Fizika pani boyinsha lekciyalar

29-tema. Kvant fizikası elementleri

Jobası:

1.Fotoeffekt hádiysesi.Stoletov tájiriybesi.

2.Stoletov nızamları. Eynshteyn teńlemesi.

3.Fotoeffekttiń qollanılıwı.

4.Lyuminestsentsiya. Jaqtılíq basımı

Tayanısh túsinikler hám sózler: fotoeffekt hádiysesi, sırtqı fotoeffekt, ishki fotoeffekt, Stoletov tájriybesi,fotoelektronlar, fototok, toyınıw togı, tutıwshı potentsial,Stoletov nızamları,

Eynshteyn teńlemesi, fotoeffekttiń qızıl shegarası.

1.Jaqtılíq tásirinde elektronlardıń zatlardan ajralıp shıǵıw hádiysesi sırtqı fotoeffekt dep ataladı. Bul hádiyseni 1887-jılı G.Gerts ashqan hám ol áh90-jılı rus fizigi A.Stoletov tárepinen úyrenilgen. Eger sırtqı fotoeffekt tiykarınan ótkizgishlerde bolıp ótiwin hám olardaǵı elektronlardıń atom hám molekulalarǵa baylanıs energiyası júdá kishiligin esapqa alsaq, elektronlar atomlar hám molekulalardan ajralıp shıǵıwına isenim payda etemiz. Agar atom yaki molekuladan ajratıp alınǵan elektron zattıń ishinde erkin elektronlar sıpatında qalsa, bunday hádiyse ishki fotoeffekt dep ataladı. İshki fotoeffekt tiykarınan yarımótkizgishlerde gúzetilip, á90h-jılı rus fizigi A.İoffe tárepinen úyrenilgen.

Stoletov tárepinen sırtqı fotoeffekttiń úyreniw tájriybesiniń sxeması á- súwrette kórsetilgen.

Vakkumlı trubkada katod wazıypasın orınlawshı tekserilip atırǵan plastinka hám anod

Potentsiometr járdeminde anod kernewiniń mánisin hám belgisin ózgertiwge boladı.

Katod hám anod arasındaǵı kernew artıwı menen fototoktıń mánisi hám artıp baradı. Kernewdiń bazı bir mánisinen baslap kernew ózgermey qaladı. Bunıń sebebi, jaqtılíq tásirinde katodtan urıp shıǵarılıp atırǵan elektronlardıń barlıǵı anodqa jetip barǵanlıǵınan. Bul tok toyınıw togı dep ataladı. Toyınıw togınıń mánisi katodqa túsip atırǵan jaqtılíq aǵımına baylanıslı bolıp, jaqtılíq aǵımı kóbeyiwi menen toyınıw togınıń mánisi hám artıp baradı.

Fotoeffektiń volt-amperlik xarakteristikası (VAX) boyınsha, anod kernewi nolge teń bolǵan jaǵdayda hám shınjırda tok boladı eken. Bunıń sebebi, katodtan urıp shıǵarılıp atırǵan elektronlardıń sırtqı tásir bolmaǵanda hám anodqa jetip alıwları ushın jeterli bolǵan kinetikalíq energiyaǵa iye bolıwı. Bul elektronlardı toqtatıw ushın tormozlawshı kúsh bolıw kerek. Bunday kúshti payda etiw ushın aldınǵısına keri baǵıtta kernew qoyıladı hám payda bolǵan elektr

172

maydanı elektronlardıń anodǵa qaray háreketleniwine tosqınlíq qıladı.Nátiyjede tormozlawshı kernewdiń málim mánisinen baslap barlíq elektronlar toqtatıp qalınadı hám shınjırdaǵı tok nolge teń boladı. Kernewdiń bul mánisi tutıwshı kernew dep ataladı. Tutıwshı kernewdiń mánisine qarap shıǵıp atırǵan elektronlardıń tezligin anıqlawǵa boladı.

2. Ótkerilgen júdá kóp názik tájiriybeleri tiykarında Stoletov fotoeffekttiń tómendegi nızamların anıqladı.

1.Toyınıw fototogınıń mánisi katodqa túsip atırǵan jaqtılíq aǵımına proportsional:

I t Фе (á)

yaǵnıy jaqtılíq aǵımı kansha úlken bolsa(intensiv bolsa), fototok hám sonsha úlken boladı.

