Д і с т е о р и я с ы

Жарық әсерінен фотокатодтан электрондардың ұшып шығуы фотоэлектрлік эффект деп аталады. Бұл құбылыс жарықтың фотондық теориясы арқылы жақсы түсіндіріледі. Жарық затпен өзара әсерлескенде энергиясы hn және импульсі hn /с (h – Планк тұрақтысы, n - жарық жиілігі, с –вакуумдағы жарық жылдамдығы) болатын бөлшек-фотон түрінде әсерлеседі. Фотон фотокатодтың электронымен кездескенде оның энергиясы толығымен электронға беріледі де фотон жойылып кетеді. Осы өзара әсерлесудің энергетикалық балансы келесі теңдеумен жазылады:

hn=W_max+A (1)

мұндағы W_max – электронның фотокатодтан шыққаннан кейінгі максимал кинетикалық энергиясы, А – электронның катодтан шығу жұмысы.

Фотокатодтың маңайындағы фотоэлектрондардың энергиясын өлшеу кезінде тежеуіш (U<0) немесе үдетуші (U>0) потенциал берілетін екінші электрод (анод) орналасады. Аса үлкен үдеуіш потенциалда фототок қанығу мәніне жетеді (1-сурет): бөлініп шыққан барлық электрондар анодқа жетеді. Тежеуіш потенциалда анодқа кинетикалық энергиясы аса жоғары электрондар келіп жетеді, осы уақытта баяу қозғалған электрондар өріс арқылы бұрылады да катодқа қайтып келеді. Потенциалдың U=-U₀ (тежеуіш потенциалы) кейбір мәнінде шапшаң фотоэлектрондардың өзі де анодқа жете алмай қалады.

Электрондардың максимал кинетикалық энергиясы W_max тежеу кернеуімен U₀ мына қатынас арқылы байланысқан:

W_max=е×U₀

Осы қатынасты (1) теңдікке қойып, фотоэффект құбылысы үшін Эйнштейн теңдеуін аламыз:

е×U₀= hn -А (2)

Электронның металдан шығу жұмысы А дегеніміз, энергиясы Ферми энергиямына тең болатын, металл бетінің бағыиымен қозғалған электронның кристалдан бөлініп шығуына қажетті энергияға тең шама. Егер фотон энергиясы шығу жұмысының А мәнінен үлкен болса, онда артық энергия шығып кеткен электронда қалады. Бұл энергия W_max болып белгіленеді және ол ұшып шыққан электронның максимал энергиясы болады. Жарық арқылы кристалдан шығарылған басқа электрондардың энергиясы аз болады, себебі олардың шыққан деңгейі төмен жатады немесе олар басқа бағытта қозғалған болады.

I U₀

I_max

-U₀ 0 U 0 n

1-сурет. Фототоктың фотоэлемент 2-сурет. Тежеуіш кернеуінің

анонындағы кернеуден тәуеділігі. жарық жиілігінен тәуелділігі.

Жұмыста фототоктың спектрдің көрінетін аймағында жататын жарық жиілігінің әртүрлі мәні үшін тежеуіш кернеуінің U₀ шамасынан тәуелділігі зерттеледі. Эйнштейн теңдеуін эксперименталды түрде тексеру үшін жарықтың әртүрлі жиілігінде тежеуіш кернеуі U₀ анықталады және (2) теңдіктен шығатындай, U₀(n) тәуелділігі салынады, ол келесі түрде жазылуы тиіс:

(3)

Кез келген катод үшін тежеуіш потенциалы U₀ жарық жиілігінен сызықты түрде тәуелді болады. 2-сутреттегі U₀(n) графигінің көлбеу түзуінен Планк тұрақтысын анықтауға болады:

(4)

(4) формуладан көретініміздей, U₀(n) түзуінің көлбеу бұрышы фотокатод жасалған заттың табиғатынан тәуелді емес. Заттың табиғатынан фототок шамасы, шығу жұмысы А тәуелді болады және I(U) қисығы нолге тікелей жақындайды.

Дата добавления: 2015-11-14