egp-5.2· Fəsil 5: Optika və müasir fizika· ~14 dəq

Dalğa optikası və fotoeffekt

İnterferensiya, difraksiya, dispersiya, fotonun enerjisi və impulsu, fotoeffekt və Eynşteyn tənliyi

Dalğa optikası işığın dalğa təbiətini öyrənir: interferensiya işıq dalğalarının üst-üstə düşməsi nəticəsində daimi gücləndirmə və zəiflətmə mənzərəsidir, difraksiya isə dalğanın maneə kənarından əyilməsidir; dispersiya ağ işığın prizmada müxtəlif dalğa uzunluqlarına (rənglərə) ayrılmasıdır. İşıq həm də fotonlardan ibarətdir; bir fotonun enerjisi E=hν=hcλE = h\nu = \frac{hc}{\lambda}, impulsu isə p=hλp = \frac{h}{\lambda} düsturları ilə tapılır (h=6,6⋅10−34h = 6,6 \cdot 10^{-34} C·s, c=3⋅108c = 3 \cdot 10^{8} m/s). Fotoeffekt işığın metaldan elektron qoparması hadisəsidir və Eynşteyn tənliyi ilə təsvir olunur: hν=Ac¸ıxıs¸+Ekmaxh\nu = A_{\text{çıxış}} + E_{k_{\text{max}}}. Qırmızı sərhəd fotoeffektin baş verdiyi minimal tezlikdir: ν0=Ac¸ıxıs¸h\nu_0 = \frac{A_{\text{çıxış}}}{h}.

📌Nümunə

Məsələn: tezliyi ν=1,5⋅1015\nu = 1,5 \cdot 10^{15} Hs olan fotonun enerjisi E=hν=6,6⋅10−34⋅1,5⋅1015=9,9⋅10−19E = h\nu = 6,6 \cdot 10^{-34} \cdot 1,5 \cdot 10^{15} = 9,9 \cdot 10^{-19} C alınır.

Qrafiklər

Fotoeffekt: foton (hν) metaldan elektron qoparır; Eynşteyn tənliyi hν = A + Eₖ (A — çıxış işi)
Fotoeffekt: foton (hν) metaldan elektron qoparır; Eynşteyn tənliyi hν = A + Eₖ (A — çıxış işi)

Əsas terminlər

İnterferensiya — İşıq dalğalarının üst-üstə düşməsindən yaranan daimi gücləndirmə və zəiflətmə mənzərəsi; sabit mənzərə üçün dalğalar koherent olmalıdır.
Difraksiya — Dalğanın maneənin kənarından əyilməsi, yan tərəfə yayılması hadisəsi.
Dispersiya — Ağ işığın prizmada müxtəlif dalğa uzunluqlarına (rənglərə) ayrılması; ən çox bənövşəyi sınır.
Foton — İşıq enerjisinin kvantı; enerjisi E=hν=hcλE = h\nu = \frac{hc}{\lambda}, impulsu p=hλ=Ecp = \frac{h}{\lambda} = \frac{E}{c} düsturları ilə tapılır.
Fotoeffekt — İşığın metal səthindən elektron qoparması hadisəsi; hν=Ac¸ıxıs¸+Ekmaxh\nu = A_{\text{çıxış}} + E_{k_{\text{max}}} tənliyi ilə təsvir olunur.
Qırmızı sərhəd — Fotoeffektin baş verdiyi minimal tezlik ν0=Ac¸ıxıs¸h\nu_0 = \frac{A_{\text{çıxış}}}{h}, yaxud maksimal dalğa uzunluğu λ0=hcAc¸ıxıs¸\lambda_0 = \frac{hc}{A_{\text{çıxış}}}.
Foton və fotoeffekt düsturları
KəmiyyətDüsturVahid
Fotonun enerjisiE=hν=hcλE = h\nu = \frac{hc}{\lambda}C
Fotonun impulsup=hλ=Ecp = \frac{h}{\lambda} = \frac{E}{c}kq·m/s
Eynşteyn tənliyihν=Ac¸ıxıs¸+Ekmaxh\nu = A_{\text{çıxış}} + E_{k_{\text{max}}}C
Qırmızı sərhəd tezliyiν0=Ac¸ıxıs¸h\nu_0 = \frac{A_{\text{çıxış}}}{h}Hs
Qırmızı sərhəd dalğa uzunluğuλ0=hcAc¸ıxıs¸\lambda_0 = \frac{hc}{A_{\text{çıxış}}}m
Saxlama gərginliyiEkmax=e⋅UsaxlamaE_{k_{\text{max}}} = e \cdot U_{\text{saxlama}}C

h=6,6⋅10−34h = 6,6 \cdot 10^{-34} C·s, c=3⋅108c = 3 \cdot 10^{8} m/s, 1 eV=1,6⋅10−191 \text{ eV} = 1,6 \cdot 10^{-19} C.

