CC BY
14INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 5 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
ЦАТТЩ ЖИСМЛАРНИНГ ОПТИК ХОССАЛАРИНИ ИЗЧИЛЛИК АСОСИДА
УЦИТИШ Э.Ц.Цаландаров
Низомий номидаги ТДПУ https://doi.org/10.5281/zenodo.7073589
Аннотация. Мазкур мацолада цаттщ жисмларнинг оптик хоссалари ва уни изчиллик тамойили асосида уцитиш методикаси келтирилган. Бундан ташцари цаттиц жисмларнинг ёруглик билан узаро таъсири туфайли %осил булувчи квант заррачаларини уцитиш %ацида фикр юритилади.
Калит сузлар: цаттиц жисм, изчиллик, оптик хосса, ёруглик, заррача, квант энергия, экситон, фонон, фотон, кристалл панжара.
ОБУЧЕНИЕ ОПТИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ ТВЕРДЫХ ТЕЛ НА ОСНОВЕ
КОНСИСТЕНЦИИ
Аннотация. В данной статье представлены оптические свойства твердых тел и методика их обучения на основе принципа премственности. Кроме того, рассматривается методика изучение квантовых частиц, образующихся при взаимодействии твердых тел со светом.
Ключевые слова: твердое тело, премственность, оптические свойства, свет, частица, квантовая энергия, экситон, фонон, фотон, кристаллическая решетка. TEACHING THE OPTICAL PROPERTIES OF SOLIDS BASED ON CONSISTENCY
Abstract. This article presents the optical properties of solids and the method of their training based on the principle of continuity. In addition, a technique is considered for studying quantum particles formed during the interaction of solids with light.
Keywords: solid state, continuity, optical properties, light, particle, quantum energy, exciton, phonon, photon, crystal lattice.
КИРИШ
^аттик жисмларнинг физик ва кимёвий хоссалари ва уларни таджик; этиш х,озирги фан ва техниканинг ривожланиш тараккиётининг асосий негизларидан бири х,исобланади. Олий таълим муассасаларида катти; жисмлар физикасини талабаларга дидактик тамойиллар ва инновацион педагогик хдмда ахборот коммуникацион технологиялардан фойдаланиб етарлича ургатиш долзарб муаммоларимиздан бири х,исобланади [1].
ТАДЦЩОТ МАТЕРИАЛЛАРИ ВА МЕТОДОЛОГИЯСИ
Физика фанида оптик х,одисаларни урганиш х,ар доим кизикарли шу билан биргаликда мураккаб булиб келган. Айникса, ёругликнинг моддалар билан узаро таъсирини урганиш ва уларни талабаларга етказиш етарлича мураккабликка эга. Бу мураккабликни ечиш учун мавзуларни иложи борича гуманитарлаштириш хдмда дидактик тамойиллардан фойдаланган х,олда машгулотларни ташкил этиш катта ахамият касб этади.
^аттик жисмларнинг оптик хоссалари деганда уларнинг оптик тулкин узунлик диапазонидаги электромагнит нурлар билан узаро таъсирлашганда каттик жисмларда содир буладиган физик жараёнлар тушунилади.
^аттик жисмлар сиртига ёруглик нури ёки электромагнит тулкин таъсири туфайли уларда нуксонлар х,осил булиши, температурасининг узгариши, ички босимнинг х,осил
БС1ТЖСТ ЛЖБ ЖЖОУАТЮЖ
ЮТЕЯМАТЮМЛЬ 8С1ЕОТ1Р1С ГОШМАЬ УОШЫЕ 1 188иЕ 5 иШ-2022: 8.2 | КБК 2181-3337
булиши, заррачаларга электр ва магнит таъсирларидаги жараёнлар ва бошка мураккаб ходисаларни курсатишимиз мумкин. Шунинг учун бундай ходисаларни урганишда оптик ходисаларни идеаллаштириш максадга мувофик саналади.
^аттик жисмларнинг оптик хоссаларини урганишда изчиллик асосида куйидаги кетма кетликда урганиш тавсия этилади. 1. ^аттик жисмлар билан ёруглик нурининг узаро таъсири. 2. Оптик константалар. 3. Ёругликнинг каттик жисмларда ютилиши.
^аттик жисмлар билан ёруглик нури таъсирини икки гурухга ажратиш мумкин. 1). Ёруглик таъсирида квант энергиянинг сакланиши 2) Ёруглик таъсирида квант энергиянинг узгариши.
Бу ходисаларни укувчи ва талабаларга ургатишда таълимни изчилликка асосланиб куйидагича ташкил этиш максадга мувовик булади.
