आइंस्टीन का प्रकाश विद्युत् समीकरण

Einstein Photoelectric equation

आइंस्टीन का प्रकाश विद्युत् समीकरण क्वांटम यांत्रिकी के क्षेत्र में एक मौलिक अवधारणा है और प्रकाश विद्युत् प्रभाव की घटना की व्याख्या करता है।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव भौतिकी में एक घटना के रूप में ख्यापित है। यह प्रभाव इस विचार पर आधारित है कि विद्युत चुम्बकीय विकिरण फोटॉन नामक कणों की एक श्रृंखला से बना है।जब एक फोटॉन किसी धातु की सतह पर एक इलेक्ट्रॉन से टकराता है, तो इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित हो सकता है।उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को फोटोइलेक्ट्रॉन कहा जाता है।इस प्रभाव को हर्ट्ज़ प्रभाव भी कहा जाता है, क्योंकि इसकी खोज हेनरिक रुडोल्फ हर्ट्ज़ ने की थी, परंतु इस नाम का प्रयोग किया जाता है। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव ने भौतिकविदों को प्रकाश और इलेक्ट्रॉनों की क्वांटम प्रकृति को समझने में मदद की है। तरंग-कण द्वैत की अवधारणा फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के कारण विकसित हुई थी। अल्बर्ट आइंस्टीन ने फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के नियमों का प्रस्ताव रखा और 1921 में भौतिकी के लिए नोबेल पुरस्कार जीता।

आइंस्टीन प्रकाश विद्युत् समीकरण

ठोस में फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव - पराबैंगनी प्रकाश इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालता है

यह समीकरण आपतित फोटॉन की ऊर्जा को उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा से संबंधित करता है और इसे संक्षेप में प्रस्तुत किया जा सकता है:

$E_{photon}-\phi =E_{kinetic}$,

जहाँ:

•    $E_{photon}$ आपतित फोटॉन की ऊर्जा है।
•    $\phi$ सामग्री का कार्य फलन है (सामग्री से एक इलेक्ट्रॉन को निकालने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा)।
•    $E_{kinetic}$उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा है।

गणितीय स्पष्टीकरण

आपतित फोटॉन की ऊर्जा

जब $E_{photon}$ऊर्जा वाला एक फोटॉन किसी सामग्री की सतह से टकराता है, तो यह अपनी ऊर्जा को सामग्री में एक इलेक्ट्रॉन में स्थानांतरित कर सकता है।

कार्य फलन

सामग्री का कार्य फलन ($\phi$) सामग्री से एक इलेक्ट्रॉन को निकालने और उसे आसपास के स्थान में छोड़ने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है। दूसरे शब्दों में, यह ऊर्जा अवरोध है जिसे इलेक्ट्रॉन के मुक्त होने के लिए दूर किया जाना चाहिए।

उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा

यदि आपतित फोटॉन ($E_{photon}$) की ऊर्जा कार्य फलन ($\phi$) से अधिक है, तो अतिरिक्त ऊर्जा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा $E_{kinetic}$में परिवर्तित हो जाती है। इस गतिज ऊर्जा की गणना समीकरण का उपयोग करके की जा सकती है:

$E_{kinetic}=E_{photon}-\phi$

यहां, उस ऊर्जा $E_{kinetic}$ का प्रतिनिधित्व करता है जो इलेक्ट्रॉन सामग्री से बाहर निकलने पर प्राप्त करता है।

प्रमुख बिंदु

• आइंस्टीन प्रकाश विद्युत् समीकरण बताता है कि किसी सामग्री की सतह से इलेक्ट्रॉनों (फोटोइलेक्ट्रॉन) का उत्सर्जन आपतित फोटॉन की ऊर्जा पर क्यों निर्भर करता है।
• यदि आपतित फोटॉन की ऊर्जा कार्य फलन ($E_{photon}>\phi$) से अधिक है, तो अतिरिक्त ऊर्जा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा बन जाती है।
• यदि आपतित फोटॉन की ऊर्जा कार्य फलन ($E_{photon}<\phi$) से कम है, तो कोई इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित नहीं होता क्योंकि फोटॉन में कार्य फलन बाधा को दूर करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं होती है।
• प्रकाश विद्युत् प्रभाव ने प्रकाश (फोटॉन) की कण जैसी प्रकृति के लिए मजबूत प्रयोगात्मक साक्ष्य प्रदान किया और क्वांटम यांत्रिकी के विकास में एक मूलभूत प्रयोग था।

संक्षेप में

आपतित प्रकाश की प्रतिक्रिया में इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार को समझाने के लिए आइंस्टीन प्रकाश विद्युत् समीकरण को समझना महत्वपूर्ण है और यह पदार्थ और विकिरण की दोहरी प्रकृति के अध्ययन में एक महत्वपूर्ण अवधारणा है।