1. Fotonlar. Yoruglik kvantining energiyasini va impulsi. Fotoresistor,quyosh batareyalar va ularning qullanilishi

Mustaqil ish

11c-19KEM

Qudratov Asadbek 2-Variant

1.Fotonlar. Yoruglik kvantining energiyasini va impulsi. Fotoresistor,quyosh batareyalar va ularning qullanilishi.

2.Maksvell tenglamalaring integral va diffirinsial kurinishi.

3.O‘zgaruvchan tok.Uzgaruvchan tok zanjirida qarshilik, sig‘im va induktivlik.

4.Yadrolarni bulinish reaksiyalari. Zanjir reaktsiyasi.Yadroviy reaktor.

1. Foton (qadimgi yunoncha: φωτός — „yorugʻlik“) elementar zarracha boʻlib, elektromagnit nurlanish (xususan, yorugʻlik) kvantidir. Bu massasiz zarracha faqat yorugʻlik tezligida harakat qilibgina mavjud boʻla oladi. Fotonning elektr zaryadi nolga teng. Foton faqat ikki spin holatida boʻla oladi: +1 va -1 spirallik harakati yoʻnalishiga spin proeksiyasi. Bu xususiyatga klassik elektrodinamikada aylanma oʻng va chap elektromagnit toʻlqin qutblanishi mos keladi. Foton kvant zarrachasi boʻlgani uchun unga korpuskular-toʻlqin dualizmi xos, u bir vaqtning oʻzida ham zarracha, ham toʻlqin xossalarini namoyon etadi.

Foton (yun. photos — yorugʻlik) — elementar zarra, elektromagnit nurlanish (tor maʼnoda — yorugʻlik) kvanti; F. ning tinchlikdagi massasi /ya?=0, shuning uchun tezligi faqat yorugʻlik tezligi s=3108 m/s ga teng . F.ning spini (h birliklarida) 1 ga teng , shuning uchun bozonlar guruhiga kiradi va Boze — Eynshteyn statistikasiga boʻysunadi. F. elektromagnit va gravitatsion oʻzaro taʼsirlarda qatnashadi, barcha elementar zarralar bilan oʻzaro taʼsirlashadi. Energiyalari 100 keV dan katta boʻlgan F.lar, odatda, ukvantlar deb ataladi. Atom yadrosining elektrostatik maydonida energiyasi > 1 MeV boʻlgan ukvantlar elektron va pozitronga (elektronpozitron juftning tugʻilish jarayoni) aylanishi mumkin, elektron hamda pozitron toʻqnashganida ikkita (yoki uchta) ukvantga annigilyatsiyalanishi mumkin. F.ning nurlanish klassik nazariyasi Maksvell tenglamasiga, F.larning oʻzaro taʼsir etish kvant nazariyasi kvant elektrodinamikasita asoslangan. F.lar manbalari boʻlib yorugʻlik manbalari, ukvantlar manbalari boʻlib radiaktiv izotoplar xizmat qiladi.

Yorug’likning kvant nazariyasi, Plank formulasi, Pirometriya,

Quyosh energiyasi.

1900 yilga Maks Plank absolyut qora jismdagi nurlanish muammosini hal etdi va

issiklik nurlanish spektrini aynan ifodalovchi formulani olishga muvaffaq bo’ldi.

Ammo Plank buning uchun modda-nurlanish o’zaro ta’siri haqidagi klassik fikrlarga

mutlaqo zid bo’lgan taxminini yuritishga majbur bo’ldi.

Uning taxminiga asosan, elektromagnit nurlanishi energiyasi uzluksiz ravishda emas,

balki alohida diskret porsiyalar-kvantlar holida atomlarda yutilishi va nurlanishi

mumkin. 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. Quyosh batareyasi — yarimoʻtkazgichli fotoelementlarga asoslangan tok manbai; quyosh radiatsiyasi energiyasini bevosita elektr energiyasiga aylantiradi. Quyosh batareyasi Elementlarining ishlashi ichki fotoeffekt hodisasiga asoslangan. Dastlabki quyosh elementini 1953—54 yillarda AQSH olimlari G.Pirson, K.Fuller va D.Chapinlar ishlab chiqishgan.