Bunda k - katod materialınıń jaqtılíqtı seziwin xarakterlewshi koeffitsient.

2.Fotoelektronlardıń kinetikalíq energiyası túsip atırǵan jaqtılíqtıń jiyiligine tuwrı proportsional hám jaqtılíq aǵımına baylanıslı emes.

3.Túsip atırǵan jaqtılíq intensivligi qanday bolıwınan qáttiy názer, fotoeffekt málim jiyilikten baslap bayqaladı hám bul jiyilik katodtıń qanday materialdan jasalǵanına baylanıslı.

Stoletov nızamları haqqında tereń oy juwırtqan A.Eynshteyn fotoeffekt hádiysesin Plank gipotezası tiykarında túsindiriwge qarar qıldı. Ol Plank gipotezasın rawajlandırıp, jaqtılíq tek

ǵana shıǵarlǵanda emes, bálki keńislikte tarqalǵanda hám, basqa zatlar tárepinen jutılǵanda hám ózin fotonlar aǵımınday tutadı, degen pikirdi bildirdi.

Eynshteyn fotoeffekt hádiysesin sonday túsindirdi. Katodǵa túsip atırǵan foton óziniń energiyasın elektronǵa beredi. Eger bul energiya elektronnıń shıǵıw jumısınan úlken bolsa, elektron katodtan ajralıp shıǵadı. Biraq ol anodqa jetip barıwı ushın kinetikalíq energiyaǵa hám iye bolıwı kerek. Keri jaǵdayda ol jáne qaytadan katod zatına jutılıwı múmkin. Solay etip, fotoeffekt hádiysesi bolıw ushın fotonnıń energiyası elektronnıń zattan ajralıp shıǵıwına hám oǵan kinetikalíq energiya beriwge jeterli bolıwı kerek, yaǵnıy:

!dette, bul shárt fotonnıń energiyası kishi bolǵanda júzege kelgeni ushın oǵan fotoeffekttiń qızıl shegarası delinedi.

Endi Eynshteyn teńlemesi járdeminde Stoletov nızamların analizlep óteyik.

1. Eger túsip atırǵan jaqtılíq aǵımı qansha úlken bolsa, ondaǵı fotonlar sanı hám sonsha kóp boladı. Kóp sandaǵı fotonlar kóbirek elektronlardı urıp shıǵaradı onda toyınıw togınıń mánisi hám úlken boladı.

173

2.Eger elektron bir ǵana fotonnan energiya alar eken, demek, onıń kinetikalíq energiyası katodǵa neshe foton túsip atırǵanına emes, bálki hár bir fotonnıń energiyasına baylanıslı boladı. Sonıń ushın fotonnıń energiyası, yaǵnıy jiyiligi artıwı menen elektronnıń kinetikalíq energiyası hám artadı. Basqasha aytqanda, fotoelektronlardıń kinetikalíq energiyası túsip atırǵan jaqtılíq jiyiligine tuwrı proportsional boladı.

3.Fotoeffekttiń qızıl shegarası ushın tabılǵan (q) ańlatpa úshinshi nızamın túsindirip beredi. Fotonnıń energiyası shıǵıw jumısına teń bolǵannan baslap fotoeffekt hádiysesi júzege kele baslaydı. Energiyası shıǵıw jumısınan kishi bolǵan foton, jaqtılíq intensivligi qanday bolıwdan qáttiy názer, elektrondı metalldan urıp shıǵara almaydı hám sonıń ushın fotoeffekt bolmaydı.Túrli metallar ushın shıǵıw jumısınıń mánisi túrlishe bolǵanlíqtan, olar ushın fotoeffekttiń qızıl shegarası hám túrlishe boladı.

Eger túsip atırǵan jaqtılíq intensivligi júdá úlken bolsa(lazer nurları), kóp fotonlı fotoeffekt bolıwı múmkin. Bunda elektron bir waqıttıń ózinde bir emes, bálki n fotonnan energiya aladı hám bul ushın Eynshteyn formulası tómendegi kóriniske iye boladı:

texnikada keń qollanıladı. Olardan eń kóp tarqalǵanı – vakkumlı hám gaz toltırılǵan fotoelementler.

