31.Сыртқы фотоэлектрлік эффектінің негізгі заңдарын зерттеу

Фотоэффекттің ашылуы. Жарықтың корпускулалық қасиеттері білінетін құбылыстар қатарына ең алдымен жарық әсер еткенде заттан электронның бөлініп шығу құбылысы -фотоэффект жатады. Бұл құбылысты 1887 ж Г.Герц алғаш ашқан. Ол кернеу берілген екі электродтың (ұшқын разряд аралығы) теріс электродын (катод) ультракүлгін сәулелермен жарықтандырылғанда бұлардың аралығынан ұшқынның өтуі жеңілдейтіндігін, яғни ұшқын разряд жарықтандырылмаған кездегіден төменірек кернеу жағдайында өтетіндігін байқаған. Құбылысты алғаш Г.Столетов және тағы басқа ғалымдар зерттеді, құбылыстың физикалық мәнісі ашылып, негізгі заңдылықтары анықталды. Құбылыстың өзі сыртқы фотоэффеки деп аталды.

Тәжірибе деректері.

Егер катод жарықтандырылмаған болса катод пен анод арасында ток болмайды. Жарықтандырылған кезде электр тоғы байқалады, ол фоток деп аталады. Фототок күші потенциялдар айырымына, жарық интенсивтілігіне, катод материалына және жарық жиілігіне тәуелді болады. Әрине, токтың өтуін қамтамасыз ететің нәрсе жарықтандыру әсерінен катод бетінен бөлінетін теріс зарядтардың қозғалысы екендігі анық.

Сыртқы фотоэффект заңдары былай деп тұжырымдалады:

1. Жарық жиілігі тұрақты болғанда катод бетінен уақыт бірлігінде жұлынып шығарылатын электрон саны жарық интенсивтілігіне тура пропорционал I ~ n_э болады.

2. Фотоэффекті катодтың берілген затына тән және фотоэффектің қызыл шекарасы деп аталатын қайсыбір _жиіліктегі жарық қана тудыруы мүмкін. Катод бетінен 0-ден бастап m·V²/2 –ға дейінгі энергиялары бар электрондар бөлініп шығады. Осы максимум энергияның жарық жиілігі артқанда сызықты түрде артады, ал жарық интенсивтілігіне тәуелді болмайды.

Катодтың жарықтандырылуы басталған уақыттан фототок қаншалықты кешігіп пайда болатындығын анықтауға арналған зерттеулер жүргізілді. Сонда қандай да бір кешігу байқалмаған. Жүргізілген дәл өлшеулерде кешігдің t < 10^-9с-тан аспайтындығы дәлелденді.

Денелердің сәулелік энергияның шығаруы мен жұтуын зерттеген кезде жарықтың өзін бөлшектер (фотондар деп аталып кеткен) ағыны тәрізді ұстайтындығы анықталды.Мұндай қорытындыға, мысалы, тәжірибе көрсеткендей, қыздырылғанденелердің өздерінің энергиясын сәулеленуге үздіксіз түрде (толқындарды шығарғандағыдай) емес, үлестер түрінде жұмсайтындығы әкелді.

32. Жарықтың дисперсиясы. Фазалық және топтық жылдамдық. Олардың арасындағы байланысты сипатта.

Заттың n сыну көрсеткішінің электромагниттік толқынның толқын ұзындығына (немесе жиілігіне) тәуелділігі әлде бұған сәйкес ортадағы жылдамдықтың -ға (немесе жиілігіне ) тәуелділігі электромагниттік толқынның (жарықтың) дисперсиясы деп аталады.

Сонымен, электромагниттік толқынның (жарықтың) дисперсия құбылысы n=n( ) [n=n( )] немесе = ( ) [ = ( )] функциялық тәуелділіктерінің болатындығын білдіреді.

