Фотоэлемент Фотосинтез. Жарыктын химиялык аракеттери.

14-глава

Фотоэлемент Фотосинтез. Жарыктын химиялык аракеттери. Жарыктын басымы. Лебедевдин тажрыйбасы

Фотоэлемент. Фотоэффект кубулушуна негизделип жасалган прибордун иштеши фотоэлемент деп аталат. Фотоэлемент тышкы фотоэффекте да, ики фотоэффекте да негизделип жасалган. Тышкы фотоэффектке негизделген фотоэлементтин схемасы 1-сүрөттө берилген.

(1-сүрөт). (2-сүрөт).

Айнек баллонунун ички бетинин көпчүлүк бөлүгү жарыкты сезгич катмар зат менен капталган. Бул катмар катоддун К милдетинаткарат. В жылчыкасы аркылуу баллонго жарык кирет. Эгер ультракызгылт көк нурлар колдонулса бул жылчыкча кварцтан жасалат. Аноддун А милдетин иймек түрүндѳ жасалган зым аткарат. Анод Б батареясынын оң уюлу менен, ал эми жарык сезгич катмар терс уюлу менен G гальванометри аркылуу туташтырылат. Адатта баллондон аба сордурулуп ташталат же инерттик газ, мисалы, неон же аргон толтурулат. Катодду жарыктандырган жарык булагынын спектрдик курамында фотоэффекттин кызыл чегинин шартын канаттандыруучу (ν_мин=A/h) толкун жыштыгы болсо, чынжырда ток пайда болот. Фотоэлементти даярдоодо бардык эле металлдар бирдей денгээлде жарай бербейт. Цинк, жез, темир, платина, никель, вольфрам сыяктуу металлдар ультракызгылт-кѳк нурларды гана сезе алышат. Бул металлдар кѳзгѳ кѳрүнгѳн нурлардын таасири менен ѳздөрүнѳн электрондорду чыгарышпайт.

Ал эми натрий, калий, рубидий, цезий сыяктуу металлдарда кѳзгѳ кѳрүнгөн нурлардын таасири менен эле фотоэффект кубулушу пайда болот. Ушуга байланыштуу мындай металлдар иш жүзүндө, фотокатоддорду жасоодо колдонулат.

Ички фотоэффектке жарым ѳткѳргүчтѳрдү колдонуу электрондордун пайда болуусун шарттап, фотоѳткѳрүмдүүлүккѳ алып келет. Фотокаршылыктуу деп аталуучу приборлордун түзүлүшү ушул фотооткѳрүмдүүлүк кубулушуна негызделип жасалат.

Фотокаршылыктын эң жѳнѳкой түрү болуп бети жарым ѳткѳргүч менен жука катмарда капталган изолятор пластинкасы эсептелет. Пластинка жарыктандырылган кезде фотоѳткөрүмдүүлүк пайда болуп, фотокаршылыктан турган чынжырда ток жүрѳ баштайт. Мындай фотокаршылык кинодогу үндү пайда кылууда, сигнализацияларды иштетүүдѳ ж. б. колдонулат.

Жарым өткѳргүч колдонулуп жасалган фотоэлемент 2-сүрѳттѳ берилген. Бири металлдан, экинчиси ал металлдын кычкылынан (жарым ѳткѳргүчтѳн) жасалган эки пластинка бири бири менен беттештирилип, үстүнкү бети жука металл менен кап­талган. Металл менен жарым өткѳргүчтүн ортолорунда бир жактуу электр ѳткѳрүмдүүлүгү пайда болот - электрондор жарым ѳткөргүчтөн металлды карай гана ѳтѳт. Бул багытта кыймылда болуучу электрондордун агымы жарыктын таасири менен гана пайда болот. Мындай вентилдүу фотоэлемент жарык толкунунун энергиясын түздѳн түз электр тогунун энергиясына айландырат. Космос кемелеринде колдонулуучу күн батареяларынын иштеши ушул принципке негизделип жасалган. Ички фотоэффектке негизделип жарым ѳткѳргүчтѳрдү колдонуу менен жасалган фотоэлементтер мындан да кеңири колдонууларга ээ.

Бардык түрдѳгү фотоэлементтер техникада кеңири колдонулууда. Сүрѳттөлүштѳрдү зым аркылуу берүү (фототелеграфия), телевидениедеги, автоматикадагы жана телемеханикадагы бир катар маселелер фотоэлементтердин колдонулушу аркылуу гана чечилген.

