Fotoelektrik Effekti Müzakirə Edən Nümunə Suallar
Fotoelektrik effekt, işıq və ya elektromaqnit şüalanması materiala dəydikdə onun səthindən elektronların yayılmasını təsvir edən fiziki bir fenomendir. Albert Eynşteyn tərəfindən 20-ci əsrin əvvəllərində aparılan tədqiqatlar bu fenomeni izah etməkdə və işığın kvant nəzəriyyəsinin qəbul edilməsinə gətirib çıxarmaqda mühüm rol oynamışdır. Bu məqalədə fotoelektrik effektlə bağlı bir neçə nümunə problem və onların həll yollarının ətraflı izahları müzakirə olunacaq.
Əsas Nəzəriyyə
Nümunə məsələlərə keçməzdən əvvəl, fotoelektrik effektlə bağlı bəzi əsas anlayışları nəzərdən keçirək:
1. Foton enerjisi: Fotonun enerjisi \( E = h \nu \) tənliyi ilə verilir, burada \( h \) Plank sabitidir (\( h \təxminən 6.626 \times 10^{-34} \) Js) və \( \nu \) işığın tezliyidir.
2. İş funksiyası (\( \phi \)): İş funksiyası materialın səthindən elektronları çıxarmaq üçün tələb olunan minimum enerjidir.
3. Elektronların kinetik enerjisi: Buraxılmış elektronların kinetik enerjisi \( KE = h \nu – \phi \) tənliyi ilə verilir.
Nümunə Sual 1
Soal
Metal təbəqənin iş funksiyası ∙(4.5) eV-dir. Dalğa uzunluğu ∙(200) nm olan işıq təbəqəyə düşür. Təyin edin:
1. Elektron tərəfindən udulmuş fotonun enerjisi.
2. Metal səthindən elektronlar ayrılacaqmı?
3. Əgər belədirsə, buraxılan elektronların maksimum kinetik enerjisi nə qədərdir?
Məskunlaşma
1. Foton enerjisini hesablayın (\( E \))
\[
E = \frac{hc}{\lambda}
\]
Burada \(h\) Plank sabiti, \(c\) işığın sürəti (\(c\təxminən 3\times 10^8\) m/s) və \(\lambda\) işığın dalğa uzunluğudur.
\[
E = \frac{6.626 \times 10^{-34} \text{ Js} \times 3 \times 10^8 \text{ m/s}}{200 \times 10^{-9} \text{ m}}
\]
\[
E = \frac{1.9878 \times 10^{-25} \text{ Js}}{200 \times 10^{-9} \text{ m}}
\]
\[
E = 9.939 \times 10^{-19} \text{ J}
\]
eV-ə çevirmək üçün \( 1 \text{ eV} = 1.602 \times 10^{-19} \text{ J} \) istifadə edin.
\[
E = \frac{9.939 \times 10^{-19} \text{ J}}{1.602 \times 10^{-19} \text{ J/eV}}
\]
\[
E \təxminən 6.2 \text{ eV}
\]
2. Elektronların sərbəst buraxılıb-buraxılmayacağını yoxlayın
Foton enerjisi (6.2 eV) iş funksiyasından (4.5 eV) böyük olduğundan, elektron sərbəst buraxılacaq.
3. Elektronların maksimum kinetik enerjisini hesablayın
\[
KE = E – \phi = 6.2 \text{ eV} – 4.5 \text{ eV} = 1.7 \text{ eV}
\]
Nümunə Sual 2
Soal
İş funksiyası �(3) eV olan metal səthə �(1.2 �(10^{15}) Hs tezliyi olan işıq düşür. Təyin edin:
1. Elektron tərəfindən udulmuş fotonun enerjisi.
2. Metal səthindən elektronlar ayrılacaqmı?
3. Əgər belədirsə, buraxılan elektronların maksimum kinetik enerjisi nə qədərdir?
Məskunlaşma
1. Foton enerjisini hesablayın (\( E \))
\[
E = h \nu = 6.626 \times 10^{-34} \text{ Js} \times 1.2 \times 10^{15} \text{ Hz}
\]
\[
E = 7.9512 \times 10^{-19} \text{ J}
\]
eV-ə çevrilmə:
\[
E = \frac{7.9512 \times 10^{-19} \text{ J}}{1.602 \times 10^{-19} \text{ J/eV}}
\]
\[
E \təxminən 4.97 \text{ eV}
\]
2. Elektronların sərbəst buraxılıb-buraxılmayacağını yoxlayın
Foton enerjisi (4.97 eV) iş funksiyasından (3 eV) böyük olduğundan, elektron sərbəst buraxılacaq.
3. Elektronların maksimum kinetik enerjisini hesablayın
\[
KE = E – \phi = 4.97 \text{ eV} – 3 \text{ eV} = 1.97 \text{ eV}
\]
Nümunə Sual 3
Soal
Dalğa uzunluğu 120 nm olan UB şüası iş funksiyası 2.2 eV olan metal səthə düşür. Hesablayın:
1. Foton enerjisi eV-də.
2. Metal səthindən elektronlar ayrılacaqmı?
3. Əgər belədirsə, buraxılan elektronların maksimum kinetik enerjisi nə qədərdir?
Məskunlaşma
1. Foton enerjisini hesablayın (\( E \))
\[
E = \frac{hc}{\lambda}
\]
\[
E = \frac{6.626 \times 10^{-34} \text{ Js} \times 3 \times 10^8 \text{ m/s}}{120 \times 10^{-9} \text{ m}}
\]
\[
E = \frac{1.9878 \times 10^{-25} \text{ Js}}{120 \times 10^{-9} \text{ m}}
\]
\[
E = 1.6565 \times 10^{-18} \text{ J}
\]
eV-ə çevrilmə:
\[
E = \frac{1.6565 \times 10^{-18} \text{ J}}{1.602 \times 10^{-19} \text{ J/eV}}
\]
\[
E \təxminən 10.34 \text{ eV}
\]
2. Elektronların sərbəst buraxılıb-buraxılmayacağını yoxlayın
Foton enerjisi (10.34 eV) iş funksiyasından (2.2 eV) böyük olduğundan, elektron sərbəst buraxılacaq.
3. Elektronların maksimum kinetik enerjisini hesablayın
\[
KE = E – \phi = 10.34 \text{ eV} – 2.2 \text{ eV} = 8.14 \text{ eV}
\]
Nəticə
Fotoelektrik effekt fenomeni fotonun enerjisini hesabladığımız, elektronun atılıb-atılmadığını yoxladığımız və atılan elektronun maksimum kinetik enerjisini ölçdüyümüz müxtəlif nümunə məsələlər vasitəsilə göstərilə bilər. Hər bir problemi həll edərkən fiziki vahidlərə və vahidlər arasında çevrilmələrə (məsələn, couldan elektronvoltlara) diqqət yetirməliyik. Möhkəm bir anlayış və müvafiq təcrübə kvant fizikasının vacib bir sütunu olan fotoelektrik effektin fundamental anlayışlarını mənimsəməyimizə kömək edəcəkdir.
