжя дя Винин йердяйишмя
ганунундан кяскин фярглянир. Бундан башга Релей-Жинс дцстурундан Стефан-
Болсман ганунун алынмасы жяфянэиййатаэятириб чыхарыр:
0
2
0
2
,
2
dv
v
c
kT
dv
r
R
T
v
e
Бу нятижя ултрабянювшяйи фялакят адланыр. Беляликля классик физика
ганунлары чярчивясиндя м.н. жисмин спектриндя енеръинин пайланмасы ганунуну
изащ етмяк мцмкцн дейилдир.
Бюйцк тезликляр областында Вин дцстуру тяжрцби фактлара чох йахшы уйьун
эялир.
T
Av
T
v
Ae
Cv
r
/
3
,
бурада,
C
вя
A
- сабитлярдир. Планк сабитини нязяря алсаг, Вин дцстурунун
мцасир формасы
)
/(
2
1
2
kT
kv
T
v
e
c
kT
r
олар.
Шяк. 3.
Илк дяфя олараг алман алими М.Планк 1890-жы илдягара жисмин енерэетик
ишыгланмасынын спектрал сыхлыьынын тяжрцби фактлара там уйьун эялян формасыны
вермишдир. Бунун цчцн Планк енеръинин атом тяряфиндян дискрет шякилдя –
квантлар шяклиндя бурахмасы вя удмасы щипотезини иряли сцрмцшдцр. Беля ки, щяр
бир квантын енеръиси тезликля дцз мцтянасибдир:
/
0
hc
hv
(2)
бурада,
san
C
h
34
10
625
,
6
- Планк сабитидир. Оссилйаторун енеръиси йалныз
0
-нин там гиймятлярини ала биляр:
T
r
,
Виня эюря
Релей-Жинся эюря
,...
2
,
1
,
0
n
nhv
Онда Болсман пайланмасына эюря оссилйаторун орта енеръиси
1
/
kT
hv
e
hv
Гара жисмин енерэетик ишыгланмасынын спектрал сыхлыьы ися
1
1
2
1
2
/
2
3
/
2
2
,
kT
hv
kT
hv
T
v
e
c
v
e
hv
c
v
r
Беляликля, Планк универсалКирхщоф функсийасы цчцн универсал дцстуру
ашаьыдакы кими вермишдир:
1
1
2
/
2
3
,
kT
hv
T
v
e
c
v
r
(3)
(3) дцстуру бцтцн тезлик вя температурлар цчцн тяжрцбядян алынан
нятижялярля цст-цстя дцшцр.
Планк дцстурунда
h
,
k
вя
c
-нин гиймятлярини йериня гоймагла Стефан-
Болсман вя Вин сабитляринин гиймятлярини вя еляжя дя
вя
b
-ин тяжрцби
гиймятлярини билмякля
h
вя
k
щесабламаг олар.
ЯДЯБИЙЙАТ
1. Т.И.Трофимова. Курс физики. М.; Высшая школа. 2004.
2. М.М.Сушинский. Курс физики. Т. I, II, III. М.; Наука. 1973.
3. Г.А.Зисман и С.М.Тодес. Курс общей физики. Т. I, II, III. М.;
Наука. 1974.
4. И.В.Савельев. Курс общей физики. Т. I, II, III. М.; Наука. 1986.
5. А.А.Детлаф, Б.М.Яворский. Курс физики. Т. I, II, III. М.; Высшая
школа. 1983.
32. ФОТОЕЛЕКТРИК ЕФФЕКТИ
Ишыьын щиссяжик тябиятиня малик олдуьуну эюстярян щадисялярдян бири фото-
електрик еффект вя йа садяжя олараг фотоеффект щадисясидир. Фотоеффект щадисяси
ишыьын тясири алтында маддядя олан електронларын сярбястляшмясиня дейилир.
Тядгигатлар нятижясиндя фотоеффектин цч нювц мцяййян едилмишдир: дахили
фотоеффект, харижи фотоеффект вя вентил фотоеффекти.
Електромагнит шцаланмасынын (ишыьын) тясири алтында маддядян електронла-
рын бурахылмасына (шцаланмасына) харижи фотоеффект дейилир. Харижи фотоеффект
бярк жисимлярдя (металларда, йарымкечирижилярдя, диелектриклярдя), еляжя дя газ-
ларда айры-айры атом вя молекулларда (фотоионлашма) мцшащидя олунур. Бу ща-
дисяни эениш вя щяртяряфли рус алими А.Г.Столетов юйрянмишдир. А.Г.Столетов тяж-
рцбясинин схеми шякилдяки кимидир.
Вакуум борусунда ики електрод
батарейайа еля бирляшдирилмишдир ки, Р
потенсиометринин кюмяйи иля няинки
онлара верилян эярэинлийин гиймятини,
еляжя дя ишарясини дяййишмяк олур. Ка-
тоду монохроматик ишыгла ишыгландыр-
дыгда дюврядя
йаранан
жяряйан
миллиамперметрля
юлчцлцр. Катоду мцхтялиф дальа узунлуглу ишыгла ишыгландырараг, А.Г.Столетов
ашаьыдакы ганунауйьунлуглары мцяййян етмишдир:
1. Ултрабянювшяйи шцаланма даща еффектив тясир эюстярир;
2. Ишыьын тясири алтында маддя йалныз мянфи йцклярини итирир;
3. Ишыьын тясири алтында йаранмыш жяряйан шиддяти ишыьын интенсивлийиня дцз
мцтянасибдир.
Дахили фотоеффект йарымкечирижилярин вя йа диелектриклярин дахилиндя елек-
тронларын ишыьын тясири алтында баьлы щалдан сярбяст щала кечмясиня дейилир. Бу-
нун нятижясиндя жисмин дахилиндя олан сярбяст йцкдашыйыжыларын консентрасийасы
артыр ки, бу да фотокечирижилийн вя йа е.щ.г.-нын йаранмасына эятирир.
