மின்காந்தக் கதிர்வீசலும் அலையியல்பும்

முழுமையான பார்வை — மின்காந்தக் கதிர்வீசலும் சடத்தின் அலையியல்பும் (EM Radiation) ஏன் முக்கியம்?

அணுவினுள் இலத்திரன்கள் எவ்வாறு அமைந்துள்ளன என்பது தொடர்பான நவீன அறிவியலின் புரிதல் முழுவதும், சடமானது வெளிவிடுகின்ற அல்லது உறிஞ்சுகின்ற கதிர்வீசலைப் பகுப்பாய்வு செய்வதன் மூலமே பெறப்பட்டது. எனவே, ஒளியானது, அதாவது மின்காந்தக் கதிர்வீசலானது எவ்வாறு இயங்குகின்றது என்பதைப் புரிந்துகொள்வதே, ஐதரசன் உமிழ்வு நிறமாலை, சக்திச் சொட்டெண்கள், ஓபிற்றல்கள் போன்ற அணுக்கட்டமைப்பின் நுணுக்கங்களைப் புரிந்துகொள்வதற்கான அடிப்படைத் திறவுகோலாகும். இப்பகுதியானது, தொன்முறைப் பௌதீகவியலால் விளக்க முடியாத அணுக்கரு நிகழ்வுகளை விளக்கும் குவாண்டம் கொள்கைக்கான தர்க்கரீதியான பாலமாக அமைந்திருக்கின்றது.

மின்காந்தக் கதிர்வீசல் — ஓர் அலை

மின்காந்த அலையின் மின் மற்றும் காந்தப் புலங்கள்
*EM wave — electric and magnetic fields*
Wikipedia → · CC

மின்காந்தக் கதிர்வீசல் என்பது, ஒன்றுக்கொன்று செங்குத்தாக அதிர்கின்ற மின்புலம் மற்றும் காந்தப்புலம் ஆகியவற்றின் ஒருங்கிணைந்த அலைவுகளால் உருவாக்கப்படுகின்றது. இந்த இரண்டு புலங்களின் அலைவுகளும், கதிர்வீசல் பயணிக்கும் திசைக்குச் செங்குத்தாக அமைந்திருப்பதனால் இவை குறுக்கலைகளாகக் கருதப்படுகின்றன. ஒலி அலைகளைப் போலன்றி, மின்காந்தக் கதிர்வீசல் பயணிப்பதற்கு எவ்வித பௌதீக ஊடகமும் அவசியமில்லை; அவை வெற்றிடத்தினூடாகவும் தடையின்றிப் பயணிக்கக்கூடியவை. நாம் நாளாந்தம் கண்களால் காணும் கட்புல ஒளியும் ஒருவகையான மின்காந்தக் கதிர்வீசலேயாகும். அனைத்து வகையான மின்காந்தக் கதிர்வீசல்களும் வெற்றிடத்தில் சமனான கதியிலேயே பயணிக்கின்றன. இதுவே ஒளியின் கதி எனப்படுகின்றது. இதன் பருமன் 3.00 × 10⁸ m s⁻¹ ஆகக் கணிப்பிடப்பட்டுள்ளது.

