Fotoelektrik effekt yoki qisqacha – fotoeffekt 1887-yilda H. Hertz tomonidan kashf qilinib, tajribada rus olimi A. Stoletov tomonidan (F. Lenarddan bexabar) har tomonlama tadqiq qilingan.
Tashqi fotoeffekt – bu moddadan yorug‘lik ta’sirida elektronlarning chiqarilishi.
Fotoeffekt hodisasini o‘rganishning eksperiment qurilmasining sxematik ko‘rinishi 6.1-rasmda keltirilgan. Qurilmaning asosi ikkita elektrod: anod va katodga ega hamda kvarsdan tayyorlangan “Oynali” shisha ballondan iborat.
Shisha ballon ichida vakuum hosil qilinadi, chunki vakuumda elektronlar va boshqa zarralar to‘g‘ri chiziqli harakat qila oladilar.
Elektrodlarga potensiometr orqali kuchlanish (0 dan U gacha) berish uchun tok manbayi ikkilangan kalit K orqali ulangan. Ikkilangan kalit tok manbayining qutbini almashtirib, zanjirga ulash imkonini beradi.
Elektroddan biri – katod (asosan, seziyli katod) kvars “oyna”dan monoxromatik nur bilan yoritiladi. O‘zgarmas to‘lqin uzunligida hamda o‘zgarmas yorug‘lik oqimida fototok kuchi I ning anodga berilgan kuchlanishiga bog‘liqligi o‘lchanadi.
6.2-rasmda fototok kuchining kuchlanishga bog‘liqligining tipik grafiklari keltirilgan. 2-grafik 1-ga nisbatan kattaroq yorug‘lik oqimiga tegishli.
Bu yerda: I1T va I2T to‘yinish toklari, U yop – yopuvchi kuchlanish, ya’ni bunday manfiy kuchlanish berilganda fotoelektronlar boshlang‘ich tezligi bilan anodga yetib bora olmaydi.
6.2-rasmdagi grafiklarga anod kuchlanishining katta musbat qiymatlarida tok kuchi to‘yinishga ega bo‘ladi.
Ya’ni, katoddan chiqqan barcha elektronlar anodga yetib boradi. Tajribalar shuni ko‘rsatadiki, to‘yinish fototok kuchi tushayotgan yorug‘lik oqimiga to‘g‘ri proporsional. Agar anodga katodga nisbatan manfiy kuchlanish bersak, u elektronlarni tormozlaydi va boshlang‘ich tezligi hisobiga katta kinetik energiyaga ega bo‘lgan elektronlargina anodga yetib boradi.
Kuchlanish Uyopqiymatga yetganda, fototok nolga teng bo‘ladi. Yopuvchi kuchlanish Uyop ning qiymatini berilgan katod uchun o‘lchab, fotoelektronlarning maksimal kinetik energiyasini aniqlash mumkin:
F.Lenard o‘z tajribalarida ko‘rsatganday, Uyop – yopuvchi potensial tushayotgan nurning intensivligiga (yorug‘lik oqimiga) bog‘liq bo‘lmasdan, tushayotgan yorug‘likning chastotasiga chiziqli bog‘liq ekanligini (6.3-rasm) ko‘rsatadi.
Tajribalar asosida fotoeffekt qonunlari kashf qilindi:
1. Fotoelektronlarning maksimal kinetik energiyasi yorug‘lik oqimi (intensivligi)ga bog‘liq emas va tushuvchi nurning chastotasi v ga chiziqli bog‘liq (v ortishi bilan I chiziqli ortadi).
2. Har bir modda uchun fotoeffekt ro‘y beradigan minimal chastota vmin mavjud va bu fotoeffektning qizil chegarasi deyiladi.
3. Katoddan vaqt birligida chiqayotgan fotoelektronlar soni katodga tushayotgan yorug‘lik oqimi (intensivligi)ga to‘g‘ri proporsional, chastotasiga bog‘liq emas.
Fotoeffekt hodisasi inersiyasiz hodisadir, yorug‘lik oqimi to‘xtalishi zahotiyoq fototok yo‘qoladi, yorug‘lik tushishi bilan fototok paydo bo‘ladi.
Fotoeffekt nazariyasi. Fotoeffekt nazariyasi 1905-yilda A. Eynshteyn tomonidan asoslab berildi.
U M. Plank gipotezasidan foydalanib, elektromagnit to‘lqinlar ham alohida porsiyalar – kvantlardan iborat degan xulosaga keladi. Ular keyinchalik fotonlar deb ataldi.
Eynshteynning g‘oyasiga asosan, foton modda bilan ta’sirlashganda, u energiyasi – hv ni butunlay elektronga beradi.
Energiyaning saqlanish qonuniga asosan, bu energiyaning bir qismi elektronning moddadan chiqishiga sarf bo‘ladi va qolgan qismi elektronning kinetik energiyasiga aylanadi:
Bu fotoeffekt uchun Eynshteyn tenglamasi deyiladi. Bunda A – elektronning moddadan chiqishi uchun bajarilgan ish. Agar elektronning maksimal kinetik energiyasi
ekanligini hisobga olsak, Eynshteynning fotoeffekt uchun tenglamasini quyidagi ko‘rinishda ham yozish mumkin:
Eynshteynning fotoeffekt uchun tenglamasi fotoeffekt hodisasi uchun energiyaning saqlanish qonunini ifodalaydi. Shuningdek, fotoeffekt qonunlarini: a) fotoelektronlarning maksimal kinetik energiyasini tushuvchi nurning chastotasiga chiziqli bog‘liqligi va tushuvchi nurning intensivligi (oqimi)ga bog‘liq emasligi; b) fotoeffektning qizil chegarasi mavjudligi, ya’ni hvmin = A ni;
d) fotoeffektning inersiyasizligini tushuntirib berdi. Eynshteyn tenglamasiga asosan, 1 s da yuzadan chiqayotgan fotoelektronlar soni shu yuzaga tushuvchi fotonlar soniga proporsional bo‘ladi.
Eynshteyn tenglamasi asosida 6.3-rasmdagi U yop – yopuvchi potensialning chastotaga bog‘lanish grafigi qiyaligi tgα – Plank doimiysini elektron zaryadining nisbatiga teng, ya’ni
Bu nisbat Plank doimiysini tajribada aniqlashga imkon beradi. Bunday tajriba 1914-yilda R. Milliken tomonidan o‘tkazilib, Plank doimiysi aniqlangan. Bu tajriba fotoelektronning chiqish ishini ham aniqlashga imkon berdi:
Bu yerda: c – yorug‘lik tezligi, λ0 – fotoeffektning qizil chegarasiga to‘g‘ri kelgan to‘lqin uzunligi. Katodlar uchun chiqish ishi eV larda o‘lchanadi (1 eV = 1,6 · 10–19J). Shuning uchun ham Plank doimiysining amalda eV larda ifodalangan qiymati qo‘llaniladi: h = 4,136 · 10–15 eV·s. Metallar ichida ishqoriy metallar: Na, K, Cs, Rb kabilar kichik chiqish ishiga ega.
Shuning uchun amalda ularning oksidli va boshqa birikmalari katod sirtini qoplashda qo‘llaniladi.
Masalan: seziy oksidli katodning chiqish ishi A=1,2 eV, bunga to‘g‘ri kelgan fotoeffektning qizil chegarasi λ0 ≈ 10,1 · 10–7 m. Bu sariq – ko‘zga ko‘rinuvchi yorug‘lik nurini qayd qiluvchi tizimlarda keng qo‘llaniladi.
