Mavzu: Tеrmоelеktrik hоdisаlаr Reja
Yüklə 0,49 Mb.
|
- Bu səhifədəki naviqasiya:
- Elektronning metalldan chiqish ishi
|
Mavzu: Tеrmоelеktrik hоdisаlаr Reja: 1. Elektronning metalldan chiqish ishi 2. Tеrmоelеktrоn emissiya. Gаzlаrdа elеktr tоki. Iоnlаnish vа rеkоmbinаsiyalаnish jаrаyonlаri. 3. Kоntаktdаgi pоtеnsiаllаrning fаrqi. 4. Tеrmоelеktrik hоdisаlаri (Zееbеk, Tоmsоn vа Pеltе effеktlаri) vа ulаrning qo’llаnilishi. Elektronning metalldan chiqish ishi Elektronning metalldan vakuumga ajralib chiqib ketishi uchun sarflanadigan energiyasini elektronning chiqish ishi deyiladi. U bilan bog'liq ikkita sabab mavjud. 1. Agar elektron qandaydir sabab bilan metalldan chiqib ketsa, o'sha joyda ortiqcha musbat zaryad hosil bo'ladi va elektron unga tortiladi. 2. Ayrim elektronlar metallni tark qilib chiqgach uning sirtida to’planib, manfiy zaryadli «elektron buluti»ni yaratadi. Bu bulut sirtqi qatlamdagi kristall panjaraning musbat ionlari bilan birgalikda, maydonni yassi kondensator maydoniga mos keluvchi, ikkilanma elektrik qatlam hosil qiladi. Shuning uchun elektron, metalldan ajralib chiqish jarayonida uni ushlab qoluvchi, o’sha qatlamlar orasidagi elektrostatik maydon kuchlariga qarshi ish bajarishga majbur bo’ladi: A = eφ bundagi φ -potentsiallar farqini sakrab o’zgaruvchi sirt potentsiali deyiladi. Qatlamlar tashqarisida elektr maydoni mavjud emasligi uchun, muhitning potentsiali nolga teng bo’ladi. Metall ichidagi elektronning potentsial energiyasi vakuumga nisbatan manfiy bo’lib, uning miqdori -eφ ga teng. CHiqish ishi elektron volt (eV)larda ifodalanadi: 1eV=1,6∙10-19KIV=1,6∙10-19J CHiqish ishi metallarning ximiyaviy tabiatiga va ular sirtining tozaligiga bog’liq bo’lib, u turli metallar uchun bir necha elektron-volt qiymati chegarasida o’zgaradi (masalan, qalay uchun 2,2eV). Agar metall sirtini ishqoriy yer metallari (Sa, Sr, Ba) bilan qoplansa, unda chiqish ishi 2eV gacha kamayadi. Termoelektron emissiya hodisasi Qizdirilgan metalldan elektronlarning ajralib chiqish hodisasini termoelektron emissiya hodisasi deb aytiladi. Oddiy, ikki elektrodli lampa, vakuumli diod yordamida termoelektron emissiya qonunlarini o’rganish mumkin. Havosi so’rib olingan bu lampa ichida К katod va A anod deb ataluvchi ikkita elektrod joylashgan (6.1 -rasm). Agar diodni zanjirga ulab, katod qizdirilsa va anodga musbat kuchlanish berilsa, elektr toki hosil bo’ladi. Bu bog’lanish vakuumli diodning volt amper xarakteristikasi deyiladi. Bu holda, anod toki va kuchlanishi orasidagi bog’lanish diagrammasi egri chiziqdan iborat bo’ladi, ya’ni mazkur bog’lanish Om qonuniga bo’ysunmaydi. (6.2- rasm). U ning kichik. musbat qiymatlari sohasida termoelektron tok va anod kuchlanishi orasidagi bog’lanishni Boguslavskiy - Lengmyur qonuni yoki ba’zi hollarda «uch taqsim ikki» qonuni deb ham yuritiladi. bunda B - elektrodlarning shakli, o’lchamlari va o’zaro joylashuvigagina bog’liq bo’luvchi koeffitsient. 