Дунд зэргийн хүндрэлтэй асуудлууд. B1. Фотоэлектрик эффектийг илрүүлэх туршилтанд цайрын хавтанг цахилгаан хэмжигчний саваа дээр суурилуулж, сөрөг цэнэглэж, гэрлээр гэрэлтүүлдэг.

B1.Фотоэлектрик эффектийг илрүүлэх туршилтанд цайрын хавтанг цахилгаан хэмжигчний саваа дээр суурилуулж, сөрөг цэнэглэж, гэрлээр гэрэлтүүлдэг. цахилгаан нумингэснээр туяа нь хавтангийн хавтгайд перпендикуляр унах болно. Дараах тохиолдолд цахилгаан тоолуурын цэнэгийн хугацаа хэрхэн өөрчлөгдөх вэ: a) туяа тодорхой өнцгөөр унахын тулд хавтанг эргүүлэх; б) цахилгаан хэмжигчийг гэрлийн эх үүсвэрт ойртуулах; в) хавтангийн хэсгийг тунгалаг дэлгэцээр хучих; г) гэрэлтүүлгийг нэмэгдүүлэх; e) спектрийн хэт улаан туяаны хэсгийг хаадаг гэрлийн шүүлтүүр суурилуулах; е) спектрийн хэт ягаан туяаны хэсгийг хаадаг гэрлийн шүүлтүүр суурилуулах уу?

B2.Фотоэлектронууд кинетик энергитэй бол металлын гадаргууг гэрэлтүүлэх гэрлийн долгионы уртыг ол. К= 4.5×10 –20 Дж, металлаас электроны ажлын функц Агарах = 7.5×10 –19 Ж.

B3.Тодорхойлох хамгийн өндөр хурд l = 331 нм долгионы урттай гэрлээр гэрэлтүүлэхэд цезийээс ялгарах электрон. Ажлын функц Агадагш = 2 эВ, электрон масс 9.1×10 –31 кг.

4-р улирал.Хэрэв фото гүйдэл 1 В удаашруулах потенциалын зөрүүгээр зогсвол фотоэлектронуудын хурдыг тодорхойл.

В5.Металл катодын гадаргуугаас электронуудыг гаргаж буй гэрлийн хамгийн бага давтамж нь n 0 = 6.0 × 10 14 Гц байна. Ямар давтамжтай
n гэрэл, ялгарсан электронууд нь потенциалын зөрүүгээр бүрэн хойшлогддог У= 3.0 В?

Даалгаврууд нь хэцүү байдаг

C1.Электрометрийн бариулд бэхлэгдсэн цайрын хавтанг цахилгаан нум, шилэн саваа, цаас ашиглан хэрхэн эерэг цэнэгээр цэнэглэх вэ? Та таваг дээр саваагаар хүрч болохгүй.

C2.Зурагт үзүүлсэн суурилуулалтанд. 22.6, фотоэлементийн катодыг янз бүрийн материалаар хийж болно. Зураг дээр. 22.7-д блоклох хүчдэлийн хамаарлын графикийг харуулав У h, хоёрын цацрагийн гэрлийн n давтамж дээр янз бүрийн материалкатод Энэ хамаарлын шугаман байдлыг зөвтгөөрэй. Аль материал нь илүү өндөр үүрэг гүйцэтгэдэг вэ?

Цагаан будаа. 22.6 Цагаан будаа. 22.7

C3.Планкийн тогтмолыг тодорхойлохын тулд схемийг Зураг дээр үзүүлэв. 22.6. Потенциометрийн гулсах контакттай үед Птуйлын зүүн байрлалд байна, мэдрэмтгий гальванометр Гфотоэллийг гэрэлтүүлэх үед сул фото гүйдлийг бүртгэдэг Ф.Гулсах контактыг баруун тийш шилжүүлснээр цахилгаан гүйдэл хэлхээнд зогсох хүртэл блоклох хүчдэл аажмаар нэмэгддэг. Фотоэлементийг n 2 = 750 ТГц давтамжтай ягаан гэрлээр гэрэлтүүлэхэд блоклох хүчдэл У 32 = 2.0 В, n 1 = 390 ТГц давтамжтай улаан гэрлээр гэрэлтүүлэх үед блоклох хүчдэл У 31 = 0.50 V. Планкийн тогтмолын ямар утгыг авсан бэ?

C4.Калийн хувьд фотоэлектрик эффектийн улаан хязгаар нь l max = 0.62 мкм байна. Аль нь хамгийн дээд хурд ТэгээдКалийг l = 0.42 мкм долгионы урттай нил ягаан туяагаар цацруулахад фотоэлектронууд ялгарч чадах уу?

C5.Тодорхой металлын гадаргууг l 1 = 0.40 мкм долгионы урттай нил ягаан гэрлээр гэрэлтүүлэхэд гэрлийн нөлөөнд автсан электронууд потенциалын зөрүүгээр (блоклох хүчдэл) бүрэн саатдаг. У 1 = = 2.0 В. Блоклох хүчдэл гэж юу вэ? У l 2 = 0.77 мкм долгионы урттай улаан гэрлээр ижил металлыг гэрэлтүүлэх үед 2?

4. Фотоэлектрик эффект нь бараг инерцгүй байдаг.

Фотоэлектрик эффектийг судлах аргачлалыг хэд хэдэн үе шатанд хувааж болно.

1. Сурагчдад фотоэлектрик эффектийн үзэгдлийг танилцуулах. Түүний нээлтийн түүхийн тухай түүх (Г. Герц).

2. Энэ үзэгдлийн хэв маягийг хайх тухай түүх. Судалгаа.

3. Фотоэлектрик эффектийн үндсэн хуулиудыг авч үзэх. Жагсаал, одоо байгаа бэрхшээлийг илчлэх - оюутнуудад аль хэдийн мэдэгдэж байсан байрлалаас фотоэлектрик эффектийн бүх хуулийг тайлбарлах боломжгүй байдал (боть. шинэ онолСвета).

4. Гэрлийн квантуудын таамаглалын санал. А.Эйнштейний бүтээлийн тухай түүх. Фотоэлектрик эффектийн тэгшитгэл.

5. Фотоэлектрик эффектийн бүх хуулийг квант талаас нь тайлбарлах нь:

6. Дүгнэлт квант онолгэрлийн мөн чанарын тухай.

7. Вакуум ба хагас дамжуулагч фотоэлел. Фотоэлектрик эффектийг технологид ашиглах.

Сургуулийн сурагчдад фотоэлектрик эффектийн үзэгдэл ба түүний хуулиудын талаархи ойлголтыг туршилтаар нэвтрүүлэх нь хамгийн сайн арга юм. Сэдвийн эхний хичээл дээр ихэвчлэн хэд хэдэн туршилтуудыг санал болгодог.

1) Электрометрийн бариулд бэхлэгдсэн сайн цэвэрлэсэн цайрын хавтанг сөрөг цэнэглэж, хэт ягаан туяаны урсгалаар гэрэлтүүлдэг. Электрометрийн цэнэгийг ажигла.

2) Хэрэв бид цацрагийн урсгалыг шилээр хаавал ялгадас зогсдог.

3) Хэрэв та хавтан дээр эерэг цэнэг өгвөл ижил гэрэлтүүлгийн дор электрометрийн цэнэггүй байдал ажиглагдахгүй.

4) Цутгах нь хурдан явагдах тусам гэрлийн эрч хүч их байх болно.