Fotorezistor (foto va rezistor) — elektr qarshiligi yoritilganligiga bogʻliq boʻlgan yarimoʻtkazgichli rezistor; optoelektronika asbobi. F.ning asosiy qismi dielektrik asosga surilgan yorugʻlik sezgir yarimoʻtkazgich qatlami (qoʻrgʻoshin yoki kadmiy sulfidlari, kadmiy selenidi va boshqalar) yoki yarimoʻtkazgich plastinkasi. Qatlam (plastinka)ga tok oʻtkazuvchi kontakt (elektrod) lar joylashtiriladi. Namlik va boshqa taʼsirlardan sakdash uchun F. maxsus qoplamaga olinadi yoki germetiklanadi. F.larning solishtirma integral sezgirligi ancha katta, biroq ular nisbatan inersion, yorugʻlik koʻrsatkichlari chizikli boʻlmaydi. F.lar infraqizil, koʻrinuvchi, ultrabinafsha, rentgen va gamma nurlanishlarning intensivligini oʻlchashda, fototelegraf alokada, tovush eshittirish qurilmalari, kuzatuvchi tizimlar, yorugʻlik relelari va boshqalarda qoʻllanadi.

Quyosh batareyasining quvvati yarimoʻtkazgich materialiga, quyosh elementining konstruktiv xususiyatiga va batareyadagi elementlar soniga bogʻliq. Quyosh ele-mentlari tayyorlashda kremniy §1, galliy Oa, mishyak Az, kadmiy Syo, oltingugurt 5, surma 8, tellur Te asosidagi materiallardan foydalaniladi. Quyosh batareyasi odatda usti yaltiroq qopla-mali yassi panel koʻrinishidagi quyosh elementlaridan tayyorlanadi. Batareyadagi quyosh elementlari soni bir necha ming donagacha, panelining sathi oʻnlab m2, tok kuchi yuzlab a, kuchlanishi oʻnlab V, generator quvvati bir necha oʻn kVt gacha boradi.

Q.6., asosan, kosmonavtikaaa, Yer sunʼiy yoʻldoshlari apparatlarini elektr energiyasi bilan taʼminlashda foydalaniladi. Yerda esa Quyosh batareyasi koʻchma avtomat radiostansiyalari va radiopriyomniklarda tok manbai sifatida ishlatiladi. Oʻzbekistonda quyosh energiyasidan foydalanish masalalari bilan Oʻzbekiston FA Fizika-texnika institutipya. shugʻullaniladi.

2. Maksvell tenglamalari - bu elektromagnit maydon hamda uning vakuum va muhitdagi elektr zaryadlari va oqimlari bilan bog'liqligini tavsiflovchi differensial yoki integral shakldagi tenglamalar sistemasi. Elektromagnit maydonning zaryadlangan zarralarga ta'sir o'lchovini aniqlaydigan Lorentz kuchining ifodasi bilan birgalikda bu tenglamalar klassik elektrodinamikaning to'liq tenglamalar sistemasini hosil qiladi, ba'zan uni Maksvell - Lorentz tenglamalari deb atashadi. XIX asrning o'rtalarida to'plangan eksperimental natijalar asosida Jeyms Klerk Maksvell tomonidan tuzilgan tenglamalar nazariy fizika tushunchalarining rivojlanishida muhim rol o'ynadi va nafaqat elektromagnetizm bilan bevosita bog'liq bo'lgan fizikaning barcha sohalariga, balki ko'plab fundamental sohalarga ham kuchli, hal qiluvchi ta'sir ko'rsatdi.

3. Oʻzgaruvchan tok — tok kuchi (kuch lanish) va yoʻnalishi vaqt oʻtishi bilan davriy ravishda oʻzgaradigan elektr toki; keng maʼnoda — vaqt boʻyicha oʻzgaradigan har qanday elektr toki. Oʻzgaruvchan tokni oʻzgartirish, mas, uzoq masofaga uzatish, toʻgʻrilash, chastotasini oʻzgartirish kabi amallarning bajarilishi nisbatan oddiyligi uning afzalligi hisoblanadi. Asosiy koʻrsatkichlari: chastotasi va tok kuchining taʼsir etuvchi qiymati. Sanoatda foydalaniladigan oʻzgaruvchan elektr tarmoqlarida tok kuchi va kuchlanish garmonik tarzda 50 Gs chastota bilan oʻzgaradi. Zanjir uchlaridagi oʻzgaruvchan kuchlanishni elektr styalardagi generatorlar vujudga keltiradi. Tok kuchining taʼsir etuvchi qiymati deganda maʼlum vaqt ichida oʻtkazgichdan Oʻzgaruvchan tok oʻtganda ajraladigan issiqlik miqdoriga teng issiqlik ajratadigan tok kuchi tushuniladi. Tok kuchi va kuchlanishning taʼsir etuvchi qiymatlari Oʻzgaruvchan tok zanjiriga ulangan ampermetr va voltmetr bilan oʻlchanadi. O‘zgaruvchan tok zanjirida aktiv qarshilik