6.1-rasm 6.2-rasm. Agar anod kuchlanishi oshirilib borilsa, dastlab zanjirdagi tok kuchi ham o’sib boradi. So’ngra esa, uning miqdori to’yinish toki deb ataluvchi maksimal qiymatga etgach, o’sishdan to’xtaydi. Bu jarayon, tcmpcraturasi o’zgarmas bo’lgan katoddan ajralib chiquvchi barcha elektronlarning to’liq holda anodga etib borishi ro’y bergunga qadar davom etadi. Bu esa to’yinish tokining zichligi katod materialining emissiya qobiliyatini xarakterlaydi degan xulosaga olib keladi. To’yinish tokining zichligi Richardson-Deshman formulasi bilan aniqlanadi: bunda A elektronning katoddan chiqish ishi, T- termodinamik temperatura, C- barcha metallar uchun bir xil bo’lgan doimiy. Bu formuladan ko’rinib turibdiki, katod temperaturasi qanchalik yuqori bo’lsa va katoddan elektronlarning chiqish ishi qanchalik kichik bo’lsa, to’yinish tokning zichligi shunchalik katta bo’ladi. Xaqiqatdan xam, sof vol’framdan yasalgan katod temperaturasini 1000 К dan 3000 К gacha ko’tarilishi natijasida to’yinish tokning zichligi deyarli I016 marta ortadi. Diodning asosiy xususiyati elektr tokini faqat bir yo’nalishda o’tkazishidir. Diodda anod katodga nisbatan musbat potentsialga ega bo’lgandagina katoddan anod tomon elektronlar oqimi o’tadi. Dioddan o’zgaruvchan toklarni to’g’rilash maqsadida foydalanish mumkin. Тоk yarim davrlarda anodning potentsiali musbat, katodniki esa manfiy bo’ladi. Shuning uchun lampa orqali tok o’tadi. Juft yarim davrlarda esa anodning potentsiali manfiy, katodniki musbat bo’lganligi uchun lampa berk bo’ladi, ya’ni elektr tokini o’tkazmaydi. Demak, diod orqali faqat bir yo’nalishdagina elektr toki o’tadi. Uchta elektrodi bo’lgan lampani triod deb ataladi (6.3-rasm). Uchinchi elektrod katod bilan anod orasida (katodga yaqin masofada) joylashtirilgan to’rdan iborat bo’ladi. 6.4-rasmda triodning eng ko’p qo’llanilgan konstruktsiyasi tasvirlangan. Bu lampada katod bevosita qizdiriladi. Katod atrofidagi spiral to’r vazifasini o’taydi. Katod va to’rni o’rab turgan metall tsilindr esa anod bo’lib xizmat qiladi. 6.3-rasm. 6.4-rasm. To’rga musbat kuchlanish berilganda to’r va katod orasida vujudga kelgan elektr maydon termoelektronlarga tezlashuvchi ta’sir ko’rsatadi. To’r anodga qaraganda katodga ancha yaqin bo’lganligi uchun to’rdagi kuchlanishning ozgina o’zgarishi anod tokining ancha o’zgarishiga sababchi bo’Iadi. Demak, to’rga beriladigan kuchlanishini o’zgartirish yo’li bilan triodning anod zanjiridagi tokni boshqarish mumkin. Umuman elektronlar oqimi hosil qilish lozim bo’lgan qurilmalarda keng qo’llaniladi. Klassik nazariyaning qator hodisalarni tushuntira olmasligiga qaramay, o‘z ahamiyatini shu vaqtga qadar saqlab keldi, chunki erkin elektronlar konsentratsiyasi kichik bo‘lgan hollarda u qoniqarli natijalarni beradi. Shu bilan birga klassik nazariya kvant nazariyasiga qaraganda bir muncha sodda va ko‘rgazmalidir. Metallar o‘z-o‘zidan musbat zaryadga ega bo‘lmaydi. Demak, metallni