5) Цайрын хавтанг зэсээр (дараа нь хар тугалга) сольж, ижил нөхцөлд (гэрэлтүүлэг, анхны цэнэг) туршилтыг давтана.

Ярилцлагын үеэр тэд байнга ярилцдаг дараах асуултууд: Цэнэглэгдсэн хавтан яагаад цэнэгээ удаан хадгалж чаддаг вэ? Та хавтанг ямар аргаар гадагшлуулах вэ? Нумын гэрлээр гэрэлтүүлэх үед сөрөг цэнэгтэй хавтангийн хурдан цэнэгийг хэрхэн тайлбарлах вэ? Эерэг цэнэглэгдсэн цайрын хавтан хэт ягаан туяагаар гэрэлтүүлэх үед мөн адил ялгарах уу? Энэ тохиолдолд цахилгаан тоолуур яагаад цэнэгийн өөрчлөлтийг илрүүлдэггүй вэ? Бид ижил туршилтын нөхцөлд зэс хавтангийн цэнэгийг ажиглаж байна уу? Хэрэв цахилгаан нумын гэрлийг шилэн хавтангаар хаасан бол сөрөг цэнэгтэй цайрын хавтангийн ялгаралт яагаад зогсдог вэ?

Хэлэлцүүлэг нь дараахь дүгнэлтийг гаргах боломжийг бидэнд олгоно.

1. Гэрэлд өртөхөд зөвхөн сөрөг цэнэгтэй металлууд ялгардаг. Тиймээс тодорхой нөхцөлд гэрэл нь металаас электронуудыг салгаж чаддаг. Энэ үзэгдлийг фотоэлектрик эффект гэж нэрлэдэг. (Энд та фотоэлектрик эффектийг нээсэн түүхийн тухай ярьж болно.)

2. Цэнэглэх нь гэрэлтүүлэг эхлэхтэй зэрэгцэн эхэлдэг тул фотоэлектрик эффект нь бараг инерцигүй байдаг. (Нарийвчилсан туршилтууд нь цацрагийн эхлэл ба фотоэлектрик эффектийн эхлэлийн хоорондох хугацаа 10-9 секундээс хэтрэхгүй болохыг харуулсан.)

3. Гэрэлтсэн металлын төрөл, боловсруулалт, фотоэлектрик эффект байгаа эсэхээс хамаарна. спектрийн найрлагаЦацрагаар ялгарах хурд нь нэгж хугацаанд ногдох гэрлийн энергиээс хамаарна.

Фотоэлектрик эффектийн хуулиудын судалгаа нь цацрагийн хэрэглэсэн хүчдэл, эрч хүч, спектрийн найрлагаас фото гүйдлийн хамаарлыг судлах боломжийг олгодог тохируулга дээр үргэлжилж байна. Нэгдүгээрт, ханалтын гүйдэл байгаа эсэхийг туршилтаар тогтоож, дараа нь катод дээр туссан гэрлийн эрчмээс хамаарна (фотоэлектрик эффектийн эхний хууль нь Столетовын хууль юм).

Туршилтын үр дүнд үндэслэн гүйдэл нь гэрлийн эрч хүч ба хүчдэлээс хамаарах графикийг зурсан.

Үүний дараа фотоэлелийг тодорхой давтамжийн гэрлээр гэрэлтүүлж, потенциометр ашиглан фотоэлементийг "түгжигдэж", блоклох хүчдэлийг хэмждэг бөгөөд энэ нь ялгарах электронуудын хамгийн дээд хурдыг тодорхойлох боломжийг олгодог.

Гэрлийн шүүлтүүрийг өөрчилснөөр туршилтыг давтах замаар шинэ мэдээлэл олж авах ба электрон ялгаруулах хурд нь туссан гэрлийн давтамжаас хамаардаг ба гэрлийн эрчмээс хамаардаггүй гэдгийг оюутнуудад итгүүлдэг (фотоэлектрик эффектийн хоёр дахь хууль) .

Дараа нь бид фотоэлектрик эффектийн хуулиудыг тайлбарлаж эхэлнэ. Энэ үзэгдэл өөрөө ба ханалтын фото гүйдэл нь нэгж хугацаанд ногдох гэрлийн энергитэй шууд пропорциональ байдаг - фотоэлектрик эффектийн эхний хууль - мөн долгионы байрлалаас тайлбарлаж болно. Яагаад фотоэлектрик эффектийн босго (улаан хязгаар), яагаад дээд тал нь байдаг тухай тайлбар анхны хурд(мөн дээд тал нь кинетик энергифотоэлектронууд) нь гэрлийн эрчмээс хамаардаггүй, зөвхөн түүний давтамжаар тодорхойлогддог (давтамжийн дагуу шугаман нэмэгддэг) бөгөөд долгионы үндсэн дээр фотоэлектрик эффектийн инерцгүй байдлын тайлбарыг өгөх боломжгүй юм. цахилгаан соронзон онолСвета. Үнэн хэрэгтээ энэ онолын дагуу металаас электронууд ялгарах нь гэрлийн долгионы ээлжит цахилгаан талбарт "дүүжин" орсны үр дүн юм. Гэхдээ фотоэлектронуудын хурд ба кинетик энерги хоёулаа эрчим хүчний вектор Е-ийн далайцаас хамаарах ёстой. цахилгаан орондолгион ба иймээс түүний эрчмээс хамааран электроныг "дүүлзэх" цаг хугацаа шаардагддаг бөгөөд нөлөө нь инерцгүй байх боломжгүй юм. Туршилтын баримтууд болон тогтоосон баримтуудын хоорондын зөрүү долгионы онолгэрэл нь түүний үл нийцэлийг баталж, шинэ онолыг бий болгохыг шаарддаг.

Дараа нь тэд фотоэлектрик эффектийн хуулиудыг тайлбарлахад бэрхшээлтэй байсан нь шинэ онолыг бий болгох цорын ганц шалтгаан биш гэж тэд хэлэв. 1900 онд М.Планк дулааны цацрагийг тайлбарлахын тулд бие махбодь эрчим хүчийг тасралтгүй биш, харин тусдаа хэсгүүдээр (квант) ялгаруулдаг гэсэн утгагүй санааг анх харахад илэрхийлэхээс өөр аргагүй болжээ. Энэ санаа нь давамгайлсан санаатай зөрчилдөж байв сонгодог физик, тэдгээрийг тодорхойлох үйл явц, хэмжигдэхүүнүүд тасралтгүй өөрчлөгддөг. 1905 онд А.Эйнштейн энэхүү үл ойлгогдох, тиймээс хүлээн зөвшөөрөгдөөгүй санааг фотоэлектрик эффектийн хуулиудыг тайлбарлахдаа ашигласан. Тэрээр М.Планкаас цааш явж, гэрлийг зөвхөн ялгаруулж зогсохгүй тархаж, квантаар шингээдэг гэж маргажээ.

Өөрөөр хэлбэл урсгал монохромат гэрэл, эрчим хүч зөөгч E нь n ширхэг бөөмийн урсгал (хожим нь фотон гэж нэрлэдэг) бөгөөд тэдгээр нь тус бүр нь h энергитэй байдаг.

Фотоны энерги нь гэрлийн давтамжтай пропорциональ байна. Цацрагийн давтамж (жижиг долгионы урт) өндөр байх тусам фотон бүр илүү их энергийг зөөдөг. Урт долгионы цацрагийн фотонуудын энерги бага байдаг.