Вентил фотоеффекти ики мцхтялиф йарымкечирижинин вя йа йарымкечирижи вя ме-
талын тохунма сярщядини ишыгландырдыгда е.щ.г.-нин йаранмасына дейилир.
Фотоеффект заманы йаранан жяряйана фотожяряйан дейилир. Фотожяряйанын
електродлар арасына тябиг олунан эярэинликдян асылылыг яйриси шякилдяки кимидир.
Эярэинлийин артмасы иля фотожя-
ряйан шиддяти яввялжя артыр, йяни даща
чох електрон анода чатыр. Эярэинлийин
сонракы артымы заманы ися жяряйан
шиддяти дяйишмир. Бу жяряйан дойма
жяряйаны адланыр. Бу дойма жяряйаны-
нын алынмасы ишыьын ващид заманда
катоддан вуруб чыхардыьы електронларын щамысынын анода чатмасыны эюстярир.
Дойма жяряйаны
Ы
дой
=ен
ганунуна ясасян тяйин едилир. Бурада н – катоддан бир санийядя бурахылан
електронларын сайыдыр. Дойма жяряйаны йалныз дцшян ишыг селиндян асылыдыр. Ишыг
сели артдыгжа дойма жяряйанынын шиддяти артыр.
Эярэинлийин сыфыр гиймятиндя фотожяряйанын мцяййян гиймятя малик олмасы
катоддан чыхан електронлар мцяййян кинетик енеръийя малик олмасы иля изащ
едилир. Фотожяряйанын сыфыр олмасы цчцн електродлара якс истигамятдя эяр-эинлик,
йяни йавашыдыжы потенсиал (У
0
) гошмаг лазымдыр, Бу заман щятта максимум
сцрятя малик олан щеч бир електрон анода чатмыр.
Фотоелектронларын анода чата билмямяси цчцн онларын кинетик енеръиси
йавашыдыжы потенсиалын эюрдцйц ишя бярабяр олмалыдыр, йяни
0
2
2
eU
m
Харижи фотоеффектин цч гануну мцяййян едилмишдир:
1.
Дцшян ишыьын гейд олунмуш тезлийиндя катоддан ващид заманда
гопан фотоелектронларын сайы дцшян ишыьын интенсивлийиня мцтяна-
сибдир
2.
Фотоелектронларын башланьыж максимум сцряти дцшян ишыьын
интенсивлийиндян асылы олмайыб, йалныз онун тезлийи иля тяйин олунур,
даща доьрусу, тезлийин артмасы иля хятти ганунла артыр.
3.
Щяр бир маддя цчцн фотоеффектин «гырмызы сярщяди» мювжуддур,
йяни ишыьын еля минимум тезлийи (маддянин кимйяви тябиятиндян вя
сятщинин вязиййятиндян асылы олараг) вар ки, бу тезликдя истянилян ин-
тенсивликли ишыг фотоеффект йаратмыр.
ХАРИЖИ ФОТОЕФФЕКТ ЦЧЦН ЕЙНШТЕЙН ДЦСТУРУ
1905-жи илдя А.Ейнштейн сцбут етди ки, фотоеффект щадисяси вя гануна-
уйьунлуглары онун тяклиф етдийи фотоеффектин квант нязяриййясиня ясасян изащ
олуна биляр. Ейнштейня эюря мцяййян тезликли ишыг енеръиси
h
олан айры-айры
порсийаларла Планкын фярз етдийи кими няинки шцаланыр, еляжя дя щямин порсийа-
ларла фязада йайылыр вя маддя тяряфиндян удулур. Беляликля, ишыьын йайылмасына
сцряти ишыьын вакуумда йайылма сцрятиня бярабяр олан дискрет ишыг квантларынын
фязада йайылмасы кими бахмаг олар. Бу квантлара фотон дейилир.
Ейнштейня эюря щяр бир квант йалныз бир електрон тяряфиндян удулур. Она
эюря дя гопан фотоелектронларын сайы маддя цзяриня дцшян ишыьын интенсивлийиня
мцтянасибдир. Фотоеффектин яталятсизл олмасы ися онунла изащ олунур ки, енеръи-
нин ютцрцлмяси фотонун електронла тоггушмасы заманы ани олараг баш верир.
Маддя цзяриня дцшян ишыьын енеръиси електронун металдан чыхыш ишиня вя чы-
хан електронлара мцяййян кинетик енеръи верилмясиня сяпрф олунур. Енеръинин
сахланма ганунуна эюря
2
2
max
m
A
h
олар. Бу ифадяйя харижи фотоеффект цчцн Ейнштейн дцстуру дейилир.
Ейнштейн дцстуру фотоеффектин икинжи вя цчцнжц ганунларыны да изащ едир.
Бу дцстурдан алыныр ки, фотоелектронларын максимум кинетик енеръиси дцшян
ишыьын тезлийинин артмасы иля хятти ганунла артыр, лакин дцшян ишыьын
интенсивлийиндян асылы дейил, чцнки ня електронун металдан чыхыш иши, ня дя дцшян
ишыьын тезлийи ишыьын интенсивлийиндян асылы дейил (фотоеффектин икинжи гануну).
Ишыьын тезлийи азалдыгжа, фотоелектронларын кинетик енеръиси азалыр (верилмиш
металлар цчцн електронун металдан чыхыш иши сабитдир). Тезлийин мцяййян бир
минимум гиймятиндя фотоелектронларын кинетик енеръиси сыфыр олур вя фотоеффект
дайаныр (фотоеффектин цчцнжц гануну).
0
олдугда,
0
2
2
max
m
олур.
Ейнштейн дцстуруна эюря
A
h
0
,
h
A
0
тезлийи еля верилмиш метал цчцн
фотоеффектин «гырмызы сярщяди»дир.