Súwretti sımsız jetkerip beriw(fototelegrafiya) - fotoelementtiń eń kóp qollanatuǵın oblastlarınıń biri. Buǵan televideniya jaqsı mısal bola aladı. Súwretti elektr signallarına aylandırıw ikonoskop dep atalıwshı áspabta ámelge asırıladı. İkonoskop beti júdá kóp kishi fotoelementlerden ibarat bolǵan áspab. Olar ózlerine túsip atırǵan jaqtılíqqa sáykes bolǵan elektromagnit tolqınlar payda etedi hám bul tolqınlar uzaq aralíqlarǵa beriledi. Antenna járdeminde qabıl etilgen signallar bolsa kineskopta qaytadan jaqtılíq signalına, yaǵnıy súwretke aylanadı.

Fotoelement járdeminde islewshi fotoreleler sanaǵısh, avtomatik túrde túrli mexanizmlerdi iske túsiriwshi hám qadaǵalawshı qurılmalardıń tiykarın quraydı. Fotorele–jaqtılíq túskende yaki jaqtılíq túsiwin toqtatqanda islewi múmkin. Fotorelezamanagóy robotlardıń seziw qurılmalarınan baslap, metrolarǵa kiriwdi qadaǵalawshı qurılmalarǵa shekem, qala kósheleriniń jaqtılandırıw sisteması, detallardıń forması hám reńine qarap ajratıwǵa shekem bolǵan wazıypanı orınlawshı qurılmalardıń tiykarın quraydı.

Fotoqarsılı3.Fotoqarsılíq ishki fotoeffektke tiykarlanıp isleytuǵın áspab esaplanadı.Fotoqarsılíq dep, qarsılıǵı oǵan túsip atırǵan jaqtılíq intensivligine baylanıslı bolǵan yarımótkizgishli qurılmalarǵa aytıladı. Onıń islew printsipin túsiniw ushın yarımótkizgishtiń jumıs printsipin analiz eteyik.Sonı atap ótiw kerek, jaqtılandırmaǵan yarımótkizgishte hám málim muǵdarda erikn elektronlar bar boladı hám olar yarımótkizgishtiń menshik ótkiziwsheńligin payda etedi. Eger yarımótkizgishke kernew qoyılsa, onda elektr togı payda boladı hám bul tok menshik tok(Im) dep ataladı. Eger yarımótkizgishke jaqtılíq tússe, qosımsha elektronlar hám gewekler payda bolıp, onıń ótkiziwsheńligi jaqsılanadı hám shınjırdaǵı tok jaqtılíq togına shekem artadı. Jaqtılíq togı hám menshik toklardıń ayırması: I=Ij-Im – fototok dep ataldı.Fotoqarsılíq sesli kinoda, televideniyada, telemexanikada, avtomexanikada signal beriwshi

úskene sıpatında isletiledi.

174

Lyuminestsentsiya.

Geybir denelerge jaqtılíq túsirsek, onda olar ózleri jaqtılíq shıǵara baslaydı. Usı qubılıstı lyuminestsentsiya dep ataydı. Deneden shıǵıp atırǵan jaqtılíqtıń jiyligi shıǵ denege túsken

< túsiw, h yamasa túsiw h > shıǵıw h Dene atomnıń jatqan fotonnıń energiyası, onıń shıǵarǵan fotonnıń lyuminestsentsiyanıń bir neshe túri bar.

1.Fotolyumenestsentsiya - jaqtılíq tásirinen bolatuǵın jaqtılanıw.

2.Elektro lyuminestsentsiya elektir zaryadı gezindegi jaqtılanıw (mısalı, gazzaryadlı tútikshelerdiń jaqtılanıw, qanttı yamasa kristaldı untaqlaǵandaǵı jaqtılanıw)

3.Katodlyuminestsentsiya-elektron soqlıǵısıwınan payda bolatuǵın jaqtılanıw (mısalı, televizor menen ostsilograf ekranlarınıń jaqtılanıwı)

4.Ximlyuminestsentsiya-dene ishindegi ximiyalíq ózgerisler negizinde payda bolatuǵın jarqıraw (fosfordıń jaqtılanıwı, teńiz janıwarınıń jarqırawı)

5.Radiolyuminestsentsiya-radioaktivli nurlardıń tásirinen payda bolatuǵın jarqıraw (mıs, stsintilyatsiyalíq sanawshılar ekrannıń jaqtılanıwı)

6.Rentgenlyuminestsentsiya-rentgen nurları payda etetuǵın jaqtılanıw (mısalı, rentgen aparatı ekrannıń jaqtılanıwı)

w.Sonolyuminestsentsiya-ultra ses terbelisleriniń suyıqlíqlarda payda etetuǵın jaqtılanıwı.

