प्रकाश विद्युत प्रभाव: Difference between revisions

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The emission of electrons from a metal plate caused by light quanta – photons.

प्रकाश विद्युत प्रभाव इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन है जब विद्युत चुम्बकीय विकिरण, जैसे प्रकाश, किसी सामग्री से टकराता है। इस प्रकार उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन फोटोइलेक्ट्रॉन कहलाते हैं। परमाणुओं, अणुओं और ठोस के गुणों के बारे में निष्कर्ष निकालने के लिए इस घटना का अध्ययन संघनित पदार्थ भौतिकी और ठोस अवस्था और क्वांटम रसायन विज्ञान में किया जाता है। प्रभाव का उपयोग विशेष इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में प्रकाश का पता लगाने और सही समय पर इलेक्ट्रॉनों को उत्सर्जित करने के लिए किया गया है।

प्रायोगिक परिणाम चिरसम्मत विद्युत चुंबकत्व से असहमत हैं, जो भविष्यवाणी करता है कि निरंतर प्रकाश तरंगें ऊर्जा को इलेक्ट्रॉनों में स्थानांतरित करती हैं, जो उत्सर्जित होती हैं जब वे पर्याप्त ऊर्जा जमा करते हैं। प्रकाश की तीव्रता में बदलाव सैद्धांतिक रूप से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा को पर्याप्त रूप से मंद प्रकाश से बदल देगा, जिसके परिणामस्वरूप उत्सर्जन में देरी होगी। इसके बजाय प्रायोगिक परिणाम बताते हैं कि इलेक्ट्रॉनों को केवल तभी हटाया जाता है जब प्रकाश एक निश्चित आवृत्ति से अधिक हो - प्रकाश की तीव्रता या अनावरण की अवधि की परवाह किए बिना। चूंकि उच्च तीव्रता पर एक कम-आवृत्ति बीम फोटोइलेक्ट्रॉनों के उत्पादन के लिए आवश्यक ऊर्जा का निर्माण नहीं करता है, जैसा कि मामला होगा यदि प्रकाश की ऊर्जा एक निरंतर तरंग से समय के साथ जमा हो जाती है, अल्बर्ट आइंस्टीन ने प्रस्तावित किया कि प्रकाश की एक किरण एक होगी यह तरंग नहीं है जो अंतरिक्ष के माध्यम से फैलती है, बल्कि असतत ऊर्जा पैकेटों का एक समूह है, जिसे फोटॉन के रूप में जाना जाता है।

विशिष्ट धातुओं से चालन इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन के लिए कुछ इलेक्ट्रॉन-वोल्ट (eV) प्रकाश क्वांटा की आवश्यकता होती है, जो लघु-तरंग दैर्ध्य दृश्यमान या पराबैंगनी प्रकाश के अनुरूप होता है। चरम मामलों में, उत्सर्जन शून्य ऊर्जा के निकट आने वाले फोटॉन द्वारा प्रेरित होते हैं, जैसे कि ऋणात्मक इलेक्ट्रॉन आत्मीयता वाले प्रणाली में और उत्साहित राज्यों से उत्सर्जन, या उच्च परमाणु संख्या तत्वों में कोर इलेक्ट्रॉनों के लिए कुछ सौ केवी फोटॉन द्वारा।^[1] प्रकाश विद्युत प्रभाव के अध्ययन ने प्रकाश और इलेक्ट्रॉनों की क्वांटम प्रकृति को समझने में महत्वपूर्ण कदम उठाए और तरंग-कण द्वैत की अवधारणा के गठन को प्रभावित किया।^[2] अन्य घटनाएँ जहाँ प्रकाश विद्युत आवेशों की गति को प्रभावित करता है, उनमें प्रकाश प्रवाहकीय प्रभाव, फोटोवोल्टिक प्रभाव और फोटोइलेक्ट्रॉनिक प्रभाव सम्मिलित हैं।

उत्सर्जन तंत्र

प्रकाश पुंज में फोटॉन में एक विशिष्ट ऊर्जा होती है, जिसे फोटॉन ऊर्जा कहा जाता है, जो प्रकाश की आवृत्ति के समानुपाती होती है। प्रकाश उत्सर्जन प्रक्रिया में, जब किसी पदार्थ के भीतर एक इलेक्ट्रॉन एक फोटॉन की ऊर्जा को अवशोषित करता है और उसकी बाध्यकारी ऊर्जा से अधिक ऊर्जा प्राप्त करता है, तो इसके बाहर निकलने की संभावना होती है। यदि फोटॉन ऊर्जा बहुत कम है, तो इलेक्ट्रॉन पदार्थ से बाहर निकलने में असमर्थ है। चूंकि कम-आवृत्ति प्रकाश की तीव्रता में वृद्धि से केवल कम-ऊर्जा फोटॉन की संख्या में वृद्धि होगी, तीव्रता में यह परिवर्तन एक इलेक्ट्रॉन को निकालने के लिए पर्याप्त ऊर्जा के साथ एक भी फोटॉन नहीं बनाएगा। इसके अलावा, उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा किसी दिए गए आवृत्ति के आने वाले प्रकाश की तीव्रता पर निर्भर नहीं करती है, बल्कि केवल व्यक्तिगत फोटॉन की ऊर्जा पर निर्भर करती है।

जबकि मुक्त इलेक्ट्रॉन विकिरणित होने पर किसी भी ऊर्जा को अवशोषित कर सकते हैं, जब तक कि तत्काल पुन: उत्सर्जन के बाद, कॉम्पटन प्रभाव में, क्वांटम सिस्टम में एक फोटॉन से सभी ऊर्जा अवशोषित हो जाती है-अगर क्वांटम यांत्रिकी द्वारा प्रक्रिया। अनुमति है - या कोई नहीं। अधिग्रहीत ऊर्जा का एक हिस्सा इलेक्ट्रॉन को उसके परमाणु बंधन से मुक्त करने के लिए उपयोग किया जाता है, और शेष इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा को एक मुक्त मूलक के रूप में योगदान देता है।^[3]^[4]^[5] चूंकि एक सामग्री में इलेक्ट्रॉन अलग-अलग बाध्यकारी ऊर्जाओं के साथ कई अलग-अलग क्वांटम राज्यों पर कब्जा कर लेते हैं, और क्योंकि वे सामग्री से बाहर निकलने पर ऊर्जा की हानि को बनाए रख सकते हैं, उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों में गतिज ऊर्जा की एक श्रृंखला होगी। , उच्चतम अधिभोग वाले राज्यों में इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा उच्चतम होगी। धातुओं में, वे इलेक्ट्रॉन फर्मी स्तर से उत्सर्जित होंगे।

जब फोटोइलेक्ट्रॉन को वैक्यूम के बजाय ठोस में उत्सर्जित किया जाता है, तो आंतरिक फोटोमिशन शब्द का अक्सर उपयोग किया जाता है, और वैक्यूम में उत्सर्जन को बाहरी फोटोमिशन के रूप में प्रतिष्ठित किया जाता है।

प्रकाश-विद्युत उत्सर्जन का प्रायोगिक प्रेक्षण

भले ही किसी भी पदार्थ से प्रकाश का उत्सर्जन हो सकता है, यह धातुओं और अन्य कंडक्टरों से सबसे आसानी से देखा जा सकता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि प्रक्रिया एक चार्ज असंतुलन पैदा करती है, जो अगर वर्तमान प्रवाह से बेअसर नहीं होती है, तो संभावित अवरोध में वृद्धि होती है जब तक कि उत्सर्जन पूरी तरह से बंद नहीं हो जाता। फोटो उत्सर्जन के लिए ऊर्जा अवरोध आमतौर पर धातु की सतहों पर गैर-प्रवाहकीय ऑक्साइड परतों द्वारा बढ़ाया जाता है, इसलिए फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के आधार पर अधिकांश व्यावहारिक प्रयोग और उपकरण खाली ट्यूबों में साफ धातु की सतहों का उपयोग करते हैं। वैक्यूम इलेक्ट्रॉनों को देखने में भी मदद करता है क्योंकि यह गैसों को इलेक्ट्रोड के बीच उनके प्रवाह में बाधा डालने से रोकता है।

