फोटोइलेक्ट्रिक इफेक्ट परिभाषा और व्याख्या

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव तब होता है जब पदार्थ विद्युत चुम्बकीय विकिरण के संपर्क में इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है, जैसे कि प्रकाश के फोटॉन। यहां फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव क्या है और यह कैसे काम करता है, इस पर करीब से नजर डालते हैं।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का अध्ययन आंशिक रूप से किया जाता है क्योंकि यह एक परिचय हो सकता है तरंग-कण द्वैत और क्वांटम यांत्रिकी।

जब एक सतह को पर्याप्त ऊर्जावान विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के संपर्क में लाया जाता है, तो प्रकाश को अवशोषित किया जाएगा और इलेक्ट्रॉनों को उत्सर्जित किया जाएगा। विभिन्न सामग्रियों के लिए दहलीज की आवृत्ति अलग-अलग होती है। यह है दृश्य प्रकाश क्षार धातुओं के लिए, अन्य धातुओं के लिए निकट-पराबैंगनी प्रकाश, और अधातुओं के लिए अति-पराबैंगनी विकिरण। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव उन फोटोन के साथ होता है जिनमें कुछ इलेक्ट्रोनवोल्ट से 1 मीवी से अधिक ऊर्जा होती है। 511 केवी की इलेक्ट्रॉन रेस्ट एनर्जी की तुलना में उच्च फोटॉन ऊर्जाओं पर, कॉम्पटन स्कैटरिंग हो सकती है, जो कि युग्म उत्पादन 1.022 मेव से अधिक ऊर्जा में हो सकती है।

आइंस्टीन ने प्रस्तावित किया कि प्रकाश में क्वांटा शामिल है, जिसे हम फोटॉन कहते हैं। उन्होंने सुझाव दिया कि प्रकाश की प्रत्येक मात्रा में ऊर्जा एक स्थिर (प्लैंक के स्थिर) द्वारा गुणा की गई आवृत्ति के बराबर थी और यह कि ए एक निश्चित सीमा पर आवृत्ति के साथ फोटॉन एक एकल इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है, जो फोटोइलेक्ट्रिक का उत्पादन करती है प्रभाव। यह पता चला है कि प्रकाश को फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव को समझाने के लिए मात्रा निर्धारित करने की आवश्यकता नहीं है, लेकिन कुछ पाठ्यपुस्तकें कहती हैं कि फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव कण प्रकृति को प्रदर्शित करता है रोशनी।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की आइंस्टीन की व्याख्या समीकरणों में परिणाम है जो दृश्यमान और के लिए मान्य हैं पराबैगनी प्रकाश:

फोटॉन की ऊर्जा = उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन के एक इलेक्ट्रॉन + गतिज ऊर्जा को निकालने के लिए आवश्यक ऊर्जा

hν = डब्ल्यू + ई

कहाँ पे
h प्लैंक स्थिरांक है
ν घटना की आवृत्ति है फोटोन
डब्ल्यू कार्य फ़ंक्शन है, जो किसी दिए गए धातु की सतह से एक इलेक्ट्रॉन को निकालने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा है: एचपीओ₀
ई अधिकतम है गतिज ऊर्जा बेदखल इलेक्ट्रॉनों की: 1/2 एम.वी.²
ν₀ फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के लिए दहलीज आवृत्ति है
मीटर इजेक्टेड इलेक्ट्रान का शेष द्रव्यमान है
v उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन की गति है

यदि घटना फोटॉन की ऊर्जा कार्य फ़ंक्शन से कम है, तो कोई इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित नहीं किया जाएगा।

को लागू करने आइंस्टीन का सापेक्षता का विशेष सिद्धांतएक कण की ऊर्जा (ई) और गति (पी) के बीच संबंध है

ई = [(पीसी)² + (mc)²)²]^(1/2)

जहाँ m कण का शेष द्रव्यमान है और c निर्वात में प्रकाश का वेग है।

• जिस दर पर फोटोइलेक्ट्रॉन को उत्सर्जित किया जाता है, वह घटना प्रकाश की तीव्रता के लिए सीधे आनुपातिक है, घटना विकिरण और धातु की दी गई आवृत्ति के लिए।
• एक फोटोइलेक्ट्रॉन की घटना और उत्सर्जन के बीच का समय बहुत कम है, 10 से कम है^–9 दूसरा।
• किसी दिए गए धातु के लिए, घटना विकिरण की एक न्यूनतम आवृत्ति होती है जिसके नीचे फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव नहीं होगा, इसलिए कोई फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जित नहीं किया जा सकता है (थ्रेशोल्ड आवृत्ति)।
• दहलीज आवृत्ति के ऊपर, उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रॉन की अधिकतम गतिज ऊर्जा घटना विकिरण की आवृत्ति पर निर्भर करती है लेकिन इसकी तीव्रता से स्वतंत्र है।
• यदि घटना प्रकाश रैखिक रूप से ध्रुवीकृत है, तो उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों का दिशात्मक वितरण ध्रुवीकरण (विद्युत क्षेत्र की दिशा) की दिशा में चरम पर होगा।

जब प्रकाश और पदार्थ परस्पर क्रिया करते हैं, तो घटना विकिरण की ऊर्जा के आधार पर कई प्रक्रियाएं संभव हैं। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव कम ऊर्जा प्रकाश से उत्पन्न होता है। मध्य-ऊर्जा थॉमसन के प्रकीर्णन और उत्पादन कर सकती है कॉम्पटन स्कैटेरिंग. उच्च ऊर्जा प्रकाश जोड़ी उत्पादन का कारण बन सकता है।