Lyuminestsentsiya elektromagnit tolqınlarınıń energiyasın ximiyalíq energiyanı hám mexanikalíq energiyanı birden kórinetuǵın jaqtılíq energiyasına aynaldıratuǵın generator desekte boladı. Geybir dene óz jaqtılanıwı jaqtılanıw toqtawı menen aǵaradı. Onday jaqtılanıw fiuorestsentsiya dep ataladı. Al jaqtılanıw toqtalǵannan keyin dene jaqtılanıwın toqtatpasa onday jaqtılanıwdı fosforestsentsiya dep ataydı.

*aywanlar dúnyasında gezlesken jaqtılanıw fluorestsentsiyaǵa kiredi. jaqtılanıw hár túrli zat ushın túrine boladı. Sonlíqtan haywanlardan alınatuǵın awqatlíq zat túrleriniń buzılǵanın yamasa buzılmaǵanın olardıń iysine qaray ayırıwǵa boladı zatlardı usı qádesi negizinde tekseriwdi lyuminestsentlik analiz dep ataydı.

Jaqtılíq basımı

Jaqtılíq basım túsiretuǵının eń birinshi ret P.N.Lebedev (á90á) anıqlanadı. Júdá dál tájiriybeler jasay otırıp, ol denege túsken jaqtılíqtıń basımı onıń( jaqtılíqtıń) intensivligine (I) jaqtılíq túsken dene betiniń jaqtılíqtı shaǵılıstırıw qábiletine (R) baylanısılǵanı dáliledi. Jaqtılíq túsiretuǵın basım júdá az. Mısal. Jerdiń atmosfera qabatına kúnnen keletuǵın jaqtılíq intensivligi, áń00 Vt/mǵ R=0,ó desek, onda jaqtılíq basımı shama menen 7 10 6 Pa boladı. Bul atmosferalíq basımınan 1010 ese az.

Bekkemlew ushın sorawlar:

1. Fotoeffekt dep nege aytıladı?

2. Sırtqı fotoeffekt haqqında aytıp beriń.

3. Stoletov tájriybesin túsindirip beriń?

175

4.Fototok degenimiz ne hám ol qalay payda boladı?

5.Fotoeffekttiń volt-amper xarakteristikasın aytıp beriń.

6. Fotoeffekt bolıwı ushın fotonnıń energiyası qanday bolıw kerek?

7.Fotoeffekttiń qızıl shegarası qalay anıqlanadı?

8.Eynshtey teńlemesi járdeminde fotoeffekt qubılısın túsindirip beriń.

9.Fotoelementler qanday qurılmalar hám olar nelerde qollanıladı?

5-MODUL. ATOM HA’M YADRO FIZIKASÍ

30-tema. Atom fizikası. Atomnıń modelleri.

Jobası:

1.Klassik fizikanıń atom hádiyselerini túsindiriwdegi qıyınshılíqları.

2.Atomnıń Tomson modeli. Rezerford tájiriybesi.

3.Yadronıń ólshemi, zaryadı hám massası.

Tayanısh sózler hám túsinikler: Atom hádiyselerin túsindiriwde klassik fizikanıń qıyınshılíqları, XX – ásir basındaǵı jańalíqlar, atomnıń Tomson modeli, atomnıń yadro modeli, Rezerford tájriybesi, -bóleksheler, yadronıń ólshemi, zaryadı hám massası. Atomnıń yadro modeliniń kemchiligi.

1. XIX ásirdiń aqırına kelip klassik fizika kóp ǵana fizikalíq hádiyselerdi túsindirip bere almay qaldı. Bunday hádiyseler qatarına absolyut qara deneniń jıllılíq nurlanıwı, fotoeffekt, Kompton effekti, kristallardıń tómen temperaturalardaǵı jıllılíq sıyımlılıǵı, atom nurlanıw spektri hám basqa hádiyselerdi kiritiw mumkin. Bul hádiyseler qorshaǵan ortalíqtı orap alǵan materiyanıń ishki qásiyetlerine, protsessin baqlap bolmaytuǵın mikro álemge tán bolıp, onı sheshiw ushın usı waqıtlarda pánge jat bolǵan túsinikler kiritiliwin talap eter edi. Bunday túsinikler bolsa hádiyseniń túp mánisinen kelip shıǵıwı kerek. !ne usınday jańa túsinik - absolyut qara deneniń nurlanıw teoriyasın jaratıwda Maks Plank (á900j.) tárepinen usınılǵan mikroobektler energiyasınıń kvantlanıwı boldı.

