इलेक्ट्रान उत्सर्जन: Difference between revisions

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Latest revision as of 12:10, 23 September 2024

electron emission

इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन उस प्रक्रिया को संदर्भित करता है जिसके द्वारा किसी सामग्री की सतह से इलेक्ट्रॉनों को छोड़ा जाता है

इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन तंत्र

थर्मिओनिक उत्सर्जन

यदि कोई वोल्टेज स्रोत एडिसन के प्रायोगिक बल्ब में ऊष्मा-रहित किए पृथक इलेक्ट्रोड को ऊष्मा-सहित फिलामेंट की तुलना में उच्च वोल्टेज पर सेट करता है, तो इलेक्ट्रॉन आकर्षित होंगे और फिलामेंट से इलेक्ट्रोड तक (तीरों के चिन्ह द्वारा प्रदर्शित )साथ प्रवाहित होंगे, जो एडिसन प्रभाव को प्रदर्शित करेगा,

थर्मिओनिक उत्सर्जन में, सामग्री में इलेक्ट्रॉनों की तापीय ऊर्जा के कारण किसी सामग्री की सतह से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होते हैं। इलेक्ट्रॉन कार्य-कार्य अवरोध को दूर करते हैं और समीप के स्थान में उत्सर्जित होते हैं।

गणितीय समीकरण

थर्मिओनिक रूप से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की धारा ( $I$ ) का वर्णन रिचर्डसन-डशमैन समीकरण द्वारा किया गया है:

$I=AT^{2}e^{-{\frac {\phi }{kT}}}$

कहाँ:

$I$ उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की धारा है।

$A$ रिचर्डसन स्थिरांक है।

$T$ परम तापमान है.

$\phi$ सामग्री का कार्य फलन है।

$k$ बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक है।

फोटोइलेक्ट्रिक उत्सर्जन

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव को प्रदर्शित करने के लिए सोने की पत्ती का इलेक्ट्रोस्कोप। जब इलेक्ट्रोस्कोप को नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉनों की अधिकता हो जाती है और पत्तियां अलग हो जाती हैं। यदि कम तरंग दैर्ध्य, उच्च आवृत्ति प्रकाश (जैसे आर्क लैंप से प्राप्त पराबैंगनी प्रकाश, या मैग्नीशियम जलाने से, या स्पार्किंग उत्पन्न करने के लिए जस्ता या कैडमियम टर्मिनलों के बीच एक प्रेरण कुंडल का उपयोग करके) टोपी पर चमकता है, इलेक्ट्रोस्कोप डिस्चार्ज होता है, और पत्तियाँ शिथिल पड़ जाती हैं। हालाँकि, यदि प्रकाश तरंगों की आवृत्ति टोपी के लिए सीमा मूल्य से कम है, तो पत्तियां डिस्चार्ज नहीं होंगी, चाहे कोई कितनी भी देर तक टोपी पर प्रकाश चमकाए।

फोटोइलेक्ट्रिक उत्सर्जन में, इलेक्ट्रॉन तब उत्सर्जित होते हैं जब फोटॉन (प्रकाश के कण) किसी सामग्री की सतह से टकराते हैं और अपनी ऊर्जा को सामग्री में इलेक्ट्रॉनों में स्थानांतरित करते हैं। यदि आपतित फोटॉन की ऊर्जा सामग्री के कार्य फलन से अधिक है, तो इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होते हैं।

गणितीय समीकरण (आइंस्टीन फोटोइलेक्ट्रिक समीकरण)

जैसा कि पहले बताया गया है:

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

जहाँ:

$E_{photon},$ आपतित फोटॉन की ऊर्जा है।

$\phi$ सामग्री का कार्य फलन है।

$E_{kinetic},$ उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा है।

क्षेत्र उत्सर्जन

थर्मिओनिक उत्सर्जन के विपरीत, क्षेत्र उत्सर्जन लघु तापमान पर भी हो सकता है, यहां तक कि साधारण कक्ष के तापमान पर भी, और इसीलिए इसे ऑटो-इलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन या कोल्ड-कैथोड उत्सर्जन के नाम से भी जाना जाता है।कोल्ड-कैथोड उत्सर्जन स्पेक्ट्रम = गैस डिस्चार्ज ट्यूब। गैसें: हाइड्रोजन H2, ड्यूटेरियम D2, नाइट्रोजन N2, ऑक्सीजन O2, पारा Hg। 1,8kV, 18mA, 35kHz के साथ प्रयोग किया जाता है। ≈8" लंबाई.

