ஒளிமின் விளைவு குறித்து விவாதிக்கும் எடுத்துக்காட்டுக் கேள்விகள்
ஒளிமின் விளைவு என்பது, ஒரு பொருளின் மீது ஒளி அல்லது மின்காந்தக் கதிர்வீச்சு படும்போது, அதன் மேற்பரப்பில் இருந்து எலக்ட்ரான்கள் உமிழப்படுவதை விவரிக்கும் ஒரு இயற்பியல் நிகழ்வு ஆகும். 20 ஆம் நூற்றாண்டின் தொடக்கத்தில் ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன் மேற்கொண்ட ஆராய்ச்சி, இந்த நிகழ்வை விளக்குவதிலும், ஒளியின் குவாண்டம் கோட்பாடு ஏற்றுக்கொள்ளப்படுவதற்கும் ஒரு முக்கியப் பங்காற்றியது. இந்தக் கட்டுரை, ஒளிமின் விளைவு தொடர்பான பல எடுத்துக்காட்டுக் கணக்குகளையும், அவற்றின் தீர்வுகள் குறித்த விரிவான விளக்கங்களையும் விவாதிக்கும்.
அடிப்படை கோட்பாடு
எடுத்துக்காட்டுக் கணக்குகளுக்குச் செல்வதற்கு முன், ஒளிமின் விளைவு தொடர்பான சில அடிப்படைக் கருத்துக்களை மீள்பார்வை செய்வோம்:
1. ஃபோட்டான் ஆற்றல்: ஒரு ஃபோட்டானின் ஆற்றல் \( E = h \nu \) என்ற சமன்பாட்டால் கொடுக்கப்படுகிறது, இதில் \( h \) என்பது பிளாங்கின் மாறிலி (\( h \approx 6.626 \times 10^{-34} \) Js) மற்றும் \( \nu \) என்பது ஒளியின் அதிர்வெண் ஆகும்.
2. வேலைச் சார்பு (\( \phi \)): வேலைச் சார்பு என்பது ஒரு பொருளின் மேற்பரப்பில் இருந்து எலக்ட்ரான்களை அகற்றத் தேவைப்படும் குறைந்தபட்ச ஆற்றல் ஆகும்.
3. எலக்ட்ரான்களின் இயக்க ஆற்றல்: வெளியிடப்பட்ட எலக்ட்ரான்கள் \( KE = h \nu – \phi \) என்ற சமன்பாட்டால் வழங்கப்படும் இயக்க ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளன.
எடுத்துக்காட்டு கேள்வி 1
சோல்
ஒரு உலோகத் தகட்டின் வேலைச் சார்பு \( 4.5 \) eV ஆகும். \( 200 \) nm அலைநீளம் கொண்ட ஒளி அந்தத் தகட்டின் மீது படுகிறது. கண்டறியவும்:
1. எலக்ட்ரானால் உறிஞ்சப்படும் ஃபோட்டானின் ஆற்றல்.
2. உலோகப் பரப்பிலிருந்து எலக்ட்ரான்கள் வெளியிடப்படுமா?
3. ஆம் எனில், வெளியிடப்பட்ட எலக்ட்ரான்களின் அதிகபட்ச இயக்க ஆற்றல் என்ன?
பெனியெலேசியன்
1. ஃபோட்டான் ஆற்றலை (\( E \)) கணக்கிடுங்கள்.
\[
E = \frac{hc}{\lambda}
\]
இதில் \( h \) என்பது பிளாங்கின் மாறிலி, \( c \) என்பது ஒளியின் வேகம் (\( c \approx 3 \times 10^8 \) மீ/வி), மற்றும் \( \lambda \) என்பது ஒளியின் அலைநீளம் ஆகும்.
\[
E = \frac{6.626 \times 10^{-34} \text{ Js} \times 3 \times 10^8 \text{ m/s}}{200 \times 10^{-9} \text{ m}}
\]
\[
E = \frac{1.9878 \times 10^{-25} \text{ Js}}{200 \times 10^{-9} \text{ m}}
\]
\[
E = 9.939 \times 10^{-19} \text{ J}
\]
eV ஆக மாற்றுவதற்கு, \( 1 \text{ eV} = 1.602 \times 10^{-19} \text{ J} \) ஐப் பயன்படுத்தவும்.
\[
E = \frac{9.939 \times 10^{-19} \text{ J}}{1.602 \times 10^{-19} \text{ J/eV}}
\]
\[
E ≈ 6.2 eV
\]
2. எலக்ட்ரான்கள் வெளியிடப்படுமா என்பதைச் சரிபார்க்கவும்.
ஃபோட்டான் ஆற்றல் (6.2 eV) வேலைச் சார்பை (4.5 eV) விட அதிகமாக இருப்பதால், எலக்ட்ரான் விடுவிக்கப்படும்.
3. எலக்ட்ரான்களின் அதிகபட்ச இயக்க ஆற்றலைக் கணக்கிடுங்கள்.
\[
KE = E – \phi = 6.2 \text{ eV} – 4.5 \text{ eV} = 1.7 \text{ eV}
\]
எடுத்துக்காட்டு கேள்வி 2
சோல்
\( 1.2 \times 10^{15} \) Hz அதிர்வெண் கொண்ட ஒளி, \( 3 \) eV வேலைச் சார்பு கொண்ட ஒரு உலோகப் பரப்பின் மீது படுகிறது. கண்டறியவும்:
1. எலக்ட்ரானால் உறிஞ்சப்படும் ஃபோட்டானின் ஆற்றல்.