அலைநீளம், அதிர்வெண் மற்றும் கதி

அலைநீளம் (λ): ஓர் அலையில் அடுத்தடுத்து அமைந்துள்ள இரண்டு அலை உச்சிகளுக்கு அல்லது அலை அகடுகளுக்கு இடையிலான நேர்கோட்டுத் தூரம் அலைநீளம் எனப்படும். இது அலைகளின் பருமனை அளவிட உதவுகின்றது. இதன் நியம அலகு மீற்றர் (m) ஆகும்; எனினும் நானோமீற்றர் (nm) அலகும் இரசாயனவியலில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றது.
அதிர்வெண் (மீடிறன், ν): ஒரு செக்கனில் ஒரு குறிப்பிட்ட புள்ளியைக் கடந்து செல்கின்ற பூரண அலைகளின் அல்லது அலைவட்டங்களின் எண்ணிக்கை அதிர்வெண் (மீடிறன்) என வரையறுக்கப்படுகின்றது. இதன் நியம அலகு செக்கனின் நேர்மாறு (s⁻¹) அல்லது ஹேட்ஸ் (Hz) ஆகும்.
தொடர்பு: அலைநீளம், அதிர்வெண் (மீடிறன்) மற்றும் ஒளியின் கதி ஆகிய மூன்றும் c = νλ எனும் சமன்பாட்டினால் தொடர்புபடுத்தப்படுகின்றன. வெற்றிடத்தில் ஒளியின் கதி ஒரு மாறிலியாக இருப்பதனால், கதிர்வீசலின் அதிர்வெண் (மீடிறன்) அதிகரிக்கும்போது அதற்கொத்த அலைநீளம் கட்டாயமாகக் குறைவடைய வேண்டும். அதாவது, அலைநீளமும் அதிர்வெண்ணும் ஒன்றுக்கொன்று நேர்மாறு விகிதசமத் தொடர்பைக் கொண்டுள்ளன.

c = νλ (c = 3.00 × 10⁸ m s⁻¹)

மின்காந்த அலை — ஒன்றுக்கொன்று செங்குத்தாக அலையும் மின்புலமும் (E) காந்தப்புலமும் (B), இரண்டும் பயணத் திசைக்குச் செங்குத்தாக அமைகின்றன (குறுக்கலை). NIE உரு 1.19.

மின்காந்த நிறமாலை

பல்வேறு வகையான மின்காந்தக் கதிர்வீசல்களை அவற்றின் அலைநீளம் அதிகரிக்கும் வரிசையில், அல்லது அதிர்வெண் (மீடிறன்) குறையும் வரிசையில் ஒழுங்கமைத்துப் பெறப்படும் முழுமையான தொகுப்பே மின்காந்த நிறமாலை எனப்படுகின்றது. அலைநீளம் மிகக் குறைந்த, ஆனால் அதியுயர் சக்தியைக் கொண்ட கதிர்வீசல் முதல், அலைநீளம் மிகக் கூடிய, குறைந்த சக்தியைக் கொண்ட கதிர்வீசல் வரை இவை பின்வரும் தர்க்கரீதியான வரிசையில் அமைகின்றன:

γ-கதிர் → X-கதிர் → புற-ஊதாக் கதிர் (UV) → கட்புல ஒளி → அகச்சிவப்புக் கதிர் (IR) → நுண்அலை → வானொலி அலை

மின்காந்த நிறமாலை — அலைநீளம் கூடும் (மீடிறன்/சக்தி குறையும்) வரிசையில் γ → வானொலி அலை. கட்புல ஒளி 400–700 nm எனும் குறுகிய வீச்சை மட்டுமே உள்ளடக்குகிறது (NIE உரு 1.20).

இந்த விரிவான நிறமாலையில், மனிதக் கண்களால் உணரக்கூடிய கட்புல ஒளியானது ஏறக்குறைய 400 nm (ஊதா நிறம்) முதல் 700 nm (சிவப்பு நிறம்) வரையிலான மிகக் குறுகிய அலைநீள வீச்சை மாத்திரமே உள்ளடக்கியுள்ளது. சூரிய ஒளியை அரியத்தினூடாகச் செலுத்தும்போது பெறப்படும் வானவில்லானது கட்புல ஒளியின் தொடர் நிறமாலைக்குச் சிறந்த உதாரணமாகும்.