क्षेत्र उत्सर्जन (फील्ड इमिशन : आंग्ल भाषा में Field Emission) तब होता है,जब एक बहुत दृढ़ विद्युत क्षेत्र को किसी सामग्री पर आरोपित किया जाता है, जिससे इलेक्ट्रॉन विभव के माध्यम से गुहा रूप बाधा पथ क्षेत्र जैसा बनाते हैं और सतह से उत्सर्जित होते हैं।

कोल्ड (कैथोड) क्षेत्र-उत्सर्जन इलेक्ट्रॉन गन (सीएफईजी) संभावित अवरोध (～4.5 ईवी) को सुरंग बनाकर टंगस्टन (डब्ल्यू) टिप उत्सर्जक से इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है, जहां उत्सर्जक को एक मजबूत विद्युत क्षेत्र में कमरे के तापमान पर रखा जाता है।थर्मिओनिक उत्सर्जन के विपरीत, क्षेत्र उत्सर्जन कम तापमान पर भी हो सकता है, यहां तक कि साधारण कक्ष के तापमान पर भी, और इसीलिए इसे ऑटो-इलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन या कोल्ड-कैथोड उत्सर्जन के नाम से भी जाना जाता है।

गणितीय समीकरण (फाउलर-नोर्डहाइम समीकरण)

$I=A{\frac {V^{2}}{d^{2}}}e^{-{\frac {B}{\sqrt {V}}}}$

क्षेत्र उत्सर्जन में वर्तमान (II) फाउलर-नोर्डहाइम समीकरण द्वारा दिया गया है:जहाँ:

$I$ उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की धारा है।

$A$ और $B$ स्थिरांक हैं.

$V$ आरोपित वोल्टेज है.

$d$ उत्सर्जक सतह और एकत्रित इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी है।

द्वितीयक उत्सर्जन

द्वितीयक उत्सर्जन, तब होता है जब इलेक्ट्रॉन किसी प्रदार्थ से बनी सामग्री से टकराते हैं और उसकी सतह से अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन का कारण बनते हैं। प्रायः यह फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब और इलेक्ट्रॉन मल्टीप्लायर जैसे उपकरणों में देखा जाता है।

संक्षेप में

ये इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के कुछ तंत्र हैं, जिनमें से प्रत्येक की अपनी विशेषताएं और गणितीय विवरण हैं। इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों से लेकर वैक्यूम ट्यूब और इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी तक विभिन्न अनुप्रयोगों में इन तंत्रों को समझना महत्वपूर्ण है।