o‘z-o‘zidan tashlab ketuvchi o‘tkazgich elektronlar soni sezilarli darajada bo‘lmaydi. Bu hol metallarda elektronlar uchun potensial chuqurlik mavjudligi bilan tushuntiriladi. Metallni tashlab ketishga energiyasi sirtga yaqin bo‘lgan potensial chuqurlikni yengib o‘tish uchun yetarli bo‘lgan elektronlargina muvaffaq bo‘ladi. Bu barerni ifodalovchi kuch quyidagicha kelib chiqqan. Sirtqi qatlamdagi musbat ionlar panjarasidan elektronlarning tasodifan chiqib ketishi, elektron ketgan o‘rinda ortiqcha musbat zaryadning paydo bo‘lishiga olib keladi. Bu zaryad bilan bo‘lgan Kulon o‘zaro ta’sir kuchi tezligi uncha katta bo‘lmagan elektronni qaytishga majbur etadi. Shunday qilib, ayrim elektronlar hamma vaqt metall sirtidan chiqib ketadi, undan bir necha atomlararo masofalariga uzoqlashadi, so‘ngra yana qaytadi. Natijada metall yupqa elektronlar buluti bilan o‘ralgan bo‘ladi. Bu bulut tashqi ionlar qatlami bilan qo‘sh elektr qatlamni hosil qiladi. Bunday qatlamda elektronga ta’sir etuvchi kuchlar metall ichiga yo‘nalgandir. Elektronni metallning ichidan uning sirtiga ko‘chirishdagi bu kuchlarga qarshi bajarilgan ish elektronning potensial energiyasini orttirishiga ketadi. Ikkilangan qatlamning maydoni elektronlar uchun tormozlovchi maydondan iborat bo‘ladi. Shuning uchun elektron metall sirtiga uchib chiqishi uchun o‘zining kinetik energiyasi hisobiga quyidagi ishni bajarishi kerak, ya’ni: (15) bu yerda φ – chiqish potensiali. Elektronni qattiq yoki suyuq jismdan vakuumga chiqarish uchun zarur bo‘lgan eng kichik energiya chiqish ishi deb ataladi. Yoki: Elektronni metalldan chiqib ketishi uchun bajarilishi zarur bo‘lgan ishga elektronning metalldan chiqish ishi deyiladi. Turli metallar uchun elektronning chiqish ishi turlicha bo‘ladi. Chiqish ishining qiymati metall sirtining tozaligiga juda ham sezgidir. Odatda xona temperaturasida metalldagi erkin elektronlarning kinetik energiyasi kichik bo‘ladi. Agar erkin elektronlarga qo‘shimcha energiya berilsa, ularda metallni tashlab chiqish imkoni tug‘iladi. Metalldan elektronlarni uchib chiqish jarayoniga elektron emissiya deyiladi. Elektronlarga turli usullar bilan ta’sir ko‘rsatib elektronlar emissiyasini hosil qilish mumkin. Masalan, yorug‘lik ta’sirida fotoelektron emissiyani, kuchli elektr maydon ta’sirida avtoelektron emissiyani, issiqlik ta’sirida esa termoelektron emissiyani hosil qilish mumkin. Qizigan qattiq yoki suyuq jismlarning elektronlar chiqarishi termoelektron emissiya deb aytiladi. Termoelektron emissiya hodisasi shu bilan tushintiriladiki, elektronlarning energiya bo‘yicha taqsimlanishi natijasida metall chegarasida potensial to‘siqni yengish uchun energiyasi yetarli bo‘lgan ma’lum miqdor elektronlar mavjud bo‘ladi. Temperatura ko‘tarilganda bunday elektronlar miqdori keskin ortadi va sezilarli bo‘lib qoladi. Termoelektron emissiya hodisasini 1-rasmda tasvirlangan sxema yordamida amalga oshirish qulay. G V F A R2 BA K R1 Bq 1-rasm.