áhhú jılı Vilgelm Vin absolyut qara dene nurlanıwın túsindirip, birlik kólem hám jiyilik aralıǵına sáykes keliwshi nurlanıw energiyası /T qatnas artıwı menen eksponentsial halda kemeyiwin kórsetetuǵın formulanı taptı. Vinniń bul formulasın klassik fizika kózqarasınan túsindirip bolmadı. Sebebi, klassik fizikaǵa kóre jiyilik artıwı menen nurlanıw intensivligi hám artıp barıwı kerek. M. Plank, Vin nızamın túsindiriw ushın absolyut qara dene turli jiyiliklerde nurlanıwshı sheksiz kóp sandaǵı bólekshelerden, yaǵnıy nurlanǵıshlardan (ostsillyatorlardan) ibarat dep, bul nurlanǵıshlardıń energiyası nurlanıw nátiyjesinde úzliksiz halda ózgermesten, bálki sekirgen halda hámiyshe h energiya bólegi muǵdarında ózgeredi dep aldı. Planktıń bul pikirinen keyin /T qatnas artıwı menen nurlanıw qábiletiniń kemeyiwin túsindiriw mumkin boldı hám ol bul pikirge tiykarlanıp absolyut qara dene nurlanıwınıń kvant teoriyasın jarattı. Plank, nurlanıw zat bólekshelerinen kvantlar kórinisinde, diskret halda shıǵadı dep esaplaǵan bolsa, A.Eynshteyn Plank teoriyasın jánede rawajlandırıp, nurlanıw zatta kvantlar halında jutıladı dep, fotoeffektti túsindiriwde klassik fizika dus kelgen mashqalanı sheship berdi. Eynshteyinniń

176

fotoeffekt teoriyasına muwapıq, zatqa túsken jaqtılíq kvantı energiyası elektronnıń shıǵıw jumısınan úlken bolsa, elektronlar zattan ushıp shıǵadı hám fotoeffekt baqlanadı. Ushıp shıqqan elektronlardıń kinetik energiyası jaqtılíq kvantı energiyasınan elektronlardıń shıǵıw jumısı ayırmasına teń: Ek = h-A. Bul teoriya tájriybe tiykarında tabılǵan fotoeffekt nızamların túsindirip berdi.

Jaqtılíqtıń zatlardan kvantlar tárizde shıǵıwı hám jutılıwınan jaqtılíqtıń ózi hám kvant tárizde tarqalıwı kelip shıǵadı.

Klassik fizika kristallardıń jıllılíq sıyımlılıǵın túsindiriwde hám qıyınshılíqqa dus keldi. Kristallardıń jıllılíq sıyımlılıǵı ushın klassik teoriyaǵa tiykarlanıp shıǵarılǵan Dyulong-Pti nızamınan jıllılíq sıyımlılıǵınıń turaqlılıǵı kelip shıǵadı:

S = qR = ǵó J/molp.K

Biraq tájriybede kristallardıń jıllılíq sıyımlılıǵı menen temperatura arasındaǵı baylanıstı úyreniw sonı kórsetti, bul nızam tek salıstırmalı joqarı temperaturalarda orınlanar eken. Temperatura absolyut nolge jaqınlawı menen jıllılíq sıyımlılıǵı hám nolge umtıladı. Bunday baylanıs sebebin klassik fizika túsindiriwge hálsizlik etti. Sonnan keyin á90w jılı A.Eynshteyn kvant kózqaraslarǵa tiykarlanıp, tájriybege sáykes keletuǵın jıllılíq sıyımlılıǵınıń kvant teoriyasın jarattı.

á9áú jılı Eynshteyn jaqtılíq kvantı energiyası h dı onıń impulsı h/s menen baylanıstırıwdı usındı. Jaqtılíq kvantlarınıń (fotonlarınıń) haqıyqattan hám bar ekenligi á9ǵq jılı Kompton tájriybesinde, á9ǵú jılı Bote tájriybesinde tastıyıqlandı.

