2-курс Физика

O’ZBEKISTON RESPUBLIKASI OLIY VA O’RTA MAXSUS TA’LIM VAZIRLIGITOSHKENT DAVLAT SHARQSHUNOSLIK UNIVERSITETI AKADEMIK LITSEYI

Fizika fanidan
2-kurs o’quvchilari uchun
(Nazariy)
DARS ISHLANMA

O’qituvchi: Jurayeva X.T

Reja:
Plank nazariyasi. Stoletev tajribasi.
Fotoeffekt hodisasi. Ichki va tashqi fotoeffekt.fotoeffekt nazariyasi.
Fotoeffenkrning texnikada qo’llanishi. Fotonning massasi va impulsi. Yorug’lik bosimi.
3-Oraliq nazorat

Galiley almashtirishlarini tushuntiring.
Nisbiylik nazariyasi postulatlarini ta’riflang va ularning mohiyatini tushuntiring.
Uzunlik nisbiyligi va uning Lorens qisqarishini tushuntiring.
Vaqt intervalining nisbiyligi va vaqt relyativistik sekinlashishini tushuntiring.

Issiqlikdan nurlanayotgan jism o‘zining issiqligini atrofdagi jismlar va muhitga berib, termodinamik muvozanatga, ya’ni temperaturalarning tenglashishiga olib kelishi kerak edi. Bu termodinamikaning asosiy tamoyilidir.
Lekin, nurlanayotgan jism, masalan, Quyosh temperaturasi 6000 K bo‘lsa, bunday hodisa ro‘y bermaydi. Shuningdek, nurlanayotgan energiya barcha to‘lqin uzunliklarda har xil bo‘lib, aniq temperaturaga bog‘liq bo‘lmagan taqsimot qonuniga bo‘ysunadi. Bu degan so‘z har bir to‘lqin uzunligiga to‘g‘ri kelgan nurlanish energiyasining ulushi har xil ekan.

Bu bog‘lanishda maksimal nurlanish energiyasining maksimumi temperaturaga bog‘liq bo‘lib, Vin siljish qonuni bo‘yicha o‘zgaradi:
λmT = b.
Bu yerda: λm T temperaturadagi nurlanayotgan energiya maksimumiga to‘g‘ri
keluvchi to‘lqin uzunligi. b – Vin doimiysi bo‘lib, b = 2,898 · 10–3 m· K ga teng.
Vin siljish qonuni jism nurlanishining maksimumiga to‘g‘ri keluvchi to‘lqin uzunligi, λm absolut temperaturaga teskari proporsionaldir:
ℒ 𝒎 ℒ ℒ 𝒎 𝒎𝒎 ℒ 𝒎 = 𝒃 𝑻 𝒃𝒃 𝒃 𝑻 𝑻𝑻 𝒃 𝑻

XX asr boshiga kelib paydo bo‘lgan krizisli ilmiy muammolardan biri gazlarning hamda metall bug‘larining nurlanish spektrlarining chiziqli bo‘lishini tushuntirish kerak edi. Shuningdek, fotoeffekt hodisasining kashf qilinishi, yorug‘likning bosimga ega bo‘lishi hamda yorug‘lik nurlarining elektronlarda sochilishi kabilarni klassik fizika, shu jumladan Maksvellning elektromagnit nazariyasi tushuntirib bera olmadi.
Bu muammolarni hal qilishda nemis olimi M. Plank yangi – klassik fizikasiga zid g‘oyani ilgari surdi. U qizdirilgan jismning nurlanishi va yutishi uzluksiz ro‘y bermasdan, balki alohida porsiya-porsiyalarda (kvantlarda) ro‘y beradi deb faraz qildi.
Kvant – bu jismning yutish yoki nurlanish energiyasining minimal qismidir.

Plank nazariyasiga ko‘ra, kvant energiyasi yorug‘lik chastotasiga to‘g‘ri proporsional:
E = hv,
bu yerda: h – Plank doimiysi bo‘lib, h = 6,626 · 10–34 J · s ga teng. Plank jismning nurlanishi va yorug‘likni yutishi uzlukli bo‘ladi deb, nurlanish energiyasini to‘lqin uzunligi bo‘yicha taqsimot qonunini yaratdi va yuqoridagi muammolarni tushuntirib berdi.
Shuningdek, nurlanuvchi jismlarning mavjud bo‘lish shart-sharoiti (Quyosh misolida) hamda termodinamik muvozanat ro‘y berishi shart emasligini tushuntirib berdi.

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 rasmda keltirilgan.