ФОТОЕЛЕМЕНТЛЯР
Харижи фотоеффект кими, йарымкечирижилярдя мцшащидя олунан фотоеффект
хцсуси фотоелементлярин йарадылмасына тякан верди. Ян эениш йайылмыш
фотоелементляр гапайыжы лайы олан фотоелементлярдир. Фотоелементлярин спектрал
щяссаслыьы щяссас сятщин материалынын сечилмясиндян чох эцжлц асылыдыр. Йахшы
фотоелементляр кими селен гапайыжы лайына малик олан фотоелементлр гябул
едилмишдир ки, онларда щяссаслыьын максимуму инсан эюзцнцн максимум
щяссаслыьы иля (5500Å) цст-цстя дцшцр. Бунлдан башга, щяссаслыьы спектрин
ултрабянювшяйи вя инфрагырмызы областларына дцшян фотоелементляр дя вардыр.
КОМПТОН ЕФФЕКТИ
Ишыьын щиссяжик (корпускулйар) тябиятиня малик олмасыны эюстярян
щадисялярдян бири дя Комптон еффекти адланан щадисядир. Комптон 1923-жц
илдя рентэен шцаларынын мцхтялиф маддялярдян сяпялянмясини юйряняркян
мцшащидя етмишдир ки, сяпялянян шцалар ичярисиндя узунлуьу олан илк рентэен
шцасындан башга йени ’узунлуглу шцалар ямяля эялир. Юзц дя ’ олур вя ’-
= фярги ня илк рентэен дальасынын узунлуьундан, нядя сяпижи маддянин
нювцндян асылы олмайыб, йалныз илк вя йени дальаларын истигамятляри арасындакы
бужаьындан асылыдыр, йяни
2
sin
2
cos
1
2
0
0
олур. Бурада
m
12
0
10
43
.
2
- Комптон дальасынын узунлуьудур.
Комптон еффекти дедикдя, гысадальалы електромагнит шцаланмасынын
маддянин сярбяст електронларындан сяпилмяси нязярдя тутулур ки, бу заман
дальа узунлуьу артыр. Рентэен шцаларынын фотонларынын маддянин сярбяст
електронлары иля тоггушмасы заманы фотон юзцнцн енеръисинин вя импулсунун
мцяййян щиссясини енеръинин вя импулсун сахланма ганунларына эюря електрона
верир.
Фярз едяк ки,
c
h
p
импулсуна
вя
h
енеръисиня малик олан фотон
сцкунятдя олан сярбяст електронла
тоггушур (електронун сцкунят енеръиси
2
0
0
c
m
W
-дыр). Фотон елек-
тронла тоггушан заман юз енеръисинин вя импулсунун бир щиссясини електрона
верир вя щярякят истигамятини дя-йишир. Фотонун енеръисинин азалмасы сяпилян
шцаланманын дальа узунлуьунун артмасы демякдир.
Сяпилян фотонун импулсу
c
h
p
'
'
, енеръиси ися
'
'
h
олсун. Яввял
сцкунятдя олан електрон мцяййян енеръи
2
mc
W
вя импулс
m
p
e
алараг,
щярякятя башлайыр. Щяр бир беля тоггушма заманы енеръинин вяимпулсун
сахланма ганунлары юдянилир.
Енеръинин сахланма ганунуна эюря
'
0
W
W
,
импулсун сахланма ганунуна эюря ися
'
p
p
p
e
олар.
2
sin
2
cos
1
'
;
'
'
;
cos
'
2
'
'
2
0
0
2
2
2
2
2
2
2
0
c
m
h
c
m
h
c
c
c
h
c
h
c
h
m
h
mc
h
c
m
Бу ифадядя щ, м
0
вя ж-нин гиймятлярини гойсаг, електронун Комптон дальа
узунлуьуну тяйин етмяк олар.
nm
c
m
h
c
426
.
2
0
ЛЦМИНЕССЕНСИЙА
Жисимлярдя истилик шцаланмасындан башга, ейни температурда истилик
шцаланмасындан цстцн диэяр бир шцаланма нювц – лцминессенсийа да
мювжуддур.
Лцминессенсийа
молекулларын
истилик
щярякяти
енеръисинин
електромагнит шцаланмасы енеръисиня чеврилмяси баш вермир. Бу, мцхтялиф
просесляр нятижясиндя мянбяляря енеръинин верилмяси иля ишыьын шцаланмасындан
ибарятдир. лцминессенсийанын ашаьыдакы нювляри вардыр:
Катодолцминессенсийа – маддянин електронларла вя йа диэяр йцклц
зярряжиклярля бомбардланмасы заманы жисимлярин шцаланмасына дейилир.
Електролцминессенсийа маддядян електрик жяряйаны кечдикдя вя йа електрик
сащяси тясир эюстярдикдя йараныр.
Фотолцминессенсийа жисимлярин эюрцнян, ултрабянювшяйи ишыгла, рентэен
вяйа гамма0шцаларла шцаланмасы заманы мцшащидя олунур.
Бцтцн лцминессенсийа щадисяляринин сябяби одур ки, лцминессенсийанын
мяркязляри – лцминессенсийа ишыгланмасынын мянбяляри олан маддянин атомлары,
молекуллары вя йа ионлары кянар мянбяляр тяряфиндян верилян енеръи щесабына
щяйяжанлашмыш щала кечир. Щяйяжанлашмыш лцминессенсийа мяркязляринин нормал
вя йа даща аз щяйяжанлашмыш щала кечиди ишыьын шцаланмасы иля мцшайият олунур
ки, бу да маддянин юзцнцн лцминессенсийа ишыгланмасыдыр.
Истифадя олунан ядябиййат
1. Ялийев Б.Д., Щясянов Г.Т. Цмуми физика курсу. Бакы. 2005
2. Савельев И.В. Курс физики. М.:Наука.1992. Т.3.
3. Трофимова Т.И. Курс физики. М.Высшая школа. 2000.