Узаро таъсирнинг биринчи турига ёругликнинг утиши, акс этиши, таркалиши, кутбланиш текислигининг айланиши ва бошкалар киради.
Квант (фотон) энергиясининг сакланиши каттик жисм билан узаро таъсирлашганда энергия узатиш эффектининг йуклигини билдиради. Квант энергиясининг сакланиши, яъни ёругликнинг ютилишсиз узаро таъсирларни классик оптика урганади. Бу турдаги жараёнларнинг асосий физик параметри шаффоф каттик жисмнинг нур синдириш курсаткичи п хисобланади.
Иккинчи турдаги узаро таъсирларда фотон энергияси каттик жисм билан таъсирлашиш натижасида турли хил квазизарралар хосил булиши мумкин. Ушбу узаро таъсирларни шартли равишда икки гурухга булиш мумкин: а)
электрсиз ёки зарядга эга булмаган заррачалар. яъни, фотонларнинг каттик жисм билан узаро таъсири натижасида электр зарядига эга булмаган квазизарралар - фононлар, экситонлар ва бошка зарралар тугиладиган ходисалардан иборат. б) электрли ёки зарядга эга булган зарралар. Уларда фотонларнинг энергияси каттик жисм томонидан ютилади ва эркин электронлар, тешиклар ёки электрон-тешик жуфтлари хосил булади, фотоэлектрон эмиссияси кузатилади, зарядланган зарралар иштирокида турли сирт ва хажм ходисалари содир булади ва хоказо [3].
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 5 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
ТАДЦЩОТ НАТИЖАЛАРИ
Ёруглик каттик жисм томонидан ютилганда, валентлик зонасидаги электрон шундай кузгалиши мумкинки, у утказувчанлик зонасига утмайди, лекин тешикли Кулон кучлари билан богланган тизим хосил килади. Бундай система экситон деб аталади.
Биринчи турдаги ходисаларни классик физика конунлари билан бемалол талабаларга тушунтириб беришимиз ва квант физика конунлари билан тулдириб исботлашимиз мумкин булади. Аммо иккинчи турдаги ходисаларни тушунтирганда факат квант физикасидан фойдаланиш талаб этилишини хамда классик физиканинг камчиликларини талабаларга айтиб утишимиз максадга мувофик саналади.
^аттик жисмларнинг оптик хоссаларини урганишнинг кейинги боскичида "Оптик константалар" мавзуларига тухталишимиз зарур.
Ёруглик интенсивлиги. моддадан утиш аста-секин камаяди. ^аттик жисм томонидан электромагнит нурланишнинг ютилиши турли усуллар билан амалга оширилади:
1) нурланиш энергияси электронларни юкори энергия холатига утказишга сарфланади;
2) электромагнит майдоннинг энергияси кристалл панжарага утади ва иссикликка айланади.
^аттик жисмда таркаладиган ёруглик тулкинининг интенсивлиги куйидаги конунга мувофик камаяди:
1(Х) = 10ехр(-ах)
бу ерда х - ёруглик нури кириб бориш чукурлиги ва ютилиш коэффициенти дейилади, а = 2шк/с бунда ш - ёруглик частотаси, с - ёруглик тезлиги, к - суниш коэффициенти - у моддада ёруглик ютилишни тавсифлайди ва биз билган синдириш курсаткичи п ни белгилайди. Яъни, п=п2-1к
^аттик жисмдан утган ёруглик нурининг заифлашувнинг экспоненциал табиати а коэффициенти намунанинг бирлик калинлигидаги фотонни ютиш эхтимоли сифатида изохлаш мумкин. ^аттик жисмга тушаётган ёруглик энергиясининг бир кисми кристалл юзасидан кайтади.
^аттик жисм сиртидан кайтган ёругликнинг 1о тушувчи ёруглик
интенсивликларининг узаро нисбати Я акс эттириш коэффициенти дейилади: К=1к/1о Яна бир оптик константадан бири бу утказилаётган ёруглик улушини ифодаловчи Т коэффициенти утказувчанлик деб аталади: Т=ГгЛо
^атти; жисмларнинг оптик хоссаларини урганишдаги кейинги ходисалардан бири бу "Ёругликнинг кристаллар томонидан ютилиши" мавзуларидир. Бу мавзуларни
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 5 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
урганишда талабалар моддаларнинг электр хоссаларидаги "Зоналар назарияси"ни узлаштирган булишади. Шунинг учун каттик жисмларнинг ёруглик ютилишини зоналар назарияси билан боглаб ургатиш максадга мувофикдир. Зоналар назариясини куйидаги расм оркали тушунтирилади. Бу расмдаги Еg такикланган зона ёки соханинг кенглиги. Айнан шу Еg нинг катталигига караб моддаларнинг электр хоссалари аникланади. Агар, Еg >3eV булса диэлектриклар, Еg < 3eV да ярим утказгичлар, Еg =0 булганда металлар ёки утказгичларга ажратилади [2].