1. Фотоэлемент жѳнүндө түшүпүк бергиле.

2. Тышкы фотоэффектиге негшзделген фотоэлементтин 1-сүрөттө берилген иштѳѳ принцибин түшүндүргүлѳ.

2. Жарым ѳткѳргүч колдонулуп жасалган фотоэлементти түшүндүргулѳ:

Фотосинтез. Жарыктын химиялык аракеттери. Нурдануунун таасири менен өтүүчү химиялык процесстер жаратылышта, илимде жана техникада зор мааниге ээ. Жаратылышта болуп өтүүчү эң маанилүү фотохимиялык процесстердин бири - фотосинтез - жарыктын таасири менен ѳсүмдүктѳрдүн абадан кѳмүр кычкылтегин кабыл алуусу. Ѳсүмдүктѳрдүн жалбырактары хлорофиллдин (ѳсүмдүктѳрдүн жалбырактарын жана башка органдарын жашыл түскѳ келтире турган зат) жардамы менен жарыктын таасири астында кѳмүр кычкыл газын С0₂ кабыл алып, ѳзүнѳн кычкылтекти (кислородду) бѳлүп чыгарат. Бул реакция жаратылышта көмүртегинин (углероддун) айлануусун камсыз кылат. Анткени жаныбарлар дем алуу мезгилинде кычкылтекти жутуп, кѳмүр кычкыл газын болүп чыгарышат. Ал эми ѳсүмдүктердѳ жарыктын таасири менен тескери процесс жүрѳт.

Органикалык эмес заттардын биригүүсү менен органикалык татаал заттар, мисалы: белоктор, майлар, углеводдор, жана витаминдер алынат. Бул кубулуш дагы фотосинтездин бир түрү болуп эсептелет. Фотосинтездин энергетикалык жагын түшүндүрүүдѳгү зор эмгек орус окумуштуусу К.А. Тимирязевге (1843- 1920) таандык.

Молекулалардын каалагандай ѳзгөрүүлѳрү химиялык про­цесс болуп эсептелет. Жарыктын таасири менен молекулалар ажырагандан кийин бир кыйла химиялык айлануулар жүрөт. Жарыктын химиялык аракеттеринин бири катары күндүн жарыгынын таасири менен ар кандай кездемелердин боёгунун оңүп кетишин алсак болот. Муну ультракызгылт- кѳк нурлардын таасири астында боёлгон заттын кычкылдануусу менен түшүндүрө алабыз. Ошондой эле жарыктын таа­сири менен суутегинин перекиси суу менен кычкылтекке ажырайт, хлор кошулмасы суутегине биригип, чоң энергияга ээ болуу менен жарылууну пайда кылат. Дененин күнгѳ күйүп кетиши да жарыктын химиялык аракети болуп эсеп­телет.

Фотография. Нурдануунун химиялык аракети фотография процессин иш жүзүнѳ ашырууга мүмкүндүк берет. Мында фотопластинканын жана пленканын жарык сезгич катмарында жарыктын таасири менен реакциялар пайда болот, б. а. плен­канын бетиндеги бромдуу күмүшкө түшкѳн жарыктануу, таза күмүштүн эң майда бѳлүкчѳлѳрүн (күнүрт каралжын түстү) пайда кылат. Пайда болгон күмүш бѳлүкчѳлѳрүнүн саны фотопластинканын (пленканын) жарыктануусунун убактысынан жана интенсивдүүлүгүнөн көз каранды. Пластинканын жарык кѳбүрѳѳк түшкѳн жерлеринде таза күмүш бѳлүкчѳлѳрү ошончо­лук кѳбүрѳѳк пайда болуп, пластинкада фотографияланган буюмдун кѳзгѳ кѳрүнбѳгѳн сүрѳттѳлүшү жаралат. Фотопластинканын жана пленканын фотосезгич катмарында болгон бул фотохимиялык реакция фотографиянын негизи болуп эсеп­телет.

