हे वह बन चुका हैफोटो इलेक्ट्रिक एक भौतिक घटना है जिसमें कुछ सामग्रियों द्वारा इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन होता है, आमतौर पर धात्विक, जब द्वारा प्रकाशित किया जाता है विद्युतचुम्बकीय तरंगें विशिष्ट आवृत्तियों के। इस घटना में, रोशनी जैसा व्यवहार करता है कण, ऊर्जा को इलेक्ट्रॉनों में स्थानांतरित करना, जो हैं अलग हो सामग्री से बाहर।
फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर सारांश
1886 में हेनरिक हर्ट्ज़ द्वारा खोजी गई भौतिक घटना;
१९०५ में अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा समझाया गया, १९०० में प्लैंक द्वारा प्रस्तावित प्रकाश के परिमाणीकरण के माध्यम से;
इलेक्ट्रॉनों को तभी बाहर निकाला जाता है जब घटना फोटॉन की ऊर्जा सामग्री के कार्य फलन से अधिक या उसके बराबर हो;
उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा केवल आपतित प्रकाश की आवृत्ति पर निर्भर करती है;
प्रकाश की तीव्रता केवल यह प्रभावित करती है कि प्रत्येक सेकंड में कितने इलेक्ट्रॉन बाहर निकलते हैं।
फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का इतिहास
1886 के आसपास, जर्मन भौतिक विज्ञानी हेनरिकहेटर्स (१८५७-१८९४) ने experiments के अस्तित्व को प्रदर्शित करने के लिए कई प्रयोग किए विद्युतचुम्बकीय तरंगें. ऐसा करने के लिए, हर्ट्ज़ ने दो इलेक्ट्रोडों के बीच डिस्चार्ज का उत्पादन किया, और, अवसरों पर, उन्होंने महसूस किया कि, जब रोशन किया जाता है, तो कैथोड अधिक तीव्र विद्युत निर्वहन उत्पन्न करने में सक्षम होता है। इसे जाने बिना, हर्ट्ज़ ने के उत्सर्जन के माध्यम से फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की खोज की थी
किरणोंकैथोडहर्ट्ज़ की टिप्पणियों के दो साल बाद, जे.जे.थॉमसन सिद्ध किया कि प्रदीप्त प्लेटों द्वारा उत्सर्जित कण इलेक्ट्रॉन थे। इसलिए, थॉमसन साबित कर दिया कि कैथोड कणों के द्रव्यमान (e/m) के अनुपात का चार्ज के बराबर था इलेक्ट्रॉनों- कुछ साल पहले स्वयं द्वारा खोजे गए कण।
नज़रभी: इलेक्ट्रॉन की खोज
1903 में, हर्ट्ज़ के सहायक, फिलिपलेनार्ड, स्थापित करने के लिए प्रयोगों की एक श्रृंखला विकसित की संबंध के बीच प्रकाश की तीव्रता और यह इलेक्ट्रॉन ऊर्जा जारी किए गए, लेनार्ड ने निष्कर्ष निकाला कि उस समय भौतिकी के ज्ञान के अनुसार, दो चीजों के बीच कोई निर्भरता नहीं थी, जिसकी उम्मीद की जानी थी। एक साल बाद, श्वेइल्डर वह यह साबित करने में सक्षम था कि धातु की प्लेटों को छोड़ने वाले इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा सीधे प्रकाश की आवृत्ति के समानुपाती होती है जो उन्हें रोशन करती है।
प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त परिणामों ने के शास्त्रीय सिद्धांत का खंडन किया विद्युत और उस समय लगभग 18 वर्षों तक भौतिकविदों के लिए एक बड़ी चुनौती बनी रही। के वर्ष में 1905, आइंस्टाइन द्वारा प्रस्तुत प्रस्ताव का उपयोग किया प्लांक, संतोषजनक ढंग से समझाते हुए ऑपरेशन का प्रकाश विद्युत प्रभाव. आइंस्टीन द्वारा प्रयुक्त प्रस्ताव को कहा जाता है विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का परिमाणीकरण. 1900 में प्लैंक ने हर तरह से समझाने की कोशिश की ब्लैक बॉडी इश्यू, और केवल यह सुझाव देकर ऐसा करने में सक्षम था कि प्रकाश की मात्रा निर्धारित की गई थी, अर्थात इसमें ऊर्जा मान छोटी मात्रा के गुणक थे। हालांकि प्लैंक समझ गया था कि उसकी उपलब्धि केवल एक गणितीय उपकरण है जो किसी घटना को समझाने में सक्षम है capable भौतिक विज्ञानी, आइंस्टीन का मानना था कि प्रकाश वास्तव में बड़ी संख्या में कणों से बना होता है ऊर्जा। भविष्य में ऐसे कण कहलाएंगे फोटॉनों.
फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर अपने लेख के प्रकाशन के बाद, आइंस्टीन को 1921 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया।
इसके बारे में और जानें:फोटॉन क्या हैं?