Эйнштейн цааш нь: фотон бүр нь гэрэл тусдаг бүх бодис, тэр ч байтугай атомыг бүхэлд нь биш, харин атомын бие даасан электронтой харьцдаг. Фотон нь энергиээ электронд өгдөг бөгөөд электрон энерги хүлээн авсны дараа тодорхой кинетик энергитэй металаас зугтдаг. Эрчим хүч хадгалагдах хууль дээр үндэслэн бид бичиж болно дараах тэгшитгэлФотоныг электронтой харьцах энгийн үйлдлийн хувьд:

Металл дээр туссан фотонуудын зарим нь тусгалаа олсон бөгөөд бүх шингэсэн фотонууд металаас урагдахгүй тул тэгш бус шууд пропорциональ байдал ажиглагдаж байгааг онцлон тэмдэглэх нь зүйтэй. чөлөөт электронууд. Шингээсэн фотонуудын нэг хэсэг нь энерги болж хувирдаг дотоод энергиметалл Тиймээс электронуудын тоо болон метал дээр туссан фотонуудын харьцаа нь нэгдмэл байдлаас хамаагүй бага байна (цэвэр металлын хувьд энэ нь ойролцоогоор 1000 дахин их байдаг).

Тэд цааш нь фотоэлектронуудын хамгийн их кинетик энерги нь түүний эрчмээс бус харин туссан гэрлийн давтамжаас хамаардаг болохыг тайлбарладаг (фотоэлектрон эффектийн хоёр дахь хууль). Эйнштейний тэгшитгэлээс дараах байдалтай байна: Тухайн бодисын ажлын функц тогтмол байдаг тул фотоэлектронуудын хамгийн их кинетик энерги нь туссан гэрлийн давтамжтай пропорциональ байна. Эрчим хүч гарсан тохиолдолд шинжилгээ хийх гэрлийн квантажлын функцтэй тоон хувьд тэнцүү байна.

Үүний үр дүнд фотоны бүх энерги нь ажлын функцийг гүйцэтгэхэд очдог бөгөөд электронуудын хурд тэг болно. Фотоэлектрик эффектийн улаан хязгаар нь зөвхөн ажлын функцээс хамаарна, i.e. химийн шинж чанарметалл бөгөөд оптик хүрээний аль ч хэсэгт байж болно. Бодис бүрийн хувьд фотоэлектрик эффектийн урт долгионы тодорхой хязгаар байдаг (фотоэлектрик эффектийн гуравдахь хууль).

Тиймээс Эйнштейний тэгшитгэл нь гадаад фотоэлектрик эффектийн бүх хуулийг тайлбарладаг. Энэ нь фотоэлектроны хурдыг тооцоолох, тодорхойлох боломжийг олгодог хамгийн их урттухайн бодисын хувьд фотоэлектрик эффектийн үзэгдэл ажиглагдсан хэвээр байгаа долгион, мөн тодорхой металлын ажлын функцийг тооцоолох.

Эйнштейний тэгшитгэлд дүн шинжилгээ хийсний дараа энэ тэгшитгэлийн туршилтын баталгаажуулалт хэрхэн хийгдсэнийг харуулж болно. Туршилтын үр дүнгээс Планкийн тогтмолыг тодорхойлохоос бүрдсэн.

Өгөгдсөн бодисын ажлын функц нь тогтмол утга учир фотоэлектроны кинетик энерги байна шугаман функцфотоэлел дээр цацрагийн тусгалын давтамж.

At практик хэрэгжилтийм хэмжүүрүүд гарч ирсэн их бэрхшээлүүд. Энэ аргаар Планкийн тогтмол хэмжилтийг анх удаа 1915 онд Р.Милликан хийжээ. Тэрээр дулааны цацрагийн онолоос аль хэдийн мэдэгдэж байсантай ойролцоо утгыг олж авсан.

Манай улсад 1928 онд туршилтаар батлагдсан шугаман хамааралтуссан гэрлийн давтамжаас фотоэлектронуудын кинетик энерги болон Планкийн тогтмолын утгыг олж авсан.

Эйнштейний тэгшитгэлийг нэгтгэхийн тулд электронуудын хурд ба энерги, фотоэлектрик эффектийн улаан хязгаар, ажлын функцийг тооцоолох асуудлыг шийднэ.

COMPTON ЭФЕКТ

Суралцах явцад эхэлсэн фотоны тухай санаа үүсэх нь: фотоэлектрик эффект нь курсын дараагийн асуудлуудыг судлахад үргэлжилдэг - Комптон эффект, гэрлийн даралт, химийн үйлдэлСвета.

Туршилтууд

Улсын нэгдсэн шалгалтанд бэлтгэх. 11-р анги

(Энд 11-р ангийн бүх хичээлийн нийт арван нэгэн сэдвээс зөвхөн хоёр сэдвээр тест нийтлэгдсэн болно. Бүрэн текстФизикийн вэбсайт дээр нийтлэгдсэн асуудлууд: " хэсэгт Нэмэлт материал». – Улаан.)

Би оюутнуудыг улсын нэгдсэн шалгалтанд бэлтгэхэд зориулагдсан тестийн системийг санал болгож байна. Тус бүр нь нэг хичээлд зориулагдсан, зургаан сонголтыг багтаасан бөгөөд Улсын нэгдсэн шалгалтын сэдэвчилсэн хэсэгтэй адил юм. Таван даалгаврын хүндрэлийн түвшинг ялгадаг. Тус бүр нь олон сонголттой гурван тест, хоёр бодлого (нэг нь илүү хялбар, нөгөө нь илүү хэцүү) агуулдаг. Шалгалт эхэлснээс хойш 3 минутын дараа би тестийн хариултыг цуглуулж, оюутнууд асуудлыг шийдэж эхэлдэг. Тиймээс хурд (минутанд асуулт) нь Улсын нэгдсэн шалгалтын нөхцөлтэй аль болох ойрхон болж хувирав.

Даалгавруудыг уламжлал ёсоор албан ёсоор гаргадаг: товч нөхцөл, зураг, тооцоолох томъёотовч тайлбар, тоон өгөгдлийг орлуулах, физик хэмжигдэхүүний нэгжийг шалгах. Шалгалтын дүнг нэгтгэх бүрэн ил тод байдал нь оюутнуудад дэлгэрэнгүй мэдээлэл өгөх, үнэлгээний системээр хангадаг. Шийдвэрлэсэн тест 1 оноо, 4-р бодлого 2 оноо, илүү хэцүү 5-р бодлого 3 оноотой байна. Туршилтын үнэлгээг оюутны асуулт, даалгаврын зөв хариултын нийт онооноос хамааран дараахь үнэлгээгээр өгнө: 7-8 оноо - "5", 5-6 оноо - "4", 3-4 оноо - "3" ", 3-аас бага - "2".