சக்திச் சொட்டாக்கம் — பிளாங்கின் கொள்கை

தொன்முறைப் பௌதீகவியலின்படி சக்தியானது தொடர்ச்சியாக உமிழப்படுகின்றது என நம்பப்பட்டது. ஆனால், 1900 ஆம் ஆண்டில் ஜேர்மானியப் பௌதீகவியலாளர் மக்ஸ் பிளாங், சூடாக்கப்பட்ட பொருட்களிலிருந்து வெளிவரும் கதிர்வீசலை விளக்குவதற்காகச் சக்திச் சொட்டாக்கம் எனும் புரட்சிகரமான கருதுகோளைப் பிரேரித்தார். இக்கொள்கையின்படி, அணுக்கள் அல்லது மூலக்கூறுகள் சக்தியை வெளிவிடும்போதோ அல்லது உறிஞ்சும்போதோ, அச்சக்தியானது தொடர்ச்சியாக அன்றி, திட்டமான பெறுமானங்களைக் கொண்ட மிகச் சிறிய பொதிகளாகவே பரிமாற்றப்படுகின்றது. இத்தகைய ஒரு தனித்த சக்திப் பொதியே சக்திச் சொட்டு என வரையறுக்கப்படுகின்றது. ஒரு சக்திச் சொட்டின் ஆற்றலானது, குறித்த கதிர்வீசலின் அதிர்வெண்ணுக்கு (மீடிறனுக்கு) நேர்விகிதசமமாக அமையும். இதுவே கீழ்க்காணும் சமன்பாட்டினால் தரப்படுகின்றது:

E = hν (h = பிளாங்கின் மாறிலி = 6.626 × 10⁻³⁴ J s)

சக்திச் சொட்டாக்கம் — தொன்முறைப் பௌதீகவியலில் சக்தி தொடர்ச்சியாக மாறுகின்றது; பிளாங்கின் கொள்கையில் சக்தி E = hν அளவுள்ள தனித்த சொட்டுகளாக (குவாண்டம்) மட்டுமே பரிமாற்றப்படுகின்றது.

பகுப்பு உதாரணம் — அலைநீளத்திலிருந்து சக்திக்கு (ஒரு ஃபோட்டான் & ஒரு மோல் ஃபோட்டான்கள்)

சோடிய ஆவி விளக்கின் மஞ்சள் நிற ஒளியின் அலைநீளம் λ = 589 nm. இதன் அதிர்வெண்ணையும் சக்தியையும் காண்க.

படி 1 — அதிர்வெண்: c = fλ என்பதிலிருந்து,

f = c/λ = (3 × 10⁸ m s⁻¹) ÷ (589 × 10⁻⁹ m) = 5.09 × 10¹⁴ Hz

படி 2 — ஒரு ஃபோட்டானின் சக்தி: E = hf = hc/λ என்பதிலிருந்து,

E = (6.626 × 10⁻³⁴ J s × 3 × 10⁸ m s⁻¹) ÷ (589 × 10⁻⁹ m) = 3.37 × 10⁻¹⁹ J

படி 3 — ஒரு மோல் ஃபோட்டான்களின் சக்தி: மேற்கண்டது ஒரே ஒரு ஃபோட்டானின் சக்தி; ஒரு மோல் ஃபோட்டான்களின் (Nₐ = 6.02214 × 10²³) மொத்தச் சக்திக்கு அவகதரோ மாறிலியால் பெருக்க வேண்டும்:

E_mol = 3.37 × 10⁻¹⁹ J × 6.02214 × 10²³ mol⁻¹ = 2.03 × 10⁵ J mol⁻¹

⚠ கவனிக்க வேண்டியது

E = hf ஆனது எப்போதும் ஒரு தனிப் ஃபோட்டானின் சக்தியையே தருகின்றது. வினா "1 mol ஃபோட்டான்களின் சக்தி" எனக் கேட்டால், Nₐ ஆல் பெருக்குவதை மறந்துவிடாதீர்கள் — இல்லாவிடில் விடை 10²³ மடங்கு சிறியதாகிவிடும்.