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 ===== थर्मिओनिक उत्सर्जन =====
-थर्मिओनिक उत्सर्जन में, सामग्री में इलेक्ट्रॉनों की तापीय ऊर्जा के कारण किसी सामग्री की सतह से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होते हैं। इलेक्ट्रॉन कार्य-कार्य अवरोध को दूर करते हैं और आसपास के स्थान में उत्सर्जित होते हैं।
+[[File:EdisonEffect-side-by-side.svg|thumb|यदि कोई वोल्टेज स्रोत एडिसन के प्रायोगिक बल्ब में ऊष्मा-रहित किए पृथक इलेक्ट्रोड को ऊष्मा-सहित फिलामेंट की तुलना में उच्च वोल्टेज पर सेट करता है, तो इलेक्ट्रॉन आकर्षित होंगे और फिलामेंट से इलेक्ट्रोड तक (तीरों के चिन्ह द्वारा प्रदर्शित )साथ प्रवाहित होंगे, जो एडिसन प्रभाव को प्रदर्शित करेगा,]]
+थर्मिओनिक उत्सर्जन में, सामग्री में इलेक्ट्रॉनों की तापीय ऊर्जा के कारण किसी सामग्री की सतह से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होते हैं। इलेक्ट्रॉन कार्य-कार्य अवरोध को दूर करते हैं और समीप के स्थान में उत्सर्जित होते हैं।
-======    गणितीय समीकरण ======
+====== गणितीय समीकरण ======
-   थर्मिओनिक रूप से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की धारा (<math>I</math>) का वर्णन रिचर्डसन-डशमैन समीकरण द्वारा किया गया है:
+====== थर्मिओनिक रूप से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की धारा (<math>I</math>) का वर्णन रिचर्डसन-डशमैन समीकरण द्वारा किया गया है: ======
+<math>I=AT^2e^{-\frac{\phi}{kT}}</math>
-<math>I=AT^2e^{-\frac{\phi}{kT}}</math>
+कहाँ:
+   <math>I</math> उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की धारा है।
+   <math>A</math> रिचर्डसन स्थिरांक है।
+   <math>T</math> परम तापमान है.
+   <math>\phi</math> सामग्री का कार्य फलन है।
+   <math>k</math>  बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक है।
+===== फोटोइलेक्ट्रिक उत्सर्जन =====
+[[File:Gold leaf electroscope 1869.png|thumb|फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव को प्रदर्शित करने के लिए सोने की पत्ती का इलेक्ट्रोस्कोप। जब इलेक्ट्रोस्कोप को नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉनों की अधिकता हो जाती है और पत्तियां अलग हो जाती हैं। यदि कम तरंग दैर्ध्य, उच्च आवृत्ति प्रकाश (जैसे आर्क लैंप से प्राप्त पराबैंगनी प्रकाश, या मैग्नीशियम जलाने से, या स्पार्किंग उत्पन्न करने के लिए जस्ता या कैडमियम टर्मिनलों के बीच एक प्रेरण कुंडल का उपयोग करके) टोपी पर चमकता है, इलेक्ट्रोस्कोप डिस्चार्ज होता है, और पत्तियाँ शिथिल पड़ जाती हैं। हालाँकि, यदि प्रकाश तरंगों की आवृत्ति टोपी के लिए सीमा मूल्य से कम है, तो पत्तियां डिस्चार्ज नहीं होंगी, चाहे कोई कितनी भी देर तक टोपी पर प्रकाश चमकाए।]]
+फोटोइलेक्ट्रिक उत्सर्जन में, इलेक्ट्रॉन तब उत्सर्जित होते हैं जब फोटॉन (प्रकाश के कण) किसी सामग्री की सतह से टकराते हैं और अपनी ऊर्जा को सामग्री में इलेक्ट्रॉनों में स्थानांतरित करते हैं। यदि आपतित फोटॉन की ऊर्जा सामग्री के कार्य फलन से अधिक है, तो इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होते हैं।
+====== गणितीय समीकरण (आइंस्टीन फोटोइलेक्ट्रिक समीकरण) ======
+जैसा कि पहले बताया गया है:
+<math>E_{photon}-\varphi=E_{kinetic},</math>
+जहाँ:
+ <math>E_{photon},</math> आपतित फोटॉन की ऊर्जा है।
+   <math>\phi</math>  सामग्री का कार्य फलन है।
+   <math>E_{kinetic},</math>उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा है।
+===== क्षेत्र उत्सर्जन =====
+[[File:Gase-in-Entladungsroehren.jpg|thumb|थर्मिओनिक उत्सर्जन के विपरीत, क्षेत्र उत्सर्जन लघु तापमान पर भी हो सकता है, यहां तक कि साधारण कक्ष  के तापमान पर भी, और इसीलिए इसे ऑटो-इलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन या कोल्ड-कैथोड उत्सर्जन के नाम से भी जाना जाता है।कोल्ड-कैथोड उत्सर्जन स्पेक्ट्रम = गैस डिस्चार्ज ट्यूब। गैसें: हाइड्रोजन H2, ड्यूटेरियम D2, नाइट्रोजन N2, ऑक्सीजन O2, पारा Hg। 1,8kV, 18mA, 35kHz के साथ प्रयोग किया जाता है। ≈8" लंबाई.]]
+क्षेत्र उत्सर्जन (फील्ड इमिशन : आंग्ल भाषा में Field Emission) तब होता है,जब एक बहुत दृढ़ विद्युत क्षेत्र को किसी सामग्री पर आरोपित किया जाता है, जिससे इलेक्ट्रॉन विभव के माध्यम से गुहा रूप बाधा पथ क्षेत्र जैसा बनाते हैं और सतह से उत्सर्जित होते हैं।
+कोल्ड (कैथोड) क्षेत्र-उत्सर्जन इलेक्ट्रॉन गन (सीएफईजी) संभावित अवरोध (～4.5 ईवी) को सुरंग बनाकर टंगस्टन (डब्ल्यू) टिप उत्सर्जक से इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है, जहां उत्सर्जक को एक मजबूत विद्युत क्षेत्र में कमरे के तापमान पर रखा जाता है।थर्मिओनिक उत्सर्जन के विपरीत, क्षेत्र उत्सर्जन कम तापमान पर भी हो सकता है, यहां तक कि साधारण कक्ष  के तापमान पर भी, और इसीलिए इसे ऑटो-इलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन या कोल्ड-कैथोड उत्सर्जन के नाम से भी जाना जाता है।
+====== गणितीय समीकरण (फाउलर-नोर्डहाइम समीकरण) ======
+<math>I=A\frac{V^2}{d^2}e^{-\frac{B}{\sqrt V}} </math>
+क्षेत्र उत्सर्जन में वर्तमान (II) फाउलर-नोर्डहाइम समीकरण द्वारा दिया गया है:जहाँ:
+ <math>I</math> उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की धारा है।
+  <math>A</math> और <math>B</math> स्थिरांक हैं.
+   <math>V</math> आरोपित वोल्टेज है.
+   <math>d </math> उत्सर्जक सतह और एकत्रित इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी है।
+===== द्वितीयक उत्सर्जन =====
+द्वितीयक उत्सर्जन, तब होता है जब इलेक्ट्रॉन किसी प्रदार्थ से बनी सामग्री  से टकराते हैं और उसकी सतह से अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन का कारण बनते हैं। प्रायः यह फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब और इलेक्ट्रॉन मल्टीप्लायर जैसे उपकरणों में देखा जाता है।
+== संक्षेप में ==
+ये इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के कुछ तंत्र हैं, जिनमें से प्रत्येक की अपनी विशेषताएं और गणितीय विवरण हैं। इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों से लेकर वैक्यूम ट्यूब और इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी तक विभिन्न अनुप्रयोगों में इन तंत्रों को समझना महत्वपूर्ण है।
 [[Category:कक्षा-12]][[Category:भौतिक विज्ञान]]