89. Франк пен Герц тәжірибелері.

Франк-Герц тәжірибесі — атомның ішкі энергиясының үздіксіз өзгермейтіндігін, яғни белгілі бір дискреттік мәндер қабылдайтындығын (квантталатындығын) дәлелдейтін тәжірибе. Тәжірибені алғаш рет 1913 ж. неміс физиктері Дж. Франк пен Г.Герц жасады. Бұл тәжірибе Н.Бордың кванттық теориясын дәлелдеуде маңызды рөл атқарды. Тәжірибеде ток күшінің К катод пен С₁ тор арасындағы үдетуші потенциалдар айырымына тәуелділігі зерттелді; С₂ тор мен А анод арасына тежеуші кернеу түсірілген; Қ аймақта үдеген электрондар торлар арасындағы сынап буының (Л түтікшені толтырып тұрған) атомдарымен соқтығысатын ҚҚ аймаққа барады. Соқтығысқаннан кейін ҚҚҚ аймақтағы тежеуші потенциалды жеңуге жеткілікті энергиясы бар электрондар 4,9 эВ электрондар атомдармен серпімді соқтығысады да, бірақ атомдардың ішкі энергиясын өзгертпейді. Егер V 4,9 В-тан артып кетсе (немесе одан еселік 9,8В, 14,7 В, мәндерден), Қ (V) қисық сызығында электрондардың атомдармен соқтығысуы серпімсіз болғандығын, яғни электрондар энергиясы атомдардың ішкі энергиясына ауысқандығын көрсететін құлдыраулар пайда болады.анодқа түседі. Үдетуші потенциалды 4,9 В-қа дейін арттырғанда Г гальванометр тіркейтін ток күші монотонды артады. Демек, энергиясы  Энергияның 4,9 эВ-қа еселі мәндерінде электрондар әрбір атомға 4,9 эВ энергиясын бере отырып, олармен бірнеше рет серпімсіз соқтығыса алады. Демек Ф.-Г. т. негізгі энергет. күйдегі сынап атомдары жұта алатын энергияның ең аз мүмкін үлесі (энергияның ең аз кванты) 4,9 эВ екендігін көрсетті.

90 Фотоэффект құбылысы.

Сыртқы фотоэффект деп қатты және сұйық заттардан жарық әсерінен электрондарды бөліп шығаруды айтады. Столетов тәжірибесінің сұлбасы 23.5-суретте көрсетілген.

23.5-сурет. Столетов тәжірибесінің сұлбасы.

Жарық жарық көзінен С мыс тор арқылы өтіп, Д цинкті пластинаға түседі. Д пластинаны жарықпен жарықтандырғанда тізбекте фототок деп аталатын электр тогы пайда болады. Ал С пластинаны жарықтандырғанда фототок пайда болмайды. Бұдан шығатын қорытынды: жарық әсерінен металл теріс зарядты бөлшектерді − электронды жоғалтады. Фотоэлементтің вольтамперлік сипаттамасын талдау 23.6-суретте көрсетілген.

23.6-сурет. Фотоэлементтің вольт-амперлік сипаттамасы.

Бұдан С мен Д пластиналардың арасында тіпті аз ғана теріс кернеулер кезінде де аздаған фототок пайда болатындығы өрінеді. Өйткені катодтан бөлініп шыққан электрондардың бастапқы кинетикалық энергиясы нолден өзгеше. Фотоэлектрондардың алғашқы максимум жылдамдығы тежегіш кернеумен мына қатыста байланысқан:

. (23.21)

Токтың максимал мәні І_қ − қанығу фототогы деп аталады. Бұл ток, жарық әсерінен катодтан бөлініп шыққан барлық электрондардың анодқа толық жетуіне қажет кернеу мәндеріне сәйкес келеді. Столетов зертеулерінің негізінде фотоэффект заңдары тағайындалды:

1. Фотоэффект инертті емес.

2. Уақыт бірлігінде катодтан ыршып шығатын фотоэлектрондардың мөлшері жарық интенсивтілігіне пропорционал болады және жиілікке тәуелсіз.

3. Фотоэлектрондардың максимал жылдамдығы түсетін жарық жиілігіне тәуелді, ал интенсивтілікке тәуелсіз.

4. Әрбір зат үшін фотоэффектінің қызыл шегі деп аталатын фотоэффект құбылысы байқалатын жарық жиілігі болады.

Энергиясы болатын фотон, металл бетін атқылап электронмен соқтығысады жєне толығымен өзінің барлық энергиясын (23.7-сурет) береді.

23.7-сурет. Фотоэффект құбылысының сұлбасы.

Бұл кезде фотон энергиясы металдан электронның шығу жұмысына және оған кинетикалық энергия беруге жұмсалады. Онда фотоэффект үшін энергияның сақталу заңы мына түрде жазылады:

. (23.22)

Соңғы тендеу фотоэффект үшін Эйнштейн тендеуі деп аталады.