चूंकि सूर्य का प्रकाश, वायुमंडल के अवशोषण के कारण, अधिक पराबैंगनी प्रकाश प्रदान नहीं करता है, इसलिए पराबैंगनी किरणों से भरपूर प्रकाश मैग्नीशियम को जलाने या आर्क लैंप से प्राप्त किया जाता था। वर्तमान समय में, पारा-वाष्प लैंप, नोबल-गैस डिस्चार्ज यूवी लैंप और रेडियो-फ्रीक्वेंसी प्लाज्मा स्रोत,^[6]^[7]^[8] पराबैंगनी लेजर, ref>"Lumeras UV and VUV laser systems".</ref> और सिंक्रोट्रॉन सम्मिलन उपकरण ref>"Light sources of the world". 24 August 2017.</ref> प्रकाश स्रोत प्रबल हैं।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव को प्रदर्शित करने के लिए प्रयोग का योजनाबद्ध।एक निश्चित तरंग दैर्ध्य का फ़िल्टर्ड, मोनोक्रोमैटिक प्रकाश एक वैक्यूम ट्यूब के अंदर उत्सर्जक इलेक्ट्रोड (ई) पर हमला करता है।कलेक्टर इलेक्ट्रोड (C) एक वोल्टेज V के पक्षपाती है_C यह उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करने के लिए सेट किया जा सकता है, जब सकारात्मक हो, या उनमें से किसी को नकारात्मक होने पर कलेक्टर तक पहुंचने से रोकें।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का निरीक्षण करने के लिए शास्त्रीय सेटअप में एक प्रकाश स्रोत, प्रकाश को मोनोक्रोमेटाइज करने के लिए फिल्टर का एक सेट, पराबैंगनी प्रकाश के लिए पारदर्शी एक वैक्यूम ट्यूब, प्रकाश के संपर्क में आने वाला एक उत्सर्जक इलेक्ट्रोड (E) और एक कलेक्टर (C) जिसका वोल्टेज V_c सम्मिलित है। बाहरी नियंत्रण हो सकता है।

एक सकारात्मक बाहरी वोल्टेज का उपयोग कलेक्टर पर प्रकाश उत्सर्जित करने वाले इलेक्ट्रॉनों को निर्देशित करने के लिए किया जाता है। यदि आपतित विकिरण की आवृत्ति और तीव्रता निश्चित हो जाती है, तो प्रकाश-विद्युत धारा I धनात्मक वोल्टता में वृद्धि के साथ बढ़ती है, क्योंकि अधिक से अधिक इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रोड की ओर निर्देशित होते हैं। जब कोई अतिरिक्त फोटोइलेक्ट्रॉन एकत्र नहीं किया जा सकता है, तो फोटोइलेक्ट्रिक करंट एक संतृप्ति मान प्राप्त करता है। यह करंट केवल प्रकाश की तीव्रता में वृद्धि के साथ बढ़ सकता है।

एक बढ़ता हुआ ऋणात्मक वोल्टेज उच्चतम-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों को संग्राहक तक पहुँचने से रोकता है। जब ट्यूब के माध्यम से कोई करंट नहीं देखा जाता है, तो ऋणात्मक वोल्टेज एक मान तक पहुँच जाता है जो गतिज ऊर्जा K_max के सबसे ऊर्जावान फोटोइलेक्ट्रॉनों को धीमा करने और रोकने के लिए पर्याप्त होता है। रिटार्डिंग वोल्टेज के इस मान को स्टॉपिंग पोटेंशिअल या कट-ऑफ पोटेंशिअल V_oकहा जाता है।.^[9] चूँकि आवेश e के एक इलेक्ट्रॉन को रोकने में मंदक विभव द्वारा किया गया कार्य eV_o है, इसलिए निम्नलिखित में eV_o = K_max. होना चाहिए।

धारा-वोल्टेज वक्र सिग्मॉइडल है, लेकिन इसका सटीक आकार प्रायोगिक ज्यामिति और इलेक्ट्रोड सामग्री गुणों पर निर्भर करता है।

किसी दी गई धातु की सतह के लिए, आपतित विकिरण की एक निश्चित न्यूनतम आवृत्ति मौजूद होती है जिसके नीचे कोई फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जित नहीं होते हैं। इस आवृत्ति को थ्रेशोल्ड आवृत्ति कहा जाता है । घटना बीम की आवृत्ति बढ़ने से उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रॉनों की अधिकतम गतिज ऊर्जा बढ़ जाती है, और स्टॉपिंग वोल्टेज बढ़ जाता है। उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की संख्या भी बदल सकती है क्योंकि उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन में प्रत्येक फोटॉन की संभावना फोटोन ऊर्जा का एक कार्य है।

एक ही मोनोक्रोमैटिक प्रकाश की तीव्रता में वृद्धि (जब तक तीव्रता बहुत अधिक न हो^[10]), जो एक निश्चित समय में सतह पर आने वाले फोटॉनों की संख्या के समानुपाती होती है, जिससे इलेक्ट्रॉनों के निकलने की दर बढ़ जाती है। -फोटोइलेक्ट्रिक करंट I- लेकिन फोटोइलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा और स्टॉपिंग वोल्टेज समान रहते हैं। किसी दी गई धातु और आपतित विकिरण की आवृत्ति के लिए, जिस दर पर फोटोइलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाला जाता है वह आपतित प्रकाश की तीव्रता के सीधे आनुपातिक होता है।

विकिरण की घटना और एक फोटोइलेक्ट्रॉन के उत्सर्जन के बीच का समय बहुत छोटा है, 10^-9 सेकंड से भी कम है। फोटोइलेक्ट्रॉनों का कोणीय वितरण घटना प्रकाश के ध्रुवीकरण (विद्युत क्षेत्र की दिशा) के साथ-साथ परमाणु और आणविक कक्षीय समरूपता और क्रिस्टलीय ठोस की इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना जैसे उत्सर्जक सामग्री के क्वांटम गुणों पर अत्यधिक निर्भर है। मैक्रोस्कोपिक क्रम के बिना सामग्री में, इलेक्ट्रॉनों का वितरण रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश के ध्रुवीकरण की दिशा में चरम पर होता है।।^[11] प्सामग्री के गुणों का अनुमान लगाने के लिए इन वितरणों को मापने वाली प्रायोगिक तकनीक कोण-समाधानित फोटोमिशन स्पेक्ट्रोस्कोपी है।

सैद्धांतिक स्पष्टीकरण

Alt =

1905 में, आइंस्टीन ने मैक्स प्लैंक द्वारा पहली बार सामने रखी गई एक अवधारणा का उपयोग करते हुए फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के एक सिद्धांत का प्रस्ताव रखा कि प्रकाश में ऊर्जा के छोटे पैकेट होते हैं जिन्हें फोटॉन या लाइट क्वांटा कहा जाता है। प्रत्येक पैकेट में ऊर्जा $h\nu$ होती है जो संबंधित विद्युत चुम्बकीय तरंग की आवृत्ति $\nu$ के आनुपातिक होती है। आनुपातिकता स्थिरांक $h$ को प्लांक नियतांक कहा जाता है। अधिकतम गतिज ऊर्जा K अधिकतम $K_{\max }$ इलेक्ट्रॉनों को उनके परमाणु बंधन से हटाए जाने से पहले इतनी ऊर्जा दी गई थी

K_{\max }=h\,\nu -W,

जहाँ पर $W$ सामग्री की सतह से एक इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा है। इसे सतह का कार्य कार्य कहा जाता है और कभी -कभी निरूपित किया जाता है $\Phi$ या $\varphi$ .^[12] यदि कार्य फ़ंक्शन के रूप में लिखा जाता है

W=h\,\nu _{o},

उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम गतिज ऊर्जा का सूत्र बन जाता है

K_{\max }=h\left(\nu -\nu _{o}\right).

