ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ రేడియేషన్ - భౌతిక అర్థం, చట్టాలు మరియు అప్లికేషన్లు

ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ ఉద్గార (లేదా బాహ్య కాంతివిద్యుత్ ప్రభావం) యొక్క దృగ్విషయాన్ని 1887లో హెన్రిచ్ హెర్ట్జ్ బహిరంగ కుహరం ప్రయోగంలో ప్రయోగాత్మకంగా కనుగొన్నారు. హెర్ట్జ్ జింక్ స్పార్క్‌ల వద్ద అతినీలలోహిత వికిరణాన్ని నిర్దేశించినప్పుడు, అదే సమయంలో వాటి గుండా ఎలక్ట్రిక్ స్పార్క్ ప్రసరించడం గమనించదగ్గ సులువుగా ఉంటుంది.

ఈ విధంగా, ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ రేడియేషన్‌ను వాటిపై పడే విద్యుదయస్కాంత వికిరణం ప్రభావంతో ఘన లేదా ద్రవ వస్తువుల నుండి శూన్యంలో (లేదా మరొక మాధ్యమంలో) ఎలక్ట్రాన్‌లను విడుదల చేసే ప్రక్రియ అని పిలుస్తారు. ఆచరణలో అత్యంత ముఖ్యమైనది ఘన శరీరాల నుండి ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ ఉద్గారాలు - శూన్యంలో.

ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ ఉద్గారానికి లేదా బాహ్య కాంతివిద్యుత్ ప్రభావంకి మూడు నియమాలు ఉన్నాయి:

1. ఫోటోకాథోడ్‌పై పడే స్థిరమైన వర్ణపట కూర్పుతో కూడిన విద్యుదయస్కాంత వికిరణం సంతృప్త ఫోటోకరెంట్ Iకి కారణమవుతుంది, దీని విలువ క్యాథోడ్ యొక్క వికిరణానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది, అనగా 1 సెకనులో నాక్ అవుట్ చేయబడిన (ఉద్గారమయ్యే) ఫోటోఎలెక్ట్రాన్‌ల సంఖ్య అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. సంఘటన రేడియేషన్ యొక్క తీవ్రత F.

2.ప్రతి పదార్ధానికి, దాని రసాయన స్వభావానికి అనుగుణంగా మరియు దాని ఉపరితలం యొక్క నిర్దిష్ట స్థితికి అనుగుణంగా, ఇచ్చిన పదార్ధం నుండి ఎలక్ట్రాన్ల పని ఫంక్షన్ Ф నిర్ణయిస్తుంది, ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ రేడియేషన్ యొక్క దీర్ఘ-వేవ్ (ఎరుపు) పరిమితి ఉంది, అనగా. , కనిష్ట ఫ్రీక్వెన్సీ v0 క్రింద ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం అసాధ్యం.

3. ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ల గరిష్ట ప్రారంభ వేగం సంఘటన రేడియేషన్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది మరియు దాని తీవ్రతపై ఆధారపడదు. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ల గరిష్ట గతిశక్తి సంఘటన రేడియేషన్ యొక్క పెరుగుతున్న ఫ్రీక్వెన్సీతో సరళంగా పెరుగుతుంది మరియు ఈ రేడియేషన్ యొక్క తీవ్రతపై ఆధారపడదు.

బాహ్య కాంతివిద్యుత్ ప్రభావం యొక్క నియమాలు సూత్రప్రాయంగా సంపూర్ణ సున్నా ఉష్ణోగ్రత వద్ద మాత్రమే ఖచ్చితంగా సంతృప్తి చెందుతాయి, అయితే వాస్తవానికి, T > 0 K వద్ద, ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ ఉద్గారాలు కూడా కట్-ఆఫ్ తరంగదైర్ఘ్యం కంటే ఎక్కువ తరంగదైర్ఘ్యాల వద్ద గమనించబడతాయి, అయినప్పటికీ తక్కువ సంఖ్యలో ఎలక్ట్రాన్లను విడుదల చేస్తుంది. సంఘటన రేడియేషన్ యొక్క అత్యంత అధిక తీవ్రతతో (1 W / cm 2 కంటే ఎక్కువ), ఈ చట్టాలు కూడా ఉల్లంఘించబడతాయి, ఎందుకంటే మల్టీఫోటాన్ ప్రక్రియల తీవ్రత స్పష్టంగా మరియు ముఖ్యమైనదిగా మారుతుంది.

