हालवॉक्स तथा लेनार्ड के प्रेक्षण

Hallwach's and Lenard's observation

हालवॉक्स तथा लेनार्ड के प्रेक्षण, महत्वपूर्ण प्रयोग थे, जिन्होंने फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के लिए प्रारंभिक साक्ष्य प्रदान किए और प्रकाश और पदार्थ के बीच परस्परता की समझ में योगदान दिया। विशेष रूप से, प्रकाश के संपर्क में आने पर किसी सामग्री की सतह से इलेक्ट्रॉनों का निष्कासन की समझ को हालवॉक्स तथा लेनार्ड के प्रेक्षण ने बेहतर रूप से समझाया ।

हॉलवॉच का अवलोकन

1888 में, विल्हेम हालवॉक्स ने देखा कि जब प्रकाश एक साफ धातु की सतह पर आपतित होता है, तो इससे सतह की विद्युत आवेश जमा करने की क्षमता में कमी आ जाती है। दूसरे शब्दों में, धातु की सतह अंधेरे की तुलना में प्रकाश के संपर्क में आने पर अधिक तेजी से डिस्चार्ज होती है। इस घटना ने इस संभावना की ओर संकेत किया कि प्रकाश किसी तरह धातु की सतह से इलेक्ट्रॉनों को हटा सकता है।

लेनार्ड का अवलोकन

हेनरिक हर्ट्ज़ के पूर्व छात्र फिलिप लेनार्ड ने 19वीं सदी के अंत और 20वीं सदी की शुरुआत में इस घटना पर अधिक व्यवस्थित प्रयोग किए। लेनार्ड ने देखा कि जब किसी धातु की सतह पर पराबैंगनी प्रकाश डाला जाता है, तो सतह से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होते हैं और "फोटोइलेक्ट्रिक करंट" बनता है।

प्रभावसीमा आवृत्ति:

इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन केवल तब होता है जब आपतित प्रकाश की आवृत्ति धातु की एक निश्चित प्रभावसीमा आवृत्ति (फ्थ्रेसहोल्डफप्रभावसीमा​) विशेषता से अधिक हो जाती है। इस सीमा आवृत्ति के नीचे, प्रकाश की तीव्रता के निरपेक्ष , कोई भी इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित नहीं हुआ।

तीव्रता-संबंध:

उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की धारा (फोटोइलेक्ट्रिक करंट) आपतित प्रकाश की तीव्रता के सीधे आनुपातिक थी। अधिक तीव्र प्रकाश के परिणामस्वरूप उच्च फोटोइलेक्ट्रिक धारा उत्पन्न हुई, प्रविहित यह की आपतित प्रकाश किसी निर्धारित आवृत्ति सीमा से ऊपर हो। आगे यह भी पाया गया की निर्धारित आवृत्ति सीमा पदार्थों से बनी सामग्री की सतही पदार्थों के ,चमकाए गए प्रकाश से संबंध रखती है और इस आवृत्ति सीमा को ही $f_{threshold}$ से चिन्हित कीया गया है ।

कोई समय विलंब नहीं:

प्रकाश चालू होने पर इलेक्ट्रॉन,स्वाभाविक रूप से (लगभग तुरंत) उत्सर्जित होते थे। प्रकाश के आगमन और इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन के बीच कोई समय विलंब नहीं पाया गया , जिससे पता चलता है कि प्रक्रिया तत्काल थी।

गणितीय स्पष्टीकरण (सीमा आवृत्ति)

किसी दिए गए धातु के लिए प्रभावसीमा आवृत्ति ($f_{threshold}$) धातु के कार्य फ़ंक्शन (डब्ल्यूडब्ल्यू) से संबंधित है, जो धातु की सतह से एक इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा है। एक फोटॉन की ऊर्जा (E) निम्न द्वारा दी जाती है:

E=hf

जहाँ:

   E फोटॉन की ऊर्जा है।

   h प्लैंक स्थिरांक (6.626×10−34 J·s) है।

   f प्रकाश की आवृत्ति है.

फोटो उत्सर्जन होने के लिए, आपतित फोटॉनों की ऊर्जा कार्य फलन से अधिक या उसके बराबर होनी चाहिए:

hf≥W

यह समीकरण एक विशिष्ट धातु के लिए प्रभावसीमा आवृत्ति (fthreshold​) को परिभाषित करता है। यदि f, fthreshold से कम है, तो कोई फोटो उत्सर्जन नहीं होता है।

संक्षेप में

हालवॉक्स तथा लेनार्ड के अवलोकन फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के सिद्धांत के विकास में सहायक थे, जिसे बाद में अल्बर्ट आइंस्टीन ने 1905 में फोटॉन के लिए मात्रात्मक ऊर्जा स्तरों के विचार का प्रस्ताव देकर और प्रकाश के कणों के रूप में फोटॉन की अवधारणा को प्रस्तुत करके समझाया। हालवॉक्स तथा लेनार्ड के प्रायोगिक कार्य के साथ-साथ आइंस्टीन की व्याख्या ने तरंगों और कणों दोनों के रूप में प्रकाश की दोहरी प्रकृति की समझ की नींव रखी।