गतिज ऊर्जा सकारात्मक है, और

\nu >\nu _{o}

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव होने के लिए आवश्यक है।^[13] आवृत्ति

\nu _{o}

दी गई सामग्री के लिए थ्रेशोल्ड आवृत्ति है। उस आवृत्ति के ऊपर, फोटोइलेक्ट्रॉन की अधिकतम गतिज ऊर्जा के साथ -साथ प्रयोग में रोकना वोल्टेज भी

{\textstyle V_{o}={\frac {h}{e}}\left(\nu -\nu _{o}\right)}

आवृत्ति के साथ रैखिक रूप से वृद्धि करें, और फोटॉनों की संख्या और इम्प्रूइंग मोनोक्रोमैटिक लाइट की तीव्रता पर कोई निर्भरता नहीं है। आइंस्टीन के सूत्र, हालांकि सरल, ने फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की सभी घटना विज्ञान को समझाया, और क्वांटम यांत्रिकी के विकास में दूरगामी परिणाम थे।

परमाणुओं, अणुओं और ठोसों से प्रकाश उत्सर्जन

इलेक्ट्रॉन जो परमाणुओं, अणुओं और ठोसों में बंधे होते हैं, उनमें से प्रत्येक अच्छी तरह से परिभाषित बाध्यकारी ऊर्जा के अलग-अलग स्थिति पर अधिकृत कर लेता है। जब प्रकाश क्वांटा एक व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉन को इस मात्रा से अधिक ऊर्जा प्रदान करता है, तो इलेक्ट्रॉन को मुक्त स्थान में अतिरिक्त (गतिज) ऊर्जा के साथ उत्सर्जित किया जा सकता है जो इलेक्ट्रॉन की बाध्यकारी ऊर्जा से $h\nu$ अधिक है। गतिज ऊर्जाओं का वितरण इस प्रकार परमाणु, आणविक या क्रिस्टलीय प्रणाली में इलेक्ट्रॉनों की बाध्यकारी ऊर्जा के वितरण को दर्शाता है: बाध्यकारी ऊर्जा $E_{B}$ पर राज्य से उत्सर्जित एक इलेक्ट्रॉन गतिज ऊर्जा $E_{k}=h\nu -E_{B}$ पाया जाता है। यह वितरण क्वांटम प्रणाली की मुख्य विशेषताओं में से एक है और क्वांटम रसायन विज्ञान और क्वांटम भौतिकी में आगे के अध्ययन के लिए इसका उपयोग किया जा सकता है।

ठोस पदार्थों से प्रकाश उत्सर्जन के मॉडल

आदेशित, क्रिस्टलीय ठोस के इलेक्ट्रॉनिक गुण ऊर्जा और संवेग के संबंध में इलेक्ट्रॉनिक राज्यों के वितरण द्वारा निर्धारित किए जाते हैं - ठोस की इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना। ठोस पदार्थों से प्रकाश-उत्सर्जन के सैद्धांतिक मॉडल दर्शाते हैं कि अधिकांश भाग के लिए यह वितरण प्रकाश-विद्युत प्रभाव में संरक्षित है। पराबैंगनी और नरम एक्स-रे विक्षुब्धी के लिए घटनात्मक तीन-चरण मॉडल^[14] पराबैंगनी और नरम एक्स-रे उत्तेजना के लिए इन चरणों में प्रभाव को विघटित करता है:^[15]^[16]^[17]

सामग्री के थोक में आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव एक कब्जे वाले और एक खाली इलेक्ट्रॉनिक राज्य के बीच एक प्रत्यक्ष ऑप्टिकल संक्रमण है। यह प्रभाव द्विध्रुव संक्रमणों के लिए क्वांटम-यांत्रिक चयन नियमों के अधीन है। इलेक्ट्रॉन के पीछे छोड़ा गया छेद द्वितीयक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन, या तथाकथित बरमा प्रभाव को जन्म दे सकता है, जो तब भी दिखाई दे सकता है जब प्राथमिक फोटोइलेक्ट्रॉन सामग्री नहीं छोड़ता है। आणविक ठोस में, इस चरण में फोनोन उत्साहित होते हैं और अंतिम इलेक्ट्रॉन ऊर्जा में उपग्रह लाइनों के रूप में दिखाई दे सकते हैं।
एक सतह पर इलेक्ट्रॉन का प्रसार जिसमें ठोस के अन्य घटकों के साथ बातचीत के कारण कुछ इलेक्ट्रॉन बिखर सकते हैं। ठोस में गहराई से उत्पन्न होने वाले इलेक्ट्रॉनों के टकराने और परिवर्तित ऊर्जा और संवेग के साथ उभरने की अधिक संभावना होती है। उनका माध्य-मुक्त मार्ग इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा पर निर्भर एक सार्वभौमिक वक्र है।
सतह की बाधा के माध्यम से इलेक्ट्रॉन निर्वात की मुक्त-इलेक्ट्रॉन जैसी अवस्थाओं में भाग जाता है। इस चरण में, इलेक्ट्रॉन सतह के कार्य फलन की मात्रा में ऊर्जा खो देता है और सतह के लंबवत दिशा में गति हानि से ग्रस्त होता है। क्योंकि ठोस में इलेक्ट्रॉनों की बाध्यकारी ऊर्जा को फर्मी ऊर्जा $E_{F}$ पर उच्चतम कब्जे वाले राज्य के संबंध में आसानी से व्यक्त किया जाता है, और मुक्त-स्थान (वैक्यूम) ऊर्जा में अंतर सतह का कार्य कार्य है, इलेक्ट्रॉनों की गतिशील ऊर्जा ठोसों से उत्सर्जित होने वाले पदार्थों को आमतौर पर $E_{k}=h\nu -W-E_{B}$ लिखा जाता है।

ऐसे मामले हैं जहां तीन-चरण मॉडल फोटोइलेक्ट्रॉन तीव्रता वितरण की विशिष्टताओं को समझाने में विफल रहता है। अधिक विस्तृत वन-स्टेप मॉडल ^[18] प्रभाव को एक परिमित क्रिस्टल की अंतिम अवस्था में फोटो-उत्तेजना की एक सुसंगत प्रक्रिया के रूप में मानता है, जिसके लिए तरंग फ़ंक्शन क्रिस्टल के बाहर मुक्त-इलेक्ट्रॉन जैसा होता है, लेकिन अंदर एक क्षयकारी होता है।^[17]