2. உலோகப் பரப்பிலிருந்து எலக்ட்ரான்கள் வெளியிடப்படுமா?
3. ஆம் எனில், வெளியிடப்பட்ட எலக்ட்ரான்களின் அதிகபட்ச இயக்க ஆற்றல் என்ன?
பெனியெலேசியன்
1. ஃபோட்டான் ஆற்றலை (\( E \)) கணக்கிடுங்கள்.
\[
E = h \nu = 6.626 \times 10^{-34} \text{ Js} \times 1.2 \times 10^{15} \text{ Hz}
\]
\[
E = 7.9512 \times 10^{-19} \text{ J}
\]
eV ஆக மாற்றுதல்:
\[
E = \frac{7.9512 \times 10^{-19} \text{ J}}{1.602 \times 10^{-19} \text{ J/eV}}
\]
\[
E ≈ 4.97 eV
\]
2. எலக்ட்ரான்கள் வெளியிடப்படுமா என்பதைச் சரிபார்க்கவும்.
ஃபோட்டான் ஆற்றல் (4.97 eV) வேலைச் சார்பை (3 eV) விட அதிகமாக இருப்பதால், எலக்ட்ரான் விடுவிக்கப்படும்.
3. எலக்ட்ரான்களின் அதிகபட்ச இயக்க ஆற்றலைக் கணக்கிடுங்கள்.
\[
KE = E – \phi = 4.97 \text{ eV} – 3 \text{ eV} = 1.97 \text{ eV}
\]
எடுத்துக்காட்டு கேள்வி 3
சோல்
120 nm அலைநீளம் கொண்ட புற ஊதா ஒளி, 2.2 eV வேலைச் சார்பு கொண்ட ஒரு உலோகப் பரப்பின் மீது படுகிறது. கணக்கிடுக:
1. ஃபோட்டான் ஆற்றல் eV-ல்.
2. உலோகப் பரப்பிலிருந்து எலக்ட்ரான்கள் வெளியிடப்படுமா?
3. ஆம் எனில், வெளியிடப்பட்ட எலக்ட்ரான்களின் அதிகபட்ச இயக்க ஆற்றல் என்ன?
பெனியெலேசியன்
1. ஃபோட்டான் ஆற்றலை (\( E \)) கணக்கிடுங்கள்.
\[
E = \frac{hc}{\lambda}
\]
\[
E = \frac{6.626 \times 10^{-34} \text{ Js} \times 3 \times 10^8 \text{ m/s}}{120 \times 10^{-9} \text{ m}}
\]
\[
E = \frac{1.9878 \times 10^{-25} \text{ Js}}{120 \times 10^{-9} \text{ m}}
\]
\[
E = 1.6565 \times 10^{-18} \text{ J}
\]
eV ஆக மாற்றுதல்:
\[
E = \frac{1.6565 \times 10^{-18} \text{ J}}{1.602 \times 10^{-19} \text{ J/eV}}
\]
\[
E ≈ 10.34 eV
\]
2. எலக்ட்ரான்கள் வெளியிடப்படுமா என்பதைச் சரிபார்க்கவும்.
ஃபோட்டான் ஆற்றல் (10.34 eV) வேலைச் சார்பை (2.2 eV) விட அதிகமாக இருப்பதால், எலக்ட்ரான் விடுவிக்கப்படும்.
3. எலக்ட்ரான்களின் அதிகபட்ச இயக்க ஆற்றலைக் கணக்கிடுங்கள்.
\[
KE = E – \phi = 10.34 \text{ eV} – 2.2 \text{ eV} = 8.14 \text{ eV}
\]
முடிவுரை
ஒளிமின் விளைவு நிகழ்வை, பல்வேறு எடுத்துக்காட்டுக் கணக்குகள் மூலம் விளக்கலாம். அவற்றில் நாம் ஒரு ஃபோட்டானின் ஆற்றலைக் கணக்கிடுகிறோம், ஒரு எலக்ட்ரானை வெளியேற்ற முடியுமா எனச் சரிபார்க்கிறோம், மற்றும் வெளியேற்றப்பட்ட எலக்ட்ரானின் அதிகபட்ச இயக்க ஆற்றலை அளவிடுகிறோம். ஒவ்வொரு கணக்கையும் தீர்க்கும்போது, இயற்பியல் அலகுகள் மற்றும் அலகுகளுக்கு இடையேயான மாற்றங்களில் (எ.கா., ஜூல்களிலிருந்து எலக்ட்ரான்வோல்ட்களுக்கு) நாம் கவனமாக இருக்க வேண்டும். ஒரு திடமான புரிதலும் முறையான பயிற்சியும், குவாண்டம் இயற்பியலின் ஒரு முக்கியத் தூணான ஒளிமின் விளைவின் அடிப்படைக் கருத்துக்களில் தேர்ச்சி பெற நமக்கு உதவும்.