Туршилтын ажлын энэ бүтэц нь танд нэгтгэх боломжийг олгодог одоогийн хяналтойлголтын гүнийг шалгах замаар материалыг эзэмших (даалгавар 1-3). физик онол(даалгавар 4, 5). Асуулт бүрийн хариулт, асуудал бүрийн шийдлийн талаархи хураангуй мэдээлэлтэй бол та оюутан бүрийн материалыг сурах динамикийн талаар санаа авах боломжтой. Жишээлбэл, хэрэв оюутан эхний гурван асуултанд тогтмол зөв хариулдаг боловч дөрөв, тав дахь даалгаврыг биелүүлж чадахгүй бол энэ нь сургалтын материалын талаар хангалттай (нөхөн үржихүйн түвшинд) ойлголттой байна гэсэн үг юм. Эсрэгээр, хэрэв оюутан тав дахь асуудлыг тогтмол шийддэг боловч үлдсэн асуултуудад буруу хариулдаг бол энэ нь тухайн хичээлийг нэлээд гүнзгий, гэхдээ хуваагдмал байдлаар судалж байгааг илтгэнэ.

Уран зохиол

Касьянов В.А.Физик-11: Сэдэвчилсэн ба хичээлийн төлөвлөлт. - М .: Тодог, 2002.

Касьянов В.А.ОХУ-д физикийн улсын нэгдсэн шалгалт ба SAT-IIАНУ-д. – Физик (“PS”, No 40/03.

Коноплич Р.В., Орлов В.А., Добродеев Н.А., Татур А.О.Сэдэвчилсэн болон эцсийн хяналтын тестийн даалгаврын цуглуулга. Физик-11. – М.: Оюуны төв, 2002.

Коноплич Р.В., Орлов В.А., Добродеев Н.А., Татур А.О.Сэдэвчилсэн болон эцсийн хяналтын тестийн даалгаврын цуглуулга. Физик-10. – М.: Оюуны төв, 2002.

Кирик Л.А.Физик-11. Олон түвшний бие даасан, хяналтын ажил. - М.: Илекса, 2003 он.

Кирик Л.А.Физик-10. Олон түвшний бие даасан, хяналтын ажил. - М.: Илекса, 2003 он.

Орлов В.А., Ханнанов Н.К., Фадеева А.А.Улсын нэгдсэн шалгалтанд бэлтгэх сургалтын материал. Физик. – М.: Оюуны төв, 2003 он.

Пигалицын Л.В.Физикийн сэдэвчилсэн тестүүд. 11-р анги. – Н.Новгород: Нижний Новгород хүмүүнлэгийн төв, 1997 он.

Тест No10. Квантын онол цахилгаан соронзон цацрагбодисууд

Сонголт 1

1. Фотоны импульс rхамаарлаар түүний давтамжтай хамааралтай ( h– Планкийн тогтмол):

2. Фотоэлектрик эффект нь дараах үзэгдэл юм.

A) гэрлийн нөлөөн дор гэрэл зургийн эмульсийг харлах;

B) гэрлийн нөлөөн дор металлын гадаргуугаас электрон ялгарах;

C) зарим бодисын харанхуйд гэрэлтэх;

D) халсан хатуу бодисын цацраг.

3. Зураг нь диаграммыг харуулж байна эрчим хүчний түвшинатом. Аль сум нь хамгийн өндөр давтамжтай фотон ялгаруулалттай шилжилтийг заадаг вэ?

A) 1; B) 2; B) 3; D) 4.

4. Устөрөгчийн атом дахь электрон нэг тойрог замаас нөгөө тойрог руу шилжихэд цөмд ойртох үед 3.03 10-19 Ж энергитэй фотонууд ялгардаг.

5. Цайрын электроны ажлын функц нь 3.74 эВ байна. Цайрын фотоэлектрик эффектийн улаан хязгаарыг тодорхойл. 200 нм долгионы урттай хэт ягаан туяагаар цацруулж цайраас ялгарсан электронууд ямар хурдтай байх вэ?

Сонголт 2

1. Фотоны энерги (- долгионы урт) -тай шууд пропорциональ байна:

A) -2;

2. B) -1; IN); D) 2.

3. Тогтмол гэрэлтүүлэгтэй үед электродын хоорондох хүчдэлээс фото гүйдлийн хамаарлыг (фотоэлектрик эффектийн үед) стандарт туршилтаар аль графикт зөв дүрсэлсэн бэ? Энергитэй төлөвт байсан нэг элементийн атомуудЭ Энергитэй төлөвт байсан нэг элементийн атомууд 1 ба

2, үндсэн төлөвт шилжих үед тэд 1 > 2 долгионы урттай 1 ба 2 долгионы урттай фотонуудыг ялгаруулжээ. Эдгээр мужуудын энергийн хувьд дараахь хамаарал хүчинтэй байна. Энергитэй төлөвт байсан нэг элементийн атомууд 1 > Энергитэй төлөвт байсан нэг элементийн атомууд A) Энергитэй төлөвт байсан нэг элементийн атомууд 1 < Энергитэй төлөвт байсан нэг элементийн атомууд 2 ;

2 ; B) Энергитэй төлөвт байсан нэг элементийн атомууд 1 = Энергитэй төлөвт байсан нэг элементийн атомууд IN) Энергитэй төлөвт байсан нэг элементийн атомууд 1 | < | Энергитэй төлөвт байсан нэг элементийн атомууд 2 |.

4. 2 ; D) |

5. Устөрөгчийн атом дахь электрон гурав дахь суурин тойрог замаас хоёр дахь тойрог руу шилжихэд 0.652 мкм долгионы урттай (устөрөгчийн спектрийн улаан шугам) тохирох фотон ялгардаг. Энэ процесст устөрөгчийн атом хэр их энерги алддаг вэ?

Зарим металлын хувьд фотоэлектрик эффектийн улаан хязгаар нь 690 нм долгионы урттай гэрэл юм. Энэ металлаас электроны ажлын функц, 190 нм долгионы урттай цацрагийн нөлөөн дор электрон олж авах хамгийн их хурдыг тодорхойл.

1. Сонголт 3 АФотоэлектрик эффектийн улаан хилтэй харгалзах долгионы урт kr нь ( h- ажлын функц,

– Планкийн тогтмол):

2. A); B); IN); G) .

Гэрэлтүүлгийн урсгал буурах үед фотоэлектрик эффектийн үед гэрэлт гүйдлийн ханалт:

A) нэмэгдэх; B) буурах; B) өөрчлөгддөггүй;

3. D) туршилтын нөхцлөөс хамааран нэмэгдэж, буурдаг.

A) 1; B) 2; B) 3; D) 4.

4. Өгөгдсөн атомын энергийн түвшний диаграмм дээрх аль тоо нь хамгийн их давтамжтай фотон ялгарах шилжилтийг харуулж байна вэ?

5. Хүний нүд 500 нм долгионы урттай гэрлийг мэдэрдэг. Хэрэв гэрлийн туяа нүд рүү секунд тутамд дор хаяж 20.8 10-18 Ж энерги авчирдаг бол секунд тутамд хэдэн квант гэрэл тусдаг вэ?

Фотоэлектронууд молибдений гадаргуугаас 3 10 15 Гц давтамжтай цацрагаар таслагдах үед хамгийн дээд хурд нь ямар байх вэ? Молибдений электрон ажлын функц 4.27 эВ байна.

A) Э.Рутерфорд; B) Ж.Ж. Томсон;

2. Дараах мэдэгдлийн үргэлжлэлүүдийн аль нь зөв бэ? Хоёр өөр хөдөлгөөнгүй төлөвт шилжих үед атом нь:

A) аливаа энергийн фотоныг ялгаруулах, шингээх;

B) зөвхөн тодорхой энергийн утгатай фотоныг ялгаруулж, шингээх;

C) дурын энергийн фотоныг ялгаруулдаг боловч зөвхөн тодорхой энергийн утгыг шингээдэг;

D) дурын энергийн фотоныг шингээж, зөвхөн тодорхой энергийн утгыг ялгаруулдаг.

