प्रकाश विद्युत् प्रभाव

Photo Electric Effect

प्रकाश विद्युत् प्रभाव,उस साक्ष्य को परिष्कृत करने वाली ,एक महत्वपूर्ण एवं आकर्षक घटना है, जिस से प्रकाश की दोहरी प्रकृति को समझने में सुविधा होती है।इस घटनाक्रम में प्रकाश ,तरंग और फोटॉन नामक कणों, दोनों के रूप में व्यवहार करता है।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव तब होता है जब प्रकाश, साधारण फोटॉन के रूप में, किसी सामग्री की सतह से टकराता है और उस सतह से इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन का कारण बनता है।

मुख्य बिन्दु

प्रकाश स्रोत

फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जक (E) और कलेक्टर (C) इलेक्ट्रोड को एक खाली क्वार्ट्ज ट्यूब में रखा गया है। जब पराबैंगनी प्रकाश उत्सर्जक की सतह से टकराता है, तो उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को पर्याप्त उच्च नकारात्मक वोल्टेज द्वारा कलेक्टर तक पहुंचने से रोका जाता है, या सकारात्मक वोल्टेज द्वारा कलेक्टर तक पहुंचने में सुविधा हो जाती है। फोटोइलेक्ट्रॉन धारा तब संतृप्त होती है जब सभी उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन (जिनकी संख्या प्रकाश की तीव्रता पर निर्भर करती है) कलेक्टर द्वारा प्रग्रहिट (कैप्चर) कर लिए जाते हैं।

प्रकाश का एक स्रोत जो फोटॉन उत्सर्जित करता है। यह, उदाहरण के लिए, सूर्य के प्रकाश की किरण, पराबैंगनी (यूवी) प्रकाश, या विद्युत चुम्बकीय विकिरण का कोई अन्य रूप हो सकता है।

धातु की सतह

एक धातु की सतह, जैसे धातु की प्लेट या इलेक्ट्रोड, जहां फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव होता है।

प्रक्रिया

जब प्रकाश स्रोत से फोटॉन धातु की सतह से टकराते हैं, तो कई उप-क्रियाएँ हो सकती हैं:

अवशोषण

कुछ फोटॉन धातु में इलेक्ट्रॉनों द्वारा अवशोषित होते हैं, जिससे उनकी ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों में स्थानांतरित हो जाती है।

उत्सर्जन

यदि अवशोषित ऊर्जा पर्याप्त है, तो यह धातु की सतह से इलेक्ट्रॉनों को मुक्त कर सकती है। इन उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को फोटोइलेक्ट्रॉन के रूप में जाना जाता है।

गणितीय समीकरण

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का वर्णन करने वाला मुख्य समीकरण है:

$E_{photon}=\Phi +K,$

  $E_{photon}$: आपतित फोटॉन की ऊर्जा।

   $\Phi$: सामग्री का कार्य कार्य (धातु की सतह से एक इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए आवश्यक ऊर्जा)।

   $K$ : उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा।

यह समीकरण हमें बताता है कि आपतित फोटॉन की ऊर्जा का उपयोग धातु के कार्य फलन (ऊर्जा अवरोध) को दूर करने और उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रॉन को गतिज ऊर्जा देने के लिए किया जाता है।

आरेख

सरलीकृत आरेख के साथ फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का प्रतिनिधित्व नीचे दीया गया है :

       |         | Metal Surface
       |         |
       |         |
       |         |
       |         |
       |         |
  ---------   Photons
 Light Source

इस आरेख में, प्रकाश स्रोत से फोटॉनों को धातु की सतह से टकराते हुए और फोटोइलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन का कारण बनते हुए देखा जा सकता है।

प्रमुख बिंदु

•    फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रकाश के कण-समान व्यवहार को प्रदर्शित करता है, क्योंकि फोटॉन अपनी ऊर्जा को इलेक्ट्रॉनों में स्थानांतरित करते हैं।
•    फोटो उत्सर्जन के लिए आपतित फोटॉन की ऊर्जा सामग्री के कार्य फलन से अधिक होनी चाहिए।
•    प्रकाश की तीव्रता (चमक) बढ़ाने से उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रॉनों की संख्या बढ़ जाती है, लेकिन इससे उनकी गतिज ऊर्जा में कोई बदलाव नहीं होता है।

संक्षेप में

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव एक महत्वपूर्ण घटना है जिसने प्रकाश की दोहरी प्रकृति की पुष्टि करने में मदद की है। यह दर्शाता है कि प्रकाश तरंगों और कणों (फोटॉन) दोनों के रूप में व्यवहार कर सकता है। इस प्रभाव को समझने के दूरगामी अनुप्रयोग हैं, विशेष रूप से सौर सेल और फोटोडिटेक्टर जैसी प्रौद्योगिकियों में।