इतिहास

19 वीं शताब्दी

1839 में, एलेक्जेंडर एडमंड बेकरेल ने इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं पर प्रकाश के प्रभाव का अध्ययन करते हुए फोटोवोल्टिक प्रभाव की खोज की।^[19] हालांकि फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के बराबर नहीं, फोटोवोल्टिक पर उनके काम ने सामग्री के प्रकाश और इलेक्ट्रॉनिक गुणों के बीच एक मजबूत संबंध दिखाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई थी। 1873 में, विलोबी स्मिथ ने पनडुब्बी टेलीग्राफ केबल्स से जुड़े अपने काम के संयोजन में धातु के उच्च प्रतिरोध गुणों के लिए परीक्षण करते समय सेलेनियम में फोटोकॉन्डक्टिविटी की खोज की।^[20] हीडलबर्ग के छात्रों जोहान एल्स्टर (1854-1920) और हंस गीतेल (1855-1923) ने विद्युतीकृत निकायों पर प्रकाश द्वारा उत्पादित प्रभावों की जांच की और पहला व्यावहारिक फोटोइलेक्ट्रिक सेल विकसित किया, जिसका उपयोग प्रकाश की तीव्रता को मापने के लिए किया जा सकता है।^[21]^[22]^: 458 उन्होंने धातुओं को उनकी नकारात्मक विद्युत निर्वहन की शक्ति के संबंध में व्यवस्थित किया: रुबिडियम, पोटेशियम, पोटेशियम और सोडियम का एक मिश्र धातु, सोडियम, लिथियम, मैग्नीशियम, थैलियम और जस्ता; तांबा, प्लेटिनम, सीसा, लोहा, कैडमियम, कार्बन और पारा के लिए साधारण प्रकाश के प्रभाव को मापने के लिए बहुत छोटा था। इस आशय के लिए धातुओं का क्रम संपर्क-विद्युत के लिए वोल्टा की श्रृंखला के समान था, सबसे अधिक विद्युत-धनात्मक धातुएँ जो सबसे बड़ी फोटो-इलेक्ट्रिक प्रभाव देती हैं।

1887 में, हेनरिक हर्ट्ज़ ने प्रकाश-विद्युत प्रभाव ^[23] को देखा और विद्युत चुम्बकीय तरंगों के उत्पादन और ग्रहण पर रिपोर्ट दी। उनके उपकरण में रिसीवर में एक स्पार्क गैप वाला कॉइल होता था, जहां विद्युत चुम्बकीय तरंगों का पता लगाने पर एक चिंगारी दिखाई देती थी। उन्होंने चिंगारी को बेहतर ढंग से देखने के लिए उपकरण को एक अंधेरे बॉक्स में रखा। हालांकि, उन्होंने देखा कि बॉक्स के अंदर अधिकतम स्पार्क लंबाई कम हो गई थी। विद्युत चुम्बकीय तरंगों के स्रोत और रिसीवर के बीच रखा गया एक ग्लास पैनल पराबैंगनी विकिरण को अवशोषित करता है जिसने इलेक्ट्रॉनों को अंतराल में कूदने में सहायता की। जब हटा दिया जाता है, तो चिंगारी की लंबाई बढ़ जाती है। जब उन्होंने ग्लास को क्वार्ट्ज से बदल दिया तो उन्होंने स्पार्क की लंबाई में कोई कमी नहीं देखी, क्योंकि क्वार्ट्ज यूवी विकिरण को अवशोषित नहीं करता है।

हर्ट्ज़ की खोजों ने हॉलवॉच, हूर, रिघी और स्टोलेटोव द्वारा प्रकाश के प्रभावों और विशेष रूप से पराबैंगनी प्रकाश की जांच की एक श्रृंखला का नेतृत्व किया। निकायों। हॉलवॉच ने इलेक्ट्रोस्कोप में एक जिंक प्लेट लगाई। उन्होंने एक ताजा साफ जस्ता प्लेट पर पराबैंगनी प्रकाश गिरने की अनुमति दी और देखा कि जस्ता प्लेट अपरिवर्तित हो जाती है यदि शुरू में नकारात्मक चार्ज किया जाता है, तो सकारात्मक चार्ज किया जाता है यदि शुरू में चार्ज नहीं किया जाता है, और शुरू में सकारात्मक चार्ज होने पर अधिक सकारात्मक चार्ज होता है। इन अवलोकनों से, उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि पराबैंगनी प्रकाश के संपर्क में आने पर जिंक प्लेट द्वारा कुछ ऋणात्मक चार्ज किए गए कण उत्सर्जित होते थे।

हर्ट्ज़ प्रभाव के संबंध में, शुरुआत से शोधकर्ताओं ने फोटोइलेक्ट्रिक थकान की घटना की जटिलता को दिखाया-ताजा धातु सतहों पर देखे गए प्रभाव की प्रगतिशील कमी। हॉलवॉच के अनुसार, ओजोन ने घटना में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई,^[24] और उत्सर्जन ऑक्सीकरण, आर्द्रता और सतह चमकाने की डिग्री से प्रभावित थे। उस समय यह स्पष्ट नहीं था कि थकान निर्वात में अनुपस्थित थी या नहीं।

1888 से 1891 की अवधि में, अलेक्सांद्र स्टोलेटोव द्वारा फोटो प्रभाव का विस्तृत विश्लेषण किया गया, जिसके परिणाम छह प्रकाशनों में प्रकाशित हुए।^[25]स्टोलेटोव ने एक नए प्रायोगिक सेटअप का आविष्कार किया जो फोटो प्रभावों के मात्रात्मक विश्लेषण के लिए अधिक उपयुक्त था। उन्होंने प्रकाश की तीव्रता और प्रेरित प्रकाश-विद्युत धारा (फोटो प्रभाव का पहला नियम या स्टोलेटोव का नियम) के बीच प्रत्यक्ष आनुपातिकता की खोज की। उन्होंने गैस के दबाव पर फोटोइलेक्ट्रिक करंट की तीव्रता की निर्भरता को मापा, जहां उन्होंने पाया कि अधिकतम फोटोक्रेक्ट के अनुरूप एक इष्टतम गैस दबाव का अस्तित्व है; इस संपत्ति का उपयोग सौर सेल बनाने के लिए किया गया था।

धातुओं के अलावा कई पदार्थ पराबैंगनी प्रकाश की क्रिया के तहत नकारात्मक विद्युत का निर्वहन करते हैं। जी. सी. श्मिट ^[26] और ओ. नोब्लोच ने इन पदार्थों की एक सूची संकलित की।

1897 में, जे. जे. थॉमसन ने क्रुक्स ट्यूबों में पराबैंगनी प्रकाश की जांच की।^[27] थॉमसन ने निष्कर्ष निकाला कि निकाले गए कण, जिन्हें उन्होंने कॉर्पसक्लस कहा, कैथोड किरणों के समान प्रकृति के थे। इन कणों को बाद में इलेक्ट्रॉन कहा जाने लगा। थॉमसन ने एक वैक्यूम ट्यूब में एक धातु की प्लेट (एक कैथोड) को सील कर दिया और इसे उच्च-आवृत्ति विकिरण के संपर्क में लाया। यह सोचा गया था कि दोलन विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र परमाणुओं के क्षेत्र को प्रतिध्वनित करते हैं और एक निश्चित आयाम तक पहुंचने के बाद, उप-परमाणु कणिकाओं को उत्सर्जित करते हैं, और वर्तमान का पता लगाते हैं। इस धारा की मात्रा विकिरण की तीव्रता और रंग के साथ बदलती है। उच्च विकिरण तीव्रता या आवृत्ति अधिक विद्युत धारा उत्पन्न करेगी।

1886-1902 के वर्षों के दौरान, विल्हेम हॉलवाच और फिलिप लेनार्ड ने प्रकाश-विद्युत उत्सर्जन की घटना की विस्तार से जांच की। लेनार्ड ने देखा कि जब दो इलेक्ट्रोडों में से एक पर पराबैंगनी विकिरण गिरता है, तो एक खाली कांच की नली से करंट प्रवाहित होता है। जैसे ही पराबैंगनी विकिरण बंद हो जाता है, करंट भी रुक जाता है। इसने फोटोइलेक्ट्रिक उत्सर्जन की अवधारणा की शुरुआत की। 1900 में फिलिप लेनार्ड ने पराबैंगनी प्रकाश द्वारा गैसों के आयनीकरण की खोज की थी। चूंकि प्रभाव कई सेंटीमीटर हवा में उत्पन्न हुआ और नकारात्मक से अधिक सकारात्मक आयनों का उत्पादन किया, इसलिए इस घटना की व्याख्या करना स्वाभाविक था, जैसा कि जे जे थॉमसन ने किया था, जैसा कि गैस में मौजूद कणों पर हर्ट्ज प्रभाव होता है।