3. Дараах үзэгдлүүдийн аль нь: I – аяндаа ялгарах; II - өдөөгдсөн ялгаралт - оптик квант генераторуудад ашигладаг уу?

A) би; B) II; B) I ба II; D) Би ч биш, II ч биш.

4. Ямар цахилгаан соронзон долгионы уртад фотоны энерги 9.93 10 – 19 Дж байх вэ?

5. Рубидиумд зориулсан фотоэлектрик эффектийн улаан хязгаар нь 0.81 микрон юм. Рубидиумаас ялгарч буй электронуудыг барихын тулд фотоэлелд ямар хүчдэл өгөх ёстой хэт ягаан туяадолгионы урт 0.1 микрон?

Сонголт 5

1. Давтамжтай фотоны энерги гэж юу вэ?

2, үндсэн төлөвт шилжих үед тэд 1 > 2 долгионы урттай 1 ба 2 долгионы урттай фотонуудыг ялгаруулжээ. Эдгээр мужуудын энергийн хувьд дараахь хамаарал хүчинтэй байна. h-тай A) h-тай; IN) h; G) h/-тай.

2. Вакуум фотоэлементийн катодыг монохромат гэрлээр гэрэлтүүлэхэд фотоэлектронууд ялгардаг. Гэрлийн давтамж 2 дахин нэмэгдэхэд фотоэлектронуудын хамгийн их энерги хэрхэн өөрчлөгдөх вэ?

A) өөрчлөгдөхгүй; B) 2 дахин нэмэгдэх болно;

C) 2 дахин бага хэмжээгээр нэмэгдэх болно;

D) 2 дахин нэмэгдэнэ.

3. Энэхүү энергийн түвшний диаграммд зөв мэдэгдлийг заана уу:

2, үндсэн төлөвт шилжих үед тэд 1 > 2 долгионы урттай 1 ба 2 долгионы урттай фотонуудыг ялгаруулжээ. Эдгээр мужуудын энергийн хувьд дараахь хамаарал хүчинтэй байна. Энергитэй төлөвт байсан нэг элементийн атомууд 1 > Энергитэй төлөвт байсан нэг элементийн атомууд 4; B) Энергитэй төлөвт байсан нэг элементийн атомууд 4 > Энергитэй төлөвт байсан нэг элементийн атомууд 2 ;

2 ; B) Энергитэй төлөвт байсан нэг элементийн атомууд 2 > Энергитэй төлөвт байсан нэг элементийн атомууд 3; G) Энергитэй төлөвт байсан нэг элементийн атомууд 2 > Энергитэй төлөвт байсан нэг элементийн атомууд 4 .

4. Азотын атомыг ионжуулахын тулд 14.53 эВ энерги шаардагдана. Ионжилт үүсгэх цацрагийн долгионы уртыг ол.

5. Кадмиас электронуудын ажлын функц 4.08 эВ байна. Цацруулсан электронуудын хамгийн их хурд нь 7.2 10 5 м/с байхын тулд кадмийг ямар долгионы урттай гэрлээр гэрэлтүүлэх вэ?

Сонголт 6

1. Улаан гэрлийн давтамж нь ягаан туяаны давтамжаас бараг 2 дахин бага байдаг. "Улаан" фотоны импульс нь "ягаан" фотоны импульстэй холбоотой:

A) 4 дахин их; B) 4 дахин бага;

B) 2 дахин их; D) 2 дахин бага.

2. Рутерфордын туршилтын шулуун траекториас жижиг өнцгөөр а бөөмийг хазайлгах хүчний мөн чанар юу вэ?

A) Таталцал; B) Кулон;

B) цахилгаан соронзон; D) цөмийн.

3. Ажлын функцтэй биеийн гадаргууг гэрэлтүүлэх үед АМонохроматик гэрлийн давтамж нь фотоэлектронуудыг ялгаруулдаг. Ялгааг юу тодорхойлдог вэ ( h – А)?

A) Фотоэлектронуудын дундаж кинетик энерги;

B) дундаж хурдфотоэлектронууд;

B) фотоэлектронуудын хамгийн их кинетик энерги;

D) фотоэлектронуудын хамгийн их хурд.

4. Устөрөгчийн атом дахь электронууд 4-р суурин тойрог замаас 2-т шилжих үед фотон ялгарч, ногоон шугамустөрөгчийн спектрт. Фотон ялгарах үед 2.53 эВ энерги алдагдах тохиолдолд энэ шугамын долгионы уртыг тодорхойл.

5. Сөрөг цэнэгтэй цайрын хавтанг 300 нм долгионы урттай монохромат гэрлээр гэрэлтүүлэв. Цайрын улаан хязгаар нь 332 нм байна. Цайрын хавтанг олж авах хамгийн их потенциал хэд вэ?

Хариултууд

Тест No11. Өндөр энергийн физик

Сонголт 1

1. Цөм нь бөөмс ялгаруулах үед охин цөм үүсдэг бөгөөд энэ нь:

A) өндөр цэнэг, ижил массын тоо;

B) бага цэнэг, ижил массын тоо;

B) өндөр цэнэг, бага массын тоо;

D) бага цэнэг, их массын тоо.

2. Тоо цацраг идэвхт цөмтүүвэр дэх зурагт үзүүлсэнчлэн цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөг. Дээжний материалын хагас задралын хугацаа:

A) 1 жил; B) 1.5 жил; B) 2 жил; D) 2.5 жил.

3. Ураны цацраг идэвхт задралын үед цөмийн урвалЭнэ тохиолдолд ямар изотоп үүсэх вэ?

4. Цацраг идэвхт элементийн хагас задралын хугацаа 400 жил байна. Энэ элементийн дээжийн хэд нь 1200 жилийн дараа задрах вэ?

5. Хэрэв атомын цөмийн масс 22.99714 аму бол атомын цөм дэх нэг нуклонд ногдох холболтын энергийг тодорхойл.

Сонголт 2

1. Байгалийн цацраг идэвхт задралын үр дүнд дараахь зүйл үүсдэг.

A) зөвхөн - бөөмс;

B) зөвхөн - бөөмс;

B) зөвхөн - квант;

D) - бөөмс, - бөөмс, - квант, нейтрино.

2. Зурагт үзүүлсэн шиг дээж дэх цацраг идэвхт цөмийн тоо цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөг. Материалын хагас задралын хугацааг ол.

A) 2 мс; B) 2.5 мс; B) 3 мс; D) 3.5 мс.

3. Ямар бөөм Xцөмийн урвалын үр дүнд үүссэн

4. Хагас задралын хугацаа 2 хоног байдаг цацраг идэвхт изотопын цөмийн хэдэн хэсэг 16 хоногийн дараа үлдэх вэ?

5. Борын цөмд протоныг галласнаар бериллий үүсдэг. Энэ урвалд өөр ямар цөм үүсч, хэр их энерги ялгардаг вэ?

Зарим металлын хувьд фотоэлектрик эффектийн улаан хязгаар нь 690 нм долгионы урттай гэрэл юм. Энэ металлаас электроны ажлын функц, 190 нм долгионы урттай цацрагийн нөлөөн дор электрон олж авах хамгийн их хурдыг тодорхойл.

