İşığın maddə ilə qarşılıqlı təsiri. Fotoelektrik effekti. Fotoeffektin növləri. Stoletov qanunları. Fotoelektrik hadisəsinin klassik izahı. Fotoeffekt

I. Stoletov qanunu: sabit tezlikli işığın təsiri zamanı katotdan vahid zamanda çıxan elektronların sayı işığın intensivliyi ilə düz mütənasibdir .
II.Fotoelektronların qopma anındakı sürəti düşən işığın intensivliyindən asılı olmayıb, yalnız işığın tezliyinin böyüməsi ilə xətti olaraq artır.
III. Hər bir maddə üçün fotoeffektin qırmızı sərhəddi mövcuddur, yəni işığın elə bir tezliyi (maddənin kimyəvi təbiətindən və onun səth halından) vardır ki, bu tezlikdən kiçik tezliklərdə fotoeffekt müşahidə olunmur.
Fotoeffekt hadisəsinin baş vermə səbəbini və sadalanan qanunlardan birincisini klassik fizika qanunları əsasında asanlıqla izah etmək olar. Doğurdan da işıq sahəsi katoda təsir edərək onun hazırlandığı metal daxilindəki elektronları eyni tezliyi ilə rəqsə gətirir. Rəqsin amplitudu elə böyüyə bilər ki, nəticədə elektron tarazlıq vəziyyətinə qayıtmayıb metalı tərk edər, yəni fotoeffekt hadisəsi baş verər. İşıq intensivliyinin artması ilə qopan elektronların sayı da artır. Lakin İkinci və üçüncü qanunlar klassik fizikanın köməyi ilə izah oluna bilmir. Belə ki, Metaldan qopan elektronun kinetik enerjisi düşən işığın intensivliyindən asılı olmalı , belə ki, intensivlik artdıqca elektrona daha böyük enerji verilməli idi. Ancaq bu nəticə fotoeffektin II qanunu ilə ziddiyyət təşkil edir. Belə ki, dalğa nəzəriyyəsinə görə, elektronlara verilən enerji işığın intensivliyi ilə mütənasibdir. Onda,

yüksək intensivlikli istənilən tezlikli işıq elektronları metaldan qopartmalı idi. Başqa sözlə, fotoeffektin qırmızı sərhədi olmamalıdır fikri yaranır ki, bu da fotoeffektin III qanununa ziddir. Beləliklə, fotoeffekt hadisəsini işığın dalğa nəzəriyyəsi ilə izah etmək mümkün deyil.

1905-ci ildə A.Eynşteyn fotoeffektin kvant nəzəriyyəsini təklif etdi və göstərdi ki, ν – tezlikli işıq yalnız buraxılmır, eyni zamanda fəzada yayılır və enerjisi ₀=h olan ayrıca porsiyalarla (kvantlarla) maddədə tərəfindən udulur.Elektromaqnit şüalarının kvantları foton adlanır.
Belə ki, hər kvant bir elektron tərəfindən udulduğundan , onda qoparılan elektronların sayı işığın I -intensivliyi ilə, fotoeffektin I qanununa görə, mütənasib olmalıdır. Düşən fotonun enerjisi elektronun metaldan A –çıxış işi görməyə və çıxan fotoelektrona m²_max/2 kinetik enrjisi verməyə sərf edilir. Enerjinin saxlanması qanununa görə


(1)
olar. Bu ifadə- xarici fotoeffekt üçün Eynşteyn tənliyi adlanır.
Eynşteyn tənliyi fotoeffektin II və III qanunlarını izah etməyə imkan verir. (1) tənliyindən görünür ki, fotoelektronun ən böyük kinetik enerjisi düşən işığın tezliyinin artması ilə artır onun intensivliyindən (fotonların sayı) isə asılı deyil. Çünki, işığın tezliyi azldıqca fotoelektronların kinetik enerjisi azalır (verilmiş metal üçün А=const ), onda kifayət qədər kiçik tezlikdə =₀ olan zaman, fotoelektronların kinetik enerjisi sıfra bərabər olacaq və fotoeffekt müşahidə edilməyəcəkdir.(1)ifadəsndən alırıq ki, verilmiş metal üçün fotoeffektin qırmızı sərhəddi belə olar:
(2)
O, yalnız elektronun çıxış işindən, yəni maddənin kimyəvi tərkibindən və onun səthinin vəziyyətindən asılıdır.
(1) və (2) ifadələrindən istifadə etməklə aşağdakı ifadəni alarıq:
(3)
Fotoeffekt ətalətsizdir, işığın maddəyə düşməsi və ondan elektronun qoparılması praktiki olaraq ani baş verir. Fotoeffekt ətalətsizliyi, eyni zamanda işığın maddə ilə qarşılıqlı təsirinin kvant təbiətli olduğunu subut edir. Dalğa nəzəriyyəsinə uyğun olaraq verilmiş intensivliklikdə elektromaqnit dalğası elektrona, çıxış işi görmək üçün lazım olan enerjini verməsi üçün sonlu və uzun zaman müddət tələb olunur. Kvant nəzəriyyəsinə görə isə, elektronlar fotonlardan bütün enerjini alır və ani olaraq çıxışı başa çatdırırlar.