फोटोइलेक्ट्रिक इफेक्ट और आइंस्टीन का 1921 का नोबेल पुरस्कार

प्रकाश विद्युत प्रभाव के अध्ययन के लिए एक महत्वपूर्ण चुनौती पेश की प्रकाशिकी 1800 के दशक के उत्तरार्द्ध में। इसे चुनौती दी गई शास्त्रीय तरंग सिद्धांत प्रकाश का, जो उस समय का प्रचलित सिद्धांत था। यह इस भौतिकी की दुविधा का समाधान था जिसने आइंस्टीन को भौतिकी समुदाय में प्रमुखता दी, अंततः उन्हें 1921 का नोबेल पुरस्कार मिला।

एनलन डेर फिजिक

जब एक प्रकाश स्रोत (या, आमतौर पर, विद्युत चुम्बकीय विकिरण) एक धातु की सतह पर घटना होती है, तो सतह इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन कर सकती है। इस तरह से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को कहा जाता है photoelectrons (हालांकि वे अभी भी केवल इलेक्ट्रॉन हैं)। यह चित्र में दाईं ओर दर्शाया गया है।

कलेक्टर को एक नकारात्मक वोल्टेज क्षमता (चित्र में ब्लैक बॉक्स) को प्रशासित करके, यह इलेक्ट्रॉनों को यात्रा को पूरा करने और वर्तमान की शुरुआत करने के लिए अधिक ऊर्जा लेता है। जिस बिंदु पर कोई इलेक्ट्रॉन इसे कलेक्टर तक नहीं बनाता है, उसे कहा जाता है रोकना संभावित V_रों, और अधिकतम गतिज ऊर्जा निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है

क_{अधिकतम} = eV_रों

Iwork फ़ंक्शन phiPhi

इस शास्त्रीय व्याख्या से तीन मुख्य भविष्यवाणियां आती हैं:

1. विकिरण की तीव्रता के परिणामस्वरूप अधिकतम गतिज ऊर्जा के साथ आनुपातिक संबंध होना चाहिए।
2. फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव आवृत्ति या वेवलेंथ की परवाह किए बिना किसी भी प्रकाश के लिए होना चाहिए।
3. धातु के साथ विकिरण के संपर्क और photoelectrons के प्रारंभिक रिलीज के बीच सेकंड के आदेश पर देरी होनी चाहिए।

1. प्रकाश स्रोत की तीव्रता का फोटोइलेक्ट्रॉनों की अधिकतम गतिज ऊर्जा पर कोई प्रभाव नहीं पड़ा।
2. एक निश्चित आवृत्ति के नीचे, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव बिल्कुल नहीं होता है।
3. कोई महत्वपूर्ण देरी नहीं है (10 से कम)^-9 s) प्रकाश स्रोत सक्रियण और पहले photoelectrons के उत्सर्जन के बीच।

जैसा कि आप बता सकते हैं, ये तीन परिणाम तरंग सिद्धांत भविष्यवाणियों के बिल्कुल विपरीत हैं। इतना ही नहीं, लेकिन वे तीनों पूरी तरह से प्रति-सहज हैं। क्यों कम आवृत्ति प्रकाश प्रकाश विद्युत प्रभाव को ट्रिगर नहीं करेगा, क्योंकि यह अभी भी ऊर्जा वहन करता है? कैसे फोटोइलेक्ट्रॉन इतनी जल्दी रिलीज़ होते हैं? और, शायद सबसे उत्सुकता से, अधिक तीव्रता को जोड़ने से अधिक ऊर्जावान इलेक्ट्रॉन रिलीज नहीं होता है? जब इस मामले में इतनी अच्छी तरह से काम करता है तो लहर सिद्धांत इस मामले में पूरी तरह से विफल क्यों हो जाता है

अल्बर्ट आइंस्टीन एनलन डेर फिजिक

निर्भर होना मैक्स प्लैंककी श्याम पिंडों से उत्पन्न विकिरण सिद्धांत, आइंस्टीन ने प्रस्ताव दिया कि विकिरण ऊर्जा लगातार तरंग के ऊपर वितरित नहीं होती है, बल्कि इसके बजाय छोटे बंडलों में स्थानीयकृत होती है (बाद में कहा जाता है) फोटॉनों). फोटॉन की ऊर्जा इसकी आवृत्ति से जुड़ी होगी (ν), एक आनुपातिकता स्थिरांक के रूप में जाना जाता है प्लांक की स्थिरांक (ज), या वैकल्पिक रूप से, तरंग दैर्ध्य का उपयोग कर (λ) और प्रकाश की गति (सी):

इ = hν = hc / λ

या संवेग समीकरण: पी = ज / λ

νφ

यदि, हालांकि, अतिरिक्त ऊर्जा है, परे φफोटॉन में, अतिरिक्त ऊर्जा को इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है:

क_{अधिकतम} = hν - φ

अधिकतम गतिज ऊर्जा का परिणाम होता है जब कम से कम कसकर बंधे हुए इलेक्ट्रॉन मुक्त हो जाते हैं, लेकिन सबसे अधिक कसकर बंधे हुए लोगों के बारे में क्या; जिन में है केवल फोटॉन में पर्याप्त ऊर्जा इसे ढीला करने के लिए, लेकिन गतिज ऊर्जा जो शून्य में परिणत होती है? स्थापना क_{अधिकतम} इसके लिए शून्य के बराबर है आपूर्ती बंद करने की आवृत्ति (ν_सी), हमें मिला:

ν_सी = φ / ज

या कटऑफ तरंगदैर्ध्य: λ_सी = hc / φ

सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव और फोटॉन सिद्धांत ने इसे प्रेरित किया, प्रकाश की शास्त्रीय तरंग सिद्धांत को कुचल दिया। हालांकि कोई भी इस बात से इनकार नहीं कर सकता कि आइंस्टीन के पहले पेपर के बाद प्रकाश ने एक लहर के रूप में व्यवहार किया था, यह निर्विवाद था कि यह एक कण भी था।