Жұмыстың орындалу реті

Қондырғы жарық көзінен, поляризатор мен анализатордан тұрады. Поляризацияланған жарық интенсивтігі фотоэлементпен жалғанған люксметрмен өлшенеді.

1. Анализатор лимбасын 0⁰- қа қойыңыз. Поляризатордың тұтқасын бұрай отырып, люксметрдің максимал көрсетуін анықтаймыз, α=0, I=I₀.

2. Анализатор лимбасын бұра отырып, әрбір 30⁰ сайын люксметрдің көрсетуін жазып аламыз.

3. Осылайша, анализатор лимбасын толық бір айналдырып шығамыз.

4. Осы тәжірибені 3 рет жасаймыз.

4. Бақылау нәтижелері кестеге жазылады.

5. Люксметрдің көрсетуі бойынша әрбір бұрылу бұрышы үшін орташа мәнін анықтап, жарықталынудың анализатордың бұрылу бұрышына тәуелділік графигі салынады: Х осі бойымен бұрылу бұрышының мәндері, ал У осі бойымен жарықталыну мәні.

6. Жарықталынудың І=І₀соѕ²α, формуласымен есептелген мәндері бойынша график салынады. (Екі график бір координаталар торында жасалады)

кесте

Бұрылу бұрышы, α	Cоѕ²α	Люксметрдің көрсетуі				І=І0соѕ²α
		І1	І2	І3	Іорт
0 30 60 90 . . . 360

Бақылау сұрақтары

1. Табиғи жарық дегеніміз не?

2. Поляризацияланған жарық деген не?

3. 1-суретті толықтырып, жарық векторының тербеліс және поляризация жазықтықтарының толық сипаттамасын анықтаңыз.

4. Малюс заңының физикалық мағынасын түсіндіріп, формуласын жазыңыз.

5. Поляризацияланған жарықты алу жолдары қандай?

№ 47а- зертханалық жұмыс

Сыртқы фотоэффект құбылысын зерттеу және планк тұрақтысын анықтау

Ж ұ м ы с т ы ң м а қ с а т ы Фотоэффект заңдарын оқып үйрену.

Қ ұ р а л ж а б д ы қ т а р: ФПК-10.

Ә д і с т е о р и я с ы

Жарық әсерінен фотокатодтан электрондардың ұшып шығуы фотоэлектрлік эффект деп аталады. Бұл құбылыс жарықтың фотондық теориясы арқылы жақсы түсіндіріледі. Жарық затпен өзара әсерлескенде энергиясы h және импульсі h /с (h – Планк тұрақтысы,  - жарық жиілігі, с –вакуумдағы жарық жылдамдығы) болатын бөлшек-фотон түрінде әсерлеседі. Фотон фотокатодтың электронымен кездескенде оның энергиясы толығымен электронға беріледі де фотон жойылып кетеді. Осы өзара әсерлесудің энергетикалық балансы келесі теңдеумен жазылады:

hW_max+A (1)

мұндағы W_max – электронның фотокатодтан шыққаннан кейінгі максимал кинетикалық энергиясы, А – электронның катодтан шығу жұмысы.

Фотокатодтың маңайындағы фотоэлектрондардың энергиясын өлшеу кезінде тежеуіш (U<0) немесе үдетуші (U>0) потенциал берілетін екінші электрод (анод) орналасады. Аса үлкен үдеуіш потенциалда фототок қанығу мәніне жетеді (1-сурет): бөлініп шыққан барлық электрондар анодқа жетеді. Тежеуіш потенциалда анодқа кинетикалық энергиясы аса жоғары электрондар келіп жетеді, осы уақытта баяу қозғалған электрондар өріс арқылы бұрылады да катодқа қайтып келеді. Потенциалдың U-U₀ (тежеуіш потенциалы) кейбір мәнінде шапшаң фотоэлектрондардың өзі де анодқа жете алмай қалады.