20 वीं शताब्दी

1902 में, लेनार्ड ने देखा कि अलग-अलग उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा प्रकाश की आवृत्ति (जो रंग से संबंधित है) के साथ बढ़ती है। ^[3]यह मैक्सवेल के प्रकाश के तरंग सिद्धांत के विपरीत प्रतीत हुआ, जिसने भविष्यवाणी की कि इलेक्ट्रॉन ऊर्जा विकिरण की तीव्रता के समानुपाती होगी।

लेनार्ड ने एक शक्तिशाली इलेक्ट्रिक आर्क लैंप का उपयोग करके प्रकाश आवृत्ति के साथ इलेक्ट्रॉन ऊर्जा में भिन्नता देखी, जिसने उन्हें तीव्रता में बड़े बदलावों की जांच करने में सक्षम बनाया, और उन्हें प्रकाश आवृत्ति के साथ इलेक्ट्रोड क्षमता की भिन्नता की जांच करने में सक्षम बनाया। पर्याप्त शक्ति थी। उन्होंने एक फोटोट्यूब में अधिकतम रोक क्षमता (वोल्टेज) को जोड़कर इलेक्ट्रॉन ऊर्जा पाई। उन्होंने पाया कि अधिकतम इलेक्ट्रॉन गतिज ऊर्जा प्रकाश की आवृत्ति से निर्धारित होती है। उदाहरण के लिए, आवृत्ति में वृद्धि के परिणामस्वरूप डिस्चार्ज होने पर एक इलेक्ट्रॉन के लिए गणना की गई अधिकतम गतिज ऊर्जा में वृद्धि होती है - पराबैंगनी विकिरण को नीली रोशनी की तुलना में एक फोटोट्यूब में करंट को रोकने के लिए एक उच्च लागू रोक क्षमता की आवश्यकता होगी। हालांकि, प्रयोग करने में कठिनाई के कारण लेनार्ड के परिणाम मात्रात्मक के बजाय गुणात्मक थे: ताजा कट धातु पर प्रयोग आवश्यक थे ताकि शुद्ध धातु को देखा जा सके, लेकिन यह आंशिक वैक्यूम में भी मिनटों के भीतर ऑक्सीकरण हो गया। उपयोग किया गया। सतह द्वारा उत्सर्जित धारा प्रकाश की तीव्रता या चमक से निर्धारित होती है: प्रकाश की तीव्रता को दोगुना करने से सतह से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की संख्या दोगुनी हो जाती है।

लैंगविन और यूजीन बलोच^[28] द्वारा किए गए शोध से पता चला है कि लेनार्ड प्रभाव का एक बड़ा हिस्सा निश्चित रूप से हर्ट्ज़ प्रभाव के कारण होता है। गैस पर लेनार्ड का प्रभाव [स्पष्टीकरण की जरूरत] अभी भी मौजूद है। थॉमसन द्वारा प्रस्तावित जे.जे.^[29] और फिर फ्रेडरिक पामर, जूनियर द्वारा अधिक निर्णायक रूप से,^[30]^[31] गैस प्रकाश उत्सर्जन का अध्ययन किया गया था और पहले लेनार्ड द्वारा जिम्मेदार लोगों की तुलना में बहुत अलग विशेषताएं दिखाई गई थीं।^[32]

1900 में, ब्लैक-बॉडी विकिरण का अध्ययन करते हुए, जर्मन भौतिक विज्ञानी मैक्स प्लैंक ने सामान्य स्पेक्ट्रम में ऊर्जा के वितरण के कानून पर सुझाव दिया^[33] कागज जो विद्युत चुम्बकीय तरंगों द्वारा की गई ऊर्जा को केवल ऊर्जा के पैकेट में जारी किया जा सकता है। 1905 में, अल्बर्ट आइंस्टीन ने परिकल्पना को आगे बढ़ाते हुए एक पेपर प्रकाशित किया कि प्रकाश ऊर्जा को फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव से प्रयोगात्मक डेटा की व्याख्या करने के लिए असतत मात्राकृत पैकेट में ले जाया जाता है। आइंस्टीन ने कहा कि प्रकाश के प्रत्येक क्वांटम में ऊर्जा प्रकाश की आवृत्ति के बराबर थी जो एक स्थिरांक से गुणा की गई थी, जिसे बाद में प्लैंक स्थिरांक कहा जाता था। एक दहलीज आवृत्ति के ऊपर एक फोटॉन में एक एकल इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालने के लिए आवश्यक ऊर्जा होती है, जिससे मनाया प्रभाव पैदा होता है।यह क्वांटम यांत्रिकी के विकास में एक महत्वपूर्ण कदम था।1914 में, रॉबर्ट ए। मिलिकन के फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव से प्लैंक स्थिरांक के अत्यधिक सटीक माप ने आइंस्टीन के मॉडल का समर्थन किया, भले ही प्रकाश का एक कोरिक्युलर सिद्धांत मिलिकन के लिए था, उस समय, काफी अकल्पनीय था।^[34] आइंस्टीन को फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के कानून की खोज के लिए भौतिकी में 1921 नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था,^[35] और मिलिकन को 1923 में बिजली के प्राथमिक प्रभार और फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर उनके काम के लिए नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

विद्युतचुंबकीय विकिरण द्वारा क्रियान्वित परमाणुओं और ठोस पदार्थों के क्वांटम गड़बड़ी सिद्धांत में, प्रकाश-विद्युत प्रभाव का अभी भी तरंगों के संदर्भ में विश्लेषण किया जाता है; दो दृष्टिकोण समतुल्य हैं क्योंकि फोटॉन या तरंग अवशोषण केवल परिमाणित ऊर्जा स्तरों के बीच हो सकता है जिसका ऊर्जा अंतर फोटॉन की ऊर्जा का है।^[15]

प्रकाश के क्वांटा के अवशोषण के कारण फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव कैसे हुआ, इसका अल्बर्ट आइंस्टीन का गणितीय विवरण उनके एनस मिराबिलिस पेपर में था, जिसका शीर्षक था "लाइट के उत्पादन और परिवर्तन के संबंध में एक अनुमानी दृष्टिकोण पर"। कागज ने प्रकाश क्वांटा, या फोटॉन का एक सरल विवरण प्रस्तावित किया, और दिखाया कि उन्होंने इस तरह की घटनाओं को फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के रूप में कैसे समझाया। प्रकाश के असतत क्वांटा के अवशोषण के संदर्भ में उनकी सरल व्याख्या प्रयोगात्मक परिणामों से सहमत थी। इसने समझाया कि क्यों फोटोइलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा केवल आपतित प्रकाश की आवृत्ति पर निर्भर करती है न कि इसकी तीव्रता पर: कम-तीव्रता पर, उच्च-आवृत्ति स्रोत कुछ उच्च-ऊर्जा फोटॉन की आपूर्ति कर सकता है, जबकि उच्च-तीव्रता, कम-आवृत्ति पर। स्रोत किसी भी इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए पर्याप्त व्यक्तिगत ऊर्जा के फोटॉन की आपूर्ति नहीं करेगा। यह एक बड़ी सैद्धांतिक छलांग थी, लेकिन इस अवधारणा का पहली बार में जोरदार विरोध किया गया था क्योंकि इसने प्रकाश के तरंग सिद्धांत का खंडन किया था जो कि जेम्स क्लर्क मैक्सवेल के विद्युत चुंबकत्व के समीकरणों से स्वाभाविक रूप से अनुसरण करता था, और अधिक सामान्य रूप से, भौतिक प्रणालियों में ऊर्जा की अनंत विभाज्यता की धारणा। जबकि प्रयोगों से पता चला कि फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के लिए आइंस्टीन के समीकरण सटीक थे, फोटॉन के विचार का प्रतिरोध जारी रहा।