सूत्रों
प्रकाश के कणिका सिद्धांत के अनुसार, प्लैंक द्वारा प्रस्तावित और प्रभाव की व्याख्या करने के लिए आइंस्टीन द्वारा उपयोग किया गया फोटोइलेक्ट्रिक, प्रकाश बड़ी संख्या में फोटॉनों से बना होता है - द्रव्यमान रहित कण जिनमें थोड़ी मात्रा होती है। शक्ति। यह ऊर्जा प्रकाश की आवृत्ति के समानुपाती होती है और प्लैंक स्थिरांक (h = 6.662.10 .) के समानुपाती होती है-34 J.s), जैसा कि निम्नलिखित समीकरण में दिखाया गया है:
तथा — फोटॉन ऊर्जा
एच — प्लैंक नियतांक
एफ — प्रकाश आवृत्ति
यदि एक फोटॉन की ऊर्जा काफी बड़ी है, तो यह सामग्री से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल सकती है। एक उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा की गणना निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करके की जा सकती है:
क — इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा
तथा — फोटॉन ऊर्जा
Φ - कार्यभार
उपरोक्त व्यंजक के अनुसार, इलेक्ट्रॉनों (K) द्वारा अर्जित गतिज ऊर्जा आपतित फोटोन (E) की ऊर्जा और (K) पर भी निर्भर करती है।कब्जेकाम क)। यह मात्रा उस संभावित ऊर्जा की मात्रा को मापती है जिसके द्वारा इलेक्ट्रॉन पदार्थ से बंधे होते हैं, यह उन्हें बाहर निकालने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा है। इसलिए, सभी अतिरिक्त ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों को. के रूप में स्थानांतरित कर दी जाती है ऊर्जागतिकी। यहां यह जानना महत्वपूर्ण है कि इलेक्ट्रॉनों द्वारा अर्जित गतिज ऊर्जा निर्भर करती है केवल देता है घटना प्रकाश आवृत्ति और न कि उत्सर्जित प्रकाश की तीव्रता।
प्रकाश की आवृत्ति, इसकी तीव्रता नहीं, यह निर्धारित करती है कि इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाला जाएगा या नहीं।
कार्य समारोह तालिका
इसकी जाँच पड़ताल करो उपाय कुछ ज्ञात सामग्रियों के कार्य कार्य का। यह फ़ंक्शन संदर्भित करता है न्यूनतम मात्रा सामग्री की सतह से इलेक्ट्रॉनों को चीरने के लिए आवश्यक ऊर्जा की:
सामग्री |
नौकरी समारोह (ईवी) |
अल्युमीनियम |
4,08 |
तांबा |
4,7 |
लोहा |
4,5 |
प्लैटिनम |
6,35 |
चांदी |
4,73 |
जस्ता |
4,3 |
फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रयोग
नीचे दिए गए चित्र को देखें, यह फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के अध्ययन के लिए फिलिप लेनार्ड द्वारा प्रयोग की जाने वाली प्रायोगिक व्यवस्था की एक सरलीकृत योजना प्रस्तुत करता है:
फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का अध्ययन करने के लिए प्रयोग की जाने वाली प्रायोगिक योजना।
प्रयोग में बैटरी से जुड़ी दो समानांतर धातु की प्लेटें शामिल थीं। सर्किट में थे एमीटर, दो प्लेटों के बीच विद्युत प्रवाह को मापने के लिए प्रयोग किया जाता है, और वाल्टमीटर, बैटरी द्वारा स्थापित विद्युत वोल्टेज को मापने के लिए उपयोग किया जाता है।
जब इस बैटरी को प्रकाश की कुछ आवृत्तियों द्वारा प्रकाशित किया गया था, तो कुछ इलेक्ट्रॉनों को एक प्लेट द्वारा उत्सर्जित किया गया था, जिसने सकारात्मक चार्ज (कैथोड) प्राप्त कर लिया था। जब बैटरी द्वारा प्रदान किए गए संभावित अंतर से त्वरित किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन दूसरी प्लेट पर पहुंच जाते हैं। इस विद्युत धारा को एमीटर द्वारा मापा जाता था।
लेनार्ड ने देखा कि प्रकाश की तीव्रता में वृद्धि के साथ, प्रति सेकंड अधिक इलेक्ट्रॉन बाहर निकलते हैं। हालांकि, प्रकाश स्रोत द्वारा उत्सर्जित प्रकाश की आवृत्ति को स्थिर रखते हुए, जिस ऊर्जा से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाला गया था, उसमें कोई बदलाव नहीं आया। नीचे दिए गए चार्ट को देखें:
संतृप्ति धारा प्रत्येक सेकंड में प्रबुद्ध प्लेट द्वारा निकाले गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या से मेल खाती है।