33. АТОМУН ТОМСОН ВЯ РЕЗЕРФОРД МОДЕЛИ
Ё 1. ТОМСОН МОДЕЛИ
Бир-бири иля гаршылыглы тясирдя олмайан атомларын шцаланмасы заманы
бурахылан айры-айры спектрал хятлярин, атом спектриндя дальа узунлуьуна эюря
низамлы дцзцлцшц, атомун дахили гурулушунун дярк олунмасы цчцн ясас олду.
Бунунла ялагядар олараг атом модели щаггында мцхтялиф идейалар
формалашмаьа башлады.
Классик тясяввцрляря ясасян, шцаланан атомда електрон щармоник рягс
едян заман монохроматик дальа бураха билдийиндян, таразлыг вязиййяти
ятрафында Ф= - кр квазиеластики гцввя щесабына гала билир. Бурада р- таразлыг
вязиййятиндян олан мясафядир. 1903-
cц илдя илк атом модели Ъ.Томсон
тяряфиндян верилмишдир. Бу моделя ясасян атом, дахилиндя електрон олан,
мцсбят електрик йцкляринин бярабяр пайландыьы Р радиуслу кцрядир (шяк.1.1.).
Кцрянин мцсбят вя мянфи йцкляринин
cями бярабяр олдуьундан, атом
бцтювлцкдя нейтрал олур. Мялумдур ки, бярабяр йцклянмиш кцря дахилиндя сащя
интенсивлийи
Е
ашаьыдакы ифадя иля тяйин едилир:
р
Р
е
=
)
р
(
Е
3
(
Р
≤
р
≤
0
),
бурада е-кцрянин йцкц, Р-кцрянин радиусудур.
Буна эюря дя, таразлыг вязиййятиндян р
мясафядя олан електрона
кр
=
р
Р
е
-
=
Е
)
е
-
(
=
Ф
3
2
, шякил 1.1
гцввяси тясир едяр. Таразлыг вязиййятиндян чыхарылмыш електрон бу щалда
3
2
мР
е
=
м
к
=
ω
(1.1.)
тезликли рягс едяр. Бурада е-електронун йцкц, м-електронун кцтляси, Р ися
атомун радиусудур. (1.1.)-дян, атомун юлчцсцнц тяйин етмяк цчцн, ашаьыдакы
ифадяни аларыг:
)
м
е
(
=
Р
3
/
1
2
2
ω
(1.2.)
-е
р
Р
(1.2.) ифадясиндя е, м вя ω-нын гиймятлярини вя спектрин эюрцнян областына
уйьун олан дальа узунлуьуна (=600 Å) =3ё10
15
сан
-1
уйьун эялдийини нязяря
алараг, Р3ё10
-8
см аларыг. Атомун юлчцсц цчцн алынмыш бу гиймятин башга
цсулла алынмыш гиймятя уйьун эял-мясиня, Томсон моделинин тясдиги кими
бахыла билярди. Лакин сонралар бу моделин йарарсыз олдуьу ашкар едилди. Бу
модел щазырда йалныз атомун гурулушу щаггындакы тясяввцрлярин инкишафы
просесиндя тарихи бир факт кими ящямиййят кясб едир.
Ё 2. РЕЗЕРФОРД МОДЕЛИ
1911-
cи илдя Резерфорд тяряфиндян апарылмыш тяcрцбя, тамамиля башга
моделин йаранмасына сябяб олду. Резерфорд вя онун ямякдашлары, радиоактив
маддянин пар-чаланмасы заманы бурахылан, - щисся
cикляринин назик метал
лювщядян кечмяси заманы онларын йайылма истигамятинин дяйишмясини мцшащидя
етмишляр. Мцсбят йцклц щисся
cикляринин сцряти 10
9
см/сан. тяртибиндядир, кцтляси
ися щидроэен атому кцтлясиндян дюрд дяфя бюйцкдцр. Тя
cрцбядян мялум олду
ки, щисся
cикляринин мцяййян бир щиссяси бюйцк буcаг алтында (180
0
) сяпилир.
Резерфорд тя
cрцбянин нятиcясини арашдырараг беля гярара эялди ки,
щисся
cикляринин чох бюйцк буcаг алтында сяпилмяси йалныз о вахт мцм-кцндцр
ки, атомун дахилиндя бюйцк йцкя малик олан вя чох кичик щя
cмдя топланмыш,
щяддян артыг эц
cлц електрик сащяси олсун. Бу гярара ясасян Резерфорд атомун
нцвя моделини верди.
Бу моделя ясасян атом, мяркязиндя юлчцсц 10
-12
см-дян чох олмайан,
мцсбят йцклц Зе нцвя йерляшмиш, нцвянин ятрафында ися атомун тутдуьу щяъм
цзря пайланан З електронлар йерляшмиш йцкляр системиндян ибарятдир. Демяк
олар ки, атомун бцтцн кцтляси нцвядя топланыр.
Резерфордун
фикрин
cя,
щисся
cикляринин мейл етмяси онлара атом
нцвяляри
тяряфиндян
эюстярилян
тясир
щесабына олур (шяк.2.1.). щисся
cийинин
нцвя +
-
щиссяъик
ляр
Шякил 2.1
кцтляси електронун кцтлясиндян дюрд дяфя
бюйцк олду-ьундан, онун електронла
гаршылыглы тясири заманы мейл етмяси эюзя
чарпа
cаг дяряcядя ола билмяз.
щиссяъик нцвянин йахынлыьындан кечяркян, она Кулон дяфетмя гцввяси
тясир етдийиндян (шяк.2.2.),
2
2
р
Зе
2
=
Ф
. (2.1.)
щисся
cийин трайекторийасы щипербола олар. Резерфордун атом нцвя модели хариъи
формасына эюря, эцняш системини хатырлатдыьындан, ону бязян планетар модел
адландырырлар. Шякил 2-дя -сяпилмя бу
cаьы, б ися щядяф параметри адланыр.