Ёруглик каттик жисм томонидан ютилганда, фотонларнинг энергияси бошка турдаги энергияга айланади. Ютилиш куйидаги механизмларнинг таъсирига боглик:
1. Валент зонасидан утказувчанлик зонасига электронлар утиши. Ушбу механизм билан боглик ютилиш узига хос жараён дейилади (у назоратда булади).
2. Экситон х,олатларининг иштироки билан боглик утишлар - экситон ютилиши.
3. Тегишли электронлар ёки ковакларнинг утишлари, яъни, эркин заряд ташувчиларнинг мавжудлиги билан боглик утишлар - эркин заряд ташувчилар томонидан ютилиш.
4. Аралашмали х,олатларини уз ичига олган утишлар - аралашмали ютилиш.
5. Ёруглик тулкин энергиясини кристалл панжаранинг тебранишлари билан ютилиши -панжара ёки фонон ютилиши.
МУ^ОКАМА
^узгалишлар ёки уйгонишлдар кристалл энергиялари тармокли бушлигидан каттарок булган фотонларни ютганда, унда электрон-ковак жуфтлари х,осил булади. Натижада пайдо булган электрон ва ковак кристаллда эркин, мустакил равишда хдракатланиши мумкин. Бирок, электрон ва ковак Кулон узаро таъсири билан тортишиши сабабли, бу зарраларнинг баркарор богланган х,олатлари экситон пайдо булиши мумкин. Кристаллда ёруглик туфайли уйгонишлар хдракатланиши х,ам мумкин булади. Уйгониш уз энергиясини узатади, лекин заряд утказувчанлигини ярата олмайди. Шундай килиб, экситон кристаллнинг электр нейтрал мобиль кузгалувчан х,олатидир. Уйгониш кристалда хдракатланади хдмда рекомбинация жараёнларида уз энергиясидан воз кечиши х,ам мумкин. Лекин кузгалиш электр нейтрал булгани учун у электр утказувчанлигига бевосита х,исса кушмайди.
Бу х,одисаларни талабаларга тушунтиргандан кейин каттик жисмларнинг фотоутказувчанлиги ва унинг фан - техникадага урни мавзуларига тухталиш зарур. Фото утказувчанлик х,одисаси кристаллга ёруглик тушганда ярим утказгич ёки диэлектрик кристалининг электр утказувчанлигининг узгариш х,одисасидир. Фотоутказувчанлик х,одисаси телевидения, инфракизил нурланишни кайд этиш, фотометрия ва бевосита фотографик жараёнлар учун катта амалий ахдмиятга эга. ХУЛОСА
Бу мавзуларни талабаларга ургатишда фандаги бир нечта муаммолар хдкида х,ам гапириб утиш зарур. Кристаллдаги кузгалиш ёки уйгонишнинг хдракатини тавсифлаш учун чекли якинлашувга мос келадиган иккита модель мавжуд: биринчисига кура, экситон кучли богланган тизим сифатида каралади; иккинчисига кура, экситон заиф богланган тизим сифатида каралади, бу ерда электрон ва ковак орасидаги масофа панжара доимийсига нисбатан катта деб х,исобланади. Бундай гипотезалар фанда узаро карама каршиликни вужудга келтиради ва ривожланишга туртки булиши мумкин.
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 5 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
^аттик жисмларнинг оптик хоссаларининг урганилмаган муаммолари талайгина. Масалан, кристалларда ёруглик нури ёки электромагнит тулкинлар билан таъсирлашганда х,осил булувчи нуксонлар кинетикаси ва бошкалар. Улар устида дунё тадкикотчилари билан бир каторда Республикамизнинг физик олимлари х,ам илмий-тадкикот ишларини олиб бормокдалар.
^аттик жисмларнинг оптик хоссаларини укувчи ва талабаларга тушунтирганимизда изчиллик тамойилига асосланиб, замонавий педагогик технологиялардан фойдаланган х,олда машгулотларни ташкил килиш, уларнинг физика фанига кизикиши янада ортади хдмда уларнинг илмий лаёкатлари ривожланишига олиб келади.
REFERENCES
1. М.Джораев "Физика укитиш методикаси (умумий масалалар)" - Тошкент: Абу Матбуот Консальт, 2015. - 280 b.
2. А.Тешабоев, С.Зайнобиддинов, Ш.Эрматов "^аттик жисм физикаси" - Тошкент: Молия, 2001. - 322 б.
3. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. - Физика твёрдого тела; Москва, Высшая Школа, 1985