Induktivlik va sig‘imga ega bo‘lmagan aktiv qarshilikni biror zanjirda sodir bo‘ladigan xodisani kurib chikaylik

Agar zanjirning o‘zgarmas tokdagi qarshiligi …R1.. ga teng bo‘lsa, shu zanjirdan o‘zgaruvchan tok utganda uning qarshiligi ortadi va qiymati biror R ga teng bo‘ladi. Tajriba o‘zgaruvchan tok chastotasi ortishi bilan zanjirning qarshiligi ortishini ko‘rsatadi. Shuning uchun o‘tkazgichning o‘zgarmas tokdagi omik qarshilik deb ataluvchi qarshiligidan fark qilishi uchun o‘sha o‘tkazgichning o‘zgaruvchan tokdagi qarshiligi aktiv qarshilik deb ataladi. Modomiki o‘tkazgichning aktiv qarshiligi tokning chastotasi ortishi bilan ko‘paysa unda asosan sirt effekti tufayli hosil buluvchi bu xodisa yukori chastotalarda ayniksa ayniksa muxim ahamiyatga ega bo‘ladi.

Bu toklar o‘tkazgichning sirtida birlamchi tok yo‘nalishida o‘tkazgichning ukida esa birlamchi tokka teskari yunalishda utadi.

Natijada o‘tkazgichning ichida tok zaiflashadi sirtida esa kuchayadi . Aktiv qarshilikdan o‘zgaruvchan tok utganda o‘tkazgich ukining yakinida tokning zichligi deyarli nolga teng bo‘ladi hamma tok o‘tkazgichning sirtida utadi.

4. Yadroning boʻlinishi — oʻzoʻzidan (spontan) yoki bombardimon qiluvchi zarralar taʼsirida atom yadrosining deyarli teng ikki boʻlakka parchalanishi. Atom yadrolarida nuklonlar yadro kuchlari tufayli bogʻlangan. Yadrolarning bogʻlanish energiyasi turli yadrolar uchun turlicha. Solishtirma (bitta nuklonga toʻgʻri keladigan) bogʻlanish energiyasi atom yadrolarining barqarorligini ifodalaydi: solishtirma bogʻlanish energiyasi qancha katta boʻlsa, yadro ham shunchalik barqaror boʻladi.

Kimyoviy elementlar davriy sistemasida oxirgi oʻrinlarni egallagan atomlar yadrolarining solishtirma bogʻlanish energiyasi jadvalning oʻrtasida joylashgan atomlar yadrolarining solishtirma bogʻlanish energiyasidan taxminan 1 MeV kam (qarang Mendeleyev davriy sistemasi). Shuning uchun ogʻir yadrolarning jadvalning oʻrta qismi elementlari yadrolariga boʻlinishi (energetik jihatdan qulay) boʻladi. Sistema boʻlingandan soʻng ichki energiyasi minimal holatga oʻtadi. Chunki yadroning bogʻlanish energiyasi qancha katta boʻlsa, yadroning hosil boʻlishida shuncha katta energiya ajralib chiqishi va demak, yangidan hosil boʻlgan sistemaning ichki energiyasi shunchalik kam boʻlishi kerak. Yadroning oʻz-oʻzidan (spontan) boʻlinishi 92s7 uran yadrosida rus olimlari G.N.Flyorov va K.A.Petrjak tomonidan kashf etilgan (1940). Tashqi taʼsir natijasida yadrolarning boʻlinishini nemis olimlari O. Gan, F. Shtrassman hamda E. Fermi va J. Kyuri (1938—39) kashf etgan. Yadrolarga, odatda, proton, neytron, deytron kabilar bilan taʼsir etiladi. Neytronlar bilan taʼsir etish, ayniqsa, samaraliroq boʻladi. Spontan boʻlinishida ham, tashqi taʼsir natijasida boʻlinishida ham yadro elementlar davriy sistemasi oʻrtalaridagi yadrolarga parchalanadi. Parchalanish mahsulotlari turlituman boʻlib, ularning massalari koʻpincha 2:3 nisbat kabi boʻladi.