Сяпилмя бу
cаьы иля щядяф параметри арасындакы асылылыг ашаьыдакы кимидир:
б
Зе
2
м
2
ътэ
2
α
(2.2.)
Мцсбят йцклянмиш атом нцвясинин
диаметри 10
-13
см-дир. Атомун диаметри
нцвянин диамет-риндян 100000 дяфя
бюйцкдцр вя 10
-8
см тярти-биндядир.
Беляликля,
-
щисся
cикляринин
сяпилмяси
цзря
апарылан
тя
cрцбялярин
няти
cяси, Резерфордун тяклиф етдийи, атом
нцвя моделини тясдиг етди. Лакин, нцвя
модели классик механика вя електродинамика ганунлары иля зиддийятли олду.
Резерфорд щярякятсиз йцкляр системинин таразлыг вязиййятиндя гала билмямяси
шяртиня ясасланараг, атомун статистик моделиндян имтина етмяйя вя
електронларын нцвя ятрафында, яйрихятли трайекторийа ъызараг, щярякят етдиклярини
фярз етмяйя мяъбур олду. Лакин, бу щалда електрон тяъилля щярякят етдийиндян,
классик електродинамикайа ясасян,о фасилясиз олараг електромагнит дальасы
шцаландырмалыдыр.шцаланма просеси енер
jи иткиси иля эетдийиндян, електрон сон
нятиъядя нцвяйя дцшмялидир. Практикада ися беля щала тясадцф олунмур.
б
р
(+2е)
П
П
о
нцвя +(Зе)
ЯДЯБИЙЙАТ
1. Abdinov C.Ş., Axundova N.M. Fizika. Bakı. 1999.
2. N.Ş.Məmmədzadə Fizika. Bakı. 1996.
3. Feyziyev Y.S., Rzayev R.M. Ümumi Fizika kursu. Bakı. 2001.
4. И.В.Савельев «Курс общей физики» т.3. Москва, «Наука», 1982.
5. А.С.Шубин «Курс общей физики», М. «Высш.школа»,1976.
6. А.А.Детлаф, Б.М.Яворский. Курс физики. М. Высш.школа, 1989.
7. Т.И.Трафимова. Курс физики. М.Высш.школа. 1990.
34.De – Broyl fərziyyəsi. Cismin dalğa xassəsi. Şredinger tənliyi.
Dalğa funksiyasının statistik mənası
1. Zərrəciklərin dalğa xassələri haqqında fərziyyə və onu təsdiq edən təcrübələr
1923 – 1924 – cü illərdə Lui – de – Broyl fotonun ikili təbiətini bütün
elementar zərrəciklərə aid edən bir ideya irəli sürdü: elektron, proton və b.
elementar zərrəciklərin hərəkətinə dalğanın yayılması prosesi kimi də baxmaq olar.
De – Broyl fotonun dalğa və korpuskulyar xassələrini əlaqələndirən düsturları
birbaşa zərrəciklərin ikili təbiətinə də aid etmişdi:
h
E
(1)
P
2
və ya
m
2
(2)
h
P
к
və ya
h
Р
к
(2a)
Burada E – zərrəciyin enerjisi, P – onun impulsu,
və
isə de – Broyl dalğasının
tezliyi və dalğa uzunluğudur.
h
- Plank sabiti,
к
- isə dalğa vektorudur.
Zərrəciklərin dalğa xassələrinə malik olması haqqında de – Broyl fərziyyəsi
tezliklə təcrübədə təsdiq olundu. 1927 – cil ildə K. C. Devison və L. H. Cermer
elektronların kubik quruluşlu nikel monokristalında difraksiyasını kəşf etdilər.
Difraksiya qəfəsi kimi nikel kristalından təsadüfən istifadə edilməmişdi: bu
kristalın difraksiya sabitinin ölçüsü elektronlar üçün de – Broyl dalğasının
uzunluğu tərtibində - 0,1 nm – dir.
Devisson və Cermer bu təcrübədə rentgen şüalarının difraksiyasının təhlili
üçün tətbiq edilən üsuldan istifadə etmişlər. Kifayət qədər sürətləndirilmiş
elektronların nazik dəstəsi müəyyən bucaq altında nikel monokristalının cilalanmış
səthinə düşür. Elektronların hərəkətinə kənar təsirlərin olmaması üçün qurğu
vakuumda yerləşdirilir. Gözlənilirdi ki, güzgü səthindən olduğu kimi elektronlar
kristalın səthindən də düşmə bucağına bərabər bucaq altında əks edəcəklər. Lakin
təcrübə göstərdi ki, eyni bir istiqamətdə düşən elektronlar kristalda müxtəlif
bucaqlar altında səpilirlər və bu zaman müxtəlif istiqamətdə əks edən elektronların
sayı bir – birindən kəskin fərqlənir: bəzi istiqamətlərdə bu say maksimum,
digərlərində minimum olur. Başqa sözlə, səpilmə zamanı elektronların difraksiyası
baş verir. Kristalın səthindən ixtiyari
bucağı altında səpilən elektron dəstəsi
qalvanometrə birləşdirilmiş silindrik elektronların arasına düşür. Qalvanometrin
ölçüldüyü
cərəyana
görə
kristaldan
əks
edən
dəstənin
intensivliyini
qiymətləndirmək olur. Elektronları qeydə alan qurğunu çevrə boyunca döndərmək
olur ki, bu da istənilən bucaq altında səpilən elektron dəstəsini qeyd etməyə imkan
verir.
Təcrübə göstərdi ki, kristalın səthindən səpilən elektron dəstəsinin
intensivliyi əksetmə bucağından başqa, həm də elektronların bu səthə hansı sürətlə
və hansı bucaq altında düşməsindən asılıdır. Məlum oldu ki, elektronların kinetik
enerjisinin E
k
=54 eV qiymətində onlar səthə
60
bucaq altında düşdükdə,
60
-
lik bucaq altında qayıdan dəstənin intesivliyi maksimum olur. (2) düsturuna və
kinetik enerjinin məlum ifadəsinə əsasən 54 eV enerjili elektronların hərəkətinə
ekvivalent de – Broyl dalğasının uzunluğu:
nm
тЕ
т
к
167
,
0
2
2
2
Bu rəqəm Vulf – Breqin difraksiya maksimumunun alınması şərtində (
=(2d sin
)/n) əsasən rentgen şüalarının dalğa uzunluğu üçün hesablanmış qiyməti
ilə üst – üstə düşür.
