Фотоэффект заңдары. Эйнштейннің фотоэффектке арналған теңдуі

Фотоэффект-жарықтың әсерінен заттан электрондардың бөлініп шығу құбылысы. Фотоэффект құбылысын Леонард Столетов зерттеген. Ол анод және катод электродтар бар, ішінен ауасы сорылған шыны түтікті ток көзіне қосқан. Тізбектегі фототок гальванометр, электродтар арасындағы потенциалдар айырмасы вольтметрмен өлшенген. Анод пен катод арасындағы кернеу потенциометр арқылы өзгертіліп отырған. Жарық әсерінен катодтан бөлініп шыққан электрондар, үдетуші потенциалдар салдарынан анодқа келіп түседі. Катодқа әсер етуші жарықтың спектрлік құрамы және оның интенсивтілігі өзгермесе, онда фотоэлектрондар тогының потенциалдар айырмасына тәуелділігін аламыз, яғни I=f(U), оны вольт-амперлік сипаттамасы дейді.Бұл тәжірбиеден катод пен анод арасындағы потенциалдар айырмасы U=0 болғандықтан фототоктың шамасы нөлге тең болмаған, бұдан электрондардың бастапқы жылдамдықтары болады немесе кинетикалық энергиясы болады деген сөз, сондықтан өздігінен анодқа жетеді. Ал фототокты нөлге айналдыру үшін тежеуші теріс потенциал (). Энергияның сақталу заңынан , бұдан электрондардың максималдық жылдамдығын табуға болады.Үдетуші потенциалдар айырмасын артқанда фототок артады,потенциалдың мәні бір белгілі шамаға жеткенде қанығады. Өткені катодтан шыққан электрондар түгелімен анодқа жетеді, олай болса қанығу фототогы фотоэлектрондардың санымен анықталады.Осы тәжірбиеден сыртқы фотоэффект құбылысы үшін мынандай үш заң тағайындалды:

1)фотоэлектрондардың алғашқы максимал жылдамдығы фотокатодқа түскен жарықтың интенсивтілігіне тәуелдң болмай, тек жарықтың тербеліс жиілігіне байланысты анықталады;

2)бірлік уақыт ішінде катодтан бөлініп шыққан фотоэлектрондар саны түскен жарықтың интенсивтілігіне пропорционал;

3)кез-келген заттың әліде болса фотоэффекті құбылысын қоздыра алатын жарық жиілігі фотоеффектінің қызыл шегі деп атайды.

Фотоэффект инерциалды емес. Берілген заңдылықтарды классикалық физика тұрғысынан түсіндіру мүмкін емес.мысалы электрондардың алғашқы максимал жылдамдықтары жарықтың интенсивтілігіне тура пропорционал болуы тиіс. Фотоэффекті заңдылықтарын Эйнштейн түсіндірді, ол өз теориясында Планктың жарықты квант ретінде қарастыру идеясын пайдаланды. Бірінші заңдылығын қарастырайық,h фотонның энергиясы электронға беріледі,олай болса электронның энергиясы жиілікке байланысты да, интенсивтілігіне байланысты емес. Негізінен жарық энергиясының бір бөлігі электрондардың заттан шығу жұмысына жұмсалады.Екінші заңдылығы былайша түсіндіріледі, әрбір фотон әрбір электронды бөліп шығарады,олай болса электрондар саны фотондар санына байланысты немесе жарықтың интенсивтілігіне байланысты. Үшінші заңына келетін болсақ, фотоэффектіні қоздыра алатын h энергиясы А шығу жұмысына тең болуға тиіс, одан кем болса құбылыс байқалмайды, бұл фотоэффектінің қызыл шегі болатындығын көрсетеді. Осы заңдылықтар үшін Эйнштейн формуласы . Қызыл шегі үшін онда бұдан . Электрондардың заттан шығу жұмысы заттың тегі мен оның бетінің күйіне байланысты. Сондықтан әртүрлі заттар үшін фотоэффектінің қызыл шегі әртүрлі. 34.Дифракцилық тор. Голография принципі.

