beta

← Geri

Fizika, Atom və atom nüvəsi

Foton və fotoeffekt

  • Dərslik: Fizika, 11-ci sinif, 4.1 «Elektromaqnit şüalanmasının kvant təbiəti. Foton», səh. 148
  • Dərslik: Fizika, 11-ci sinif, 4.2 «Fotoeffekt. Fotoeffekt nəzəriyyəsi», səh. 152
  • Dərslik: Fizika, 11-ci sinif, 4.3 «Kompton effekti və de Broyl dalğaları», səh. 157

İmtahan bu mövzuda nə soruşur?

İmtahanda fotonun tezliyindən impulsunu hesablayır, fotoeffekt zamanı enerjinin necə bölündüyünü müəyyənləşdirirsən. Qrafikdən saxlayıcı gərginliyi və ya çıxış işini tapmaq, sonra elektronun maksimal kinetik enerjisini hesablamaq tələb olunur. İşığın intensivliyi dəyişəndə elektronların sayı ilə maksimal impulsunun necə dəyişdiyini də fərqləndirməlisən.

Qayda

  • Foton işığın enerji kvantıdır. Enerjisi Ef=hν=hc/λE_f=h\nu=hc/\lambda, impulsu pf=Ef/c=hν/c=h/λp_f=E_f/c=h\nu/c=h/\lambda olur. Burada λ\lambda vakuumdakı dalğa uzunluğudur. Tezlik artdıqca enerji və impuls artır; dalğa uzunluğu artdıqca hər ikisi azalır.
  • Fotoeffekt xarici olduqda işıq elektronları maddənin səthindən çıxarır; daxili olduqda maddədə sərbəst yükdaşıyıcıların sayı artır. Ventil fotoeffekt kontakt sahəsində elektrik hərəkət qüvvəsi yaradır.
  • Çıxış işi AA elektronun səthi tərk etməsi üçün lazım olan minimum enerjidir. Eynşteyn tənliyi Ef=A+Ek,max⁡E_f=A+E_{k,\max} şəklindədir. Qalan enerji üçün Ek,max⁡=mevmax⁡2/2=pe,max⁡2/(2me)E_{k,\max}=m_ev_{\max}^2/2=p_{e,\max}^2/(2m_e) yazılır; burada mem_e elektronun kütləsidir.
  • Qırmızı sərhəd ν0=A/h\nu_0=A/h və λ0=hc/A\lambda_0=hc/A ilə müəyyənləşir. Fotoeffektin şərti ν≥ν0\nu\geq\nu_0, yaxud λ≤λ0\lambda\leq\lambda_0 olur. Sərhəddə maksimal kinetik enerji sıfırdır; sərhədin mütləq qırmızı rəngə uyğun gəlməsi tələb olunmur.
  • İntensivlik sabit tezlikdə artırıldıqda, fotoeffekt baş verirsə, saniyədə qopan elektronların sayı və doyma cərəyanı artır. Maksimal enerji, sürət, impuls və saxlayıcı gərginlik dəyişmir. Tezlik sərhəddən aşağıdırsa, intensivliyi artırmaq elektron qoparmır.
  • Saxlayıcı gərginlik üçün Ek,max⁡=eUsE_{k,\max}=eU_s yazılır; UsU_s gərginliyin moduludur. Volt-amper qrafikində cərəyanın kəsildiyi nöqtə −Us-U_s olur. Qrafikin üfüqi doyma hissəsi bütün qopan elektronların anoda çatdığını göstərir.
  • Enerji qrafikində hər nöqtə üçün A=Ef−Ek,max⁡A=E_f-E_{k,\max} eynidir. Ek,max⁡(ν)E_{k,\max}(\nu) qrafiki tezlik oxunu ν0\nu_0 nöqtəsində kəsir. Hesablamada 1 eV=1,6×10−19 C1\ \text{eV}=1{,}6\times10^{-19}\ \text{C} və 1 nm=10−9 m1\ \text{nm}=10^{-9}\ \text{m} çevirmələrini nəzərə al.
  • Kompton effekti zamanı foton elektrona enerji və impuls ötürərək səpilir, dalğa uzunluğu artır. Elektron kimi zərrəciklər də dalğa xassəsi göstərir: de Broyl düsturu λ=h/p\lambda=h/p olur.

Nümunələr

1

Tezliyi 2×1015 Hs2\times10^{15}\ \text{Hs} olan fotonun impulsunu tap. h=6,6×10−34 C×sanh=6{,}6\times10^{-34}\ \text{C}\times\text{san} və c=3×108 m/sanc=3\times10^8\ \text{m/san} götürsən, pf=hν/c=4,4×10−27 kq×m/sanp_f=h\nu/c=4{,}4\times10^{-27}\ \text{kq}\times\text{m/san} alarsan.

2

Enerji qrafikində Ef=5 eVE_f=5\ \text{eV} üçün Ek,max⁡=1,5 eVE_{k,\max}=1{,}5\ \text{eV} göstərilir. Çıxış işi A=5−1,5=3,5 eVA=5-1{,}5=3{,}5\ \text{eV} olar. Eyni səthə 8 eV8\ \text{eV} enerjili foton düşərsə, Ek,max⁡=8−3,5=4,5 eVE_{k,\max}=8-3{,}5=4{,}5\ \text{eV} alınar.

3

Fotonun enerjisi 6 eV6\ \text{eV}, cərəyanın kəsildiyi gərginlik −2 V-2\ \text{V} olsun. Modul Us=2 VU_s=2\ \text{V} olduğundan Ek,max⁡=2 eVE_{k,\max}=2\ \text{eV}, deməli, A=6−2=4 eVA=6-2=4\ \text{eV} taparsan.

Tipik səhv

İntensivliyin artmasını hər elektronun daha çox enerji alması ilə qarışdırma: sabit tezlikdə fotonların sayı artır, bir fotonun enerjisi dəyişmir. Foton üçün pf=Ef/cp_f=E_f/c, fotoelektron üçün isə pe,max⁡=2meEk,max⁡p_{e,\max}=\sqrt{2m_eE_{k,\max}} işlət. Qrafikdəki mənfi gərginliyi enerji düsturuna birbaşa yazma, əvvəl modulunu götür.