Devisson həmçinin difraksiya mənzərəsinin vahiddən böyük tərtibləri üçün
də difraksiya maksimumuna uyğun dalğa uzunluqlarının nəzəri və təcrübi
qiymətlərinin üst – üstə düşdüklərini də müəyyən etmişdir. Maraqlıdır ki, eyni
təcrübə polikristal nikel lövhəsi ilə aparıldıqda lövhədən qayıdan elektronlar üçün
istiqamət üstünlüyü (difraksiya hadisəsi ) edilməmişdir. Bu polikristal nikeldə
elementar kristalcıqların nizamsız yönəlmələri ilə əlaqədardır.
C. P. Tomson və asılı olmayaraq P. S. Tartakovski metal folqadan keçən
elektronların da difraksiya etdiklərini kəşf etmişlər. Onların bu yolla qızıl üçün
aldıqları elektroqramma alüminiumun rentgenoqrammasına tam uyğun olmuşdur.
Bu təcrübələrdən sonra məlum oldu ki, təkcə elektronlar deyil, digər
elementar zərrəciklər də difraksiya edir.
O. Ştern və İ. Esterman hətta LiF kristalından əks edən helium atomlarının
və hidrogen molekullarının difraksiyasını müşahidə edə bilmişlər.
Bütün bu və digər təcrübələr inandırıcı sürətdə sübut etdi ki, dalğa xassəsi
prinsipcə hər bir zərrəciyə xas olan keyfiyyətdir.
(2) düsturu göstərdi ki, de – Broyl dalğasının uzunluğu
sabiti ilə düz,
cismin impulsu yəni onun həm kütləsi və həm də sürəti ilə tərs mütənasibdir.
Lakin, cisimlərin sürətlərinin təbiətdə mümkün olan ən böyük və ən kiçik
qiymətləri arasındakı fərq, onların kütlələri arasındakı belə fərqdən çox – çox kiçik
olduğundan de – Broyl dalğasının uzunluğu əsasən cismin kütləsindən asılıdır. Ona
görə də
- ın ölçü cihazlarının hiss edə biləcəyi qədər olması üçün zərrəciyin
kütləsi
sabiti tərtibində olmalıdır. Makroskopik cismin kütləsi nə qədər kiçik olur
– olsun, o yenə də bu tələbi ödəyə bilməz. Buna görə də yalnız elementar
zərrəciklərin, atom və molekulların dalğa xassələrini aşkar etmək mümkündür.
Buna inanmaq üçün eyni sürətlə hərəkət edən elektronla kütləsi 10
-6
kq olan toz
dənəsinə uyğun dalğa uzunluqlarını müqayisə edək. Tutaq ki, həm elektron və həm
də toz dənəciyi
6
10
3
m/san sürətlə hərəkət edir. Elektronun kütləsi
31
10
1
,
9
kq
olduğundan (2) düsturuna əsasən elektronun və toz dənəsinin hərəkətinə
ekvivalent dalğa uzunluğu üçün aşağıdakı rəqəmlər alınır:
nm
еl
24
,
0
və
el
toz
nm
21
21
10
10
22
,
0
Göründüyü kimi toz dənəsinin hərəkətinə ekvivalent dalğa uzunluğu o qədər
kiçikdir ki, onu heç bir cihazla aşkar etmək olmaz.
Zərrəciyin dalğa xassəsi o hadisədə aşkar görünür ki, onun üçün de – Broyl
dalğasının dalğa uzunluğu həmin hadisənin baş verdiyi obyektin xarakter ölçüsü
tərtibində olsun. De – Broyl dalğasının uzunluğu zərrəciyin həm kütləsindən və
həm də sürətindən, yəni kinetik enerjisindən asılıdır. Buna görə də hətta eyni bir
zərrəciyin dalğa təbiətinin aşkar edilib – edilməməsi onun hansı kinetik enerji ilə
və hansı obyektlə qarşılıqlı təsirdə olmasından asılıdır. Məsələn, Devisson və
Cermerin təcrübəsi göstərir ki, kinetik enerjinin orta qiyməti 10
-18
C tərtibində olan
elektronlar nikel monokristalından keçəndə difraksiyaya uğrayır, yəni bu hadisədə
elektronların dalğa təbiəti rol oynayır. Çünki həm həmin enerjiyə uyğun elektron
dalğasının uzunluğu və həm də nikel monokristalının difraksiya sabitinin qiyməti
eyni tərtibdən -0,1 nm – dir. Lakin həmin kristaldan enerjisi 10
-10
C olan
elektronlar seli keçdikdə difraksiya hadisəsi baş vermir, yəni onların dalğa
xassələri aşkar olunmur. Çünki belə enerjili elektronlara uyğun de – Broyl
dalğasının uzunluğu 10
-6
nm – dir. Bu rəqəm nikel monokristalının difraksiya
sabitinin qiymətindən 10
5
dəfə kiçikdir. Lakin belə enerjili elektronlar atom
nüvələrindən səpiləndə isə onların dalğa xassələri aşkar olunur. Çünki atom
nüvələrinin ölçüsü də 10
-6
nm tərtibindədir.