போட்டோன் — ஒளியின் துணிக்கை இயல்பு

ஒளிமின் விளைவு — போட்டோன்கள் இலத்திரன்களை வெளியேற்றுகின்றன
*Photoelectric effect — photons ejecting electrons*
Wikipedia → · CC

1905 ஆம் ஆண்டில் ஐன்ஸ்டைன், ஒளிமின் விளைவை (photoelectric effect) விளக்குவதற்காகப் பிளாங்கின் கருத்தை மேலும் விரிவாக்கினார். ஒளியானது வெறுமனே அலையாக மட்டுமன்றி, சக்திப் பொதிகளின் கற்றையாகவே முப்பரிமாண வெளியில் பயணிக்கின்றது என அவர் பிரேரித்தார். ஒளியைக் கட்டமைக்கும் இத்தகைய ஒவ்வொரு அடிப்படைச் சக்திப் பொதியும் போட்டோன் எனப் பெயரிடப்பட்டது. ஒரு தனித்த போட்டோனின் சக்தியும் E = hν என்ற பிளாங்கின் சமன்பாட்டினாலேயே கணிக்கப்படுகின்றது. இந்த விளக்கத்தின் மூலம், ஒளியானது அலை இயல்பை வெளிப்படுத்துவது மட்டுமன்றி, சடப்பொருட்களுடன் இடைத்தாக்கத்தில் ஈடுபடும்போது துணிக்கை இயல்பையும் ஒருசேரக் கொண்டுள்ளது என்பது அறிவியல் உலகால் உறுதியாக ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டது.

ஒளிமின் விளைவு — போட்டோன் கொள்கைக்கான பரிசோதனைச் சான்று

ஒரு உலோகத் தகட்டின் மேற்பரப்பில் போதிய அதிர்வெண் கொண்ட ஒளி விழும்போது, அத்தகட்டிலிருந்து இலத்திரன்கள் உடனடியாக வெளியேற்றப்படுகின்றன — இதுவே ஒளிமின் விளைவு (photoelectric effect). அலைக் கொள்கையின்படி விளக்கவே முடியாத மூன்று அவதானிப்புகள் இங்கு காணப்பட்டன:

வாசற்படி அதிர்வெண் (threshold frequency, ν₀): ஒரு குறிப்பிட்ட உலோகத்திற்கு, ஒரு குறைந்தபட்ச அதிர்வெண்ணுக்குக் கீழ் இலத்திரன் வெளியேற்றமே நிகழாது — ஒளியின் தீவிரத்தை (intensity) எவ்வளவு அதிகரித்தாலும் சரி.
உடனடி வெளியேற்றம்: ν₀-ஐ விடப் பெரிய அதிர்வெண் கொண்ட ஒளி விழுந்தால், இலத்திரன் வெளியேற்றம் உடனடியாக (எந்த நேரத் தாமதமும் இன்றி) நிகழ்கின்றது.
வெளியேறும் இலத்திரனின் இயக்கசக்தி ஒளியின் அதிர்வெண்ணைப் பொறுத்தே அமையும் — தீவிரத்தால் அல்ல; தீவிரம் கூடினால் வெளியேறும் இலத்திரன்களின் எண்ணிக்கை மட்டுமே கூடும்.

ஐன்ஸ்டைன் இதை போட்டோன் கொள்கை மூலம் விளக்கினார்: ஒவ்வொரு போட்டோனும் E = hν சக்தியைக் கொண்டுள்ளது; இலத்திரன் ஒன்றை வெளியேற்ற குறைந்தபட்சம் வேலைச் சார்பு (work function, Φ = hν₀) என்னும் சக்தி தேவைப்படும். போட்டோனின் சக்தி இதைவிடக் கூடினால், மீதிச் சக்தி வெளியேறும் இலத்திரனின் இயக்கசக்தியாக மாறுகின்றது:

hν = Φ + KE_max ⟹ KE_max = h(ν − ν₀)

இச்சமன்பாடு மேற்குறிப்பிட்ட மூன்று அவதானிப்புகளையும் தெளிவாக விளக்குகின்றது — ஒவ்வொரு போட்டோனும் ஒரு தனித்த இலத்திரனுடன் "ஒன்றுக்கொன்று" (one-to-one) தாக்கம் புரிவதால், தீவிரம் (போட்டோன்களின் எண்ணிக்கை) கூடினால் வெளியேறும் இலத்திரன்களின் எண்ணிக்கை கூடுமே தவிர, ஒவ்வொரு இலத்திரனின் சக்தியும் மாறாது.

