Дріс. Электрмагниттік суле шыаруды корпускулалы асиеттері

Дрісті масаты:

- фотонны энергиясын, импульсін есептеп йрену;

- фотоэффект задылытарын мегеру;

- Комптон эффектісімен танысу.

Квантты гипотеза электромагниттік сулеленуді затпен серін зерттегенде, яни фотоэлектрлік былыстарды, Комптон эффектісін, электрон-позитрон жптарыныны туу былыстарын зерттегенде жаласын тапты жне эксперимент жзінде расталды.

Фотондар

М.Планкты идеясын дамыта отырып, А.Эйнштейн жары квантты трде шыарылады, жтылады жне таралады деп тжырымдады; яни жары дискретті, ол блшектерден трады. Жары кванттары фотон деп аталады. Эйнштейн гипотезасына сйкес фотон энергиясы

, (9.1)

мндаы – жары толыныны циклдік жиілігі.

Фотон с = 310⁸ м/с жылдамдыпен озалады. Фотонны импульсі

, (9.2)

мндаы – толынды вектор модулі , ол жары толындарыны таралу жылдамдыы векторыны бойымен баытталан. Бл формуланы векторлы трде жазуа болады

. (9.3)

Фотон энергиясы мен импульсы арасындаы байланыс

. (9.4)

Фотонны массасы

, (9.5)

біра баса блшектерден айырмашылыы, фотонда тынышты масса болмайды .

Сонымен, фотон – электромагниттік суле шыару кванты. Баса блшектер сияты оны энергиясы, импульсы, массасы бар. Фотонны осы корпускулалы сипаттамалары толынды сипаттамаларымен – жиілікпен жне толынды вектормен байланысан.

Фотоэффект

Фотоэффект дегеніміз – электромагниттік суле шыару серінен электрондарды заттан вакуумге шып шыу былысы (сырты фотоэффект) немесе затты ішіндегі байланысан кйдегі электрондарды еркін электрондара айналу былысы (ішкі фотоэффект).

Сырты фотоэффектіні бірінші рет Г.Герц ашты. Бл былысты А.Столетов 1888 – 1889 жылдар аралыында эксперимент жзінде жан-жаты зерттеген. Эксперименттен алынан нтижелер 9.1-суретте крсетілген, бл суретте фотоэлементті вольт-амперлік сипаттамалары келтірілген (бірдей жиілікте = const, ртрлі жары аыны шін фототокты катод пен анод арасына тсірілген кернеуге туелділігі). Графиктен байайтынымыз:

- болан кезде катодтан шыан электрондарды бір блігі анода жетеді. Егер теріс табалы тежеуіш кернеу беретін болса

9.1 сурет , фототок нольге айналады. Тежеуіш кернеу

жары аынына туелсіз, ол жары жиілігімен ана аныталады;

- кернеуді болатын бір мнінде фототок аныу мніне жетеді I_ан.

аныу тогы нерлым лкен болса, жары аыны Ф сорлым лкен болады (яни уаыт бірлігінде кбірек электрондар шып шыады);

- катода жиілігі ртрлі жары тсірейік. Егер жары жиілігі катодты материалына тн жиіліктен аз болса, жары аыныны кез келген мнінде фотоэффект байалмайды. жиілік пен оан сйкес келетін толын зындыы, – фотоэффектіні ызыл шекарасы деп аталады. Заттан электрондарды шып шыуы жарыты толынды табиатына айшы келмейді, біра ол фотоэффект задылытарын тсіндіре алмайды.

Фотоэффект задарын алаш рет 1905 ж. А.Эйнштейн тсіндірді. Фотон металл бетіне тскенде зіні барлы энергиясын электрона береді. Егер бл энергия лкен болса, электрон металлды ішінде стап тран кшті жеіп, металдан сырта шып шыа алады. Бл процессте энергияны саталу заы орындалады:

, (9.6)

мндаы – – металл бетінен шып шыан электронны максималды жылдамдыы; – электронны металдан шыу жмысы; –электронны массасы.

(9.6) рнегі фотоэффект шін Эйнштейн заы деп аталады. Бл формула фотоэффектіні барлы задылытарын тсіндіреді:

- егер сулелену интенсивтілігі те жоары болмаса, онда рбір фотоэлектрон бір фотонны энергиясын абылдайды. Бл кезде электронны максималды жылдамдыы фотонны энергиясына ана туелді;

- Фотондарды аыны тыыздыы фотондарды электрондармен сотыысу санына байланысты згереді. Сондытан аныу тогы сулелену интенсивтілігіне тура пропорционал;

Комптон эффекті

1922 жылы А.Комптон эксперимент жзінде рентген сулелерін еркін электрондар арылы шашыратанда оларды жиіліктері екі блшекті (фотон мен электронны) серпімді сотыысу заына сйкес згеретінін крсетті.

Комптон тжірибе жасаан рылыны схемасы 9.2-суретте крсетілген.

9.2 сурет

Комптон эффектісіні негізгі ерекшелігі: толын зындыы згерісі тскен сулені толын зындыына да, шашырататын зата да туелді емес, шашырау брышымен ана аныталады.

, (9.7)

мндаы – траты сан, электронны комптонды толын зындыы деп аталады, .

Комптон эффектісін тсіндіру шін рентген фотоны мен тыныштытаы еркін электронны серпімді сотыысуын арастырамыз. Атомдаы электронны байланыс энергиясы фотонны электрона беретін энергиясынан (лдеайда) біршама кіші.

Энергиямен импульсты саталу задарын жазса

, (9.8)

, (9.9)

мндаы и – рентген фотоныны сотыысуа дейінгі жне одан кейінгі энергиялары;

– электронны сотыысуа дейінгі энергиясы;

- электронны сотыысудан кейінгі энргиясы;

– сотыысудан кейінгі электрон импульсі;

и - сотыысудан кейінгі жне одан кейінгі фотон импульсі.

(9.9) тедеу 9.3-суретте векторлы диаграмма трінде крсетілген.

Осы диаграмманы олданып, (9.9) тедеуді скалярлы трде жазамыз

,

9.3 сурет мндаы

. (9.10)

(9.10) формула Комптон тжірибелеріні нтижелерімен сйкес келеді. Бл электрмагниттік суле шыаруды корпускулалы асиеті туралы тсінікті дрыс екенін крсетеді.