उपरोक्त आंकड़ा figure से संबंधित है विद्युत प्रवाह इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पादित, एक प्लेट द्वारा बाहर निकाला जाता है और दूसरी प्लेट द्वारा कब्जा कर लिया जाता है बिजली की क्षमता उनके बीच स्थापित। इस विभव को लागू करके, शून्य गतिज ऊर्जा के साथ भी, प्लेट से निकलने वाले इलेक्ट्रॉन दूसरी प्लेट में पहुंच गए। जब सभी उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन दूसरी प्लेट में पहुँच जाते हैं, तो विद्युत धारा संतृप्त है, यानी यह रहने लगता है लगातार. क्या देखा जा सकता है कि संतृप्ति धारा depends पर निर्भर करती है प्रकाश की तीव्रता: प्रकाश की तीव्रता जितनी अधिक होगी, प्लेटों के बीच विद्युत धारा का निर्माण उतना ही अधिक होगा।
हालांकि, एक विपरीत विद्युत क्षमता को लागू करते समय, एक प्लेट से दूसरी प्लेट में जाने वाले इलेक्ट्रॉनों की गति में देरी करने के लिए, यह देखा गया है कि न्यूनतम विद्युत क्षमता (वी0), बुला हुआ काटने की क्षमताजिससे कोई भी इलेक्ट्रॉन दूसरी प्लेट तक नहीं पहुंच पाता। यह इंगित करता है कि इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्लेटों को छोड़ने वाली गतिज ऊर्जा प्रकाश की तीव्रता पर निर्भर नहीं करती है। इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम गतिज ऊर्जा की गणना निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करके की जा सकती है:
क — इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम गतिज ऊर्जा
तथा - मौलिक भार (1.6.10 .)-19 सी)
वी0 — काटने की क्षमता
इलेक्ट्रॉन-वोल्ट
चूंकि इलेक्ट्रॉनों के गतिज ऊर्जा मॉड्यूल में जूल में मापा जाने के लिए बहुत कम मॉड्यूल होते हैं, ये ऊर्जा माप नियमित रूप से एक और बहुत छोटी इकाई में किए जाते हैं, इलेक्ट्रॉन-वोल्ट (ईवी). इलेक्ट्रॉन-वोल्ट एक आवेशित कण द्वारा अनुभव की जाने वाली विद्युत संभावित ऊर्जा की मात्रा है, जिसका मौजूदा आवेश मान सबसे कम है, a मौलिक प्रभार, जब 1 वी के बराबर विद्युत क्षमता वाले क्षेत्र में रखा जाता है। इसलिए, 1 eV 1.6.10. के बराबर है-19 जे।
इलेक्ट्रॉन-वोल्ट के अतिरिक्त, उपसर्गों का उपयोग करना आम है जैसे: कीव (किलोइलेक्ट्रॉन-वोल्ट, 103 ईवी), मैं वी (मेगाइलेक्ट्रॉन-वोल्ट, 106 ईवी), टीवी (टेराइलेक्ट्रॉन-वोल्ट, 109 ईवी) आदि।
फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के तकनीकी अनुप्रयोग
फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की व्याख्या के आधार पर कई तकनीकी अनुप्रयोग सामने आए। उनमें से सबसे प्रसिद्ध शायद फोटोवोल्टिक कोशिकाएं हैं। ये कोशिकाएँ की मूल इकाइयाँ हैं सौर पेनल्स, उनके माध्यम से यह संभव है कन्वर्ट करने के लिए प्रकाश ऊर्जा में विद्युत प्रवाह. फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के आधार पर मुख्य आविष्कारों की सूची देखें:
फोटोवोल्टिक कोशिकाओं;
रिले;
गति संवेदक;
फोटोरेसिस्टर्स।
हल किए गए अभ्यास
1) एक पदार्थ, जब 4 eV के फोटॉन द्वारा प्रकाशित होता है, तो 6 eV की ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालने में सक्षम होता है। ऐसे पदार्थ के कार्य फलन का मापांक ज्ञात कीजिए।
संकल्प:
हम इस मात्रा की गणना के लिए कार्य फलन समीकरण का उपयोग करेंगे, ध्यान दें:
यदि उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों (K) की गतिज ऊर्जा 6 eV के बराबर है और आपतित फोटॉन (E) की ऊर्जा 4 eV के बराबर है, तो हमारे पास होगा:
की गई गणना के अनुसार, इस सामग्री का कार्य फलन, यानी इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालने के लिए न्यूनतम ऊर्जा, 2 eV है।
2) जब हम एक धातु की प्लेट को रोशन करते हैं जिसका कार्य फलन 7 eV है, तो हम 4 eV की ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों के निष्कासन को देखते हैं। निर्धारित करें:
ए) घटना फोटॉन की ऊर्जा;
बी) घटना फोटॉन की आवृत्ति।
संकल्प:
ए) आइए कार्य फ़ंक्शन के माध्यम से आपतित प्रकाश फोटॉनों की ऊर्जा निर्धारित करें:
बी) फोटॉन की आवृत्ति की गणना करने के लिए, हम निम्नलिखित समीकरण का उपयोग कर सकते हैं:
अभ्यास द्वारा प्रदान किए गए डेटा को लेते हुए, हमारे पास निम्नलिखित गणना होगी:
राफेल हेलरब्रॉक द्वारा
स्रोत: ब्राजील स्कूल - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/o-efeito-fotoeletrico.htm
