15.3. Қондырғының сипаттамасы

Бұл жұмыста сыртқы фотоэффекті фотоэлементтердің вольт-амперлік және жарықтық сипаттамалары зерттелінеді.

Төменде, 15.1-суретте, қондырғының принциптік электр схемасы келтірілген

		ФЭ	-
220 B		Л
		V
			R
	Тр	A	+

15.1-сурет. Фотоэлементтердің вольтамперлік және жарықтық сипаттамаларын зерттеуге арналған қондырғының принциптік схемасы

Л-қыздыру қылының ұзындығы шектелген электр лампасы. Лампаны

167

қоректендіру токты реттейтін тетігі бар төмендеткіш трансформатор арқылы іске асырылады. Фотоэлемент ФЭ тұрақты кернеу түзеткішіне жалғанады (схемада оның тек шығыс клеммаларының полярлығы көрсетілген). Фоттоэлементке берілетін кернеу потенциометр R арқылы реттеліп V вольтметрмен бақыланады. Ток А амперметрмен өлшенеді. Электр лампасы мен фотоэлемент оптикалық орындықтың рейтерлерінің бағанасына бекітіледі. Рейтерлерді оптикалық орындықтың бойымен жылжытуға болады. Фотоэлемент пен электр лампасының оптикалық орындықтағы алатын орындарын осы орындықтың бойымен бекітілген шкала арқылы бағалауға болады.

Фотоәффект заңдары.

(1) Столетов заңы: түскен жарықтың жиілігінің бекітілген (тұрақты) мәнінде бірлік уақыт ішінде фотокатодтан шыққан фотоәлектрондар саны жарық интенсивтілігіне пропорционал (қанығу фототок күші катодтың әнергетикалық жарықталуына пропорционал).

(2) Фотоәлектрондардың бастапқы максимал жылдамдықтары түскен жарықтың интенсивтілігіне тәуелді емес, тек жарықтың жиілігімен анықталады.

(3) Әр зат үшін фотоәффекттің қызыл шегарасы бар – одан төмен мәнде фотоәффект мүмкін болмайтын жарық жиілігінің минимал мәні (заттың химиялық құрылымына және зат бетінің күйіне байланысты).

Фотоәффект механизмін түсіндіру үшін Әйнштейн өз жорамалын ұсынды. Әйнштейн жорамалы бойынша жиілігі жарық тек бөлек кванттар ретінде шығарылып қоймай, сонымен қатар кеңістікте таралып, затпен бөлек порциялар (кванттар) ретінде жұтылады. Кванттардың әнергиялары:

Вакуумда с жарық жылдамдығымен таралатын жарық кванттары фотондар деп аталады.

Түскен фотонның әнергиясы әлектронның металданшығу үшін істелінетін шығу жұмысынаА және ұшып шыққан фотоәлектронға кинетикалық әнергия беру үшін жұмсалады.

Сыртқы фотоәффектке арналған Әйнштейн теңдеуі:

Бұл теңдеу фотоәлектрондардың кинетикалық әнергиясының түскен жарықтың жиілігіне тәуелділігін түсіндіреді (2-заң). Фотоәлектрондардың кинетикалық әнергиясы нольге тең болатын жарықтың шектік жиілігі :

(немесе )

Фотоәффекттің қызыл шегарасы болып табылады (3-заң).

Ә йнштейн теңдеуінің басқаша түрде жазылуы:

Суретте алюминий, мырыш және никель үшін фотоәлектрондардың максимал кинетикалық әнергиясының түскен жарықтың жиілігіне тәуелділігі көрсетілген. Барлық түзулер бір-біріне параллель, туындысы катод материалына байланысты емес және сан мәні жағынан h Планк тұрақтысына тең. Ординат осі боымен алынған кесінділер сан мәні бойынша әлектрондардың сәйкесінше металлдардан А шығу жұмысына тең.

Фотондардың бар болуы Боте тәжірибесінде көрсетілген. Екі счетчиктің Сч арасына қойылған жұқа металл фольга Ф қатты сәулелену нәтижесінде рентген сәулелерін шығарды. Егер шыққан рентген сәулесінің әнергиясы барлық жаққа бірқалыпты таралатын болғанда, онда екі счетчик бір уақытта жұмыс істеу керек еді және қозғалмалы Л лентада М маркерлерімен сызылған синхронды белгілер пайда болу керек еді. Шын мәнінде белгілер ретсіз орналасқан болып шықты. Яғни әрбір сәуле шығару кезінде не бір бағытқа, не басқа бағытқа ұшатын жарық бөлшектері (фотондар) пайда болады.

27.Толық ішкі шағылу құбылысын зерттеу. Осы құбылысқа негізделініп жұмыс істейтін құралдар. Толық ішкі құбылысы техникада қай саласында қолданылатын құбылыс?

Түскен жəне сынған сəуле жəне сəуленің түскен нүктесінде екі ортаның шекарасына тұрғызылған перпендикуляр бір жазықтықта жатады. α түсу бұрышы синусының β сыну бұрышы синусына қатынасы берілген екі орта үшін тұрақты шама болады:

n тұрақты шама екінші ортаның бірінші ортаға қарағандағы салыстырмалы сыну көрсеткіші деп аталады. Ортаның вакуумға қарағандағы сыну көрсеткіші абсолют сыну көрсеткіші деп аталады. Екі ортаның салыстырмалы сыну көрсеткіші олардың абсолют сыну көрсеткіштерінің қатынасына тең:

n = n₂ / n₁ (2) Абсолют сыну көрсеткіші аз ортаны оптикалық тығыздығы аз орта деп атайды. Жарық оптикалық тығыздығы көп ортадан оптикалық тығыздығы аз ортаға өткенде n₂ < n₁ (мысалы, шыныдан ауаға) толық ішкі шағылу құбылысын байқауға болады. Басқаша айтқанда сынған сəуленің жоғалып кетуін. Бұл құбылыс түсу бұрышының αш толық ішкі шағылудың шекті бұрышы деп аталатын бұрыштан асқан кезде байқалады (1 сур.).

Түсу бұрышы α=αш тең болғанда sin β=1, ал sin α_ш = n₂ / n₁ < 1. Егер екінші орта ауа болса (n₂ ≈ 1), онда (1) формуланы келесі түрде жазған қолайлы болады sin α_ш = 1 / n, (3 бұл жерде n = n1 > 1 – бірінші ортаның абсолют сыну көрсеткіші. Органикалық шыны ауа шекарасы үшін (n = 1,5) шекті бұрыш αш = 42о, су-ауа шекарасы үшін (n = 1,33) - αш =48,7о.

Толық ішкі шағылу құбылысы көптеген оптикалық қодырғыларда қолданылады. Практика тұрғысынан ең маңызды жəне ең қызықты қолдануы болып волокондық жарықжетекшілерін жасау табылады. Жарықжетекшілері оптикалық мөлдір материалдан (шыны, кварц) жасалған майысқан жінішке (бірнеше микрометрден милиметрге дейінгі) жіптер. Жарық жарықжетекшіге енгеннен кейін оның ішкі беттерінен толық ішкі шағылу нəтижесінде үлкен қашықтыққа таралуы мүмкін (2 сур.). Оптикалық жарықжетекшілерін жасаусен олардың қолдануымен айналысатын ғылыми-техникалық сала волокондық оптика деп аталады.