Katod, cho‘g‘lantiruvchi batareya Bq tomonidan hosil qilingan tok bilan qizdiriladi. Reostat R1 yordami bilan cho‘g‘latish tok kuchini boshqarib, cho‘g‘lanish temperaturasini o‘zgaritirish mumkin. Elektrodlarga BA anod batareyasidan kuchlanish beriladi. Anod kuchlanishining kattaligini R2 potensiometr yordamida o‘zgartirish va V voltmetr yordamida o‘lchash mumkin. Galvonometr G anod tok kuchini o‘lchash uchun mo‘ljallangan. Agar katod cho‘g‘lanishini birday saqlagan holda, anod tok kuchining anod kuchlanishiga bog‘liqligi olinsa, u holda 2a – rasmda tasvirlangan egri chiziq hosil bo‘ladi. Ushbu egri chiziq volt-amper harakteristikasi deb ataladi. Ja jT JT A 0 UT Ua T 2-rasm. Ua = 0 bo‘lganda katoddan uchib chiqqan elektronlar uning atrofida manfiy fazoviy zaryadlar – elektron bulutni hosil qiladi. Manfiy zaryadlangan elektron bulut katoddan chiqayotgan elektronlarni orqaga qaytaradi. Elektron bulutni anodga tortish uchun anodni elektr manbaining musbat qutbiga ulash lozim. Katod bilan anod orasidagi elektr maydon ta’sirida elektronlarning kinetik energiyasi, (16) formulaga ko‘ra oshib ular anodga yetib bora boshlaydi. Katoddan chiqayotgan elektronlarning taqsimoti ham Maksvell taqsimoti qonuniga bo‘ysunadi. Anodning kichik kuchlanishida faqat kinetik energiyasi katta bo‘lgan elektronlargina anodga yetib borishi mumkin. Bundan xulosa shuki, anod toki anod kuchlanishiga bog‘liq ravishda oshib boradi (2-rasm). Uncha katta bo‘lmagan anod kuchlanishlarida anod toki bilan Ua orasidagi bog‘lanish Boguslavskiy-Lengmyur qonuni (17) orqali aniqlanadi. Anod toki kuchlanishining 3/2 darajasiga proporsional bo‘lganidan (17) ifoda 3/2 qonuni deb ham yuritiladi. Tenglamadagi α – elektrodlarning shakliga va ularning o‘zaro joylashishiga bog‘liq bo‘lgan koeffitsiyent. Boguslavskiy-Lengmyur qonuni 2a-rasmda keltirilgan grafikning faqat OA qismi uchun o‘rinlidir. Anod kuchlanishi UT qiymatga erishganda, tokning keyingi o‘sishi tamomila to‘xtaydi. Bunda tok to‘yinish toki qiymatiga erishadi. Katoddan chiqayotgan hamma elektronlarning anodga yetib kelishi bilan aniqlanadigan tokning qiymati to‘yinish toki deyiladi. 2a-rasmda to‘yinish tokining grafigi anod kuchlanishining o‘qiga parallel bo‘lgan to‘g‘ri chiziq bilan ifodalanadi. Kontakt potensallar farqi 1797 yilda A.Volta ikki metall o’zaro kontaktlashsa, ulardan biri musbat ikkinchisi esa manfly zaryadlanishini aniqladi. Natijada metallar orasida kontakt potentsiallar farqi deb yuritiluvchi potentsiallar farqi vujudga keladi. Agar Al, Zn, Sn, Pb, Sb, Bi, Hg, Fe, Си, Ag, Au, Pt, Pd kabi metallar, ko’rsatilgan ketma- ketlikda kontaktlashtirilsa. unda bar bir metall o’zidan keyingi istalgan metall bilan musbat zaryad namoyon etib kontaktlashadi. Bu qatorniVolta qatori deb yuritiladi. Volta tajribaga tayanib quyidagi ikki qonunni aniqladi: Kontakt potentsiallari farqi о’zaro tegishuvchi metallami faqat ximiyaviy tarkibiga va temperaturasiga bog’liq bo‘ladi. О’zaro