ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરો - સમસ્યાઓ અને ઉકેલો
૧. ફોટોઈલેક્ટ્રિક અસર વિશે સાચું વિધાન છે...
A. પ્રકાશને તરંગ તરીકે ગણીને સમજાવી શકાય છે.
B. જો પ્રકાશની આવર્તન વધે તો ધાતુની સપાટી દ્વારા મુક્ત થતા ઇલેક્ટ્રોન ઘટશે.
C. પ્રકાશની તીવ્રતા ધાતુની સપાટીમાંથી નીકળતા ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જાને અસર કરતી નથી.
D. ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર ઇન્ફ્રારેડ ક્ષેત્રમાં થાય છે
E. જ્યારે ધાતુની પ્રકાશ તીવ્રતા વધુ હોય ત્યારે ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર થશે
ઉકેલ
A. પ્રકાશને તરંગ તરીકે નહીં, પણ કણ તરીકે ગણીને ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર સમજાવી શકાય છે. તરંગો ફરતી વખતે પ્રકાશ ઊર્જા સતત વિતરિત થતી નથી, પરંતુ તે ફોટોન ઉર્ફે પ્રકાશ ક્વોન્ટા નામના નાના પેકેટ છે (કલ્પના કરો કે તે વરસાદી પાણી જેવું છે).
B. જો પ્રકાશની આવૃત્તિ વધે છે , તો ધાતુની સપાટીમાંથી બહાર આવતા ઇલેક્ટ્રોન વધે છે. જ્યારે પ્રકાશની આવૃત્તિ વધે છે, ત્યારે પ્રકાશની ઊર્જા વધે છે. જેટલી મોટી ઊર્જા ધાતુની સપાટીમાંથી બહાર આવતા ઇલેક્ટ્રોન શોષી લે છે.
C. પ્રકાશની તીવ્રતા ધાતુની સપાટી પર ઉર્જાના ઉત્સર્જનની ગતિ અથવા પ્રકાશ ઊર્જાની ગતિને અનુરૂપ છે. પ્રકાશની તીવ્રતા વધવાનો અર્થ એ નથી કે પ્રકાશની ઊર્જા મોટી થઈ છે. ફોટોન ઊર્જા (E = hf) આવર્તન (f) અથવા તરંગલંબાઇ અને પ્લાન્કના સ્થિરાંક (h) પર આધાર રાખે છે.
D. ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ ઉર્ફે અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણોની આવર્તન અથવા તરંગલંબાઇ પર થાય છે. અલ્ટ્રાવાયોલેટ આવર્તન એ થ્રેશોલ્ડ આવર્તન છે જેના પર ફોટોન ઊર્જા ધાતુની સપાટી પરથી ઇલેક્ટ્રોન મુક્ત કરવામાં સક્ષમ હોય છે. ઇન્ફ્રારેડ આવર્તન ખૂબ નાની હોવાથી તે હોઈ શકતું નથી, અન્યથા, એક્સ-રે અને ગામા કિરણોની આવર્તન અલ્ટ્રાવાયોલેટ કરતા વધુ આવર્તનને કારણે હોઈ શકે છે.
E. પ્રકાશની તીવ્રતા ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરને અસર કરતી નથી
સાચો જવાબ C છે.
2.
(1) પ્રકાશમાં ઊર્જા પેકેટો હોય છે એમ ધારીને ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર સમજાવી શકાય છે.
(2) ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર સાબિત કરી શકે છે કે પ્રકાશ એક તરીકે વર્તે છે તરંગ
(3) ધાતુની સપાટીમાંથી નીકળતી ઇલેક્ટ્રોન ઊર્જા આવર્તન પર આધાર રાખે છે
(૪) ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર ઇન્ફ્રારેડ ક્ષેત્રની નજીક થાય છે
ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર વિશે સાચું વિધાન છે...