1. Цөмд хэдэн протон байдаг

2, үндсэн төлөвт шилжих үед тэд 1 > 2 долгионы урттай 1 ба 2 долгионы урттай фотонуудыг ялгаруулжээ. Эдгээр мужуудын энергийн хувьд дараахь хамаарал хүчинтэй байна. З; B) А – З; B) А + З; З – А.

2.

G)

A) Устөрөгчийн цөмийн урсгал; B) гелийн цөмийн урсгал;

3. B) нейтроны урсгал; D) электрон урсгал.

A) 1; B) 2; B) 3; D) 4.

4. Атомын цөм нь аяндаа хоёр хуваагдаж болно. Хэсэг хэсгүүдийн нэг нь барий, нөгөө нь криптон бөгөөд задрах явцад хэдэн нейтрон ялгардаг вэ?

5. Эрчим хүчийг шингээх эсвэл суллах үед урвал явагдах эсэхийг тодорхойлно

Борын тоосонцороор бөмбөгдөхөд нейтроны ялгаралт ажиглагддаг. Нэг нейтрон ялгаруулахад хүргэдэг цөмийн урвалын тэгшитгэлийг бич. Энэ урвалаас гарах энерги нь юу вэ?

1. Сонголт 4

Цөмийн урвалын хоёр дахь бүтээгдэхүүнийг заана уу

A) нейтрон; B) протон;

2. B) электрон; D) - бөөмс.

Цацраг гэж юу вэ?

A) Нейтроны урсгал;

B) хурдан электронуудын урсгал;

B) цахилгаан соронзон цацрагийн квантуудын урсгал;

3. Цөмийн реакторуудад задралын гинжин урвалын нейтрон үржих хүчин зүйл нь дараахь байх ёстой.

A) > 1; B) = 1; IN)< 1; Г) 1.

4. Электроны масс 9.1 10 –31 кг бол электрон ба позитрон устах үед ялгарах энергийг тодорхойл.

5. Цахилгаан эрчим хүч гэж юу вэ атомын цахилгаан станц 25% -ийн үр ашигтай, өдөрт 220 г уран-235 изотоп хэрэглэдэг үү?

Сонголт 5

1. - задралын үед атомын цөмөөс ямар бөөмс ялгардаг вэ?

A) Зөвхөн нейтрон; B) зөвхөн - квант;

B) электрон ба антинейтрино; D) позитрон ба нейтрон.

2. Цөм дэх нейтронуудын хооронд ямар хүч үйлчилдэг вэ?

A) Таталцал; B) цөмийн;

B) Кулон; D) цөмийн ба таталцлын.

3. Нарны гүнд температур хэдэн арван сая градус хүрдэг. Үүнийг тайлбарлав:

2, үндсэн төлөвт шилжих үед тэд 1 > 2 долгионы урттай 1 ба 2 долгионы урттай фотонуудыг ялгаруулжээ. Эдгээр мужуудын энергийн хувьд дараахь хамаарал хүчинтэй байна. хурдан эргэлтНар өөрийн тэнхлэгийг тойрон;

B) хүнд цөмийн хуваагдал;

2 ; B) термоядролын нэгдэлхөнгөн цөм;

D) хүчилтөрөгч дэх устөрөгчийг шатаах урвал.

4. Хөнгөн цагааны изотопыг бөөмсөөр бөмбөгдөхөд энэ нь гарч ирдэг цацраг идэвхт изотопфосфор, дараа нь позитрон ялгаруулахын тулд ялзардаг. Хоёр урвалын тэгшитгэлийг бич.

5. Борын изотопыг нейтроноор бөмбөгдөхөд - бөөмс үүсдэг. Энэ урвалын тэгшитгэлийг бичээд энергийн гаралтыг ол.

Сонголт 6

1. Гелийн атомын цөмийн масс илүү массустөрөгчийн атомын цөм:

A) 2 удаа; B) 3 удаа; B) 4 удаа; D) 6 удаа.

2. Элементүүдийн бүрэн хувирал нь урвалд анх ажиглагдсан бөгөөд үүний үр дүнд хоёр цөм гарч ирэв.

A) устөрөгч; B) гелий; B) бериллий; D) бор.

3. Хоёр хагас задралын хугацаатай тэнцэх хугацааны интервалын дараа цацраг идэвхт цөмийн хэдэн хэсэг задрах вэ?

A) 25%; B) 50%; C) 75% D) 100%.

4. Термоядролыг нэгтгэх явцад 5 10 4 кг устөрөгчийг 49,644 кг гели болгон хувиргадаг. Энэ процессын явцад хэр их энерги ялгарч байгааг тодорхойл.

5. Өдөрт 0.2 кг уран-235 изотоп хэрэглэх үед цөмийн реакторын хүч 32000 кВт байна. Цөмийн задралаас ялгарах энергийн хэр ихийг ашигтайгаар ашигладаг вэ?

Хариултууд

Ольга Павловна СорокинаГорькийн Улсын Их Сургуулийн Тооцооллын математик, кибернетикийн факультетийг төгссөн. 1988 онд Н.И.Лобачевский 1993 оноос хойш математик, физик, компьютерийн шинжлэх ухаан, МХХТ-ийн хичээл заадаг (сүүлийн хоёр жил). Дээд зэрэглэлийн багш. Сурган хүмүүжүүлэх агуулга бүхий хоёр өгүүллийн зохиогч. Кредо: "Бусдад зааснаар бид өөрсдөө суралцдаг." Тэрээр нөхөртэйгээ хоёр хүүхэд өсгөж байна. Тэрээр бүх чөлөөт цагаа бие даан суралцахад зориулдаг. Хоол хийх, бялуу, бялуу хийх дуртай.

Энгийн туршлагыг харуулдаг. Хэрэв сөрөг цэнэгтэй цайрын хавтанг цахилгаанскопоор холбосон бол (байдгийг харуулсан төхөөрөмж цахилгаан цэнэг), гэрлээр гэрэлтүүлнэ хэт ягаан туяа, дараа нь электроскопын зүү маш хурдан шилжих болно тэг төлөв. Энэ нь хавтангийн гадаргуугаас цэнэг алга болсныг харуулж байна. Хэрэв ижил туршилтыг эерэг цэнэгтэй хавтан дээр хийвэл электроскопын зүү огт хазайхгүй. Энэ туршилтыг анх 1888 онд Оросын физикч Александр Григорьевич Столетов хийжээ.

Александр Григорьевич Столетов

Бодис дээр гэрэл тусвал юу болох вэ?

Гэрэл бол цахилгаан соронзон цацраг, урсгал гэдгийг бид мэднэ квант бөөмс- фотон. Цахилгаан соронзон цацраг металл дээр унах үед түүний зарим хэсэг нь гадаргуугаас ойж, зарим нь гадаргуугийн давхаргад шингэдэг. Шингээх үед фотон энергийг электронд өгдөг. Энэ энергийг хүлээн авсны дараа электрон ажиллаж, металлын гадаргуугаас гардаг. Хавтан болон электрон хоёулаа байдаг сөрөг цэнэг, ингэснээр тэд бие биенээ түлхэж, электрон гадаргуугаас зугтдаг.

Хэрэв хавтан эерэг цэнэгтэй бол гадаргуугаас тасарсан сөрөг электрон түүнд дахин татагдаж, гадаргуугаас гарахгүй.

Нээлтийн түүх

Фотоэлектрик эффектийн үзэгдлийг нээсэн XIX эхэн үезуун.