Электрондардың максимал кинетикалық энергиясы W_max тежеу кернеуімен U₀ мына қатынас арқылы байланысқан:

W_maxеU₀

Осы қатынасты (1) теңдікке қойып, фотоэффект құбылысы үшін Эйнштейн теңдеуін аламыз:

еU₀ h А (2)

Электронның металдан шығу жұмысы А дегеніміз, энергиясы Ферми энергиямына тең болатын, металл бетінің бағыиымен қозғалған электронның кристалдан бөлініп шығуына қажетті энергияға тең шама. Егер фотон энергиясы шығу жұмысының А мәнінен үлкен болса, онда артық энергия шығып кеткен электронда қалады. Бұл энергия W_max болып белгіленеді және ол ұшып шыққан электронның максимал энергиясы болады. Жарық арқылы кристалдан шығарылған басқа электрондардың энергиясы аз болады, себебі олардың шыққан деңгейі төмен жатады немесе олар басқа бағытта қозғалған болады.

I U₀

I_max

-U₀ 0 U 0 

1-сурет. Фототоктың фотоэлемент 2-сурет. Тежеуіш кернеуінің

анонындағы кернеуден тәуеділігі. жарық жиілігінен тәуелділігі.

Жұмыста фототоктың спектрдің көрінетін аймағында жататын жарық жиілігінің әртүрлі мәні үшін тежеуіш кернеуінің U₀ шамасынан тәуелділігі зерттеледі. Эйнштейн теңдеуін эксперименталды түрде тексеру үшін жарықтың әртүрлі жиілігінде тежеуіш кернеуі U₀ анықталады және (2) теңдіктен шығатындай, U₀() тәуелділігі салынады, ол келесі түрде жазылуы тиіс:

(3)

Кез келген катод үшін тежеуіш потенциалы U₀ жарық жиілігінен сызықты түрде тәуелді болады. 2-сутреттегі U₀() графигінің көлбеу түзуінен Планк тұрақтысын анықтауға болады:

(4)

(4) формуладан көретініміздей, U₀() түзуінің көлбеу бұрышы фотокатод жасалған заттың табиғатынан тәуелді емес. Заттың табиғатынан фототок шамасы, шығу жұмысы А тәуелді болады және I(U) қисығы нолге тікелей жақындайды.

ФПК-10 қондырғысының құрылысы мен жұмыс істеу принципі

Қондырғы лабораториялық столға орнатылған және кабельмен өзара жалғанған зерттеу объектісінен және өлшеу құрылғысынан тұрады. Зерттеу объектісі мен өлшеу құрылғысы шнур арқылы 200В, 50Гц ток көзіне қосылады.

Зерттеу объектісінде қорек көзі бар жарықтандырғыщ (спектрлік сынапты шам), интерференциялық светофильтрлер 1...4 блогы және жарықтандырғышты реттейтін құрылғы орнатылған. Светофильтрлер блогындағы «0» жағдайы светофильтрсіз өтуін көрсетеді және интегралды вольтамперлік және люксамперлік сипаттамаларды алу үшін қолданылады, ал «5» жағдайы шамды жабады да нольді қою үшін қолданылады. Корпусқа Кронштейн арқылы жлғарғы қақпағына Ф-8 және Ф-25 фотоэлементтері бар ауыспалы фотоқабылдағыштар орнатылған фототок күшейткіш бекітілген. Фотоқабылдағыштарды орнату кезінде олардың қабылдау терезесі жарықтандырғыштың шығу терезесімен біріктіріледі және бленда арқылы жабылады.

Зерттеу объектісінің алдыңғы бетінде ток көзіне қосу индикаторы бар тетік орнатылған. Зерттеу объектісінің артқы бетінде жерлендіру клеммасы, сақтандырғыш ұстағыштар және ток көзіне қосатын вилкасы бар шнур орналасқан. Қондырғының бір жақ жанында жарықтандырғышты реттейтін шығу терезесі орналасқан. Фототок күшейткіштің қабырға жақ беттерінде зерттеу объектісін өлшеу құрылғысына жалғайтын шнур және күшейткіштің балансын реттегіш ГРУБО және ТОЧНО тетіктері орналасқан.

Өлшеу құрылғысының алдыңғы бетінде мынадай басқару органдары мен индикациялар орналасқан:

• өлшеудің тура және кері режимдерін қосу үшін сәйкесінше индикаторларымен ПРЯМАЯ-ОБРАТНАЯ түймелері.

• фотоэлементтегі кернеуді реттеуге және оны нольге келтіруге арналған «+», «-» және СБРОС түймелері.

• фотоэлементтегі кернеу мәндерін және жұмыс барысында фототокты индикациялауға арналған В және мкА индикаторлары.