A. (1) અને (2)
બી. (1) અને (3)
સી. (1) અને (4)
ડી. (2) અને (3)
ઇ. (2) અને (4)
ઉકેલ
સાચો જવાબ B છે.
[આઈઆરપી]
3.
(1) ધાતુમાંથી ઇલેક્ટ્રોનનું અલગ થવું એ આવતા પ્રકાશની તરંગલંબાઇ દ્વારા નક્કી થાય છે.
(2) આવતા પ્રકાશની તીવ્રતા ધાતુની સપાટી પરથી ઇલેક્ટ્રોન દૂર થવાની ગેરંટી આપતી નથી.
(3) થ્રેશોલ્ડ ફ્રીક્વન્સીથી નીચે, આવતા પ્રકાશની તીવ્રતા વધતી જાય છે તેમ ઇલેક્ટ્રોન ધાતુની બહાર રહે છે.
ફોટોઈલેક્ટ્રીક અસર સંબંધિત સાચું વિધાન... છે.
ઉકેલ
વિધાન (1): આ વિધાન સાચું છે. જો આવતી તરંગલંબાઇ ધાતુના થ્રેશોલ્ડની તરંગલંબાઇ કરતા ઓછી હોય તો ઇલેક્ટ્રોન મુક્ત થતા નથી.
વિધાન (2): આ વિધાન સાચું છે. ધાતુની સપાટી પરથી ઇલેક્ટ્રોનનું બહાર નીકળવું એ આવર્તન અથવા તરંગલંબાઇ અથવા પ્રકાશ ઊર્જા પર આધાર રાખે છે.
વિધાન (૩): આ વિધાન ખોટું છે. જો પ્રકાશ આવર્તન ધાતુના થ્રેશોલ્ડ આવર્તન કરતા વધારે હોય તો ધાતુમાંથી ઇલેક્ટ્રોન બહાર આવે છે. ધાતુની સપાટી પરથી ઇલેક્ટ્રોનનો અભાવ પ્રકાશની તીવ્રતા કરતાં પ્રકાશની ઊર્જા પર આધાર રાખે છે. પ્રકાશ ઊર્જા આવર્તન અથવા તરંગલંબાઇ (E = hf) પર આધાર રાખે છે. પ્રકાશની તીવ્રતા પ્રકાશ ઊર્જા ઉત્સર્જિત થવાના દર સાથે સંબંધિત છે.
4.
(1) જ્યારે ધાતુ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો દ્વારા વિકિરણિત થાય છે ત્યારે ઇલેક્ટ્રોન ધાતુની સપાટી પરથી બહાર નીકળી શકે છે.
(2) ધાતુની સપાટીથી ઇલેક્ટ્રોનનું અલગ થવું એ આવતા પ્રકાશની આવૃત્તિ પર આધાર રાખે છે.
(3) દરેક ધાતુ માટે કાર્ય કાર્ય સમાન છે
ફોટોઈલેક્ટ્રીક અસર સંબંધિત સાચું વિધાન... છે.
ઉકેલ
વિધાન (૧): આ વિધાન સાચું છે. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોમાં ઘણા પ્રકારના તરંગો હોય છે જેની ફ્રીક્વન્સી અથવા તરંગલંબાઇ અલગ અલગ હોય છે. ફક્ત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો જે થ્રેશોલ્ડ અથવા તરંગલંબાઇ આવર્તન કરતા વધારે આવર્તન અથવા તરંગલંબાઇ ધરાવે છે તે ધાતુમાંથી ઇલેક્ટ્રોન દૂર કરી શકે છે.
વિધાન (2): આ વિધાન સાચું છે. જો પ્રકાશ આવૃત્તિ ધાતુના થ્રેશોલ્ડ આવૃત્તિ કરતા ઓછી હોય તો ઇલેક્ટ્રોન ધાતુથી અવિભાજ્ય છે. તેનાથી વિપરીત, જો પ્રકાશની આવૃત્તિ ધાતુના થ્રેશોલ્ડ આવૃત્તિ કરતા વધારે હોય, તો ઇલેક્ટ્રોન ધાતુમાંથી મુક્ત થાય છે.