Atom energiyası diskret, yaǵnıy kvantlanǵan halda ózgeriwi Frank-Gerts tájriybesinde tastıyıqlanǵannan keyin, jáne bir qansha tájriybeler kvantlanıw ideyasınıń durıslıǵın tiykarlap berdi. Máselen, Shtern-Gerlax tájriybeleri atomlardıń magnit momentlari hám keńislikli kvantlanıwı bar ekenligin dáliylledi. Mikrobóleksheniń tolqın qásiyetine iye bolıwı haqqındaǵı de-Broyl gipotezasın Devisson hám Jermerler tájriybesinde tastıyıqlanıwı tolqın-korpuskula dualizmı tek ǵana jaqtılíq ushın emes, al pútin mikrobólekshe kurinisindegi zatlarǵa hám tán ekenine gúmán qaldırmadı.

Bunnan soń bólekshelerdiń tolqın qásiyetlerin esapqa alıwshı ulıwma háreket teńlemesin jaratıwǵa kirisildi. Bunday teńlemeni avstriyalíq fizik E.Shredinger jarattı.

-

зарралар

-

заррачалар

манбаи

XIX ásirdiń aqırına kelip klassik fizika gazlardıń spektri hám

atom dúzilisin úyreniwde jáne bir qarama-qarsılíqqa dus keldi. Bul waqıtta atomlardıń nurlanıw spektri málim tártipte jaylasqan spektral sızıqlardan ibarat ekenligi málim boldı. Yaǵnıy, vodorod atomı hám basqa atomlardıń spektral seriyalari anıqlandı. Biraq klassik fizika atomlardıń spektri ne sebepten sızıqlı ekeninin hám bul spektral sızıqlardıń jaylasıwındaǵı nızamlılíqların túsindirip bere almadı. Atom qanday dúzilgen, onıń dúzilisi menen

177

spektrlerindegi nızamlılíqlar arasında qanday baylanıs bar? Bunday sawallarǵa klassik fizika juwap taba almadı.

