Einstein Photoelectric Equation in hindi

Photoelectric प्रभाव [ईएल] छात्रों से पूछें कि वे क्या सोचते हैं कि फोटोइलेक्ट्रिक शब्द का अर्थ है। शब्द अपनी परिभाषा से कैसे संबंधित है? जब प्रकाश कुछ सामग्रियों पर हमला करता है, तो यह उनसे इलेक्ट्रॉनों को निकाल सकता है। इसे फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है , जिसका अर्थ है कि प्रकाश ( फोटो ) बिजली पैदा करता है। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का एक सामान्य उपयोग प्रकाश मीटर में है, जैसे कि विभिन्न प्रकार के कैमरों में स्वचालित आईरिस को समायोजित करते हैं। एक अन्य उपयोग सौर कोशिकाओं में है, जैसा कि आप शायद अपने कैलकुलेटर में रखते हैं या छत पर या सड़क के किनारे के निशान पर देखा है। ये विभिन्न उपकरणों को चलाने के लिए प्रकाश को बिजली में बदलने के लिए फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करते हैं। एक लाइटमीटर की एक तस्वीर दिखाई गई है। एक काले आधार के ऊपर एक स्पष्ट बल्ब रखा गया है। बल्ब के अंदर एक धातु की प्लेट होती है जो एक तार से जुड़ी होती है। तार काले आधार में गिरता है और दर्शक को दिखाई नहीं देता है। चित्र 21.5 इस खाली ट्यूब में धातु की प्लेट पर प्रकाश की अनुमति देकर फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव देखा जा सकता है। प्रकाश द्वारा निकाले गए इलेक्ट्रॉनों को कलेक्टर तार पर एकत्र किया जाता है और वर्तमान के रूप में मापा जाता है। कलेक्टर तार और प्लेट के बीच एक रिटायरिंग वोल्टेज को तब समायोजित किया जा सकता है ताकि उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा का निर्धारण किया जा सके। (क्रेडिट: पीपी उरोन) Photoelectric प्रभाव के क्रांतिकारी गुण जब मैक्स प्लैंक ने कहा कि ऊर्जा को एक ब्लैकबॉडी रेडिएटर में परिमाणित किया गया था, तो यह संभावना नहीं है कि वह पहचान सकेगा कि उसका विचार कितना क्रांतिकारी था। चित्र 21.5 में प्रकाश मीटर के समान उपकरणों का उपयोग करते हुए , यह मैक्स प्लैंक की कट्टरपंथी अवधारणा के निहितार्थों की पूरी तरह से खोज करने के लिए अल्बर्ट आइंस्टीन के कद के वैज्ञानिक को ले जाएगा । फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की सावधानीपूर्वक टिप्पणियों के माध्यम से, अल्बर्ट आइंस्टीन ने महसूस किया कि कई विशेषताएं हैं जिन्हें केवल ईएम विकिरण की मात्रा निर्धारित होने पर ही समझाया जा सकता है । जबकि इन विशेषताओं को इस खंड में थोड़ा बाद में समझाया जाएगा, आप पहले से ही सराहना करना शुरू कर सकते हैं कि आइंस्टीन का विचार बहुत महत्वपूर्ण क्यों है। इसका मतलब यह है कि ईएम लहर में ऊर्जा की स्पष्ट रूप से निरंतर धारा वास्तव में एक सतत प्रवाह नहीं है। वास्तव में, ईएम तरंग वास्तव में फोटॉन नामक ऊर्जा के छोटे क्वांटम पैकेट से बना है । समीकरण रूप में, आइंस्टीन एक फोटोन या की ऊर्जा पाया photoelectron होने के लिए E=hf, जहां E फ्रिक्वेंसी f और h की फोटॉन की ऊर्जा प्लांक की स्थिरांक है। टॉर्च से एक बीम, जिसे इस बिंदु पर एक लहर माना जाता था, के बजाय अब फोटॉनों की एक श्रृंखला के रूप में देखा जा सकता है, प्रत्येक एक विशिष्ट मात्रा में ऊर्जा प्रदान करता है चित्र 21.6 देखें । इसके अलावा, प्रत्येक व्यक्ति फोटॉन के भीतर ऊर्जा की मात्रा इसकी व्यक्तिगत आवृत्ति पर आधारित होती है, जैसा कि इसके द्वारा तय किया गया हैE=hf. परिणामस्वरूप, बीम द्वारा प्रदान की जाने वाली ऊर्जा की कुल मात्रा को अब सभी आवृत्ति-निर्भर फोटॉन ऊर्जाओं के योग के रूप में देखा जा सकता है। एक ड्राइंग को एक टॉर्च के साथ दिखाया गया है, जिसमें से एक बीम निकला हुआ है। बीम के भीतर अंडाकार की एक श्रृंखला होती है जिसमें उनके भीतर तरंग दैर्ध्य होता है। इनमें से प्रत्येक अंडाकार एक फोटॉन से मेल खाती है। कुछ फोटॉनों के पास समीकरण