प्रकाशको विद्युतीय प्रभाव

प्रकाश विद्युत प्रभाव

कुनै पनि सतहमा प्रकाश परे पछि त्यहाँबाट इलेक्ट्रोन तथा फ्रि क्यारियरहरु निक्लने प्रक्रियालाई प्रकाश- विद्युत प्रभाव (अङ्ग्रेजी: Photo electric Effect) भनिन्छ। यसरी बाहिर निस्कने इलेक्ट्रोनलाई फोटो-इलेक्ट्रोन (अङ्ग्रेजी: Photo electron) भनिन्छ। यो प्रक्रिया सामान्यतया बिद्युत भौतिकशास्त्र र रसायनशास्त्रको क्षेत्रमा जस्तै क्वान्टम रसायन वा इलेक्ट्रो केमिस्ट्रीमा अध्ययन गरिन्छ ।

शास्त्रीय विद्युत-चुम्बकीय सिद्धान्तको अनुसार, यो प्रभावलाई प्रकाशको शक्तिको इलेक्ट्रोनमा रुपान्तरणको रूपमा हेर्न सकिन्छ। यो नजरबाट हेर्दा, प्रकाशको इन्टेन्सिटी मा केही फरक आयो भने धातुको सतहबाट निस्कने इलेक्ट्रोनको गति शक्तिमा समेत फरक आउँछ। यो सिद्धान्तको अनुसार पर्याप्त चकिलो भएको प्रकाशले धातुको सतहबाट इलेक्ट्रोन निकाल्न सक्छ र प्रकाश पर्ने र इलेक्ट्रोन निस्कने बीच केही समय ग्याप (टाइम ल्याग) हुन सक्छ। तथापी विभिन्न प्रयोगबाट सएको नतिजाले शास्त्रीय सिद्धान्तले गरेको दावीसँग मेल खादैन।

यस विपरित, इलेक्ट्रोनहरु त्यस्तो फोटोनले मात्र निस्कन्छ जसको फ्रिक्येन्सी, थ्रेसहोल्ड फ्रिक्वेन्सी (शक्ति) सँग बराबर वा धेरै हुन्छ। थ्रेसहोल्ड फ्रिक्येन्सीभन्दा तल भएमा, जति सुकै तिब्रता (इन्टेन्सिटी ) भए पनि वा जति सुकै समय त्यो प्रकाशमा राखेपनी त्यो सतहबाट इलेक्ट्रोन निस्कदैन। (कहिले काहीँ , इलेक्ट्रोनले दुई वा क्वान्टमको शक्ति लिएर पनि भाग्न सक्छ । तर यो एक दम दुर्लभ अवस्थामा मात्र हुन्छ।) प्रकाशले तीव्रता इन्टेन्सिटी एकदम कम भए पनि सतहबाट इलेक्ट्रोन निकाल्न सक्छ । यो तथ्यलाई अर्थपूर्ण बनाउन अल्बर्ट आइन्टाइनले प्रकाशको बिम मानेका छन् जसमा फोटोनको समूह रहेको हुन्छ र प्रत्येक फोटोनको शक्ति "hf" हुन्छ।

जहाँ

h= प्ल्यांक स्थिर

f =फ्रिक्येन्सी

१८८७ मा हेनरिच हेर्जले यो पत्ता लगाएकी अल्ट्रा भायोलेट ( परावैजनी ) विकिरणले चम्केका इलेक्ट्रोडले सजिलै विद्युतीय झट्का पैदा गर्छ ।  सन् १९०० मा , कालो वस्तु विकिरणको अध्ययनको क्रममा जर्मन भौतिकशास्त्री म्याक्स प्ल्यान्कले विद्युत-चुम्बकीय तरङ्गले बोकेका शक्तिहरु मात्र ´´प्याकेट´´को रूपमा निस्कन सक्छन्। १९०५ मा , अल्बर्ट आइन्स्टानले एउटा लेखपत्र प्रस्तुत गरे जसमा प्रकाश शक्ति फोटोन ( प्याकेट ) ले बोकेका हुन्छन् भन्ने उल्लेख थियो। उनको यो मोडेलले क्वान्टम मेकानिक्स (प्रमात्रा यान्त्रिकी)को विकासमा सहयोग पुर्यायो। १९१४ मा, मिलिकनले एक प्रयोग गरे जसले आइन्स्टाइनको प्रकाश विद्युत सिद्धान्त नमुनालाई समर्थन गर्यो। "उनको प्रकाश विद्युत प्रभावको नियमको प्रतिपादन "को लागि १९२१ मा आइनस्टाइनलाई नोबेल पुरस्कार प्रदान गरियो , र १९२३ मा रोबर्ट मिलिकनलाई "इलेक्ट्रोनको चार्ज पत्ता लगाउन तथा प्रकाश विद्युत प्रभावमा उनको कार्य "को लागि नोबेल पुरस्कार प्रदान गरियो।

गणितीय विवरण

१९०५ मा, आइन्स्टाइनले प्रकाश विद्युतको व्याख्या गर्न परिकल्पना प्रस्तुत गरे जुन म्याक्स प्ल्यांकले अघि सरेका थिए। यस अनुसार प्रकाशमा मुलभूत कण वा शक्तिको प्याकेट हुन्छ जसलाई फोटोन वा क्वान्टा भनिन्छ ।

निस्केको इलेक्ट्रोनको अधिकतम चाल शक्ति काइनेटिक इनर्जी $K_{\mathrm {max} }$बराबर

$K_{\mathrm {max} }=h\,f-\varphi ,$

जहाँ where $h$= प्ल्यांक स्थिर  $f$=फ्रिक्वेन्सी .  $\varphi$ is the वर्क फंसन ( कहिले कहिँ  $W$, or $\phi$), ले धातुको सतहबाट इलेक्ट्रोन बाहिर ल्याउन चाहिने न्यनतम शक्तिलाई जनाउछ । वर्क फंसनको सुत्र:

$\varphi =h\,f_{0},$

जहाँ $f_{0}$अधिकतम  चाल शक्ति

$K_{\mathrm {max} }=h\left(f-f_{0}\right).$

चाल शक्ति सधै सकारात्मक हुन्छ , प्रकाशविद्युत प्रभाव हुन  $f>f_{0}$