İşığın dalğa hadisələri
HadisəMahiyyəti
İnterferensiyaKoherent dalğaların üst-üstə düşməsi
DifraksiyaDalğanın maneə kənarından əyilməsi
DispersiyaAğ işığın rənglərə ayrılması

Dispersiyada bənövşəyi ən çox, qırmızı ən az sınır.

✎Fotonun enerjisi (dalğa uzunluğu ilə)
  1. 1Verilənlər: λ=6,6⋅10−7\lambda = 6,6 \cdot 10^{-7} m, h=6,6⋅10−34h = 6,6 \cdot 10^{-34} C·s, c=3⋅108c = 3 \cdot 10^{8} m/s.
  2. 2Düstur: E=hcλE = \frac{hc}{\lambda}.
  3. 3Surət: hc=6,6⋅10−34⋅3⋅108=19,8⋅10−26hc = 6,6 \cdot 10^{-34} \cdot 3 \cdot 10^{8} = 19,8 \cdot 10^{-26}.
  4. 4Bölmə: E=19,8⋅10−266,6⋅10−7=3⋅10−19E = \frac{19,8 \cdot 10^{-26}}{6,6 \cdot 10^{-7}} = 3 \cdot 10^{-19} C.
✎Eynşteyn tənliyi ilə EkmaxE_{k_{\text{max}}}
  1. 1Verilənlər: λ=3,3⋅10−7\lambda = 3,3 \cdot 10^{-7} m, Ac¸ıxıs¸=3,3⋅10−19A_{\text{çıxış}} = 3,3 \cdot 10^{-19} C.
  2. 2Foton enerjisi: E=hcλ=19,8⋅10−263,3⋅10−7=6⋅10−19E = \frac{hc}{\lambda} = \frac{19,8 \cdot 10^{-26}}{3,3 \cdot 10^{-7}} = 6 \cdot 10^{-19} C.
  3. 3Düstur: Ekmax=hν−Ac¸ıxıs¸E_{k_{\text{max}}} = h\nu - A_{\text{çıxış}}.
  4. 4Nəticə: Ekmax=6⋅10−19−3,3⋅10−19=2,7⋅10−19E_{k_{\text{max}}} = 6 \cdot 10^{-19} - 3,3 \cdot 10^{-19} = 2,7 \cdot 10^{-19} C.
🚫Tez-tez səhv

Eynşteyn tənliyində çıxış işi ÇIXILIR: Ac¸ıxıs¸=hν−EkmaxA_{\text{çıxış}} = h\nu - E_{k_{\text{max}}}, toplanmır. hν=7⋅10−19h\nu = 7 \cdot 10^{-19}, Ekmax=3⋅10−19E_{k_{\text{max}}} = 3 \cdot 10^{-19} olduqda Ac¸ıxıs¸=4⋅10−19A_{\text{çıxış}} = 4 \cdot 10^{-19} C-dir.

⚠️Diqqət

Fotonun impulsu enerjini cc-yə BÖLməklə tapılır: p=Ecp = \frac{E}{c}. Vurma (p=E⋅cp = E \cdot c) və ya E=mc2E = mc^2 ilə qarışdırmaq səhvdir.

⚠️Diqqət

EV ilə verilən kəmiyyəti coula çevirməyi unutmayın: 1 eV=1,6⋅10−191 \text{ eV} = 1,6 \cdot 10^{-19} C. Saxlama gərginliyi üçün EkmaxE_{k_{\text{max}}}-ı ee-yə bölün.

💡Qeyd

Foton enerjisi yalnız tezlikdən asılıdır: tezlik 2 dəfə artarsa enerji də 2 dəfə artır. İntensivlik (güc) EkmaxE_{k_{\text{max}}}-ı dəyişmir, yalnız foton sayını artırır.

💡Qeyd

Sabit interferensiya mənzərəsi üçün dalğalar koherent olmalıdır; müxtəlif tezlikli (müxtəlif rəngli) dalğalar daimi mənzərə vermir.

Qaydalar

  1. 1Fotonun enerjisi: E=hν=hcλE = h\nu = \frac{hc}{\lambda}, h=6,6⋅10−34h = 6,6 \cdot 10^{-34} C·s, c=3⋅108c = 3 \cdot 10^{8} m/s.
  2. 2Fotonun impulsu: p=hλ=Ecp = \frac{h}{\lambda} = \frac{E}{c} (vahidi kq·m/s).
  3. 3Eynşteyn tənliyi: hν=Ac¸ıxıs¸+Ekmaxh\nu = A_{\text{çıxış}} + E_{k_{\text{max}}}.
  4. 4Qırmızı sərhəd: ν0=Ac¸ıxıs¸h\nu_0 = \frac{A_{\text{çıxış}}}{h}, λ0=hcAc¸ıxıs¸\lambda_0 = \frac{hc}{A_{\text{çıxış}}}.
  5. 5Enerji çevrilməsi: 1 eV=1,6⋅10−191 \text{ eV} = 1,6 \cdot 10^{-19} C.

Məşq

15 asan · 15 orta · 15 çətin

Hər testdə təsadüfi 10 sual seçilir

AsanOrtaÇətinQarışıq