8.2. Фотоэлектрлік эффект: түрлері және заңдары

 

     сыртқы фотоэффект – затқа түскен электрмагниттік сәуленің әсерінен электрондардың заттан бөлініп шығу құбылысы.

     ішкі фотоэффект – электрмагниттік сәуленің әсерінен қатты және сұйық шала өткізгіштер мен диэлектрикте «байланған»электрондардың заттан шықпай еркін күйге ауысу құбылысы. ішкі фотоэффектіде зат ішіндегі ток тасымалдаушылар концентрациясы артып, фотоөткізгіштік немесе вентильді фотоэффект пайда болады.

     вентильдік фотоэффект – екі түрлі шала өткізгіштің немесе шала өткізгіш пен металдың түйісу шекарасында  (сыртқы электр өрісі жоқ кезде) жарық әсерінен  электр қозғаушы күшінің (фотоэқк) пайда болу құбылысы.

     сыртқы фотоэффект заңдары:

1. түскен жарықтың нақты жиілігінде катодтан бірлік уақытта ұшып шығатын фотоэлектрондардың саны жарық интенсивтігіне тура пропорционал болады.

қанығу фототогының күші катодтың энергетикалық жарықталуына пропорционал: i_қ ~е_э  және n ~ е_э.

2. фотоэлектрондардың максимал бастапқы жылдамдығы (максимал кинетикалық энергиясы) түскен электрмагниттік толқынның интенсивтігінен тәуелді емес, тек толқын жиілігімен анықталады.

 

3. әр зат үшін фотоэффектінің «қызыл шекарасы» болады. фотоэффектінің «қызыл шекарасы» – заттың химиялық табиғаты мен бетінің күйіне байланысты болатын және толқынның фотоэффект басталатын ең минимал жиілігі:

мұндағы  а_ш  –электронның заттан шығу жұмысы.

 

     сыртқы фотоэффект үшін эйнштейн теңдеуі:  затқа түскен фотонның энергиясы электронның металдан шығу жұмысына және ұшып шыққан электрондардың кинетикалық энергиясына жұмсалады:

                                        (286)

 

 

8.3. Жарық қысымы

 

    толқындық теория бойынша: егер электрмагниттік толқын, мысалы, металл тақтайшаға түссе, толқынның кернеулігі электр өрісінің ықпалымен электрон жылдамдықпен бағытына қарсы қозғалады () қозғалыстағы электронға индукциясы магнит өрісі лоренц күшімен дене бетіне перпендикуляр бағытта әсер етеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

120-сурет

 

 

 

     кванттық теория бойынша: дененің бетіне соғылған әр фотон  денеге өзінің импульсін береді. егер  шағылдыру коэффициенті  беттің бірлік ауданына 1 с ішінде n  фотон түссе,  ρn фотон шағылып, (1- ρ)n  фотон жұтылады. шағылған бір фотонның беретін импульсі  жұтылған бір фотонның беретін импульсі  жарық толқынының бетке түсіретін қысымы n  фотонның бірлік уақытта беретін импульсіне тең:

           (287)

 

мұндағы – беттің сәулеленгендігі (беттің бірлік ауданына бірлік уақытта түскен барлық фотонның энергиясы),  жарық толқыны энергиясының көлемдік тығыздығы.

 

8.4. комптон эффекті –қысқа толқынды электрмагниттік сәулелердің (рентген және гамма-сәулелер) заттың еркін немесе әлсіз байланысқан электронда серпімді шашырау құбылысы. шашыраған толқынның ұзындығы түскен толқынның ұзындығынан артық болады (121-сурет).

,

мұндағы шашыраған сәуленің толқын ұзындығы, түскен сәуленің толқын ұзындығы, m–электронның массасы, с –вакуумдегі жарық жылдамдығы, 2,43пм – электронның комптондық толқын ұзындығы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

121-сурет

 

электронмен соғылысқан фотон энергиясы мен импульснің бір бөлігін электронға беріп, фотонның таралу бағыты өзгереді. фотонның энергиясының азаюы шашыраған сәуленің ұзындығының кемитінін

білдіреді. – соққан фотонның импульсі,  - электронның импульсі, – шашыраған фотонның импульсі.

 

комптон эффектіде толқын ұзындығының өзгеруі

 

	соғылысқа дейін	соғылыстан кейін
энергияның сақталу заңы	электронның            фотонның энергиясы                    энергиясы         +                 +	электронның               фотонның энергиясы                      энергиясы           +             +
импульстің сақталу заңы	фотонның           электронның                       импульсі                импульсі          +         0	электронның              фотонның                      импульсі                        импульсі   +

 

энергияның сақталу заңы негізінде:

.

 

импульстің сақталу заңы негізінде:

.

 

осы екі теңдеуден:

 

мұндағы   2,43пм –комптондық толқын ұзындығы.

 

жарықтың толқындық және корпускулалық қасиеттерінің бірлігі

 

жарықтың кванттық  табиғатын тұжырымдайтын құбылыстар	жылулық сәулелену, фотоэффект, комптон эффекті
жарықтың толқындық  табиғатын тұжырымдайтын құбылыстар	жарық интерференциясы, дифракциясы, поляризациясы
жарықтың кванттық және толқындық табиғатын тұжырымдайтын құбылыстар	жарықтың сынуы, жарық қысымы
электрмагниттік сәулелердің корпускулалық қасиеттері (фотонның энергиясы мен импульсі) мен толқындық қасиеттерінің (толқын жиілігі, ұзындығы) байланысы

 

 

 

ііі тарау. атомдық және ядролық физика элементтері