आइंस्टीन के काम ने भविष्यवाणी की थी कि अलग-अलग उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा प्रकाश की आवृत्ति के साथ रैखिक रूप से बढ़ जाती है। शायद आश्चर्यजनक रूप से, सटीक संबंध उस समय परखा नहीं गया था। 1905 तक यह ज्ञात हो गया था कि फोटोइलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा आपतित प्रकाश की बढ़ती आवृत्ति के साथ बढ़ती है और प्रकाश की तीव्रता से स्वतंत्र होती है। हालाँकि, वृद्धि के तरीके को 1914 तक प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित नहीं किया गया था जब मिलिकन ने दिखाया कि आइंस्टीन की भविष्यवाणी सही थी।^[4]

प्रकाश-विद्युत प्रभाव ने प्रकाश की प्रकृति में तरंग-कण द्वैत की तत्कालीन उभरती हुई अवधारणा को आगे बढ़ाने में मदद की। प्रकाश में एक साथ तरंगों और कणों दोनों की विशेषताएं होती हैं, जिनमें से प्रत्येक परिस्थितियों के अनुसार प्रकट होता है। प्रकाश के शास्त्रीय तरंग विवरण के संदर्भ में प्रभाव को समझना असंभव था,^[36]^[37]^[38] क्योंकि उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा आपतित विकिरण की तीव्रता पर निर्भर नहीं करती थी। शास्त्रीय सिद्धांत ने भविष्यवाणी की थी कि इलेक्ट्रॉन समय के साथ ऊर्जा 'इकट्ठा' करेंगे, और फिर उत्सर्जित होंगे।^[37]^[39]

उपयोग और प्रभाव

फोटोमल्टीप्लायर्स

alt =

लिफाफे के अंदर एक लेपित फोटोकैथोड के साथ ये बेहद हल्के संवेदनशील वैक्यूम ट्यूब हैं। फोटोकैथोड में सीज़ियम, रूबिडियम और सुरमा जैसी सामग्रियों का संयोजन होता है जो विशेष रूप से कम कार्य प्रदान करने के लिए चुने जाते हैं, इसलिए जब प्रकाश के बहुत कम स्तर से भी प्रकाशित होता है, तो फोटोकैथोड आसानी से इलेक्ट्रॉनों को छोड़ देता है। कभी-कभी उच्च क्षमता पर इलेक्ट्रोड (डायनोड) की एक श्रृंखला के माध्यम से, इन इलेक्ट्रॉनों को त्वरित रूप से पता लगाने योग्य आउटपुट करंट प्रदान करने के लिए द्वितीयक उत्सर्जन के माध्यम से संख्या में त्वरित और पर्याप्त रूप से वृद्धि की जाती है। जहां भी प्रकाश के निम्न स्तर का पता लगाया जाना चाहिए, वहां अभी भी फोटोमल्टीप्लायरों का आमतौर पर उपयोग किया जाता है। ^[40]

चित्र संवेदक

टेलीविजन के शुरुआती दिनों में वीडियो कैमरा ट्यूब में फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का इस्तेमाल किया जाता था, उदाहरण के लिए, फिलो फार्नवर्थ के "इमेज डिसेक्टर" ने एक ऑप्टिकल इमेज को स्कैन किए गए इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल में बदलने के लिए फोटोइलेक्ट्रिक इफेक्ट द्वारा चार्ज की गई स्क्रीन का इस्तेमाल किया।^[41]

फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी

ARPES) प्रयोग।हीलियम डिस्चार्ज लैंप अल्ट्रा-हाई वैक्यूम में नमूने पर पराबैंगनी प्रकाश चमकता है।गोलार्द्ध इलेक्ट्रॉन विश्लेषक ऊर्जा और गति के संबंध में बेदखल इलेक्ट्रॉनों के वितरण को मापता है।

क्योंकि उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा वास्तव में घटना फोटॉन की ऊर्जा है जो परमाणु, अणु या ठोस के भीतर इलेक्ट्रॉन के बंधन की ऊर्जा को घटाती है, बाध्यकारी ऊर्जा को एक ज्ञात मोनोक्रोमैटिक एक्स-रे या यूवी प्रकाश को चमकते हुए निर्धारित किया जा सकता है। फोटोइलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा और गतिज ऊर्जाओं को मापना।^[15]इन प्रणालियों के क्वांटम गुणों के अध्ययन के लिए इलेक्ट्रॉन ऊर्जाओं का वितरण मूल्यवान है। इसका उपयोग नमूनों की तात्विक संरचना को निर्धारित करने के लिए भी किया जा सकता है। ठोस पदार्थों के लिए, फोटोइलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा और उत्सर्जन कोण वितरण को इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना के पूर्ण निर्धारण के लिए अनुमत बाध्यकारी ऊर्जा और इलेक्ट्रॉनों के क्षण के संदर्भ में मापा जाता है। कोण-समाधानित प्रकाश उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी के आधुनिक उपकरण 1 meV और 0.1° से बेहतर सटीकता के साथ इन मात्राओं को मापने में सक्षम हैं।

फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी माप आमतौर पर एक उच्च-वैक्यूम वातावरण में किया जाता है, क्योंकि इलेक्ट्रॉन मौजूद होने पर गैस के अणुओं द्वारा बिखरे होंगे। हालाँकि, कुछ कंपनियाँ अब ऐसे उत्पाद बेच रही हैं जो हवा में फोटो उत्सर्जन की अनुमति देते हैं। प्रकाश स्रोत एक लेज़र, एक डिस्चार्ज ट्यूब, या एक सिंक्रोट्रॉन विकिरण स्रोत हो सकता है।^[42]

संकेंद्रित अर्धगोलाकार विश्लेषक एक विशिष्ट इलेक्ट्रॉन ऊर्जा विश्लेषक है। यह दो गोलार्द्धों के बीच एक विद्युत क्षेत्र का उपयोग उनकी गतिज ऊर्जाओं के आधार पर आपतित इलेक्ट्रॉनों के प्रक्षेप पथ को बदलने (फैलाने) के लिए करता है।

रात्रि दृष्टि उपकरण

इमेज इंटेन्सिफायर ट्यूब में क्षार धातु या सेमीकंडक्टर सामग्री जैसे गैलियम आर्सेनाइड की एक पतली फिल्म से टकराने वाले फोटोन फोटोइलेक्ट्रॉनों की अस्वीकृति का कारण बनते हैं। इन्हें इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र द्वारा त्वरित किया जाता है जहां वे फॉस्फोर-लेपित स्क्रीन पर हमला करते हैं, इलेक्ट्रॉनों को वापस फोटॉन में परिवर्तित करते हैं। संकेत की गहनता या तो इलेक्ट्रॉनों के त्वरण के माध्यम से या माध्यमिक उत्सर्जन के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों की संख्या में वृद्धि करके प्राप्त की जाती है, जैसे कि माइक्रो-चैनल प्लेट के साथ। कभी-कभी दोनों विधियों के संयोजन का उपयोग किया जाता है। एक इलेक्ट्रॉन को चालन बैंड से बाहर और निर्वात स्तर में ले जाने के लिए अतिरिक्त गतिज ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इसे फोटोकैथोड के इलेक्ट्रॉन आत्मीयता के रूप में जाना जाता है और बैंड गैप मॉडल द्वारा समझाया गया निषिद्ध बैंड के अलावा अन्य फोटो उत्सर्जन के लिए एक और बाधा है। गैलियम आर्सेनाइड जैसी कुछ सामग्रियों में एक प्रभावी इलेक्ट्रॉन आत्मीयता होती है जो चालन बैंड के स्तर से नीचे होती है। इन सामग्रियों में, चालन बैंड में जाने वाले इलेक्ट्रॉनों में सामग्री से उत्सर्जित होने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है, इसलिए फोटॉन को अवशोषित करने वाली फिल्म काफी मोटी हो सकती है। इन सामग्रियों को नकारात्मक इलेक्ट्रॉन आत्मीयता सामग्री के रूप में जाना जाता है।