భౌతికంగా, ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ ఉద్గార దృగ్విషయం మూడు వరుస ప్రక్రియలు.

మొదట, సంఘటన ఫోటాన్ పదార్ధం ద్వారా శోషించబడుతుంది, దీని ఫలితంగా సగటు కంటే ఎక్కువ శక్తి కలిగిన ఎలక్ట్రాన్ పదార్ధం లోపల కనిపిస్తుంది. ఈ ఎలక్ట్రాన్ శరీరం యొక్క ఉపరితలంపైకి కదులుతుంది మరియు దాని శక్తిలో కొంత భాగం వెదజల్లుతుంది, ఎందుకంటే మార్గంలో అటువంటి ఎలక్ట్రాన్ ఇతర ఎలక్ట్రాన్లు మరియు క్రిస్టల్ లాటిస్ యొక్క కంపనాలతో సంకర్షణ చెందుతుంది. చివరగా, ఎలక్ట్రాన్ శరీరం వెలుపల ఉన్న వాక్యూమ్ లేదా ఇతర మాధ్యమంలోకి ప్రవేశిస్తుంది, ఈ రెండు మాధ్యమాల మధ్య సరిహద్దు వద్ద సంభావ్య అవరోధం గుండా వెళుతుంది.

లోహాలకు విలక్షణమైనదిగా, స్పెక్ట్రం యొక్క కనిపించే మరియు అతినీలలోహిత భాగాలలో, ఫోటాన్లు ప్రసరణ ఎలక్ట్రాన్ల ద్వారా గ్రహించబడతాయి. సెమీకండక్టర్స్ మరియు డైలెక్ట్రిక్స్ కోసం, ఎలక్ట్రాన్లు వాలెన్స్ బ్యాండ్ నుండి ఉత్తేజితమవుతాయి. ఏ సందర్భంలోనైనా, ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ ఉద్గారాల యొక్క పరిమాణాత్మక లక్షణం క్వాంటం దిగుబడి - Y - సంఘటన ఫోటాన్‌కు విడుదలయ్యే ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య.

క్వాంటం దిగుబడి పదార్ధం యొక్క లక్షణాలపై, దాని ఉపరితలం యొక్క స్థితిపై, అలాగే సంఘటన ఫోటాన్ల శక్తిపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

లోహాలలో, ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ ఉద్గారాల యొక్క దీర్ఘ-తరంగదైర్ఘ్యం పరిమితి వాటి ఉపరితలం నుండి ఎలక్ట్రాన్ యొక్క పని పనితీరు ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది.చాలా శుభ్రమైన ఉపరితల లోహాలు 3 eV కంటే ఎక్కువ పనిని కలిగి ఉంటాయి, అయితే క్షార లోహాలు 2 నుండి 3 eV వరకు పని చేస్తాయి.

ఈ కారణంగా, ఆల్కలీ మరియు ఆల్కలీన్ ఎర్త్ లోహాల ఉపరితలం నుండి ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ ఉద్గారాలను కేవలం UV మాత్రమే కాకుండా స్పెక్ట్రం యొక్క కనిపించే ప్రాంతంలో ఫోటాన్‌లతో వికిరణం చేసినప్పుడు కూడా గమనించవచ్చు. సాధారణ లోహాలలో ఉన్నప్పుడు, ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ ఉద్గారాలు UV ఫ్రీక్వెన్సీల నుండి మాత్రమే సాధ్యమవుతాయి.

ఇది లోహం యొక్క పని పనితీరును తగ్గించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది: ఆల్కలీ మరియు ఆల్కలీన్ ఎర్త్ లోహాల చలనచిత్రం (మోనోఅటామిక్ పొర) ఒక సాధారణ లోహంపై నిక్షిప్తం చేయబడుతుంది మరియు తద్వారా ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ ఉద్గారాల ఎరుపు పరిమితి పొడవైన తరంగాల ప్రాంతానికి మార్చబడుతుంది.