Электроманиттік толқындардың дисперсиясы байқалатын орталар дисперсиялаушы орталар деп аталады. немесе туындысымен анықталатын физикалық шама зат дисперсиясы деп аталады, ол дисперсиялаушы ортаны сипаттайтын шама. Әдетте тәжірибеде толқын ұзындығы өскенде ортаның сыну көрсеткішінің кішіреюі (немесе түсетін толқынның жиілігі өскенде сыну көрсеткішінің өсуі) байқалады. Осындай дисперсия қалыпты дисперсия деп аталады. Кейбір жағдайларда, керісінше түсетін жарықтың толқын ұзындығы кішірейгенде, яғни тербеліс жиілігі артқанда сыну көрсеткішінің кемуі байқалады – бұл аномаль дисперсия деп аталады.

n( ) тәуелділігін теориялық жолмен алуға бірнеше рет әрекет жасалған. 19 ғ.-да атақты математика Коши Френельдің көріністеріне сүйеніп мына формуланы ұсынды:

Мұндағы - вакуумдық толқын ұзындығы; А, В, С – тәжірибеде анықталатын тұрақтылар.

Жарықтың фазалық және топтық жылдамдығы.

Бір-бірінен жиіліктері бойынша айырмашылығы аз толқындардың суперпозициясын толқындық пакет немесе толқындар тобы деп атайды. Толқындық пакеттің аумағында монохроматты құраушылар бірін-бірі күшейтеді, ал пакеттен тыс іс жүзінде бірін-бірі өшіреді.

Вакуумда пакетті құрап тұратын барлық монохроматты толқындар (1) бірдей фазалық жылдамдықпен таралады, мұндағы - толқындық сан. Осындай жылдамдықпен толқындық пакеттің өзі вакуумда өзінің пішінін өзгертпей таралады.

Егер дисперсия болмашы аз болса, онда толқындық пакеттің жайылуы өте тез болмайды. Осы жағдайда толқындық пакетке оның «ауырлық центрі» орын ауыстыратын жылдамдықты беруге болады. Бұл – топтық жылдамдық.

(2)

Топтық жылдамдық үшін өрнекті басқаша түрге келтіруге болады. (1)-ге сәйкес –ны арқылы алмастырып, мына өрнекті аламыз:

. (3)

және болғандықтан, (3) өрнегін былай жазуға болады:

(4)

Бұл – Рэлей формуласы. Қалыпты дисперсия аймағында топтық жылдамдық фазалық жылдамдықтан кіші болады (u < ).

33. Сыну көрсеткішінің қалыпты және аномальды дисперсиядағы ерекшеліктерін көрсет.

Заттың n сыну көрсеткішінің электромагниттік толқынның толқын ұзындығына (немесе жиілігіне) тәуелділігі әлде бұған сәйкес ортадағы жылдамдықтың -ға (немесе жиілігіне ) тәуелділігі электромагниттік толқынның (жарықтың) дисперсиясы деп аталады.

Сонымен, электромагниттік толқынның (жарықтың) дисперсия құбылысы n=n( ) [n=n( )] немесе = ( ) [ = ( )] функциялық тәуелділіктерінің болатындығын білдіреді.

Электроманиттік толқындардың дисперсиясы байқалатын орталар дисперсиялаушы орталар деп аталады. немесе туындысымен анықталатын физикалық шама зат дисперсиясы деп аталады, ол дисперсиялаушы ортаны сипаттайтын шама. Әдетте тәжірибеде толқын ұзындығы өскенде ортаның сыну көрсеткішінің кішіреюі (немесе түсетін толқынның жиілігі өскенде сыну көрсеткішінің өсуі) байқалады. Осындай дисперсия қалыпты дисперсия деп аталады. Кейбір жағдайларда, керісінше түсетін жарықтың толқын ұзындығы кішірейгенде, яғни тербеліс жиілігі артқанда сыну көрсеткішінің кемуі байқалады – бұл аномаль дисперсия деп аталады.

n( ) тәуелділігін теориялық жолмен алуға бірнеше рет әрекет жасалған. 19 ғ.-да атақты математика Коши Френельдің көріністеріне сүйеніп мына формуланы ұсынды:

Мұндағы - вакуумдық толқын ұзындығы; А, В, С – тәжірибеде анықталатын тұрақтылар.