વિધાન (3): આ વિધાન ખોટું છે. ધાતુ કાર્ય કાર્ય એ ધાતુની સપાટી પરથી ઇલેક્ટ્રોન દૂર કરવા માટે જરૂરી ન્યૂનતમ કાર્ય અથવા લઘુત્તમ ઊર્જા છે. દરેક ધાતુ માટે કાર્ય કાર્ય ધાતુની લાક્ષણિકતાઓ પર આધાર રાખે છે.
[આઈઆરપી]
5.
( ૧) ફોટોઈલેક્ટ્રીક અસરમાં વિકિરણિત થતા ઇલેક્ટ્રોનને ફોટોન ઇલેક્ટ્રોન કહેવામાં આવે છે.
(2) વિકિરણિત ઇલેક્ટ્રોન દર ધાતુની સપાટીને લગતી પ્રકાશની તીવ્રતા પર આધાર રાખતો નથી.
(3) ઉત્સર્જિત ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ ઊર્જા ધાતુની સપાટી પર પ્રકાશ તરંગોની ઊર્જા પર આધાર રાખે છે.
(4) થ્રેશોલ્ડ ફ્રીક્વન્સીથી સ્વતંત્ર ધાતુની સપાટી પરથી ઇલેક્ટ્રોન દૂર કરવા (fo)
ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર વિશે સાચું વિધાન છે...
ઉકેલ
(1) જે ઇલેક્ટ્રોન વિકિરણિત થાય છે તેને ફોટોઇલેક્ટ્રોન કહેવામાં આવે છે
(2) વિકિરણિત ઇલેક્ટ્રોન દર ચોક્કસ સમયગાળા દરમિયાન ઉત્સર્જિત ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા અથવા સંખ્યાને અનુરૂપ છે. ઉત્સર્જિત ઇલેક્ટ્રોનનો દર પ્રકાશની તીવ્રતાથી પ્રભાવિત થાય છે, જ્યાં પ્રકાશની તીવ્રતા પ્રકાશ પ્રસારણના દર સાથે સંબંધિત છે. પ્રકાશની તીવ્રતા ફક્ત ત્યારે જ અસર કરે છે જ્યારે પ્રકાશની ઊર્જા ધાતુના થ્રેશોલ્ડની ઊર્જા કરતા વધારે હોય. જો પ્રકાશ ઊર્જા ધાતુના થ્રેશોલ્ડ ઊર્જા કરતા ઓછી હોય, તો પ્રકાશની તીવ્રતા પર કોઈ અસર થતી નથી.
(૩) આ વિધાન સાચું છે. ઉત્સર્જિત ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ ઊર્જા ધાતુની સપાટી પરના પ્રકાશ તરંગોની ઊર્જા પર આધાર રાખે છે. ધાતુની સપાટી પરથી ઇલેક્ટ્રોન ત્યારે જ મુક્ત થાય છે જ્યારે પ્રકાશ ઊર્જા ધાતુની થ્રેશોલ્ડ ઊર્જા કરતા વધારે હોય.
(૪) આ વિધાન ખોટું છે. જો આવનારા પ્રકાશ તરંગોની આવૃત્તિ ધાતુના થ્રેશોલ્ડ આવૃત્તિ કરતા ઓછી હોય, તો ઇલેક્ટ્રોન મુક્ત થતા નથી. તેથી ઇલેક્ટ્રોનનું વિસર્જન થ્રેશોલ્ડ આવૃત્તિ પર આધાર રાખે છે.
6.