2. Klassik elektrodinamika boyínsha elektromagnit nurlanıw zaryadlardıń terbelisi nátiyjesinde payda boladı hám onıń jiyiligi, zaryadlardıń terbelis jiyiligine sáykes keledi. Bul nársege Gerts vibratorın mısal etip kórsetiw mumkin. Atomnıń klassik elektrodinamikaǵa tiykarlanǵan birinshi modelin J.J.Tomson (áhóú-á9ń0) á90q jılı usınǵan. Bul modelge muwapıq atom shar formasında bolıp, onıń pútin kólemi boyínsha oń zaryadlar bir tegis bólistirilgen. Usı oń zaryadlar arasında elektronlar hám jaylasqan bolıp, olardıń sanı oń zaryadlar sanına teń bolǵanı ushın atom neytral esaplanadı. Elektron teńsalmaqlíq jaǵdayınan jıljıǵanda onı teńsalmaqlíq jaǵdayına qaytarıwshı serippelilik kúshine uqsas kúsh payda boladı. Usı kúsh tásirinde elektron garmonik terbelmeli háreket qıladı. Maksvelldiń elektromagnit tolqın teoriyasına muwapıq elektron atomda terbelmeli háreket jasaǵanı ushın atom monoxramatik elektromagnit tolqın shıǵaradı. Nurlanǵan elektromagnit tolqın jiyiligi elektronnıń terbelis jiyiligine sáykes keledi. Tomson usı atom modeli menen atomnıń nurlanıw spektri sızıqlı bolıwın túsindirip berdi. G.N.Lorents, Tomsonnıń bul atom modeli tiykarında jaqtılíq dispersiyasınıń elektron teoriyasın jarattı. Bul teoriya normal hám anomal dispersiyalardı túsindirip berdi. Óz waqtında atomnıń Tomson modeli fizikada úlken rol oynadı. Biraq bul model uzaq jasamadı. İnglis alımı Rezerford radioaktiv zatlardan shıǵıwshı - - bóleksheleri juqa metall qatlamınan ótkende shashırawın úyrenip, á9áá jılı atom dúzilisiniń jańa modelin jarattı. - bóleksheler menen tásirlesip atırǵan zattıń atom dúzilisin biliw ushın aldın - bóleksheniń óziniń tábiyatın biliw kerek edi. Sonıń ushın Rezerford -bóleksheniń zaryadın, massasın hám tezligin anıqladı. Rezerford hám Geyger radioaktiv zattan shıǵıp atırǵan - bólekshelerdi Faradey tslindrine toplap, elektrometr járdeminde onıń zaryadı oń bolıp, eki elektron zaryadına (q = ǵe) teń ekenligin anıqladı. -bólekshelerdiń magnit maydanında awısıwına qarap, onıń massası, ń vodorod atomı massasına, yaǵnıy geliy atomı massasına teńligi anıqlandı. Radioaktiv zattan ushıp shıǵıp atırǵan -bólekshelerdiń tezligi 10wm/s átrapında bolıp, olar birqansha úlken kinetik energiyaǵa iye. Rezerford -bóleksheler jolına kishkene domalaq sańlaqlı tosıq qoyıp, sańlaqtan shıǵıp atırǵan -bóleksheler dástesiniń qalıńlıǵı á mkm ge jaqın bolǵan altın qatlamına (folga) qarata baǵıtladı. Rezerford tájriybesiniń sxeması 1- súwrette kórsetilgen. Altın qatlamınan ótken -bóleksheler nurlanıwshı (lyuminestsentsiyalanıwshı) ekran arqalı yaki fotoqaǵaz járdeminde esapqa alınadı. Tájriybeden usı narse málim boldı, -bólekshelerdiń júdá kóp bólegi altın qatlamınan hech qanday tosıqqa ushramay ótip ekranǵa barıp túsedi eken. Biraq ayırım -bólekshelerde altın qatlamınan ótiwde 100, áó0, ǵ00 múyeshlerge awısıwı baqlanadı. Jáne de az sandaǵı -bóleksheler (shama menen h000 nan birewi) 900 tan úlken bolǵan múyeshke awısadı eken. *átteki (shama menen ǵ0000 nan birewiniń) altın qatlamınan arqaǵa qaytǵanı hám esapqa alındı (2-súwret). 2-súwrette yadro kishkene shar formasında súwretlengen. - bóleksheniń háreket traektoriyası strelka menen kórsetilgen. Súwrettegi - -bóleksheniń dáslepki baǵıtı menen yadro arasındaǵı aralíq, - -

bóleksheniń burılıw múyeshi.

Súwretten kórinip tur, -bóleksheniń burılıw múyeshi ol menen atom yadrosı arasındaǵı aralíqqa baylanıslı. Rezerford bul aralíqtı nıshan aralıǵı dep atadı. Bul tájriybe natijelerinen Rezerford tómendegi úsh juwmaqtı chıǵardı.

178

179

Tabılǵan r0 dıń bul mánisi altın hám -bólekshelerdiń yadro radiuslarınıń jıyındısına te4. Yadronıń bul ólshemi shártli bolıp, ol -bóleksheniń tezligine baylanıslı. *ázirgi zaman usılları menen yadronıń ólshemi 10-áóm átrapında ekenligi anıqlanǵan. Yadro fizikasında 10-áó m uzınlíq

á Fermi dep júritiledi. Elektronnıń radiusı hám á Fermi átrapında ekenliginin esaplap tabıwımız mumkin. Elektrostatikadan belgili, zaryadlanǵan ótkizgish energiyası

E0 = 12 e

formula menen esaplanadı.

Bul formulada e - elektronnıń zaryadı, -ótkizgish potentsialı. Elektrondı r0 radiuslı shar dep alsaq, onıń energiyası ushın

Bunda m0e-elektronnıń tınıshlíqtaǵı massası, Eo dıń joqarıdaǵı ańlatpaların bir-birine teńlep, shamalardıń san mánislerin qoyıp, elektronnıń radiusın esaplaymız:

Joqarıdaǵı nátiyjeden kórinip tur, elektronnıń radiusı hám yadro radiusına jaqın eken. Yadronıń ólshemi hám massasın bilgen halda biz yadro zatınıń tıǵızlıǵın esaplawımız mumkin. Yadronıń massası ornına atom massasın alsa hám boladı, sebebi elektronnıń massası eń kishi atom-vodorod massasınan hám áhqú márte kishi. Bizge belgili, mn = 1.úw.10-ǵwkg bolǵanı ushın yadro tıǵızlıǵı ushın

nátiyjeni alamız.

