ಫೋಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವಿಕಿರಣ - ಭೌತಿಕ ಅರ್ಥ, ಕಾನೂನುಗಳು ಮತ್ತು ಅನ್ವಯಗಳು

ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಯ (ಅಥವಾ ಬಾಹ್ಯ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪರಿಣಾಮ) ವಿದ್ಯಮಾನವನ್ನು 1887 ರಲ್ಲಿ ಹೆನ್ರಿಕ್ ಹರ್ಟ್ಜ್ ಅವರು ತೆರೆದ ಕುಹರದ ಪ್ರಯೋಗದ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ಕಂಡುಹಿಡಿದರು. ಹರ್ಟ್ಜ್ ಸತು ಕಿಡಿಗಳ ಮೇಲೆ ನೇರಳಾತೀತ ವಿಕಿರಣವನ್ನು ನಿರ್ದೇಶಿಸಿದಾಗ, ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಅವುಗಳ ಮೂಲಕ ವಿದ್ಯುತ್ ಸ್ಪಾರ್ಕ್ನ ಅಂಗೀಕಾರವು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಸುಲಭವಾಯಿತು.

ಹೀಗಾಗಿ, ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕ ವಿಕಿರಣವನ್ನು ಅವುಗಳ ಮೇಲೆ ಬೀಳುವ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ವಿಕಿರಣದ ಪ್ರಭಾವದ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಘನ ಅಥವಾ ದ್ರವ ಕಾಯಗಳಿಂದ ನಿರ್ವಾತದಲ್ಲಿ (ಅಥವಾ ಇನ್ನೊಂದು ಮಾಧ್ಯಮದಲ್ಲಿ) ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಯ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ ಎಂದು ಕರೆಯಬಹುದು. ಆಚರಣೆಯಲ್ಲಿ ಅತ್ಯಂತ ಗಮನಾರ್ಹವಾದದ್ದು ಘನ ಕಾಯಗಳಿಂದ ಫೋಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆ - ನಿರ್ವಾತದಲ್ಲಿ.

ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆ ಅಥವಾ ಬಾಹ್ಯ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪರಿಣಾಮದ ಮೂರು ನಿಯಮಗಳಿವೆ:

1. ಫೋಟೊಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನ ಮೇಲೆ ಬೀಳುವ ಸ್ಥಿರವಾದ ರೋಹಿತದ ಸಂಯೋಜನೆಯೊಂದಿಗೆ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ವಿಕಿರಣವು ಸ್ಯಾಚುರೇಟೆಡ್ ಫೋಟೊಕರೆಂಟ್ I ಅನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತದೆ, ಅದರ ಮೌಲ್ಯವು ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನ ವಿಕಿರಣಕ್ಕೆ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ, ಅಂದರೆ, 1 ಸೆಕೆಂಡಿನಲ್ಲಿ ನಾಕ್ಔಟ್ (ಹೊರಸೂಸಲ್ಪಟ್ಟ) ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯು ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ ಘಟನೆಯ ವಿಕಿರಣದ ತೀವ್ರತೆ ಎಫ್.

2.ಪ್ರತಿಯೊಂದು ವಸ್ತುವಿಗೂ, ಅದರ ರಾಸಾಯನಿಕ ಸ್ವಭಾವಕ್ಕೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿ ಮತ್ತು ಅದರ ಮೇಲ್ಮೈಯ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಸ್ಥಿತಿಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿ, ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವಸ್ತುವಿನಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಕೆಲಸದ ಕಾರ್ಯವನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸುತ್ತದೆ Ф, ಫೋಟೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವಿಕಿರಣದ ದೀರ್ಘ-ತರಂಗ (ಕೆಂಪು) ಮಿತಿ ಇರುತ್ತದೆ, ಅಂದರೆ. , ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪರಿಣಾಮವು ಅಸಾಧ್ಯವಾದ ಕನಿಷ್ಠ ಆವರ್ತನ v0.

3. ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕಗಳ ಗರಿಷ್ಠ ಆರಂಭಿಕ ವೇಗವು ಘಟನೆಯ ವಿಕಿರಣದ ಆವರ್ತನದಿಂದ ನಿರ್ಧರಿಸಲ್ಪಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅದರ ತೀವ್ರತೆಯನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುವುದಿಲ್ಲ. ಬೇರೆ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ವಿಕಿರಣದ ಹೆಚ್ಚುತ್ತಿರುವ ಆವರ್ತನದೊಂದಿಗೆ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕಗಳ ಗರಿಷ್ಠ ಚಲನ ಶಕ್ತಿಯು ರೇಖೀಯವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಈ ವಿಕಿರಣದ ತೀವ್ರತೆಯನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುವುದಿಲ್ಲ.

ಬಾಹ್ಯ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪರಿಣಾಮದ ನಿಯಮಗಳು ತಾತ್ವಿಕವಾಗಿ ಸಂಪೂರ್ಣ ಶೂನ್ಯ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ ಕಟ್ಟುನಿಟ್ಟಾಗಿ ತೃಪ್ತಿಪಡಿಸಲ್ಪಡುತ್ತವೆ, ಆದರೆ ವಾಸ್ತವವಾಗಿ, T > 0 K ನಲ್ಲಿ, ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಯು ಕತ್ತರಿಸಿದ ತರಂಗಾಂತರಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ತರಂಗಾಂತರಗಳಲ್ಲಿ ಕಂಡುಬರುತ್ತದೆ, ಆದರೂ ಕಡಿಮೆ ಸಂಖ್ಯೆಯ ಹೊರಸೂಸುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು. ಘಟನೆಯ ವಿಕಿರಣದ ಅತ್ಯಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ತೀವ್ರತೆಯಲ್ಲಿ (1 W / cm 2 ಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು), ಈ ಕಾನೂನುಗಳನ್ನು ಸಹ ಉಲ್ಲಂಘಿಸಲಾಗಿದೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಮಲ್ಟಿಫೋಟಾನ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳ ತೀವ್ರತೆಯು ಸ್ಪಷ್ಟ ಮತ್ತು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗುತ್ತದೆ.

ಭೌತಿಕವಾಗಿ, ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಯ ವಿದ್ಯಮಾನವು ಮೂರು ಸತತ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು.

ಮೊದಲನೆಯದಾಗಿ, ಘಟನೆಯ ಫೋಟಾನ್ ವಸ್ತುವಿನಿಂದ ಹೀರಲ್ಪಡುತ್ತದೆ, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಸರಾಸರಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವಸ್ತುವಿನೊಳಗೆ ಕಾಣಿಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಈ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ದೇಹದ ಮೇಲ್ಮೈಗೆ ಚಲಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅದರ ಶಕ್ತಿಯ ಭಾಗವು ಚದುರಿಹೋಗುತ್ತದೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಅಂತಹ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಇತರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಸ್ಫಟಿಕ ಲ್ಯಾಟಿಸ್‌ನ ಕಂಪನಗಳೊಂದಿಗೆ ಸಂವಹನ ನಡೆಸುತ್ತದೆ. ಅಂತಿಮವಾಗಿ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ದೇಹದ ಹೊರಗಿನ ನಿರ್ವಾತ ಅಥವಾ ಇತರ ಮಾಧ್ಯಮವನ್ನು ಪ್ರವೇಶಿಸುತ್ತದೆ, ಈ ಎರಡು ಮಾಧ್ಯಮಗಳ ನಡುವಿನ ಗಡಿಯಲ್ಲಿ ಸಂಭಾವ್ಯ ತಡೆಗೋಡೆ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗುತ್ತದೆ.

