ஒளிமின் விளைவு

ஒரு உலோகப் பரப்பின் மீது ஒளியைச் செலுத்துங்கள், சரியான நிபந்தனைகளின் கீழ் அது எலக்ட்ரான்களை வெளியேற்றும் — செவ்வியல் இயற்பியல் இதை விளக்க முயன்றபோது பிடிபடாமல் இருந்த ஒரு விந்தையான முடிவு. பத்தொன்பதாம் நூற்றாண்டு அலைக் கொள்கை, மங்கலான ஒளியும் ஆற்றல் சேர்க்க போதுமான நேரம் கிடைத்தால், வெறும் மெதுவாக இருந்தாலும் எலக்ட்ரான்களை வெளியேற்ற வேண்டும் என்று கணித்தது. உண்மையான சோதனைகள் நேர்மாறானதைக் காட்டின: ஒரு கூர்மையான வெட்டுநிலை அதிர்வெண்ணுக்குக் கீழே, எவ்வளவு செறிவோ காத்திருப்போ ஒரு எலக்ட்ரானைக் கூட உருவாக்காது, ஆனால் அந்த அதிர்வெண்ணுக்கு மேலே உள்ள மிக மங்கலான ஒளிகூட எலக்ட்ரான்களை உடனடியாக வெளியேற்றும். ஐன்ஸ்டைனின் 1905 விளக்கம் — ஒளி ஆற்றலின் தனித்தனி பொதிகளாகவே வருகிறது, பின்னர் ஃபோட்டான்கள் என்று அழைக்கப்பட்டது — இந்தப் புதிரைத் தீர்த்து, அதற்காக அவர் 1921 இயற்பியலுக்கான நோபல் பரிசு பெற்ற குவாண்டம் எந்திரவியலின் நிறுவன முடிவுகளில் ஒன்றாக ஆனது.

ஒளி ஒரு உலோகத்தை ஒரு மென்மையான அலையாகத் தாக்குவதில்லை — அது ஃபோட்டான்கள் என்று அழைக்கப்படும் சிறிய வெடிப்புகளாக வருகிறது, ஒவ்வொன்றும் ஒரு நிலையான அளவு ஆற்றலை சுமக்கிறது. ஒரு எலக்ட்ரான், ஒற்றை ஃபோட்டானின் ஆற்றல் குறைந்தது உலோகத்தின் வேலைச் சார்பு — எலக்ட்ரானை பொதுவாக இடத்தில் பிடித்திருக்கும் ஆற்றல் — அளவு பெரியதாக இருந்தால் மட்டுமே தப்பிக்கும். மீதமுள்ள ஆற்றல், எலக்ட்ரான் பறக்கும்போது அதன் இயக்க ஆற்றலாக மாறும்.

சூத்திரம்

KEₘₐₓ = h · f − φ

  • KEₘₐₓ — அதிகபட்ச இயக்க ஆற்றல் (eV): ஒரு வெளியேறும் எலக்ட்ரான் சுமக்கும் மிகப் பெரிய ஆற்றல்
  • h — பிளாங்க் மாறிலி (eV·s): ஒரு ஃபோட்டானின் அதிர்வெண்ணை அதன் ஆற்றலுடன் இணைக்கும் சிறிய மாறிலி
  • f — அதிர்வெண் (Hz): ஒவ்வொரு வினாடியும் எத்தனை ஒளி அலைகள் வருகின்றன
  • φ — வேலைச் சார்பு (eV): உலோகத்திலிருந்து ஒரு எலக்ட்ரானை விடுவிக்கத் தேவையான குறைந்தபட்ச ஆற்றல்

தீர்க்கப்பட்ட எடுத்துக்காட்டு

ஒரு சோடியம் மேற்பரப்பைத் தாக்கும் ஒரு ஃபோட்டான் 3.1 eV ஆற்றலை சுமக்கிறது. சோடியத்தின் வேலைச் சார்பு 2.1 eV. வெளியேறும் ஒரு எலக்ட்ரானின் அதிகபட்ச இயக்க ஆற்றல் என்ன?