Zanjir reaksiyalar - kimyoviy reaksiyalarning bir turi. Bu reaksiyalarda faol zarra (erkin radikal yoki atom) paydo boʻlishi tufayli boshlangʻich moddaning koʻplab molekulalari ketmaket oʻzgarishlarga uchrab turadi. Yonish, portlash jarayonlari 3. r.ga kiradi. Koʻp kimyoviy reaksiyalar 3. r. tarzida boradi. Maye, xlor va vodorod aralashmasidan yorugʻlik taʼsirida vodorod xlorid hosil boʻlishi 3. r.dir. Molekuladan vujudga kelayotgan xlor atomlari (S12—>2 S1) vodorod molekulalari bilan reaksiyaga kirishadi: O +N2>NS1+ N . Hosil boʻlgan vodorod atomi, oʻz navbatida, xlor molekulasi bilan reaksiyaga kirishadi: N+S12"NS1+S1. Shu tarika, erkin vodorod va xlor atomlari ishtirokida navbatlanuvchi reaksiyalar zanjiri hosil boʻladi, natijada yutilgan har bir yorugʻlik kvantga taxminan 100000 molekula vodorod xlorid vujudga keladi. 3. r. oʻtishi uchun faol zarralar (erkin radikallar yoki atomlar) boʻlishi zarur shartdir, bular molekuladagi bogʻlardan biri uzilganda vujudga keladi, energiya shuning uchun sarf boʻladi. Faol zarralar turli yoʻl bilan (elektr razryadila elektronlarning urilish energiyasi hisobiga, yorugʻlik nuri, rentgen nuri va ionlashtiruvchi boshqa nurlar taʼsir etganda) hosil boʻladi. Issiqlik hisobiga erkin radikallar olish gʻoyatda muqim. Lekin aksari molekulalarning bogʻlanish energiyasi katta boʻlgani uchun 3. r. bir qadar yuksak tralarda roʻyobga chiqadi. 3. r.ni yuqori boʻlmagan tralarda oʻtkazish uchun erkin radikallarni osongina hosil qiluvchi har xil aralashmalar (initsiatorlar) qoʻllaniladi. Maye, sanoatda polimerlash jarayonini roʻyobga chiqarish uchun organik peroksidlar koʻp ishlatiladi, bular parchalanganda faol radikallar vujudga keladi.

Erkin radikallarning oʻzaro reaksiyaga kirishib, erkin molekulalar hosil qilishi (rekombinatsiya reaksiyasi) natijasida 3. r. toʻxtab, zanjir uziladi. Baʼzi faol aralashmalarsekinlashtiruvchi moddalar taʼsirida ham barcha 3. r. toʻxtab qoladi. 3. r.ni batamom toʻxtatish uchun sekinlashtiruvchi moddadan ozgina qushish kifoya (qarang Ingibitorlar).

