ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪರಿಣಾಮ

ಕೆಲವು ಲೋಹಗಳ ಮೇಲೆ ಸೂಕ್ತ ಆವೃತಿಯ ಬೆಳಕು ಅಥವ ವಿಕಿರಣಗಳು ಬಿದ್ದಾಗ ಆ ವಸ್ತುಗಳ ಮೇಲ್ಮೈನಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಹೊರಬೀಳುತ್ತವೆ. ಇಂತಹ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ದ್ಯುತಿ ಉತ್ಸರ್ಜಕ ಅಥವ ದ್ಯುತಿ ಸಂವೇದಿವಸ್ತುಗಳೆನ್ನುವರು. ಸೂಕ್ತ ಆವೃತಿಯು ಪ್ರತಿ ದ್ಯುತಿ ಸಂವೇದಿ ವಸ್ತುವಿಗೂ ಬೇರೆಯದ್ದಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಹೊರಹಬೀಳುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳನ್ನು ದ್ಯುತಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳೆನ್ನುವರು ಮತ್ತು ಇವುಗಳ ಚಲನೆಯಿಂದ ವಿದ್ಯುತ್ ಮಂಡಲದಲ್ಲಿ ದ್ಯುತಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಉತ್ಪನ್ನವಾಗುವುದು.

ಬೆಳಕಿನ ತರಂಗವಾದದಿಂದ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ವಿವರಿಸಲಾಗಲಿಲ್ಲ. ಇದನ್ನು ಆಲ್ಬರ್ಟ್ ಐನ್‍ಸ್ಟೀನ್‍ರು ತಮ್ಮ ಕಣ ವಾದದಿಂದ ಸಮರ್ಥವಾಗಿ ವಿವರಿಸಿದರು. ಇದರ ಬಗ್ಗೆ 1905ರ ಮೊದಲು ತಿಳಿದಿದ್ದ ಅನೇಕ ಸಂಗತಿಗಳಿಗೆ ಸಮರ್ಪಕ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಬುನಾದಿಯನ್ನು ಕಟ್ಟಿದವರು ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್, ಪ್ಲಾಂಕ್. ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸಿದ್ಧಾಂತದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ವಿವರಿಸಲಾಗಿದ್ದ ಈ ವಾದವು ಅವರಿಗೆ ೧೯೨೧ರಲ್ಲಿ ನೊಬೆಲ್ ಪಾರಿತೋಷಕ ತಂದುಕೊಟ್ಟಿತು.

ಇದರ ಪ್ರಕಾರ ವಿಕಿರಣ ಬಿಡಿಬಿಡಿಯಾಗಿ ಶಕಲ (ಕ್ವಾಂಟಮ್) ರೂಪದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ. ಈ ಬಿಡಿ ಭಾಗವನ್ನು ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್ ಫೋಟಾನ್ (ದ್ಯುತಿ ಕಣ) ಎಂದು ಹೆಸರಿಸಿದರು. ಪ್ರತಿಯೊಂದು ದ್ಯುತಿ ಕಣದಲ್ಲಿಯೂ hv ಮೊತ್ತದ ಶಕ್ತಿ ನಿಹಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ (h ಪ್ಲಾಂಕ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕ, v ವಿಕಿರಣದ ಆವೃತ್ತಿ). ದ್ಯುತಿಕಣಗಳ ರೂಪದಲ್ಲಿ ವಿಕಿರಣವು ಲೋಹವನ್ನು ತಟ್ಟಿದಾಗ ದ್ಯುತಿಕಣದ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಲೋಹದಲ್ಲಿಯ ಯಾವುದಾದರೊಂದು ಪರಮಾಣು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಪರಮಾಣು ಉದ್ರಿಕ್ತವಾಗಿ ತನ್ನಲ್ಲಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನೊಂದನ್ನು ವಿಸರ್ಜಿಸುತ್ತದೆ. ಆದರೆ ಪರಮಾಣುವಿಗೆ ಬಂಧಿತವಾಗಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನನ್ನು ಮುಕ್ತಗೊಳಿಸಲು ಸ್ವಲ್ಪಮಟ್ಟಿಗೆ ಶಕ್ತಿವ್ಯಯವಾಗುವ ಕಾರಣ, ವಿಸರ್ಜಿತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನ ಚಲನಶಕ್ತಿ hvಗೆ ಸಮವಾಗಿರದೆ ತುಸುಮಟ್ಟಿಗೆ ಕಡಿಮೆ ಇರುತ್ತದೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನನ್ನು ಮುಕ್ತ ಸ್ಥಿತಿಗೆ ತರಲು ವ್ಯಯವಾಗುವ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು w₀ ಎಂದು ಸೂಚಿಸಿದರೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನ ಚಲನಶಕ್ತಿ K = hv - w₀. ಇದೇ ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್ ಸಾಧಿಸಿದ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ಪರಿಣಾಮ. ಅನಂತರದ ದಿನಗಳಂದು ಇದನ್ನು ಅನೇಕ ಸಂಶೋಧಕರು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ಪರೀಕ್ಷಿಸಿ ಸಮರ್ಥಿಸಿದ್ದಾರೆ.

 

ನಿರ್ವಾತ ಗಾಜಿನ ಕೊಳವೆಯ ಒಳಗೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಬ್ಯಾಟರಿಯೊಂದಿಗೆ ಸಂಪರ್ಕ ಹೊಂದಿದ ಆನೋಡ್ ಮತ್ತು ದ್ಯುತಿಸಂವೇದಿ ಆನೋಡ್ ಹಾಗೂ ದ್ಯುತಿಸಂವೇದಿ ಕ್ಯಾಥೋಡನ್ನು ಅಳವಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ಮೈಕ್ರೋ ಅಮ್ಮೀಟರ್ ಅನ್ನು ಮಂಡಲದಲ್ಲಿ ಉಂಟಾಗುವ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ತನ್ನು ಅಳೆಯಲು ಉಪಯೋಗಿಸಲಾಗಿದೆ.