Elektroddan biri – katod (asosan, seziyli katod) kvars “oyna”dan mono- xromatik 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. 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, Uyop – yopuvchi kuchlanish, ya’ni bunday manfiy kuchlanish berilganda fotoelektronlar boshlang‘ich tezligi bilan anodga yetib bora olmaydi.
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 Uyop qiymatga yetganda, fototok nolga teng bo‘ladi. Yopuvchi kuchlanish Uyop ning qiymatini berilgan katod uchun o‘lchab, fotoelektronlarning maksimal kinetik energiyasini aniqlash mumkin:
𝑊 𝑘 𝑚𝑎𝑥 𝑊𝑊 𝑊 𝑘 𝑚𝑎𝑥 𝑘𝑘 𝑚𝑚𝑎𝑎𝑥𝑥 𝑊 𝑘 𝑚𝑎𝑥 = 𝑚 𝑣 2 2 𝑚𝑚 𝑣 2 𝑣𝑣 𝑣 2 𝑣 2 2 𝑣 2 𝑚 𝑣 2 2 2 𝑚 𝑣 2 2 =𝑒𝑒 𝑈 𝑦𝑜𝑝 𝑈𝑈 𝑈 𝑦𝑜𝑝 𝑦𝑦𝑜𝑜𝑝𝑝 𝑈 𝑦𝑜𝑝

F. Lenard o‘z tajribalarida ko‘rsatganday, 𝑈 𝑦𝑜𝑝 𝑈𝑈 𝑈 𝑦𝑜𝑝 𝑦𝑦𝑜𝑜𝑝𝑝 𝑈 𝑦𝑜𝑝 – yopuvchi potensial tushayotgan nurning intensivligiga (yorug‘lik oqimiga) bog‘liq bo‘lmasdan, tushayotgan yorug‘likning chastotasiga chiziqli bog‘liq ekanligini ko‘rsatadi.

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:
ℎʋ=𝐴𝐴+ 𝑚 𝑣 2 2 𝑚𝑚 𝑣 2 𝑣𝑣 𝑣 2 𝑣 2 2 𝑣 2 𝑚 𝑣 2 2 2 𝑚 𝑣 2 2
Bu fotoeffekt uchun Eynshteyn tenglamasi deyiladi.

Yarimo‘tkazgichlar yorug‘lik nuri bilan nurlantirilganda kuchsiz bog‘langan elektronlar fotonlarni yutib, erkin elektron holiga o‘tadi. Bunda yarimo‘tkazgichlarda erkin zaryad tashuvchilar konsentratsiyasi hamda yarimo‘tkazgichning elektr o‘tkazuvchanligi ortadi.
Yarimo‘tkazgichlarga nur ta’sir etishi natijasida unda erkin zaryad tashuvchilarning hosil bo‘lishiga ichki fotoeffekt deyiladi.
Nur ta’sir etish natijasida yarimo‘tkazgichlarda hosil qilingan qo‘shim- cha elektr o‘tkazuvchanlik fotoo‘tkazuvchanlik deyiladi. Bu esa fotoqarshiliklarni ishlab chiqarishda qo‘llaniladi. Fotoqarshilik – bu o‘tkazuvchanligi yorug‘lik ta’sirida o‘zgaradigan qarshiliklar bo‘lib, uni radiotexnikada fotorezistorlar deb ataladi.

Yorug‘likning kvant nazariyasiga binoan modda yorug‘lik nurini yutishda va nurlashda yorug‘lik o‘zini zarralar oqimi kabi namoyon qiladi. Yorug‘likning bu zarrasi fotonlar yoki yorug‘lik kvantlari deyiladi. Fotonning energiyasi E =hv ga teng. Foton vakuumda yorug‘lik tezligi c bilan harakatlanadi. Foton tinchlikda massaga ega emas, ya’ni m0= 0.
Nisbiylik nazariyasidagi E = mc2 dan foydalanib fotonning harakatdagi massasini aniqlash mumkin:
𝑚𝑚= 𝐸 𝑐 2 𝐸𝐸 𝐸 𝑐 2 𝑐 2 𝑐𝑐 𝑐 2 2 𝑐 2 𝐸 𝑐 2 = ℎʋ 𝑐 2 ℎʋ ℎʋ 𝑐 2 𝑐 2 𝑐𝑐 𝑐 2 2 𝑐 2 ℎʋ 𝑐 2

Zamonaviy fizika nuqtayi nazaridan yorug‘lik nima?
Yorug‘likning korpuskulyar xossasini tavsiflaydigan omillar qanday?
Foton nima? Fotonning xususiyatlari nimalardan iborat?
Fotoeffekt ro‘y berish shart-sharoitlari qanday?
Fotoeffektning qizil chegarasini tushuntiring.
Yorug‘lik uchun zarra to‘lqin dualizmi nimadan iborat?

Fotoeffekt qonunini yorug‘likning kvant nazariyasi asosida tushuntiring.
Eynshteyn formulasini va uning fizik mohiyatini tushuntiring.

M.Plank gipotezasining mohiyati nimadan iborat?
Plank doimiysining ma’nosi nima?