Hal – hazırda zərrəciklərin dalğa xassələrindən praktikada geniş istifadə
olunur. Maddə quruluşunu öyrənmək üçün rentgenoqrafik üsulla yanaşı,
elektronoqrammalardan da geniş istifadə edilir. Rentgen şüalarına nisbətən
elektronların nüfuzetmə qabiliyyətləri kiçik olduğundan, çox vaxt elektronoqrafiya
vasitəsilə bərk cisimlərin səthi öyrənilir. Neytronlar elektrik yükünə malik
olmadıqlarından onlar maddə daxilində yaxşı nüfuz edə bilir. Ona görə də
neytronların difraksiyası vasitəsilə maddələrin quruluşunu tədqiq edirlər. Elektron
mikroskopunun iş prinsipi də elektronların dalğa xassəsinə əsaslanır. Bu
mikroskopun ayırdetmə qabiliyyəti çox yüksəkdir: optik mikroskoplar iki min
dəfədən çox böyüdə bilmədikləri halda, müasir elektron mikroskopları milyon
dəfələrlə böyütmə qabiliyyətinə malikdir.
2. Şredinger tənliyi
Elementar zərrəciklərin təbiətindəki dualizm, onların hərəkətini klassik
elektrodinamika və ya dinamika qanunları ilə təsvir etməyin qeyri –
mümkünlüyünü göstərir. Zərrəciyin hərəkətini təsvir edən tənlik, onların həm dalğa
və həm də korpuskulyar xassələrini ifadə etməlidir. Belə tənlik 1926 – cı ildə E.
Şredinger tərəfindən təklif edilmişdir.
Şredinger zərrəciyin hərəkətini koordinat və zamandan asılı olan funksiya
ilə təsvir etmişdir. Bu funksiya zərrəciyin həm korpuskulyar və həm də dalğa
xassələrinin daşıyıcısı olsa da, Şredinger onu dalğa funksiyası adlandırmışdır.
Şredinger tənliyinin ən sadə şəkli qərarlaşmış qüvvə sahəsində hərəkət edən
zərrəciyə aiddir. Belə sahədə zərrəciyin fiziki parametrləri zaman keçdikcə
dəyişmir. Ona görə də zərrəciyin belə sahədə hərəkətini təsvir edən dalğa
funksiyası zamandan deyil, yalnız koordinatdan asılı olur. Bu funksiya
)
,
,
(
z
у
х
və
ya sadəcə
hərfi ilə işarə edilir.
Qərarlaşmış sahədə hərəkət edən zərrəcik üçün Şredinger tənliyinin şəkil
belədir:
0
)
(
2
2
2
U
E
m
(3)
Burada m – zərrəciyi kütləsi, E onun həmin sahədəki tam, U isə potensial
enerjidir.
2
dalğa funksiyasının laplas operatorudur.
Xüsusi halda birölçülü fəzada, məsələn x oxu boyunca hərəkət edən zərrəcik
üçün Şredinger tənliyi aşağıdakı kimi olar:
0
2
2
2
2
U
E
h
т
х
(4)
Qüvvə sahəsinin mövcud olmadığı fəzada sərbəst hərəkət edən zərrəciyin
potensial enerjisi sıfır (U=0) olduğundan, belə zərrəcik üçün Şredinger tənliyi:
0
2
2
2
h
mE
(5)
kimi yazılar. Sərbəst zərrəcik birölçülü fəzada hərəkət etdikdə isə:
0
2
2
2
2
h
mE
x
(6)
olar. Sərbəst zərrəciyin potensial enerjisi sıfır olduğundan, axırıncı iki
tənlikdəki E, həm də bu zərrəciyin kinetik enerjisinə bərabər olacaqdır.
Şredinger tənliyi qeyri – relyativistik kvant mexanikasının əsas tənliyidir: bu
tənlik işığın boşluqdakı sürətindən çox – çox kiçik sürətlərlə hərəkət edən
zərrəciklərə aiddir. Elmlərin digər fundamental qanunları kimi Şredinger tənliyini
də çıxarmaq olmaz, onun doğruluğuna yalnız ondan çıxan nəticələrin təcrübi
faktlarla təsdiq olunması ilə inanmaq olar. Şredinger tənliyi belə sınaqdan
çıxmışdır. Bundan başqa müəyyən sadə hallardan istifadə etməklə (5) və ya (6)
tənliklərinə gəlib çıxmaq olar. Bunun üçün tutaq ki, zərrəcik birölçülü fəzada x oxu
istiqamətində sərbəst hərəkət edir. Bu hərəkəti müstəvi dalğa ilə əvəz etsək və
müstəvi dalğanın
kx
C
kx
B
sin
cos
tənliyindən x – a görə iki dəfə ardıcıl törəmə
alıb,
m
P
E
2
2
əvəzləməsindən istifadə etdikdə (6) tənliyi alınır. Eyni qayda üzrə (5)
tənliyini də almaq olar. Lakin təkrar edirik ki, bu əməliyyat yeni elmi əsas
tənliyinin çıxarılışı deyildir.
3.
funksiyasının fiziki mənası
funksiyasının fiziki mənasını ilk dəfə (1926) M. Born şərh etmişdir. Borna
görə de – Broyl dalğasının intensivliyi və ya amplitudunun mütləq qiymətinin
kvadratı fəzanın müəyyən yerində zərrəciyin olması ehtimalını verir. Şredinger
tənliyi ilə təsvir olunan dalğanın amplitudu
olduğundan, zərrəciyin hər hansı t
anında fəzanın müəyyən oblastının vahid həcmində olması ehtimalı, yəni ehtimalın
sıxlığı:
2
dV
d
(7)
olacaqdır. Buradan zərrəciyin dV həcmində olması ehtimalı üçün:
dV
d
2
(7a)
ifadəsini alarıq. (7) - ə oxşar olaraq zərrəciyin dx oblastının x nöqtəsində olması
ehtimalı:
dx
x
d
2
(8)
Buna uyğun olaraq zərrəciyin
1
2
x
x
x
intervalında aşkar edilməsi ehtimalı
isə:
2
1
2
x
x
dx
x
(9)
dV
d
həm də zərrəciyin t anında fəzanın koordinatları x, y və z olan nöqtəsində
olması ehtimalı olduöundan,
2
paylanma funksiyası rolunu oynayır.
