Фотоэффекттің қолданылуы
Эйнштейн формуласы
Металл бетіне жарық түскенде бір кванттың энергиясын бір электрон тұтас жұтуы мүмкін, онда электрон hν энергия алады. Бұл энергияның біраз бөлігі электрондар металдардан жұлып шығаруға,яғни шығу жұмысына, ал қалғаны металл бетінен ұшып шыққан бос электронға кинетикалық энергия беруге жұмсалады, сонда
Бұл фотоэффект үшін Эйнштейннің теңдеуі болып табылады.
Фотоэффект құбылысы мына шарт орындалса ғана байқала бастайды:
h . Фотоэффект байқалатын жарықтың ең аз дегендегі жиілігін немесе оған сәйкес келетін толқын ұзындығынфотоэффекттің қызыл шекарасы деп атайды. Мысалы, мырыш үшін жарық толқынының ұзындығы (қызыл шекарасы)-370 мкм, калий-450 мкм, натрий-680 мкм. Ол төмендегіше формуламен анықталады: , ,
Фотоэффект құбылысына негізделіп жасалған құралды фотоэлемент деп атайды. Ол катод, анод және саңылаудан тұрады.
Фотоэффекттің қолданылуы
Фотоэффект құбылысы ғылым және техниканың әр түрлі салаларында кеңінен қолданылады. Фотоэффект негізінде жасалған құралдар фотоэлементтер деп аталады. Олардың ең қарапайымы — вакуумдік фотоэлемент ішінен ауасы сорып алынған шыны баллон түрінде жасалады. Баллонның ішкі бетінің біраз бөлігіне жұқа металл қабаты жалатылған, ол фотокатод рөлін атқарады. Анод ретінде баллонның ортасына орналастырылған металл сақина немесе сирек тор пайдаланылады. Фотоэлемент аккумуляторлық батареялар тізбегіне қосылады, оның ЭҚК-і фототок қанығу тоғына тең болатын етіп алынады. Вакуумдік фотоэлементтер инерциясыз, олардағы фототок сәулелену интенсивтігіне пропорционал. Осы қасиеттер вакуумдік фотоэлементтерді фотометриялық құралдар ретінде қолдануға мүмкіндік береді. Мысалы, люксометрлер—жарықтануды өлшейтін, фотоэлектрлік экспонометрлер — фото мен кино түсіруде экспозиция уақытын өлшейтін құралдар.
Фотореле — өндірісте, әр түрлі технологиялық процестерде, әскери істе қондырғыларды автоматты түрде ағытып, қосу үшін қолданылады.
Ішкі фотоэффект - сәулеленудің әсерінен жартылай өткізгііитегі еркін зарядтар (электрондар мен кемтіктердің) концентрациясының арту құбылысы да кеңінен қолданылады. Жартылай өткізгіште пайда болатын және рекомбинацияланатын еркін зарядтардың арасында динамикалық тепетеңдік орнайтьшы белгілі. Осындай күйдегі жартылай өткізгішке, кванттарының энергиясы еркін зарядтарды генерациялау энергиясынан артық болатын сәуле түсіргенде тағы қосымша еркін зарядтар пайда болып, оның өткізгіштігі артады. Бұл құбылыстың қолданылатын жері — фотокедергі. Жарықтандырған кезде жартылай өткізгіштің кедергісі кемиді және сәулелену интенсивтігі неғұрлым жоғары болса, кедергі соғұрлым аз. Тағы бір қолданылуы — жабушы қабаты бар фотоэлемент, яғни вентильді фотоэлемент. Ол металл мен металдың мөлдір қабаты жалатылған кемтіктік жартылай өткізгіштен (металдың оксидінен) тұрады.Металл мен жартылай өткізгіштің шекарасында диффузияның нәтижесінде кернеулігі Ек контактілік жабушы қабат пайда болады.Жартылай өткізгішке Ф жарық ағыны түскенде электрондардың да, кемтіктердің де концентрациясы артады. Диффузияның нәтижесінде электрондар контакт арқылы еркін өтіп кетеді, ал кемтіктер өте алмайды. Сондықтан жарықтың әсерінен электрондар металда, ал кемтіктер жартылай өткізгіште жинақталады. Мұндай фотоэлементтер ток көздері (күн батареялары), фотоэкспонометрлер, әр түрлі процестерді автоматтандыру және басқаруда тексеру құралдары ретінде, әскери техникада көрінбейтін сәулеленумен сигнал беру немесе локация құралдары ретінде және т.б. жерлерде қолданылады.
IV. Жаңа сабақты бекіту.
29.12-29.16, 19.4-19.11-жаттығу есептерін шығару.
1.Металл толқын ұзындығы 478 нм монохромат жарықпен жарықтандырылған. Электронның ұшып шығу жұмысы 1,7*10-19Дж болатын болса, оның жылдамдығын анықтаңыз (me=9,1*10-31кг, h=6,62*10-34Дж*с, с=3*108м/с)
Берілгені: Шешуі:
h=6,62*10-34Дж*с
me=9,1*10-31кг =
с=3*108м/с
т/к: Жауабы:
;
2.Фотоэффекттің қызыл шекарасы темір, литий, калий үшін мынандай толқын ұзындықтарымен 285 нм, 520 нм, 580 нм анықталады. Металл бетінен электронның шығу жұмысын тауып, оны эВ өрнектеңіз.
Берілгені: Шешуі:
h=6,62*10-34Дж*с
с=3*108м/с
т/к: Жауабы: 4,36 эВ; 2,39 Эв; 2,15 эВ;
3.Энергиясы тыныштық энергиясына тең фотонның толқын ұзындығын есептеңіз. (Жауабы:0,00242 нм)
4.Қандай Т температурада екі атомды газ молекулаларының кинетикалық энергиясы толқын ұзындығы фотонның энергиясына тең болады? (Жауабы: Т=9800 К)