1839 онд Францын эрдэмтэн Александр Эдмонд Беккерел металл электрод ба шингэний (электролит) интерфэйс дэх фотоволтайк эффектийг ажиглав.

Александр Эдмонд Беккерел

1873 онд Английн цахилгааны инженер Смит Виллоуби хэрэв селен цахилгаан соронзон цацрагт өртвөл түүний цахилгаан дамжуулах чанар өөрчлөгддөг болохыг олж мэдэв.

Судалгааны туршилт хийх цахилгаан соронзон долгион 1887 онд Германы физикч Генрих Герц цэнэгтэй конденсатор нь ялтсуудыг хэт ягаан туяагаар гэрэлтүүлэхэд илүү хурдан цэнэглэгддэг болохыг анзаарчээ.

Генрих Герц

1888 онд Германы туршилтын физикч Вильгельм Галвакс металлыг богино долгионы хэт ягаан туяагаар цацрагаар цацахад метал сөрөг цэнэгээ алддаг, өөрөөр хэлбэл фотоэлектрик эффектийн үзэгдэл ажиглагддаг болохыг олж мэдсэн.

Фотоэлектрик эффектийг судлахад асар их хувь нэмэр оруулсан Оросын физикч Александр Григорьевич Столетов 1888-1890 онд фотоэлектрик эффектийг судлах талаар нарийвчилсан туршилт хийсэн. Үүний тулд тэрээр хоёр зэрэгцээ дискнээс бүрдэх тусгай төхөөрөмж зохион бүтээжээ. Эдгээр дискнүүдийн нэг катод, металлаар хийсэн, шилэн хайрцагны дотор байсан. Өөр диск анод, кварцын шилээр хийсэн хэргийн төгсгөлд наасан төмөр тор байв. Кварцын шилийг эрдэмтэн санамсаргүй байдлаар сонгоогүй. Үнэн хэрэгтээ энэ нь бүх төрлийн гэрлийн долгионыг дамжуулдаг хэт ягаан туяа. Энгийн шил нь хэт ягаан туяаг хаадаг. Агаарыг орон сууцнаас гаргаж авсан. Диск тус ​​бүрт хүчдэл өгсөн: катод руу сөрөг, анод руу эерэг.

Столетовын туршлага

Туршилтын үеэр эрдэмтэн катодыг шилээр дамжуулан улаан, ногоон, цэнхэр өнгөөр ​​гэрэлтүүлжээ хэт ягаан туяа. Гүйдлийн хүчийг гальванометрээр тэмдэглэсэн бөгөөд гол элемент нь толь байв. Фото гүйдлийн хэмжээнээс хамааран толин тусгал нь хазайсан өөр өнцөг. Хамгийн их нөлөөхэт ягаан туяанд өртөх. Мөн спектрт тэдгээр нь илүү их байх тусам гэрлийн нөлөөлөл илүү хүчтэй болно.

Столетов гэрлийн нөлөөн дор зөвхөн сөрөг цэнэг ялгардаг болохыг олж мэдэв.

Катодыг янз бүрийн металлаар хийсэн. Гэрэлд хамгийн мэдрэмтгий нь хөнгөн цагаан, зэс, цайр, мөнгө, никель зэрэг металууд байв.

1898 онд фотоэлектрик эффектийн үед ялгарах сөрөг цэнэгүүд нь электронууд болохыг олж мэдсэн.

Мөн 1905 онд Альберт Эйнштейн фотоэлектрик эффектийн үзэгдлийг дараах байдлаар тайлбарлав. онцгой тохиолдолэнергийн хадгалалт ба хувирлын хууль.

Гадаад фото эффект

Гадаад фото эффект

Цахилгаан соронзон цацрагийн нөлөөн дор бодисоос электронууд гарах үйл явцыг гэнэ гадаад фото эффект , эсвэл фотоэлектрон ялгаруулалт. Гадаргуугаас ялгарах электронуудыг нэрлэдэг фотоэлектронууд. тус тус, цахилгаан гүйдэлТэдний эмх цэгцтэй хөдөлгөөний үед үүсдэг , гэж нэрлэдэг фото гүйдэл.

Фотоэлектрик эффектийн анхны хууль

Фото гүйдлийн хүч нь нягтралтай шууд пропорциональ байна гэрлийн урсгал . Цацрагийн эрчим их байх тусам илүүэлектронууд 1 секундын дотор катодоос гарна.

Гэрлийн урсгалын эрчим нь фотоны тоотой пропорциональ байна. Фотоны тоо ихсэх тусам металлын гадаргуугаас гарч фото гүйдэл үүсгэх электронуудын тоо нэмэгддэг. Үүний үр дүнд гүйдэл нэмэгддэг.

Фотоэлектрик эффектийн хоёр дахь хууль

Гэрлээр ялгарсан электронуудын хамгийн их кинетик энерги нь гэрлийн давтамжийн дагуу шугаман нэмэгдэж, түүний эрчмээс хамаардаггүй..

Гадаргуу дээр туссан фотоны энерги нь дараахь хэмжээтэй тэнцүү байна.

E = h ν ,Хаана ν - ослын фотоны давтамж; h - Планкийн тогтмол.

Эрчим хүч хүлээн авсан Энергитэй төлөвт байсан нэг элементийн атомууд , электрон нь ажлын функцийг гүйцэтгэдэг φ . Үлдсэн энерги нь фотоэлектроны кинетик энерги юм.

Эрчим хүчийг хадгалах хууль нь дараахь тэгш байдлыг илэрхийлдэг.

h·ν=φ + W e , Хаана В э - металлаас салах агшинд электроны хамгийн их кинетик энерги.

h·ν=φ + м v 2 /2

Фотоэлектрик эффектийн гуравдахь хууль

Бодис бүрийн хувьд фотоэлектрик эффектийн улаан хязгаар, өөрөөр хэлбэл гэрлийн хамгийн бага давтамж байдаг νмин(эсвэл хамгийн их уртдолгион λмакс), фотоэлектрик эффект боломжтой хэвээр байгаа бөгөөд хэрэв ν˂ ν мин, дараа нь фотоэлектрик эффект үүсэхээ больсон.

Фотоэлектрик эффект нь гэрлийн тодорхой давтамжаас эхэлдэг νмин . Энэ давтамжаар дуудагдсан фотоэлектрик эффектийн "улаан" хил, электрон ялгаралт эхэлдэг.

h ν мин = φ .

Хэрэв фотоны давтамж бага байвал νмин , түүний энерги нь металаас электроныг "цохиход" хангалттай биш байх болно.

Дотоод фотоэлектрик эффект

Цацрагийн нөлөөн дор электронууд атомуудтай холбоогоо алдаж, хатуу ба шингэн хагас дамжуулагч, диэлектрикийг орхихгүй, харин тэдгээрийн дотор чөлөөт электрон хэлбэрээр үлддэг бол энэ фотоэлектрик эффектийг дотоод гэж нэрлэдэг. Үүний үр дүнд электронууд дахин хуваарилагдана эрчим хүчний төлөвүүд. Цэнэг тээгчдийн концентраци өөрчлөгдөх ба a фото дамжуулалт(гэрэлд өртөх үед цахилгаан дамжуулах чанар нэмэгдэх).

Дотоод фотоэлектрик эффект нь мөн орно хавхлагын фотоэлектрик эффект, эсвэл саад давхарга дахь фотоэлектрик нөлөө. Энэхүү фотоэлектрик эффект нь гэрлийн нөлөөн дор электронууд биеийн гадаргууг орхиж, өөр биетэй, хагас дамжуулагч эсвэл электролит руу шилжих үед үүсдэг.