(7a) ifadəsi zərrəciyin sonlu V həcminin dV hissəsində olamsı ehtimalı
olduğundan, zərrəciyin V həcmində olması ehtimalı vahidə bərabər olar. Ona görə
də:
1
2
dV
(10)
yaza bilərik.
35. Механики вя магнит моментинин квантланмасы
Електронларын атом дахилиндя щярякяти квант механикасы ганунларына табе
олдуьундан щярякят трайекторийасы анлайышы юз мянасыны итирир. Классик механикайа эюря
r
радиуслу орбитдя
сцряти иля щярякят едян електрон
r
m
M
кими орбитал механики
моментя малик олур.
Квант механикасында исбат едилир ки, атом дахилиндя електронун щярякяти щалында
Шрединэер тянлийинин сонлу вя биргиймятли щялли олмасы цчцн, орбитал механики моментин
квадратынын мяхсуси гиймятляри дискрет олмасы вя
1
2
2
l
l
M
l
кими тяйин олунмалыдыр.
Бурада l -орбитал квант ядяди адланыр вя
3;
2;
1;
;
0
кими там мцсбят гиймятляря малик ола
билир. Механики моментин модулу да йалныз дискрет гиймятляря маликдир:
1
l
l
M
l
.
Шрединэер тянлийинин щялли
2
l
M
-ла йанашы механики моментин щяр щансы ихтийари ох цзря
пройексийасынын (
z
M )-да дискрет гиймятляря малик олдуьуну эюстярир. Бу заман
M
-ин диэяр
ики топлананы там гейри-мцяййян галыр.
z
M -ин мяхсуси гиймятляри
l
z
m
M
кими тяйин
олунур ки,
l
m -магнит квант ядяди адланыр. Векторун пройексийасынын онун модулундан
бюйцк
олмадыьыны
нязяря
алсаг,
l
z
M
M
вя
l
m -ин
ала
биляъяйи
гиймятляр
l
m
l
;
;
2
;
1
,
0
кими тяйин олунар.
z
M вя
l
M -ин гиймятляриня нязяр салсаг, щятта
l
m
l
олдугда беля
l
z
M
M
олур. Векторун пройексийасынын онун модулундан щямишя кичик
олмасы (бярабяр ола билмямяси) эюстярир ки,
l
M фязада щяр щансы сабит бир истигамятя малик
ола билмяз, йяни
l
M -ин истигамяти гейри мцяййяндир.
1925-ъи илдя Уленбек вя Гаудсмит атомун шцаланма спектринин инъя гурулушунда
ялавя хятляр мцшащидя едяряк, буну електронун спиня малик олмасы иля (бах
§14.6)ялагяляндирмишляр. Спиня електронла йанашы яксяр елементар зярряъикляр дя маликдирляр.
Квант механикасында спинин гиймяти Планк сабитинин ващидляри иля юлчцлцр вя елементар
зярряъикляр цчцн
-нин там вя йа йарым мислиня бярабяр ола билир. Електрон, протон, нейтрон
спини
2
-йя, фотон ися спини
-йя бярабяр олан зярряъиклярдир. Еля зярряъикляр вар ки, мясялян
k вя
мезонлар, онлар цчцн спин «0»-а бярабярдир.
Квант механикасында исбат олунур ки, електронун спини
3
2
1
1
S
S
M
S
(22.24)
кими тяйин олунур. Спинин цстцн ох цзря пройексийасы
s
sz
m
M
вя
2
1
s
m
спин квант
ядяди адланыр. Демяли електронун мяхсуси моментин пройексийасы
2
вя
2
кими дискрет
гиймятляр ала билир.
Атомда нцвянин магнит моменти електрона нисбятян чох кичик олдуьундан, йекун
магнит моменти ясасян електронларын мяхсуси вя орбитал магнит моментляринин ъями кими
тяйин олунур.
Атомларын магнит моментинин
квантланмасыны,
йяни
дискрет гиймятляря малик олмасыны,
тяърцби олараг Штерн вя
Эерлах сцбут етмишляр. Тяърцбянин
принсипиал
схеми
шякил
сащяси
олмадыгда
A
22.8-дя
эюстярилмишдир.
Магнит
атомлары
D
мянбяйиндян
бухарланан
Ag
диафрагмасындан
кечяряк
E
екранында
M
нюгтяви
лякясини
йарадырлар.
Дястянин
йолунда
гейри
биръинс
магнит сащяси йарадыларса, магнит
моментиня
малик
атомлар
юз
щярякят
истигамятляриндян
мейл
етмялидирляр. Мейлетмянин гиймяти
атомларын
магнит
моментляри
иля
хариъи
сащянин
индуксийа
векторунун
истигамяти арасындакы буъагдан асылы
олаъагдыр.
Классик
тясяввцрляря эюря атомлар хаотик
щярякят етдийиндян, бу
буъаьын гиймяти
0
интервалында
бцтцн гиймятляри ала биляр
вя нюгтяви
M
лякяси
L
кясилмяз золаьы иля явяз олунмалы иди. Лакин, тяърцбянин нятиъяси там
эюзлянилмяз олду. Кясилмяз
L
золаьы явязиня
E
екранында
M
нюгтясиня нязярян симметрик
йерляшян кяскин хятляр мцшащидя олунду. Бу билаваситя атомларын магнит моментинин йалныз
сечилмиш гиймятляря малик ола билмясини сцбут едир. Атомларын магнит моменти иля магнит
сащясинин индуксийа вектору арасында буъаг ихтийари дейил, йалныз сечилмиш гиймятляря малик
ола биляр. Хятлярин
M
нюгтясиня нязярян симметрик йерляшмяси
Ag
атомунун хариъи
тябягясиндяки йеэаня електронун спини иля изащ олунур (
0
M
M
s
).
Dostları ilə paylaş: |