ಸೂಕ್ತ ಆವೃತಿಯ ವಿಕಿರಣವು ದ್ಯುತಿಸಂವೇದಿ ಕ್ಯಾಥೋಡಿನ ಮೇಲೆ ಬಿದ್ದಾಗ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಹೊರಸೂಸುತ್ತವೆ. ಈ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಆನೋಡಿನ ಕಡೆ ಧಾವಿಸುತ್ತವೆ. ಇದರಿಂದ ಮಂಡಲದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಹರಿಯುತ್ತದೆ.

ಈ ಪ್ರಯೋಗದಿಂದ ಕೆಳಗಿನ ಅವಲೋಕನಗಳು ಲಭ್ಯವಾಗುತ್ತವೆ.

1. ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪರಿಣಾಮವು ತಕ್ಷಣ ಆಗುವ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿದೆ. ವಿಕಿರಣವು ಕ್ಯಾಥೋಡಿನ ಮೇಲೆ ಬಿದ್ದ ತಕ್ಷಣ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಹೊರಸೂಸುತ್ತವೆ. ವಿಕಿರಣವು ಬಿದ್ದ ನಂತರ ${\displaystyle 10^{-9}}$  ಸೆಕೆಂಡುಗಳ ನಂತರ ದ್ಯುತಿಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಹೊರಸೂಸುತ್ತವೆ.
2. ಕ್ಯಾಥೋಡಿನ ಮೇಲೆ ಬಿದ್ದಂತಹ ವಿಕಿರಣದ ಆವೃತ್ತಿಯು ಒಂದಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಬೆಲೆಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಇದ್ದಾಗ ದ್ಯುತಿಉತ್ಸರ್ಜನೆಯಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ಈ ಕನಿಷ್ಠ ಆವೃತ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಸ್ತಿಲು ಆವೃತ್ತಿ ಎಂದು ಕರೆಯುತ್ತೇವೆ. ಹೊಸ್ತಿಲು ಆವೃತ್ತಿಯು ಪ್ರತಿಯೊಂದು ದ್ಯುತಿಸಂವೇದಿಗೂ ಬೇರೆಯದ್ದಾಗಿರುತ್ತದೆ.
3. ದ್ಯುತಿಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ಮತ್ತು ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ತಿನ ತೀವ್ರತೆ ಆಪಾತ ವಿಕಿರಣದ ತೀವ್ರತೆಗೆ ಅನುಪಾತೀಯವಾಗಿರುತ್ತದೆ.
4. ದ್ಯುತಿಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಗರಿಷ್ಠ ಚಲನ ಶಕ್ತಿ ಆಪಾತ ವಿಕಿರಣದ ಆವೃತ್ತಿಯೊಂದಿಗೆ ರೇಖೀಯವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಆಪಾತ ತೀವ್ರತೆಯಿಂದ ಸ್ವತಂತ್ರವಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ವಿಕಿರಣವನ್ನು ಆಲ್ಬರ್ಟ್ ಐನ್‍ಸ್ಟೈನ್‍ರು ಕಣದ ರೂಪವಾಗಿ ಪರಿಗಣಿಸಿ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಸಮರ್ಥವಾಗಿ ವಿವರಿಸಿದರು. ಇವರ ವಿವರಣೆಯಂತೆ ದ್ಯುತಿಉತ್ಸರ್ಜನೆಯು ಆಪಾತ ವಿಕಿರಣ ಮತ್ತು ಲಕ್ಷ್ಯವಸ್ತುವಿನ ಮುಕ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ನಡುವೆ ನಡೆಯುವ ಸರಳ ಸಂಘರ್ಷಣೆ. ಬೆಳಕಿನ ಕಣ ${\displaystyle h\nu }$  ಅಥವಾ ${\displaystyle h\nu }$ ನ ಅವಿಭಾಜ್ಯ ದ್ವಿಗುಣ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಈ ಬೆಳಕಿನ ಕಣ ಮುಕ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಗೆ ಡಿಕ್ಕಿಹೊಡೆದಾಗ ತನ್ನ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ವರ್ಗಾಯಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ರೀತಿ ವರ್ಗಾವಣೆಗೊಂಡ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಎರಡು ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಉಪಯೋಗಿಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ.

1. ಶಕ್ತಿಯ ಕೆಲವು ಭಾಗ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅನ್ನು ದ್ಯುತಿಸಂವೇದಿಯ ಮೇಲ್ಮೈನಿಂದ ಬಿಡುಗಡೆ ಹೊಂದುವಲ್ಲಿ ಬಳಸಿಹೋಗುತ್ತದೆ (W).
2. ಉಳಿದ ಶಕ್ತಿಯು ದ್ಯುತಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನ ಚಲನ ಶಕ್ತಿಯಾಗಿ ಮಾರ್ಪಡುತ್ತದೆ. ದ್ಯುತಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನ ವೇಗವು v ಮತ್ತು ತೂಕವು m ಆಗಿದ್ದಲ್ಲಿ, ಗರಿಷ್ಠ ಚಲನ ಶಕ್ತಿಯು ${\displaystyle (1/2)mV^{2}}$  ಆಗಿರುತ್ತದೆ.

ಶಕ್ತಿ ಸಂರಕ್ಷಣ ನಿಯಮಾನುಸಾರ, hv = W + ½ mv²