సమీప-UV మరియు కనిపించే ప్రాంతాలలో లోహాల క్వాంటం దిగుబడి Y లక్షణం 0.001 ఎలక్ట్రాన్/ఫోటాన్ కంటే తక్కువ క్రమంలో ఉంటుంది, ఎందుకంటే లోహం యొక్క కాంతి శోషణ లోతుతో పోలిస్తే ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ లీకేజ్ డెప్త్ తక్కువగా ఉంటుంది.ఫోటోఎలెక్ట్రాన్లలో సింహభాగం లోహం యొక్క నిష్క్రమణ సరిహద్దును చేరుకోకముందే వాటి శక్తిని వెదజల్లుతుంది, నిష్క్రమణ అవకాశాన్ని కోల్పోతుంది.

ఫోటాన్ శక్తి ఫోటోఎమిషన్ థ్రెషోల్డ్‌కు దగ్గరగా ఉంటే, చాలా ఎలక్ట్రాన్‌లు వాక్యూమ్ స్థాయి కంటే తక్కువ శక్తితో ఉత్తేజితమవుతాయి మరియు అవి ఫోటోఎమిషన్ కరెంట్‌కు దోహదం చేయవు. అదనంగా, సమీప UV మరియు కనిపించే ప్రాంతాలలో ప్రతిబింబ గుణకం లోహాలకు చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది, కాబట్టి రేడియేషన్‌లో చాలా చిన్న భాగం మాత్రమే లోహం ద్వారా గ్రహించబడుతుంది. సుదూర UV ప్రాంతంలో ఈ పరిమితులు తగ్గుతాయి మరియు 10 eV కంటే ఎక్కువ ఫోటాన్ శక్తుల వద్ద Y 0.01 ఎలక్ట్రాన్/ఫోటాన్‌కు చేరుకుంటుంది.

స్వచ్ఛమైన రాగి ఉపరితలం కోసం ఫోటోఎమిషన్ క్వాంటం దిగుబడి యొక్క స్పెక్ట్రల్ డిపెండెన్స్‌ని ఫిగర్ చూపిస్తుంది:

మెటల్ ఉపరితలం యొక్క కాలుష్యం ఫోటోకరెంట్‌ను తగ్గిస్తుంది మరియు ఎరుపు పరిమితిని ఎక్కువ తరంగదైర్ఘ్య ప్రాంతానికి మారుస్తుంది; అదే సమయంలో, ఈ పరిస్థితుల్లో సుదూర UV ప్రాంతానికి, Y పెరగవచ్చు.

ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ రేడియేషన్ వివిధ పరిధుల విద్యుదయస్కాంత సంకేతాలను విద్యుత్ ప్రవాహాలు మరియు వోల్టేజీలుగా మార్చే ఫోటోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలలో అప్లికేషన్‌ను కనుగొంటుంది. ఉదాహరణకు, ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ ఉద్గార దృగ్విషయం ఆధారంగా పనిచేసే పరికరాన్ని ఉపయోగించి అదృశ్య ఇన్‌ఫ్రారెడ్ సిగ్నల్స్‌లోని చిత్రాన్ని కనిపించేలా మార్చవచ్చు. ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ రేడియేషన్ కూడా పనిచేస్తుంది ఫోటోసెల్స్‌లో, వివిధ ఎలక్ట్రానిక్-ఆప్టికల్ కన్వర్టర్లలో, ఫోటోమల్టిప్లైయర్‌లలో, ఫోటోరేసిస్టర్‌లు, ఫోటోడియోడ్‌లు, ఎలక్ట్రాన్-బీమ్ ట్యూబ్‌లలో మొదలైనవి.

ఇది కూడ చూడు:సౌర శక్తిని విద్యుత్ శక్తిగా మార్చే ప్రక్రియ ఎలా పనిచేస్తుంది