Дифракцилық тор-бірдей өзара параллель орналасқан саңылаулар жиынтығы. Мөлдір саңылаудын енін b, ал мөлдір емес а деп белгілесек, дифракциялық тордың периоды d=b+a өрнегімен анықталады. Торға перпендикуляр түскен толқынның дифракциясын қарастырайық.

Суреттен екі шеткі сәулесінің жол айырмасы Δ=dsin . Дифракцияланған монохромат жарықтың max шарты dsin = 𝜆, m=0,1,2…

мin шарты dsin = 1)𝜆

Соныменен дифракциялық торға монохроматты жарық шоғы түскенде жарық шоқтарын бөліп тұратын өте енсіз күңгірт жолақтар, яғни сызықтар пайда болады. Егер ақ жарық түссе, дифракциялық жолақтар толқын ұзындықтарына қарай қызылдан күлгін түске дейін жіктеледі. Орталық ашық жолақтан оң және сол жағында түрлі түсті жолақтар болады. Жарықтың әр түрлі түске жіктелуін дифракциялық спектрлер дейді. Дифракциялық торлар күрделі жарық құрамын зерттеу үшін пайдалынылады, оны спектрометр деп атайды. Спектрометрдің ажыратқыш қабілеті R= =mn, (m=0,1,2…), n-тордағы саңылау сандары. Бұрыштық дисперсиясы Q= , к-спектрдің реттік саны. Тордың периоды d= мұндағы n=1 мм ішіндегі штрихтер саны. Оптикалық құралдар үшін объективтің ажыратқыштық қабілеттілігі R= , мұндағы

Кеңістік тордағы дифракциялық құбылыстар. Кристалдағы атомдарды көлемдік дифракциялық тор ретінде қарастыруға болады. Біз білетіндей дифракция құбылысын байқау үшін атомдардың арақашықтығы түскен толқын ұзындығымен шамалас болуға тиіс. Бұған рентген сәулелерінің толқын ұзындығы сәйкес келеді. Олай болса рентген сәулелері кристалдық тордан өткенде дифракцияланады. Егер кристал бетіне толқын ұзындығы монохроматты рентген сәулелері бұрыш жасап түссе, атомдық жазықтығында жатқан атомдардан шағылады. Шашыраған 1 және 2сәулелерінің оптикалық жолдарының айырмасы Δ=2dsin .интенсивтілігі максимум болу үшін мына шарт орындалуға тиіс 2dsin =k𝜆, k-шағылған сәулелердің реттік саны. Осы теңдеуді Вульф-Брегтер формуласы деп аталады. Берілген формула рентген сәулелерінің спектрі жайындағы ілімді және кристалл құрылымын зерртеуге мүмкіндік береді.

Голография-интерференциялық көріністерді толық жазып және оны қалыпына келтіретін ерекше тәсіл. Голография интерференция құбылысына негізделгеннен кейін қабаттасқан толқындар когерентті болуы тиіс, сондықтан лазерлерді қолданады. Фото суреттерде тек заттан шағылған толқындардың амплитудасы тіркеледі, ал кеңістік голографиясында фазада тіркелуі қажет. Сонымен голография негізі мынада:нәрседен шағылған толқындар мен оған когерентті фазасы белгілі жарық көзінен келген толқындардың интерференциясын арнаулы пластинкаға түсіріліп, голограмма алады. Лазерден шыққан сәуле шоғы екіге бөлініп, бір бөлігі айнадан пластинкаға бағытталады, ал екіншісі белгілі нәрседен шағылып пластинкаға барып, бірінші жарыұ шоғымен интерференцияланып голограмма құрайды. Пластинкадағы голограмма кескінін қайта келтіру үшін пластинканы қайта бұрынғы орнына қойып бетіне лазер шоғын түсіреміз. Сонда нәрсенің дял өзіндей жалған және нақты кескінін көреміз. Голография әдісі голографиялық электронды микроскопта, голографиялық кино мен теледидар және т.б. жерлерде қолданылады.