  • hf = 3.1 eV
  • φ = 2.1 eV
  1. KEₘₐₓ = h · f − φ
  2. KEₘₐₓ = 3.1 eV − 2.1 eV

KEₘₐₓ = 1.0 eV

உங்களைச் சோதியுங்கள்

இப்போது ஒளி மூலம், உயர் அதிர்வெண் கொண்ட ஒன்றாக மாற்றப்படுகிறது, அதே சோடியம் மேற்பரப்பிற்கு (வேலைச் சார்பு இன்னும் 2.1 eV) 3.6 eV ஆற்றல் ஃபோட்டான்களை வழங்குகிறது. புதிய அதிகபட்ச இயக்க ஆற்றல் என்ன?
  • 5.7 eV
  • சரியான விடை: 1.5 eV
  • 1.0 eV

ஆம்! KEₘₐₓ = 3.6 eV − 2.1 eV = 1.5 eV.

ஃபோட்டானின் ஆற்றல் hf, உலோகத்தின் வேலைச் சார்பு φ-ஐ விட சிறியதாக இருந்தால் என்று வைத்துக்கொள்ளுங்கள். என்ன நடக்கும்?
  • எலக்ட்ரான் வெளியேறும் ஆனால் மெதுவாக
  • எலக்ட்ரான் எதிர்மறை இயக்க ஆற்றலுடன் வெளியேறும்
  • சரியான விடை: எந்த எலக்ட்ரானும் முற்றிலும் தப்பாது

சரி — வேலைச் சார்புக்கு கீழே, ஒற்றை ஃபோட்டான் போதுமான ஆற்றலை வழங்க முடியாது, எனவே ஒளி எவ்வளவு பிரகாசமாக இருந்தாலும் எந்த எலக்ட்ரானும் தப்பாது.

இதை எங்கே காண்கிறீர்கள்

கூரையில் உள்ள ஒரு சூரிய மின் பலகை, இந்த விளைவு வேலை செய்வதைக் காட்டுகிறது: சூரிய ஒளியின் ஃபோட்டான்கள் சிலிக்கானைத் தாக்குகின்றன, ஒவ்வொன்றும் அதிகபட்சம் ஒரு எலக்ட்ரானைத் தளர்த்துகிறது, அந்த விடுவிக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான்கள் மின்னோட்டமாக வெளியேறுகின்றன. மாலை உணரும் தெரு விளக்குகள் மற்றும் பழைய ஒளிமின் கல கதவுகள் அதே ஃபோட்டான்-பர-எலக்ட்ரான் மாற்றத்தில் இயங்குகின்றன.

பொதுவான தவறுகள்

செவ்வியல் தவறு, பிரகாசமான ஒளி எலக்ட்ரான்களை அதிக வலுவாக எறியும் என்பது — செறிவு அதிக எலக்ட்ரான்களை மட்டுமே உருவாக்கும்; ஒவ்வொன்றின் ஆற்றல், KEₘₐₓ = h · f − φ வழியாக, வெறுமனே ஃபோட்டானின் அதிர்வெண்ணை சார்ந்தது. மற்றும் வாசலுக்கு கீழே எதுவும் நடக்காது, கதிர் எவ்வளவு பிரகாசமாக இருந்தாலும்: இயக்க ஆற்றல் எதிர்மறையாக இருக்க முடியாது, எனவே hf வேலைச் சார்பு φ-ஐ விட குறைவாக இருந்தால், எந்த எலக்ட்ரானும் முற்றிலும் வெளியேறாது. வாசலுக்கு மேலே, கழியுங்கள்: சோடியத்தின் மீது 3.6 eV ஃபோட்டான்கள் (φ = 2.1 eV), 1.5 eV கொண்ட எலக்ட்ரான்களை வெளியேற்றும்.

இது எவ்வாறு இணைகிறது

இது செவ்வியல் இயற்பியலில் உள்ள நிறுவன விரிசல் — ஒளி துகள்களாக நடப்பது — மற்றும் முழு நவீன-இயற்பியல் தொகுதிக்கான கதவு: அடுத்து வரும் காம்ப்டன் பரியல், அந்த ஃபோட்டான்கள் பிலியர்ட் பந்துகள் போல உந்தத்தை சுமக்கின்றன என்று காட்டுகிறது, பொருள் அலைகளில் முடியும் அலை-துகள் இருவகை இங்கேயே தொடங்குகிறது.

ஊடாடும் உருவகத்தை முயற்சியுங்கள்

தொடர்புடைய கருத்துகள்