Фотопластинкадагы (пленкадагы) сүрѳттөлүштѳрдү кѳзгѳ кѳрүнгүдѳй кылуу үчүн аны атайын эритмеге (проявителге) салуу керек. Анда фотопластинканын жарык көбүрѳѳк тийген жерлерине караганда азыраак тийген жерлери кѳбүрѳк карарат (негатив). Пластинканын жарыктанбаган жерлери ѳзгѳрүүсүз калат ал жерде бромдуу күмүш топтолот. Алынган жарыктын таасири менен ѳзгѳрбѳш үчүн, аны негативдик сүрѳттөлүш фиксажга (гипосулъфитке) салуу менен бекемдөө керек болот. Бул учурда проявитель аркылуу калыбына келбеген бромдуу күмүш эрип кетет. Таза сууга жууп кургаткандан кийин негативди сактап коюга, ошондой эле ар кандай максатта колдонууга болот.

Негативден позитивдүү сүрѳттѳлүштү алыш үчүн негативди жарык сезгич катмарлуу фотокагазга проекциялоо керек. Проявкалоодон кийин ал фотокагазда негативдин тескери сүрѳттѳлүшү - позитива пайда болот. Анда фотографияланган нерсе кандай болсо, так ошондой сүрөттѳлүш келип чыгат, б. а. ак жерлери ак, кара жерлери кара боюнча калат. Биз пайдаланып жүргѳн фотосүрѳттѳр ушундай жол менен иш жүзүнѳ ашырылат.

1. Фотосинтез кандай процесс?

2. Жарыктын химиялык аракеттери кандай?

3. Фотографиянын негизин кандай реакция тузѳт?

4. Буюмдун сүрѳттѳлүшү кандай процесстерден кийин алынат?

Жарыктын басымы. Лебедевдин тажрмйбасы. Жарыктын басым жасарлыгы XIX кылымдын 70-жылдарында Максвелл тарабынан теория жүзүндѳ негизделгендиги айтылган. Ал мындай жыйынтыкка ѳзү иштеп чыккан жарыктын электр-магниттик теориясынын негизинде келген. Суунун бетиндеги толкун, ошондой эле ѳзүнүн таралуу жолундагы тоскоолдукка келип тийген үн толкуну сыяктуу басым жасарлыгы белгилүү болгон. Демек, бул касиет бардык толкундук процесске тиешелүү. Максвеллдин теориясына ылайык жарык электр-магниттик толкун болгондуктан жарык да басым жасоого тийиш.

Жарыктын басым жасашынын тажрыйба жүзүндө далилдениши ѳтѳ чоң мааниге ээ болгон. Анткени билим практика жүзүндѳ далилдѳѳгѳ ээ болгон учурда гана илимий баага жетише алат.

Бул татаал маселени чечүүнүн үстүндѳ 30 жыл бою ар кайсы ѳлкѳнүн окумуштуулары эмгектенип келишкен. Француз физиги О. Френель, англиялык физик У. Крукс да бул маселе боюнча иштешкен, бирок ийгиликке жетише алышкан эмес. Орустун улуу физиги П. Н. Лебедев гана мындай татаал масе­лени чечүүгө жетишкен. Ал 1899-жылы жарыктын катуу нерселерге жасаган басымын, ал эми 1909-жылы газдарга жасаган басымын чебер жасалган жана татаал тажрыйбалардын негизинде далилдеген. Жарык басымы эң эле кичине болгон­дуктан жасалган тажрыйбалар ѳтѳ жогорку чеберчиликти талап кылган.

Жасалган тажрыйбалардын негизинде Лебедев төмөндөгүдѳй жыйынтыкка келген:

1. Түшүүчү жарык тобу жутуучу бетке да, ошондой эле чагылдыруучу бетке да басым жасайт.

2. Жарык басымы бирдик убакыт ичинде бирдик аянтка түшүүчү жарык энергиясына түз пропорциялаш.

Жарык басымы боюнча Лебе­дев жүргүзгѳн тажрыйбалар зор илимий мааниге ээ болгон. Анын иегизинде Максвеллдин электр- магниттик теориясынын тууралыгы толугу менен далилденди.

Жарык (фотондор) массага ээ болгондугуна байланыштуу нурдануу учуру үчүн масса менен энер­гиянын бирдиктүүлүк жана ажырагыстык катышы орун алышы керек. Бул жыйынтык кийинчерээк Эйнштейн тарабынан ырасталган [Е = тс²).

1. Жарыктын басым жасарлыгы жѳнүндѳ качан, ким та­рабынан жана кандай теориянын негизинде айтылган?

2. Жарыктын басым жасарлыгы ким тарабынан жана кандай тажрыйбанын негизинде далилденген?

3. Лебедев тажрыйбалардын негизинде кандай жыйынтыктарга келген?