ketma-ket ulangan bir xil temperaturali turli о’tkazgicblardan tasbkil topuvchi tizimning kontakt potentsiallari ayirmasi oraliq о’tkazgichlarning ximiyaviy tarkibiga bog’liq emas, balki faqatgina ikki chetdagi metallarning bevosita ulanishidan hosil bo’luvchi kontakt potentsiallar ayirmasigagina teng bo’ladi. Turli metallarda chiqish ishining turlicha bo’lishi buning birinchi bosh sababi hisoblanadi. Elektronlarning, chiqish ishi kichik bo’lgan metalldan chiqish ishi katta bo’lgan metallga o’tishi oson bo’lgani uchun birinchi metall musbat, ikkinchisi esa manfiy zaryadlanib qoladi. Ularning chegarasida-ichida kuchli elektr maydoni bo’lgan, turli ishorali zaryadlarning qo’sh qatlami hosil bo’ladi. Bu maydon elaktronlarning bundan buyon, birinchi metalldan ikkinchisiga o’tishiga to’sqinlik qilib, teskari jarayonga esa yordamlasha boshlaydi. Natijada bu ikki jarayon orasida dinamik muvozanat yuzaga keladi, qo’sh qatlam orasidagi kuchlanganlik (potentsiallar farqi) o’zining maksimal qiymatiga erishadi. Agar 1-metalldan chiqish ishi A1, 2-metalldan chiqish ishi A1 (A2>A1) bo’lsa, toki potentsiallar farqi: ga tenglashmaguncha 1-metalldan 2-siga o’taveradi. Endi elektronlar chiqish ishlari bir xil (A1=A2) bo’lgan, ammo erkin elektronlar kontsentratsiyasi har xil bo’lgan (n2< n1) metallar kontaktini ko’rib chiqaylik. Ravshanki, n2 Ko’rib o’tilgan ikki sababning natijaviy ta’siri ostida birinchi va ikkinchi metallar orasidagi kontakt potensiallar farqi quyidagicha ifodalanadi: yoki Olinagan ifodani kontaktlangan uch xil metall uchun umumlashtirib ko’raylik. 6.5-rasmdan ravshanki, Kirxgofning II qoidasiga binoan, tizimning to’liq kontakt potentsiallar ayirmasi kontaktlangan qismlardagi kontak potcntsiallar ayirmalarining yig’indisiga teng: Demak, uch va undan ortiq xildagi metallar kontaktga keltirilsa, tizimning to’liq kontakt potentsiallar ayirmasi, oraliqdagi metallarning tabiatiga bog’liq emas ekan. Bu farq ikki chekkadagi metallarning tabiati bilan belgilanar ekan. 6.5-rasm. Termoelektrik hodisalar Voltaning ikkinchi qonuniga binoan, bir xil temperaturali, bir nechta metalldan tashkil topuvchi berk zanjirda EYuK vujudga kelmaydi, ya’ni elektr toki hosil bo’lmaydi. Lekin, kontaktlar temperaturasi turlicha bo’lsa, zanjirda termoelektrik tok deb ataluvchi, tok paydo bo’ladi. Metallarda, yarim o’tkazgichlarda issiqlik ta’siri ostida elektr hodisasi, elektr ta’sirida issiqlik hodisalari ro’y berishi mumkin. Buni termoelektrik hodisalar deb ataladi. Uning hosil bo’lish tabiati bilan bog’liq bo’lgan quyidagi effekt bilan tanishamiz. Zeebek effekti. 