Bunday tıǵızlíq házirgeshe ilimge málim bolǵan eń úlken tıǵızlı3.

Rezerfordtıń biz joqarıda kórip ótken atom yadro modelin kóbinshe atomnıń planetar modeli dep te ataydı. Biraq bul júdá qopal uqsatıw. Sebebi, №uyash hám planetalar mexanik

180

sistema bolsa, atom yadrosı hám elektronlar elektrodinamik sistema. №uyash hám planetalar ózara gravitatsion maydan arqalı tartısıp tursa, elektronlar yadroǵa Kulon nızamı menen anıqlanıwshı elektr maydanı kúshleri arqalı tartısıap turadi. Rezerfordtıń atom teoriyası ayırım element atomları yadro zaryadın hám massasın anıqlap, olardıń periodlíq sistemadaǵı ornına anıqlíq kiritgeni menen atomnıń kóp qásiyetlerin túsindirip bere almadı. Máselen, atom sırtqı tásir sebepli yonlasıwı, yaǵnıy ol chetki elektrondı joǵaltıp oń ionǵa aylanıwı hám jáne neytral atom halına qaytıwı mumkin. Bul protsessti Rezerford yadro modeli túsindirip bere almaydı. Bul model yadro átrapında aylanıp atırǵan elektronnıń orbitası ne sebepten statsionar ekenine hám juwap taba almaydı. Elektron yadro átrapında aylanar eken, málim tezleniwge iye boladı, sonıń ushın atomnan elektromagnit nurlanıw shıǵıp turıwı kerek. Nátiyjede elektron orbitasınıń radiusı qısqara barıp, ol spiral sıyaqlı traektoriya boylap aylanıwı kerek. Atom aldın uzın tolqın uzınlíqtaǵı jaqtılíq shıǵarıwı, spiraldıń radiusı qısqarıp elektronnıń aylanıw jiyiligi artıwı nátiyjesinde atom shıǵarıp atırǵan jaqtılíqtıń tolqın uzınlıǵı úzliksiz qısqarıp barıwı kerek. Esaplawlar sonı kórsetedi, elektron qısqa waqıt ichinde (~10-hs) yadro ústine túsip qalıwı nátiyjesinde atom "buzılıwı" kerek edi. Bizge belgili, bunday hal bayqalmaydı, atom statsionarsha qaladı. Atomnan shıǵıp atırǵan jaqtılíq spektri hám úzliksiz bolmay, bálki sızıqlı bolar. Máselen gaz atomları spektrı sızıqlı. Bunday sızıqlı spektrge mısal etip vodorod atomı spektrin alıw mumkin. Atomlar spektri ne sebepten sızıqli bolıwın Rezerfordtıń atom yadro modeli túsindirip bere almaydı.Demek, klassik mexanika hám elektrodinamikaǵa tiykarlanıp jaratılǵan Rezerford atom teoriyası atom ishinde bolıp ótetuǵın protsesslerdi túsindiriwge jaramsız eken. Sonnan keyin daniyalíq fizik-teoretik Nils Bor, M. Planktıń energiya kvantı haqqındaǵı teoriyasın hám tájriybede bayqalǵan vodorod atomı spektral seriyaların úyrenip, atom dúzilisiniń jańa teoriyasın jarattı.

Bekkemlew ushın sorawlar:

1.Atom hádiyselerin túsindiriwde klassik fizikanıń qıyınshılíqları aytıp beriń

2.XX–ásir basındaǵı atom fizikasında qanday jańalíqlar boldı ?

3.Atomnıń Tomson modelin túsindirip beriń.

4.Rezerford tájriybesin aytıp beriń.

5.Yadronıń ólshemi, zaryadı hám massası qalay anıqlaymız?

6.Atomnıń yadro modeliniń kemchiligin aytıp beriń.

31-tema. Vodorod atomı ushın Bor teoriyası

Jobası :

1. Kvantlanıw ideyasınıń tastıyıqlanıwı.

2. Bordıń atom teoriyası.

3. Frank-Gerts tájriybesi.

Atom dúzilisin úyreniwda áhú0 jılı nemis alımları G.Kirxgof (áhǵń-1887) hám R.Bunzen (áhqń-áh9h) ashqan spektral analiz usılı úlken rol oynadı.

181