E = hf लिखा जाता है जबकि अन्य फोटॉनों के पास समीकरण E '= hf' लिखा जाता है। प्रतीक f और f 'प्रकाश की विभिन्न आवृत्तियों (या रंगों) के अनुरूप हैं। टॉर्च से दिखाई देने वाली सफेद रोशनी इन विभिन्न आवृत्तियों के संयोजन का परिणाम है। चित्र 21.6 फ़्रीक्वेंसी च की EM तरंग फोटॉनों या EM विकिरण के अलग-अलग क्वांटा से बनी होती है। प्रत्येक फोटॉन की ऊर्जा है E=hf, जहां h प्लैंक स्थिरांक है और f EM विकिरण की आवृत्ति है। उच्च तीव्रता का अर्थ है प्रति इकाई क्षेत्र में प्रति सेकंड अधिक फोटॉन। टॉर्च कई अलग-अलग आवृत्तियों के बड़ी संख्या में फोटॉनों का उत्सर्जन करता है, इसलिए अन्य में ऊर्जा होती हैE′=hf′, और इसी तरह। प्लैंक के ब्लैकबॉडी रेडिएशन के साथ ही, आइंस्टीन की फोटॉन की अवधारणा वैज्ञानिक समुदाय में तभी पकड़ ले सकती है जब वह सफल हो सके जहां शास्त्रीय भौतिकी विफल हो गई थी। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव आइंस्टीन की प्रतिभा को प्रदर्शित करने के लिए महत्वपूर्ण होगा। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के निम्नलिखित पांच गुणों पर विचार करें। ये सभी गुण इस विचार के अनुरूप हैं कि ईएम विकिरण के अलग-अलग फोटॉन व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉनों द्वारा एक सामग्री में अवशोषित होते हैं, इलेक्ट्रॉन के साथ फोटॉन की ऊर्जा प्राप्त होती है। इनमें से कुछ गुण इस विचार से असंगत हैं कि ईएम विकिरण एक साधारण तरंग है। सादगी के लिए, आइए विचार करें कि मोनोक्रोमैटिक ईएम विकिरण के साथ क्या होता है जिसमें सभी फोटॉनों में समान ऊर्जा hf होती है । 'आने वाले विकिरण' का प्रतिनिधित्व करने वाले चार तीरों को नकारात्मक इलेक्ट्रॉनों से भरी एक धातु की सतह से टकराते हुए दिखाया गया है। धातु की सतह को लेबल किया जाता है, 'धातु के अंदर इलेक्ट्रॉनों का समुद्र जो मुक्त होने की प्रतीक्षा कर रहा है।' धातु की सतह को छोड़ना दो नए तीर हैं, ऊपर की ओर यात्रा करना और विकिरण की गति के विपरीत दिशा में। ये तीर दो उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों के प्रक्षेपवक्र को दिखाते हैं और साथ में 'इलेक्ट्रॉनों को खटखटाते हैं' लेबल के साथ होते हैं। चित्र 21.7 हादसा विकिरण एक साफ धातु की सतह से टकराता है, इससे कई इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालता है। जिस तरह से आवक विकिरण की आवृत्ति और तीव्रता को प्रभावित इलेक्ट्रॉनों को दृढ़ता से प्रभावित करता है, यह दर्शाता है कि विद्युत चुम्बकीय विकिरण की मात्रा निर्धारित है। यह घटना, जिसे फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है, फोटॉन के अस्तित्व के लिए मजबूत सबूत है। अगर हम एक साफ धातु की सतह पर गिरने वाले EM विकिरण की आवृत्ति को बदलते हैं, तो हम निम्नलिखित पाते हैं: किसी दिए गए पदार्थ के लिए, EM विकिरण के लिए थ्रेशोल्ड फ्रीक्वेंसी f 0 है, जिसके नीचे कोई भी इलेक्ट्रॉनों को बाहर नहीं निकाला जाता है, तीव्रता की परवाह किए बिना। फोटॉन मॉडल का उपयोग करना, इसके लिए स्पष्टीकरण स्पष्ट है। अलग-अलग फोटॉन व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉनों के साथ बातचीत करते हैं। इस प्रकार यदि किसी इलेक्ट्रॉन को अलग करने के लिए एक व्यक्तिगत फोटॉन की ऊर्जा बहुत कम है, तो कोई भी इलेक्ट्रॉनों को बाहर नहीं निकाला जाएगा। हालांकि, अगर EM विकिरण एक साधारण तरंग थी, तो तीव्रता को बढ़ाकर पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त की जा सकती है। एक बार ईएम विकिरण एक सामग्री पर गिर जाता है, तो इलेक्ट्रॉनों को बिना देरी के बाहर निकाल दिया जाता है । जैसे ही एक व्यक्ति के इलेक्ट्रॉन द्वारा पर्याप्त उच्च आवृत्ति की एक व्यक्तिगत फोटॉन को अवशोषित किया जाता है, इलेक्ट्रॉन को बाहर निकाल दिया जाता है। यदि ईएम विकिरण एक साधारण लहर