1821 yilda nemis fizigi T.Zeebek berk zanjirni tashkil elgan ikki xil metalning kavsharlangan qismlarini turli temperaturalarda ushlab turilsa, zanjir bo’ylab oquvchi elektr tokni qayd qiladi. Kavsharlangan nuqtalardagi temperaturalar farqining ishorasi o’zgartirilsa, tok yo’nalishi ham o’zgaradi. Termo EYuK hosil bo’lishining sababi shuki, kavsharlangan turli metallarning qizigan uchidagi yuqori energiyali elektronlar konsentratsiyasi sovuq uchiga nisbatan ko’proq bo’ladi va tez elektronlarning issiqroq uchidan sovuq uchiga qarab diffuzion oqimi vujudga keladi, o’tkazgichlarning issiq uchlari yaqinida esa elektronlarning kamayishi hisobiga ular musbat zaryadlanadilar. Sovuq uchlari manfiy zaryadlanadi, natijada o’tkazgichlarning uchlarida potentsiallar farqi vujudga keladi. Berk zanjirlarda ko’pgina metallar jufti (masalan Cu-Bi, Ag-Cu, Au-Cu) uchun elektr yurituvchi kuch-kontakdagi temperaturalar farqiga to’g’ri proportsional bo’ladi: bunda -termoelektr yurituvchi kuch deyiladi. T1>T2 hoi uchun tokning yo’nalishi strelka bilan ko’rsaatilgan (6.6-rasm). 6.6-rasm Masalan, uchun temperaturalar farqi 100 К bo’lgan mis-konstantin metallar jufti uchun termo EYuK bor-yo’g’i 4,25 mV ni tashkil etadi. Zeebek effekti termodinamikaning ikkinchi qonuniga zid emas, chunki bunda ichki energiya elektr energiyasiga aylanadi. Shu sababli, mazkur zanjirda doimiy tok bo’lishi uchun, doimo kontakdagi temperaturalar farqini ushlab turish, ya’ni kontaktning bir uchiga issiqlik berish, ikkinchisidan esa issiqlikni olib turish darkor. Zeebek effektidan temperaturalarni o’lchash uchun foydalaniladi. Undan shuningdek elektr tokining generatsiyalash uchun ham foydalanish mumkin. Pel’t’e effekti. Frantsuz fizigi J. Pel’t’e tomonidan 1834 yilda kashf etilgan. Bu effekt quyidagicha ta’riflanadi: Turli metall yoki yarim о ‘tkazgichlar kontaktlaridan elektr toki о ‘tsa, tokning yo’nalishiga bog’liq ravishda shu konaktda issiqlik yutiladi va yoki ajraladi. Bu issiqlik miqdori quyidagi formula bilan ainqlanadi. Q =П∙I∙t. Bunda П-Pel’t’e koeffitsienti, I-tok kuchi va t-tokning o’tib turish vaqti. Pel’t’e hodisasi quyidagicha tushuntiriladi. Agar zaryad tashuvchilar ikki metall kontaktidan o’tib, kichik energiyali (chiqish ishi nisbatan katta) metallga tushsa, ortiqcha energiyani kristall panjaraga beradi, natijada kontakt qiziydi. Aks holda energiya yutiladi. Pel’t’e effektidan foydalanib, xonalarni isitish yoki sovutish mumkin. Tomson effekti.Termodinamika mulohazalari asosida Vilyam Tomson (Kelvin) 1856 yilda uzunligi bo’yicha temperature gradienti bo’lgan o’tkazgichdan tok о ‘tganda Pel’t’e issiqligiga о’xshash issiqlik ajralishi va yoki yutilishi kerak degan fikrni ilgari surdi. Bu gipoteza tajribada tasdiqlanib, Tomson effekti nomini oldi. Uning matematik ifodasi quyidagicha: bunda Кm-Tomson koeffitsienti bo’lib, uning qiymati materialning tabiatiga bog’liq. Adabiyotlar : I.V.Savelev. Umumiy fizika kursi. R.I.Grabovskiy. Fizika kukrsi. Ismoilov M., Habibullayev P., Xaliulin M. Fizika kursi. Abdullayev G. Fizika. Savelev I.V. «Umumiy fizika kursi» Savelev I.V. «Umumiy fizika kursi» Rasulmuhamedov A.G, Kamolov J., Izbosarov B.F. «Umumiy fizika kursi» Nazarov O‘.Q. Umumiy fizika kursi. 9. Sivuxin D.V. “Umumiy fizika kursi”. 10. www.ziyonet.uz Yüklə 0,49 Mb. Dostları ilə paylaş:
|