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प्रकाश-विद्युत प्रभाव क्या है?
परीक्षा के लिए तैयार उत्तर
उचित आवृत्ति का प्रकाश पड़ने पर धातु की सतह से इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन प्रकाश-विद्युत प्रभाव (photoelectric effect) कहलाता है। इलेक्ट्रॉन सिर्फ़ तभी निकलते हैं जब आवृत्ति देहली आवृत्ति ν₀ से ज़्यादा हो, तीव्रता चाहे जितनी हो। आइंस्टाइन ने इसे फ़ोटॉन से समझाया: Kmax = hν − φ₀, जहाँ φ₀ = hν₀ धातु का कार्य फलन (work function) है।
विस्तार से समझें
साफ़ ज़िंक की प्लेट पर पराबैंगनी प्रकाश डालने पर इलेक्ट्रॉन निकलते हैं, जिन्हें प्रकाशिक इलेक्ट्रॉन कहते हैं। सोडियम, पोटैशियम और सीज़ियम जैसी क्षार धातुएँ दृश्य प्रकाश से भी इलेक्ट्रॉन छोड़ती हैं। निर्वातित नली में ये इलेक्ट्रॉन उत्सर्जक प्लेट से संग्राहक प्लेट तक जाकर प्रकाश-विद्युत धारा बनाते हैं। संग्राहक पर वह ऋण विभव जो सबसे तेज़ इलेक्ट्रॉनों को ठीक रोक दे, निरोधी विभव V₀ कहलाता है, और eV₀ = Kmax होता है।
प्रयोगों से चार बातें मिलती हैं। प्रकाश-विद्युत धारा प्रकाश की तीव्रता के समानुपाती होती है। निरोधी विभव, यानी अधिकतम गतिज ऊर्जा, आवृत्ति पर निर्भर करती है, तीव्रता पर नहीं। देहली आवृत्ति ν₀ से कम आवृत्ति पर प्रकाश कितना भी तेज़ हो, इलेक्ट्रॉन नहीं निकलते। उत्सर्जन लगभग तुरंत होता है, बहुत मंद प्रकाश में भी। प्रकाश का तरंग सिद्धांत आख़िरी तीन बातें नहीं समझा पाता।
आइंस्टाइन ने बताया कि प्रकाश फ़ोटॉनों से बना है, और हर फ़ोटॉन की ऊर्जा E = hν होती है, जहाँ h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s प्लांक स्थिरांक है। एक फ़ोटॉन अपनी पूरी ऊर्जा एक इलेक्ट्रॉन को देता है। इसका एक हिस्सा, कार्य फलन φ₀, इलेक्ट्रॉन को धातु से छुड़ाने में लगता है और बाकी गतिज ऊर्जा बनता है: Kmax = hν − φ₀, या eV₀ = hν − φ₀। अगर hν < φ₀ हो, तो कोई इलेक्ट्रॉन नहीं निकलता। तेज़ प्रकाश में फ़ोटॉन ज़्यादा होते हैं, इसलिए इलेक्ट्रॉन ज़्यादा निकलते हैं, पर ज़्यादा तेज़ नहीं।
याद रखने योग्य बातें
- प्रकाश-विद्युत प्रभाव: उचित आवृत्ति के प्रकाश से धातु की सतह से इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन।
- आइंस्टाइन का प्रकाश-विद्युत समीकरण: Kmax = hν − φ₀ = eV₀।
- कार्य फलन φ₀ = hν₀: धातु से इलेक्ट्रॉन निकालने के लिए ज़रूरी न्यूनतम ऊर्जा, जिसे आमतौर पर इलेक्ट्रॉन वोल्ट (eV) में लिखते हैं।
- प्रकाश-विद्युत धारा तीव्रता के समानुपाती होती है; अधिकतम गतिज ऊर्जा और निरोधी विभव आवृत्ति पर निर्भर करते हैं, तीव्रता पर नहीं।
- देहली आवृत्ति ν₀ से नीचे उत्सर्जन नहीं होता; उत्सर्जन तुरंत होता है।
परीक्षा टिप
आइंस्टाइन का समीकरण Kmax = hν − φ₀ और संबंध eV₀ = Kmax लिखें। निरोधी विभव और आवृत्ति का ग्राफ़ बनाएँ: एक सीधी रेखा जिसकी ढाल h/e है और जो आवृत्ति अक्ष को ν₀ पर काटती है।
छात्र यह भी पूछते हैं
देहली आवृत्ति क्या है?
तरंग सिद्धांत प्रकाश-विद्युत प्रभाव को क्यों नहीं समझा पाता?
निरोधी विभव क्या है?
अध्याय के नाम से अपनी किताब में विषय खोजें और अपने संस्करण से मिलान करें; नाम और क्रम बदल सकते हैं। ये Know.it की व्याख्याएँ हैं, आधिकारिक NCERT समाधान नहीं।