ಲೋಹಗಳಿಗೆ ವಿಶಿಷ್ಟವಾದಂತೆ, ವರ್ಣಪಟಲದ ಗೋಚರ ಮತ್ತು ನೇರಳಾತೀತ ಭಾಗಗಳಲ್ಲಿ, ಫೋಟಾನ್ಗಳು ವಹನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳಿಂದ ಹೀರಲ್ಪಡುತ್ತವೆ. ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಡೈಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ಸ್‌ಗಳಿಗೆ, ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ನಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಉತ್ಸುಕವಾಗುತ್ತವೆ. ಯಾವುದೇ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಫೋಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಯ ಪರಿಮಾಣಾತ್ಮಕ ಲಕ್ಷಣವೆಂದರೆ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಇಳುವರಿ - Y - ಪ್ರತಿ ಘಟನೆಯ ಫೋಟಾನ್‌ಗೆ ಹೊರಸೂಸುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ.

ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಇಳುವರಿಯು ವಸ್ತುವಿನ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ಮೇಲೆ, ಅದರ ಮೇಲ್ಮೈಯ ಸ್ಥಿತಿಯ ಮೇಲೆ ಮತ್ತು ಘಟನೆಯ ಫೋಟಾನ್‌ಗಳ ಶಕ್ತಿಯ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ಲೋಹಗಳಲ್ಲಿ, ಫೋಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಯ ದೀರ್ಘ-ತರಂಗದ ಮಿತಿಯನ್ನು ಅವುಗಳ ಮೇಲ್ಮೈಯಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ನ ಕೆಲಸದ ಕಾರ್ಯದಿಂದ ನಿರ್ಧರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.ಹೆಚ್ಚಿನ ಶುದ್ಧ ಮೇಲ್ಮೈ ಲೋಹಗಳು 3 eV ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಕೆಲಸದ ಕಾರ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ, ಆದರೆ ಕ್ಷಾರ ಲೋಹಗಳು 2 ರಿಂದ 3 eV ವರೆಗಿನ ಕೆಲಸದ ಕಾರ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ.

ಈ ಕಾರಣಕ್ಕಾಗಿ, ಕ್ಷಾರೀಯ ಮತ್ತು ಕ್ಷಾರೀಯ ಭೂಮಿಯ ಲೋಹಗಳ ಮೇಲ್ಮೈಯಿಂದ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಯನ್ನು ಕೇವಲ UV ಅಲ್ಲ, ವರ್ಣಪಟಲದ ಗೋಚರ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಫೋಟಾನ್ಗಳೊಂದಿಗೆ ವಿಕಿರಣಗೊಳಿಸಿದಾಗಲೂ ಗಮನಿಸಬಹುದು. ಸಾಮಾನ್ಯ ಲೋಹಗಳಲ್ಲಿ, ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಯು UV ಆವರ್ತನಗಳಿಂದ ಮಾತ್ರ ಸಾಧ್ಯ.

ಲೋಹದ ಕೆಲಸದ ಕಾರ್ಯವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು ಇದನ್ನು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ: ಕ್ಷಾರ ಮತ್ತು ಕ್ಷಾರೀಯ ಭೂಮಿಯ ಲೋಹಗಳ ಫಿಲ್ಮ್ (ಮೊನೊಟಾಮಿಕ್ ಲೇಯರ್) ಅನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯ ಲೋಹದ ಮೇಲೆ ಠೇವಣಿ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಹೀಗಾಗಿ ಫೋಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಯ ಕೆಂಪು ಮಿತಿಯನ್ನು ಉದ್ದವಾದ ಅಲೆಗಳ ಪ್ರದೇಶಕ್ಕೆ ವರ್ಗಾಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಹತ್ತಿರದ-UV ಮತ್ತು ಗೋಚರ ಪ್ರದೇಶಗಳಲ್ಲಿ ಲೋಹಗಳ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಇಳುವರಿ Y ಗುಣಲಕ್ಷಣವು 0.001 ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್/ಫೋಟಾನ್‌ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಕ್ರಮದಲ್ಲಿದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಲೋಹದ ಬೆಳಕಿನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಆಳಕ್ಕೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕ ಸೋರಿಕೆಯ ಆಳವು ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದೆ.ಫೋಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಸಿಂಹ ಪಾಲು ಲೋಹದ ನಿರ್ಗಮನ ಗಡಿಯನ್ನು ಸಮೀಪಿಸುವ ಮೊದಲು ತಮ್ಮ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊರಹಾಕುತ್ತದೆ, ನಿರ್ಗಮಿಸುವ ಯಾವುದೇ ಅವಕಾಶವನ್ನು ಕಳೆದುಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ.