(1) કેથોડને પ્રકાશિત કરતા પ્રકાશની આવૃત્તિ થ્રેશોલ્ડ આવર્તન કરતા વધારે હોવી જોઈએ
(2) ધાતુના કેથોડનું કાર્યકારી કાર્ય કેથોડને પ્રકાશિત કરતી પ્રકાશની ઊર્જા કરતા વધારે છે.
(૩) થ્રેશોલ્ડ તરંગલંબાઇ કેથોડ પર ચમકતા પ્રકાશની તરંગલંબાઇ કરતા વધારે હોવી જોઈએ.
(4) કેથોડમાંથી મુક્ત થતા ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ ઊર્જા થ્રેશોલ્ડ ઊર્જા કરતા વધારે હોવી જોઈએ
ફોટોઈલેક્ટ્રોન મળવા માટે:
ઉકેલ
(૧) આ વિધાન સાચું છે. ફોટોઇલેક્ટ્રિક ત્યારે થાય છે જ્યારે કેથોડ ધાતુને પ્રકાશિત કરતા પ્રકાશની આવૃત્તિ, કેથોડ ધાતુની થ્રેશોલ્ડ આવૃત્તિ કરતા વધારે હોય છે.
(2) આ વિધાન ખોટું છે. કાર્ય કાર્ય એ ન્યૂનતમ કાર્ય અથવા ઇલેક્ટ્રોન મુક્ત કરવા માટે જરૂરી ન્યૂનતમ ઊર્જા છે. ફોટોઇલેક્ટ્રિક થવા માટે પ્રકાશ ઊર્જા ધાતુના કેથોડના કાર્ય કાર્ય કરતા વધારે હોવી જોઈએ.
(૩) આ વિધાન ખોટું છે. પ્રકાશની તરંગલંબાઇ જ્યારે ધાતુના કેથોડની થ્રેશોલ્ડ તરંગલંબાઇ કરતા વધારે હોય છે ત્યારે ફોટોઇલેક્ટ્રિક થાય છે.
(૪) આ વિધાન સાચું છે. ધાતુમાંથી બહાર નીકળવા માટે, ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ ઊર્જા કેથોડ ધાતુની થ્રેશોલ્ડ ઊર્જા કરતાં વધુ હોવી જોઈએ.
સાચા જવાબો (1) અને (4) છે.
[આઈઆરપી]
૭. નીચેના વિધાન પર ધ્યાન આપો:
(1) ધાતુનું કાર્યકારી કાર્ય ધાતુના કેથોડને પ્રકાશિત કરતી પ્રકાશ ઊર્જા કરતા ઓછું હોવું જોઈએ.
(2) કેથોડ થ્રેશોલ્ડની ઊર્જા કેથોડ ધાતુને પ્રકાશિત કરતી પ્રકાશ ઊર્જા કરતાં વધારે છે.
(3) કેથોડમાંથી મુક્ત થતા ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ ઊર્જા હંમેશા કેથોડ થ્રેશોલ્ડની ઊર્જા કરતા વધારે હોય છે.
(૪) કેથોડ સપાટી પરથી મુક્ત થતા ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ ઊર્જા કેથોડને પ્રકાશિત કરતી પ્રકાશની ઊર્જાના પ્રમાણસર હોય છે.
ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર વિશેનું ચોક્કસ વિધાન ... છે.
ઉકેલ
(૧) આ વિધાન સાચું છે.
(2) આ વિધાન ખોટું છે.
(૧) આ વિધાન સાચું છે.
(૪) આ વિધાન ફક્ત ત્યારે જ સાચું છે જો કેથોડ પર ચમકતા પ્રકાશની ઊર્જા કેથોડ ધાતુની થ્રેશોલ્ડ ઊર્જા કરતા વધારે હોય. જો પ્રકાશ ઊર્જા ધાતુની થ્રેશોલ્ડ ઊર્જા કરતા ઓછી હોય તો ઇલેક્ટ્રોનને કેથોડ ધાતુની સપાટીથી અલગ કરી શકાતા નથી.
[આઈઆરપી]