थी, तो इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालने के लिए धातु की सतह पर पर्याप्त ऊर्जा जमा करने के लिए कई मिनटों की आवश्यकता होगी। प्रति यूनिट समय में बेदखल किए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या ईएम विकिरण की तीव्रता के लिए आनुपातिक है और कोई अन्य विशेषता नहीं है। उच्च-तीव्रता ईएम विकिरण में प्रति यूनिट क्षेत्र में बड़ी संख्या में फोटॉन होते हैं, सभी फोटॉनों में समान विशेषता ऊर्जा होती है, hf । प्रति यूनिट क्षेत्र में फोटॉन की बढ़ी हुई संख्या के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉनों की प्रति यूनिट क्षेत्र में वृद्धि हुई है। अगर हम EM विकिरण की तीव्रता को बदलते हैं और बेदखल इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा को मापते हैं, तो हम निम्नलिखित पाते हैं: बेदखल इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम गतिज ऊर्जा EM विकिरण की तीव्रता से स्वतंत्र है । इसके बजाय, जैसा कि ऊपर बिंदु 3 में उल्लेख किया गया है, एक ही ऊर्जा के अधिक इलेक्ट्रॉनों में तीव्रता के परिणाम में वृद्धि को बेदखल किया जा रहा है। यदि ईएम विकिरण एक साधारण लहर थी, तो एक उच्च तीव्रता अधिक ऊर्जा स्थानांतरित कर सकती है, और उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल दिया जाएगा। एक उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन का गतिज ऊर्जा KE विशिष्ट सामग्री में इलेक्ट्रॉन की बाध्यकारी ऊर्जा BE के फोटॉन ऊर्जा ऋण के बराबर होता है । एक व्यक्तिगत फोटॉन अपनी सारी ऊर्जा एक इलेक्ट्रॉन को दे सकता है। फोटॉन की ऊर्जा का उपयोग आंशिक रूप से इलेक्ट्रॉन को सामग्री से दूर करने के लिए किया जाता है। शेष इजेक्टेड इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा में चला जाता है। समीकरण रूप में, यह द्वारा दिया गया है 21.6 KEe=hf−BE, कहां है KEe बेदखल इलेक्ट्रॉन की अधिकतम गतिज ऊर्जा है, hfफोटॉन की ऊर्जा है, और बीई विशेष सामग्री के लिए इलेक्ट्रॉन की बाध्यकारी ऊर्जा है। यह समीकरण फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के गुणों को मात्रात्मक रूप से बताता है और प्रदर्शित करता है कि बीई एक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा है। यदि ऊर्जा की आपूर्ति बीई से कम है, तो इलेक्ट्रॉन को बाहर नहीं निकाला जा सकता है। बाध्यकारी ऊर्जा के रूप में भी लिखा जा सकता हैBE=hf0, कहां है f0विशेष सामग्री के लिए दहलीज आवृत्ति है। चित्र 21.8 अधिकतम का ग्राफ दिखाता हैKEe घटना की आवृत्ति बनाम ईएम विकिरण एक विशेष सामग्री पर गिर रहा है। एक ग्राफ प्रकाश की आवृत्ति के खिलाफ प्लॉट किए गए इलेक्ट्रॉन की अधिकतम गतिज ऊर्जा को दर्शाता है। ग्राफ पर एक विकर्ण रेखा है, जो क्षैतिज अक्ष को गैर-शून्य x- अवरोधन में f0 लेबल पर छोड़ती है। लेबल f0 समीकरण f0 = BE / h के साथ है। इसके अलावा ग्राफ पर समीकरण KEe = hf - BE है। यह समीकरण विकर्ण रेखा की व्याख्या करता है, यह दर्शाता है कि जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, इलेक्ट्रॉन की अधिकतम गतिज ऊर्जा भी होती है। हालांकि, यह केवल तभी होता है जब आवृत्ति f0, या BE / h से अधिक हो। चित्रा 21.8 एक की गतिज ऊर्जा का ग्राफ इलेक्ट्रॉन, KE निकली ई , एक निश्चित सामग्री पर ईएम विकिरण impinging की आवृत्ति बनाम। एक थ्रेशोल्ड फ्रीक्वेंसी है, जिसके नीचे कोई इलेक्ट्रॉनों को नहीं निकाला जाता है, क्योंकि एक अलग इलेक्ट्रॉन के साथ बातचीत करने वाले अलग-अलग फोटॉन में इसे तोड़ने के लिए अपर्याप्त ऊर्जा होती है। दहलीज ऊर्जा के ऊपर, KE e , f के साथ रैखिक रूप से बढ़ता है , KE e = hf - BE के साथ संगत होता है । इस रेखा का ढलान एच है , इसलिए डेटा का उपयोग प्लांक के निरंतर प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है।