अंतरिक्ष यान

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव अंतरिक्ष यान को धनात्मक आवेश विकसित करने के लिए सूर्य के प्रकाश के संपर्क में आने का कारण बनेगा। यह एक बड़ी समस्या हो सकती है, क्योंकि अंतरिक्ष यान के अन्य हिस्से छाया में हैं, जिसके परिणामस्वरूप अंतरिक्ष यान पास के प्लाज़्मा से एक नकारात्मक चार्ज विकसित कर सकता है। असंतुलन नाजुक विद्युत घटकों के माध्यम से निर्वहन कर सकता है। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव द्वारा बनाया गया स्थिर आवेश स्व-सीमित होता है, क्योंकि एक उच्च आवेशित वस्तु अपने इलेक्ट्रॉनों को उतनी आसानी से नहीं छोड़ती, जितनी आसानी से एक कम आवेशित वस्तु करती है।^[43]^[44]

चंद्रमा धूल

सूर्य का प्रकाश चन्द्रमा की धूल से टकराने के कारण प्रकाश-विद्युत प्रभाव से धनावेशित हो जाता है। आवेशित धूल तब अपने आप को पीछे हटाती है और इलेक्ट्रोस्टैटिक उत्तोलन द्वारा चंद्रमा की सतह से ऊपर उठ जाती है।Cite error: Closing </ref> missing for <ref> tagयह लगभग "धूल के वातावरण" की तरह प्रकट होता है, जो एक पतली धुंध और दूर की विशेषताओं के धुंधलापन के रूप में दिखाई देता है, और सूर्य के अस्त होने के बाद एक मंद चमक के रूप में दिखाई देता है। यह पहली बार 1960 के दशक में सर्वेयर प्रोग्राम प्रोब द्वारा फोटो खींचा गया था,और हाल ही में चांग’ई 3 रोवर ने चंद्र चट्टानों पर लगभग 28 सेंटीमीटर की ऊँचाई पर धूल के जमाव को देखा। [60] ऐसा माना जाता है कि सबसे छोटे कण सतह से किलोमीटर की दूरी पर खदेड़ दिए जाते हैं और जब वे चार्ज और डिस्चार्ज होते हैं तो कण "फव्वारे" में चले जाते हैं।

प्रतिस्पर्धात्मक प्रक्रियाएं और फोटो उत्सर्जन क्रॉस सेक्शन

जब फोटॉन ऊर्जा 511 केवी की इलेक्ट्रॉन आराम ऊर्जा जितनी अधिक होती है, तब तक एक अन्य प्रक्रिया, कॉम्पटन बिखराव, हो सकता है। इस ऊर्जा के दोगुने से ऊपर, 1.022 MeV जोड़ी उत्पादन पर भी अधिक होने की संभावना है। ^[45] कॉम्पटन स्कैटरिंग और जोड़ी उत्पादन दो अन्य प्रतिस्पर्धी तंत्र के उदाहरण हैं।

भले ही फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव एक बाध्य इलेक्ट्रॉन के साथ एक एकल फोटॉन की विशेष बातचीत के लिए पसंदीदा प्रतिक्रिया है, परिणाम क्वांटम आंकड़ों के अधीन भी है और इसकी गारंटी नहीं है। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव होने की संभावना को अंतःक्रिया के क्रॉस-सेक्शन, द्वारा मापा जाता है। यह लक्ष्य परमाणु और फोटॉन ऊर्जा के परमाणु क्रमांक का एक फलन पाया गया है। अपरिष्कृत सन्निकटन में, उच्चतम परमाणु बंधन ऊर्जा से ऊपर फोटॉन ऊर्जा के लिए, अनुप्रस्थ काट द्वारा दिया जाता है^[46]

\sigma =\mathrm {constant} \cdot {\frac {Z^{n}}{E^{3}}}

यहाँ Z परमाणु क्रमांक है और n एक संख्या है जो 4 और 5 के बीच बदलती रहती है। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव स्पेक्ट्रम के गामा-किरण क्षेत्र में तेजी से घट जाता है, जिससे फोटॉन ऊर्जा बढ़ती है। यह उच्च परमाणु संख्या वाले तत्वों से भी अधिक होने की संभावना है। नतीजतन, उच्च-जेड सामग्री अच्छी गामा-रे ढाल बनाती है, यही मुख्य कारण है कि सीसा (Z = 82) को प्राथमिकता दी जाती है और इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।^[47]

यह भी देखें

विषम फोटोवोल्टिक प्रभाव
कॉम्पटन स्कैटेरिंग
डेम्बर इफेक्ट
फोटो -डेम्बर इफेक्ट
फोटोमैग्नेटिक प्रभाव
फोटोकेमिस्ट्री
परमाणु और उप -परमाणु भौतिकी की समयरेखा