Baʼzi 3. r.ning ayrim bosqichlarida bittadan ortiq (koʻpincha uchta) yangi erkin radikal vujudga keladi. Ulardan biri zanjirni goʻyo davom ettiradi, boshka ikkitasi esa ikkita yangi zanjirni boshlab, tarmoq tuzadi (tarmoklangan 3. r.). Vodorodning oksidlanishi tarmoqlangan 3. r.ga misol boʻla oladi. Vodorod quyidagi sxemaga muvofiq oksidlanadi: 1) N2+O2> ON+6; 2) 6n+N2^N2O+Y; 3) b+N2^>ON+N va h. k. 1 va 2reak siyalarda ON va N radikallari hosil boʻladi, bular tarmoklanmagan zanjirning rivojlanishini taʼminlaydi, 1reaksiyada kislorod atomi vujudga keladi. U ikkita erkin valentlikka ega boʻlib, 3. r.ga oson kirishadi va ikkita qoʻshimcha radikal (ON va N) hosil qiladi, bular esa zanjirlar — tarmoqni boshlab beradi. Tabiat va texnikada 3. r. gʻoyat katta ahamiyatga ega. Kimyo va neft sanoatida kreking , xlorlash, oksidlash va polimerlash kabi muhim reaksiyalar ham 3. r.dir. Yoqilgʻilar ham 3. r. asosida yonadi. Yadro 3. r.i bilan tarmoklangan 3. r. tabiatan har xil boʻlsa ham koʻp jihatdan birbiriga oʻxshaydi (qarang Yadro reaksiyalari). Nasriddin Sirojiddinov. 1930-yillar oxiriga kelib, olimlar Enriko Fermi hamda Leo Silard uranning parchalanishi orqali zanjir reaksiyasini hosil qilish mumkinligini tushunib yetishdi. Kolumbiya universitetida tajriba olib borar ekan, Fermi hamda Silard, uranda subatom zarrachalar, ya'ni, neytrinolar chiqib kelayotganini payqashdi va bu zanjir reaksiyasi bilan birga, yadroviy qurollarni yaratish ishiga ham poydevor bo‘lishini payqashdi. Keyinchalik Leo Silard: "Men o‘sha tunda dunyo tamom bo‘ldi deb o‘ylagandim" deb yozgan edi. Boshqariladigan yadroviy zanjir reaksiyalari jarayoni favqulodda murakkab va mushkuldir. Shu sababli ham, 1972-yilda farang fizigi Fransis Perren Gabondagi Oklo nomli hudud yaqinida, bundan taxminan 2 milliard yil muqaddam ona tabiatning o‘zi ishga tushirib qo‘ygan tabiiy yadro reaktoriga duch kelganida, hayratdan lol qolgan edi.

Ushbu tabiiy reaktor quyidagicha ishlagan: bu joyda uranga boy minerallar yer ostiga ko‘milib ketgan va ularning ustidan yirik miqdorda grunt suvlari to‘plangan. Grunt suvlari uran yadrolaridan uchib chiqayotgan neytronlarning tezligini pasaytirgan. Buning natijasida, o‘sha neytronlar boshqa uran yadrolari bilan ta'sirlashib, ularni ham parchalanishga majbur qilgan. Ajralib chiqayotgan issiqlikdan atrofdagi suv qaynagan va bug‘lana boshlagan. Natijada, zanjir reaksiyasi bir muddatga, vaqtinchalik sekinlashgan. Natijada, atrofdagi qobiq-jinslar sovib, bug‘ yana suvga aylangan va jarayon shu tariqa siklik davom etavergan.

Olimlar Oklodagi tabiiy reaktorning faoliyat davrini yuz minglab yil davom etganini aniqlashgan. Bu davr ichida uranning parchalanish zanjir reaksiyasi turli xil izotoplarni yuzaga keltirishi lozim edi va kutilgan izotoplarning barchasi Oklo hududidan aniq topilgan. Bu joydagi yer osti uran konlaridan kechgan yadro reaksiyalarida taxminan 5 tonna radioaktiv uran-235 parchalangan. Hozircha, Oklo Yer sayyorasida aniqlangan yagona shunday tabiiy yadro reaktori o‘chog‘idir. Boshqa hech qayerdan bunday noyob tabiat yodgorligi aniqlanmagan. Ushbu tabiiy reaktor Rojer Jelyazniy ismli fantast-yozuvchining "Kul ko‘prik" romanida markaziy obyekt sifatida ishtirok etadi. Unda, Koinotdan kelgan qandaydir ongli mavjudotlar ataylab shu joyda reaktor qurib ketishadi. Ularning maqsadi, Yer tabiatida mutatsiyalar paydo qilish bo‘lgan bo‘ladi va natijada, ushbu reaktorning radioaktiv ta'siridan odamlar paydo bo‘ladi. Albatta, bu o‘sha fantast-yozuvchining ahmoqona fantaziyasi mahsuli xolos; lekin, Gabondagi ushbu tabiiy reaktor haqiqatan ham ona tabiatning san'atiga tan berish kerakligiga yaqqol misoldir.