ಫೋಟಾನ್ ಶಕ್ತಿಯು ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕ ಮಿತಿಗೆ ಸಮೀಪದಲ್ಲಿದ್ದರೆ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ನಿರ್ವಾತ ಮಟ್ಟಕ್ಕಿಂತ ಕೆಳಗಿರುವ ಶಕ್ತಿಗಳಲ್ಲಿ ಉತ್ಸುಕವಾಗುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಅವು ಫೋಟೊಎಮಿಷನ್ ಪ್ರವಾಹಕ್ಕೆ ಕೊಡುಗೆ ನೀಡುವುದಿಲ್ಲ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಸಮೀಪದ UV ಮತ್ತು ಗೋಚರ ಪ್ರದೇಶಗಳಲ್ಲಿನ ಪ್ರತಿಫಲನ ಗುಣಾಂಕವು ಲೋಹಗಳಿಗೆ ತುಂಬಾ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ವಿಕಿರಣದ ಒಂದು ಸಣ್ಣ ಭಾಗವನ್ನು ಮಾತ್ರ ಲೋಹವು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ದೂರದ UV ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಈ ಮಿತಿಗಳು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತವೆ ಮತ್ತು 10 eV ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಫೋಟಾನ್ ಶಕ್ತಿಗಳಲ್ಲಿ Y 0.01 ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್/ಫೋಟಾನ್ ಅನ್ನು ತಲುಪುತ್ತದೆ.

ಚಿತ್ರವು ಶುದ್ಧ ತಾಮ್ರದ ಮೇಲ್ಮೈಗಾಗಿ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಇಳುವರಿಯ ರೋಹಿತದ ಅವಲಂಬನೆಯನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ:

ಲೋಹದ ಮೇಲ್ಮೈಯ ಮಾಲಿನ್ಯವು ಫೋಟೊಕರೆಂಟ್ ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಕೆಂಪು ಮಿತಿಯನ್ನು ಉದ್ದವಾದ ತರಂಗಾಂತರದ ಪ್ರದೇಶಕ್ಕೆ ಬದಲಾಯಿಸುತ್ತದೆ; ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಈ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ದೂರದ UV ಪ್ರದೇಶಕ್ಕೆ, Y ಹೆಚ್ಚಾಗಬಹುದು.

ಫೋಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವಿಕಿರಣವು ಫೋಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಸಾಧನಗಳಲ್ಲಿ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ ಅನ್ನು ಕಂಡುಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ, ಅದು ವಿವಿಧ ಶ್ರೇಣಿಗಳ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ಸಂಕೇತಗಳನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹಗಳು ಮತ್ತು ವೋಲ್ಟೇಜ್ಗಳಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಯ ವಿದ್ಯಮಾನದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಸಾಧನವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಅದೃಶ್ಯ ಅತಿಗೆಂಪು ಸಂಕೇತಗಳಲ್ಲಿನ ಚಿತ್ರವನ್ನು ಗೋಚರಿಸುವಂತೆ ಪರಿವರ್ತಿಸಬಹುದು. ಫೋಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವಿಕಿರಣವೂ ಕೆಲಸ ಮಾಡುತ್ತದೆ ಫೋಟೋಸೆಲ್‌ಗಳಲ್ಲಿ, ವಿವಿಧ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್-ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಪರಿವರ್ತಕಗಳಲ್ಲಿ, ಫೋಟೊಮಲ್ಟಿಪ್ಲೈಯರ್‌ಗಳಲ್ಲಿ, ಫೋಟೊರೆಸಿಸ್ಟರ್‌ಗಳು, ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್‌ಗಳು, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್-ಕಿರಣದ ಟ್ಯೂಬ್‌ಗಳಲ್ಲಿ, ಇತ್ಯಾದಿ.

ಸಹ ನೋಡಿ:ಸೌರ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿಯನ್ನಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಹೇಗೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