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 {{short description|Emission of electrons when light hits a material}}
-[[index.php?title=File:Photoelectric_effect_in_a_solid_-_diagram.svg|alt=|right|260x260px]]
+[[File:Photoelectric effect in a solid - diagram.svg|alt=|thumb|The emission of [[Electron|electrons]] from a metal plate caused by light quanta – [[Photon|photons]].]]
-प्रकाश विद्युत प्रभाव इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन है जब विद्युत चुम्बकीय विकिरण, जैसे प्रकाश, किसी सामग्री से टकराता है। इस प्रकार उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन फोटोइलेक्ट्रॉन कहलाते हैं। परमाणुओं, अणुओं और ठोस के गुणों के बारे में निष्कर्ष निकालने के लिए इस घटना का अध्ययन संघनित पदार्थ भौतिकी और ठोस अवस्था और क्वांटम रसायन विज्ञान में किया जाता है। प्रभाव का उपयोग विशेष इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में प्रकाश का पता लगाने और सही समय पर इलेक्ट्रॉनों को उत्सर्जित करने के लिए किया गया है।
+'''प्रकाश विद्युत प्रभाव''' इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन है जब विद्युत चुम्बकीय विकिरण, जैसे प्रकाश, किसी सामग्री से टकराता है। इस प्रकार उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन फोटोइलेक्ट्रॉन कहलाते हैं। परमाणुओं, अणुओं और ठोस के गुणों के बारे में निष्कर्ष निकालने के लिए इस घटना का अध्ययन संघनित पदार्थ भौतिकी और ठोस अवस्था और क्वांटम रसायन विज्ञान में किया जाता है। प्रभाव का उपयोग विशेष इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में प्रकाश का पता लगाने और सही समय पर इलेक्ट्रॉनों को उत्सर्जित करने के लिए किया गया है।
 प्रायोगिक परिणाम चिरसम्मत विद्युत चुंबकत्व से असहमत हैं, जो भविष्यवाणी करता है कि निरंतर प्रकाश तरंगें ऊर्जा को इलेक्ट्रॉनों में स्थानांतरित करती हैं, जो उत्सर्जित होती हैं जब वे पर्याप्त ऊर्जा जमा करते हैं। प्रकाश की तीव्रता में बदलाव सैद्धांतिक रूप से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा को पर्याप्त रूप से मंद प्रकाश से बदल देगा, जिसके परिणामस्वरूप उत्सर्जन में देरी होगी। इसके बजाय प्रायोगिक परिणाम बताते हैं कि इलेक्ट्रॉनों को केवल तभी हटाया जाता है जब प्रकाश एक निश्चित आवृत्ति से अधिक हो - प्रकाश की तीव्रता या अनावरण की अवधि की परवाह किए बिना। चूंकि उच्च तीव्रता पर एक कम-आवृत्ति बीम फोटोइलेक्ट्रॉनों के उत्पादन के लिए आवश्यक ऊर्जा का निर्माण नहीं करता है, जैसा कि मामला होगा यदि प्रकाश की ऊर्जा एक निरंतर तरंग से समय के साथ जमा हो जाती है, अल्बर्ट आइंस्टीन ने प्रस्तावित किया कि प्रकाश की एक किरण एक होगी यह तरंग नहीं है जो अंतरिक्ष के माध्यम से फैलती है, बल्कि असतत ऊर्जा पैकेटों का एक समूह है, जिसे फोटॉन के रूप में जाना जाता है।
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 में, जे. जे. थॉमसन ने क्रुक्स ट्यूबों में पराबैंगनी प्रकाश की जांच की।<ref name="Ref_o">अंतर्राष्ट्रीय वर्ष की पुस्तक।(1900)।न्यूयॉर्क: डोड, मीड एंड कंपनी।पी।659। </ref> थॉमसन ने निष्कर्ष निकाला कि निकाले गए कण, जिन्हें उन्होंने कॉर्पसक्लस कहा, कैथोड किरणों के समान प्रकृति के थे। इन कणों को बाद में इलेक्ट्रॉन कहा जाने लगा। थॉमसन ने एक वैक्यूम ट्यूब में एक धातु की प्लेट (एक कैथोड) को सील कर दिया और इसे उच्च-आवृत्ति विकिरण के संपर्क में लाया। यह सोचा गया था कि दोलन विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र परमाणुओं के क्षेत्र को प्रतिध्वनित करते हैं और एक निश्चित आयाम तक पहुंचने के बाद, उप-परमाणु कणिकाओं को उत्सर्जित करते हैं, और वर्तमान का पता लगाते हैं। इस धारा की मात्रा विकिरण की तीव्रता और रंग के साथ बदलती है। उच्च विकिरण तीव्रता या आवृत्ति अधिक विद्युत धारा उत्पन्न करेगी।
--1902 के वर्षों के दौरान, विल्हेम हॉलवाच और फिलिप लेनार्ड ने प्रकाश-विद्युत उत्सर्जन की घटना की विस्तार से जांच की। लेनार्ड ने देखा कि जब दो इलेक्ट्रोडों में से एक पर पराबैंगनी विकिरण गिरता है, तो एक खाली कांच की नली से करंट प्रवाहित होता है। जैसे ही पराबैंगनी विकिरण बंद हो जाता है, करंट भी रुक जाता है। इसने फोटोइलेक्ट्रिक उत्सर्जन की अवधारणा की शुरुआत की। 1900 में फिलिप लेनार्ड ने पराबैंगनी प्रकाश द्वारा गैसों के आयनीकरण की खोज की थी। चूंकि प्रभाव कई सेंटीमीटर हवा में उत्पन्न हुआ और नकारात्मक से अधिक सकारात्मक आयनों का उत्पादन किया, इसलिए इस घटना की व्याख्या करना स्वाभाविक था, जैसा कि जे जे थॉमसन ने किया था, जैसा कि गैस में मौजूद कणों पर हर्ट्ज प्रभाव होता है। <ref name="Smithsonian report" />
+-1902 के वर्षों के दौरान, विल्हेम हॉलवाच और फिलिप लेनार्ड ने प्रकाश-विद्युत उत्सर्जन की घटना की विस्तार से जांच की। लेनार्ड ने देखा कि जब दो इलेक्ट्रोडों में से एक पर पराबैंगनी विकिरण गिरता है, तो एक खाली कांच की नली से करंट प्रवाहित होता है। जैसे ही पराबैंगनी विकिरण बंद हो जाता है, करंट भी रुक जाता है। इसने फोटोइलेक्ट्रिक उत्सर्जन की अवधारणा की शुरुआत की। 1900 में फिलिप लेनार्ड ने पराबैंगनी प्रकाश द्वारा गैसों के आयनीकरण की खोज की थी। चूंकि प्रभाव कई सेंटीमीटर हवा में उत्पन्न हुआ और नकारात्मक से अधिक सकारात्मक आयनों का उत्पादन किया, इसलिए इस घटना की व्याख्या करना स्वाभाविक था, जैसा कि जे जे थॉमसन ने किया था, जैसा कि गैस में मौजूद कणों पर हर्ट्ज प्रभाव होता है।
 === 20 वीं शताब्दी ===
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v t e Albert Einstein
Physics	Special relativity General relativity Mass–energy equivalence (E=mc²) Brownian motion Photoelectric effect Einstein coefficients Einstein solid Equivalence principle Einstein field equations Einstein radius Einstein relation (kinetic theory) Cosmological constant Bose–Einstein condensate Bose–Einstein statistics Bose–Einstein correlations Einstein–Cartan theory Einstein–Infeld–Hoffmann equations Einstein–de Haas effect EPR paradox Bohr–Einstein debates Teleparallelism Thought experiments Unsuccessful investigations Wave–particle duality Gravitational wave Tea leaf paradox
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उत्सर्जन तंत्र

प्रकाश-विद्युत उत्सर्जन का प्रायोगिक प्रेक्षण

सैद्धांतिक स्पष्टीकरण

परमाणुओं, अणुओं और ठोसों से प्रकाश उत्सर्जन

ठोस पदार्थों से प्रकाश उत्सर्जन के मॉडल

इतिहास

19 वीं शताब्दी

20 वीं शताब्दी

उपयोग और प्रभाव

फोटोमल्टीप्लायर्स

चित्र संवेदक

फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी

रात्रि दृष्टि उपकरण

अंतरिक्ष यान

चंद्रमा धूल

प्रतिस्पर्धात्मक प्रक्रियाएं और फोटो उत्सर्जन क्रॉस सेक्शन

यह भी देखें

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Light–matter interaction

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Photoelectric effect
Mid-energy phenomena:
Thomson scattering
Compton scattering
High-energy phenomena:
Pair production
Photodisintegration
Photofission
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प्रकाश विद्युत प्रभाव: Difference between revisions

Latest revision as of 10:54, 4 September 2023

उत्सर्जन तंत्र

प्रकाश-विद्युत उत्सर्जन का प्रायोगिक प्रेक्षण

सैद्धांतिक स्पष्टीकरण

परमाणुओं, अणुओं और ठोसों से प्रकाश उत्सर्जन

ठोस पदार्थों से प्रकाश उत्सर्जन के मॉडल

इतिहास

19 वीं शताब्दी

20 वीं शताब्दी

उपयोग और प्रभाव

फोटोमल्टीप्लायर्स

चित्र संवेदक

फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी

रात्रि दृष्टि उपकरण

अंतरिक्ष यान

चंद्रमा धूल

प्रतिस्पर्धात्मक प्रक्रियाएं और फोटो उत्सर्जन क्रॉस सेक्शन

यह भी देखें

संदर्भ

बाहरी संबंध

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