Фотоэлектрик эффектийн хэрэглээ

Үйл ажиллагааны зарчим нь фотоэлектрик эффект дээр суурилдаг бүх төхөөрөмжийг нэрлэдэг фотоэлелүүд. Дэлхийн хамгийн анхны фотоэлемент бол фотоэлектрик эффектийг судлах туршилт хийх зорилгоор бүтээсэн Столетовын төхөөрөмж юм.

Photocells нь автоматжуулалт, телемеханикийн олон төрлийн төхөөрөмжид өргөн хэрэглэгддэг. Фотоселлгүйгээр хүний ​​оролцоогүйгээр зургийн дагуу эд ангиудыг бүтээх боломжтой компьютерийн тоон удирдлагын (CNC) машиныг удирдах боломжгүй юм. Тэдгээрийн тусламжтайгаар дууг киноноос уншдаг. Эдгээр нь янз бүрийн хяналтын төхөөрөмжүүдийн нэг хэсэг бөгөөд төхөөрөмжийг зогсоох, хаахад тусалдаг зөв мөч. Фотоселлерийн тусламжтайгаар гудамжны гэрэлтүүлэг шөнө болоход асч, үүрээр унтардаг. Тэд метроны турник болон хуурай газрын гэрэлт цамхагуудыг удирдахад тусалдаг ба галт тэрэг гарам руу ойртоход саадыг буулгадаг. Тэдгээрийг дуран болон нарны зай хураагуурт ашигладаг.

1887 онд Герман эрдэмтэн Герцгэрлийн нөлөөг олж мэдсэн цахилгаан цэнэггүйдэл. Сурч байна оч ялгарах, Герц сөрөг электродыг хэт ягаан туяагаар гэрэлтүүлбэл электродууд дээр бага хүчдэлийн үед ялгадас үүсдэг болохыг олж мэдэв.

Цаашлаад цахилгаанскоптой холбогдсон сөрөг цэнэгтэй металл хавтан дээр гэрэл тусахад цахилгаанскопын зүү доош хөдөлдөг болохыг олж мэдсэн. Энэ нь цахилгаан нумаар гэрэлтүүлсэн металл хавтан сөрөг цэнэгээ алдаж байгааг харуулж байна. Эерэг цэнэгметалл хавтан гэрэлтүүлэх үед өнгө алддаггүй.

Алдагдал металл биесөрөг гэрлийн туяагаар гэрэлтүүлэх үед үүнийг фотоэлектрик эффект эсвэл зүгээр л фотоэлектрик эффект гэж нэрлэдэг.

Уг үзэгдлийг Оросын нэрт эрдэмтэн А.Г.Столетов 1888 оноос хойш судалж эхэлсэн.

Столетов хоёр жижиг дискээс бүрдсэн суурилуулалтыг ашиглан фотоэлектрик эффектийг судалжээ. Хатуу цайрын хавтан ба нимгэн торыг бие биенийхээ эсрэг босоо байрлуулж, конденсатор үүсгэв. Түүний ялтсуудыг шонтой холбож, дараа нь цахилгаан нумын гэрлээр гэрэлтүүлэв.

Гэрэл нь тороор дамжин хатуу цайрын дискний гадаргуу дээр чөлөөтэй нэвтэрч байв.

Столетов хэрэв конденсаторын цайрын хавтан нь хүчдэлийн эх үүсвэрийн сөрөг туйлтай (энэ нь катод юм) холбогдсон бол хэлхээнд холбогдсон гальванометр нь гүйдлийг харуулдаг болохыг тогтоожээ. Хэрэв катод нь сүлжээ бол гүйдэл байхгүй болно. Энэ нь гэрэлтсэн цайрын хавтан нь сөрөг цэнэгтэй тоосонцорыг ялгаруулдаг гэсэн үг бөгөөд энэ нь түүний болон сүлжээ хоорондын зайд гүйдэл байгаа эсэхийг тодорхойлдог.

Столетов физик нь хараахан илрээгүй байгаа фотоэлектрик эффектийг судалж байхдаа хөнгөн цагаан, зэс, цайр, мөнгө, никель зэрэг олон төрлийн металлаас диск авчээ. Тэдгээрийг хүчдэлийн эх үүсвэрийн сөрөг туйлтай холбож, түүний хэлхээн дэх нумын нөлөөн дор хэрхэн болохыг ажиглав. туршилтын үйлдвэрцахилгаан гүйдэл үүссэн. Энэ гүйдлийг фото гүйдэл гэж нэрлэдэг.

Конденсаторын ялтсуудын хоорондох хүчдэл нэмэгдэхийн хэрээр фото гүйдэл нэмэгдэж, тодорхой хүчдэлийн утгад хүрэв. хамгийн их утга, ханалтын фото гүйдэл гэж нэрлэдэг.

Физик нь катодын хавтан дээрх гэрэл зургийн ханалтын гүйдлийн хэмжээнээс хамаарах хамааралтай фотоэлектрик эффектийг судалж үзээд Столетов тогтоожээ. дараагийн хууль: ханасан гэрэл зургийн гүйдлийн утга нь металл хавтан дээрх гэрлийн урсгалтай шууд пропорциональ байна.

Энэ хуулийг Столетов гэдэг.

Хожим нь фото гүйдэл нь гэрлийн нөлөөгөөр металаас урагдсан электронуудын урсгал гэдгийг тогтоосон.

Фотоэлектрик эффектийн онол өргөн тархсан байна практик хэрэглээ. Тиймээс энэ үзэгдлийн үндсэн дээр төхөөрөмжүүд бий болсон. Тэдгээрийг фотосел гэж нэрлэдэг.

Гэрэл мэдрэмтгий давхарга - катод нь бараг бүхэлд нь хамардаг дотоод гадаргуушилэн сав, гэрэлд нэвтрэх жижиг цонхыг эс тооцвол. Анод нь цилиндр дотор бэхлэгдсэн утас цагираг юм. Цилиндр дотор вакуум байдаг.

Хэрэв та бөгжийг батерейны эерэг туйл руу, гэрэл мэдрэмтгий металлын давхаргыг гальванометрээр дамжуулан сөрөг туйл руу нь холбовол давхаргыг тохирох гэрлийн эх үүсвэрээр гэрэлтүүлэхэд хэлхээнд гүйдэл гарч ирнэ.

Та батерейг бүрэн унтрааж болно, гэхдээ тэр үед ч гэсэн бид маш сул гүйдлийг ажиглах болно, учир нь гэрлээр ялгарсан электронуудын өчүүхэн хэсэг нь утсан цагираг - анод дээр унах болно. Үр нөлөөг сайжруулахын тулд ойролцоогоор 80-100 В хүчдэл шаардлагатай.

Физикийг ийм элементүүдэд ашигладаг фотоэлектрик эффектийг ямар ч метал ашиглан ажиглаж болно. Гэсэн хэдий ч зэс, төмөр, цагаан алт, вольфрам зэрэг ихэнх нь зөвхөн мэдрэмтгий байдаг. шүлтлэг металлууд- кали, натри, ялангуяа цезий нь харагдахуйц туяанд мэдрэмтгий байдаг. Тэдгээрийг фотосел катод үйлдвэрлэхэд ашигладаг.