சடத்தின் அலையியல்பு — டி புரோக்லி கருதுகோள்

ஒளியானது அலை மற்றும் துணிக்கை ஆகிய இரண்டு இயல்புகளையும் வெளிப்படுத்துமாயின், பௌதீகச் சடப்பொருட்களும் (matter) அவ்வாறான இரட்டை இயல்பைக் கொண்டிருக்க வேண்டும் என 1924 ஆம் ஆண்டில் பிரெஞ்சு விஞ்ஞானி டி புரோக்லி தர்க்கரீதியாகப் பிரேரித்தார். அவரது கருதுகோளின்படி, திணிவு m உம் வேகம் v உம் கொண்டிருக்கின்ற, இயங்குகின்ற எந்தவொரு துணிக்கையும் ஒரு குறிப்பிட்ட அலைநீளத்துடன் தொடர்புபடுகின்றது. துணிக்கையொன்றின் அலைநீளமானது அதன் உந்தத்திற்கு நேர்மாறு விகிதசமமாக அமையும் என்பது பின்வரும் சமன்பாட்டினால் முன்வைக்கப்பட்டது:

λ = h / mv (இங்கு mv = உந்தம், p)

இலத்திரன் போன்ற மிகச் சிறிய திணிவுடைய உப-அணுத் துணிக்கைகளைக் கருதும் போது, அவற்றின் உந்தம் மிகக் குறைவாக இருப்பதனால், அவற்றுடன் தொடர்புடைய அலைநீளம் பரிசோதனைகள் மூலம் அளக்கத்தக்க அளவில் கணிசமாக அமைகின்றது. எனவே, இலத்திரன்கள் அலையியல்பை மிகத் தெளிவாக வெளிப்படுத்துகின்றன. ஆனால், கோல்ப் பந்து போன்ற நாளாந்தப் பயன்பாட்டிலுள்ள பாரிய பொருட்களுக்கு உந்தம் மிக அதிகமாக இருப்பதால், அவற்றின் அலைநீளம் மிகச் சிறிதாக அமைந்து அவதானிக்க முடியாத நிலையை அடைகின்றது. சடத்தின் இந்த அலை-துணிக்கைத் துவித இயல்பே, அணுவினுள் இலத்திரனானது ஒரு திட்டமான வட்டப்பாதையில் இயங்கவில்லை என்பதையும், அது முப்பரிமாண வெளியிலுள்ள ஓர் ஓபிற்றலில் (நிகழ்தகவுப் பகுதியில்) அலை வடிவில் பரம்பலடைந்துள்ளது என்பதையும் விளக்கும் நவீன குவாண்டம் இயந்திரவியல் மாதிரிக்கு உறுதியான அடிப்படையாக அமைந்தது.

தேர்வாளர் பார்வை

பகுதி II (Paper II) அமைப்புக் கட்டுரை வினாப்பத்திரத்தில் c = νλ மற்றும் E = hν ஆகிய சமன்பாடுகளைப் பயன்படுத்திக் கணிப்புகளை மேற்கொள்ளும் வினாக்கள் மிகவும் பொதுவானவையாகும். இக்கணிப்புகளின்போது அலைநீளத்தை நானோமீற்றரிலிருந்து (nm) மீற்றர் (m) அலகுக்கு மாற்றுதல் மிகவும் அவசியமானதாகும். மேலும், "கதிர்வீசலின் அதிர்வெண் (மீடிறன்) அதிகரிக்கும்போது அதன் சக்தி அதிகரிக்கும், ஆனால் அலைநீளம் குறைவடையும்" எனும் அடிப்படை முக்கூற்றுத் தொடர்பைக் கணிப்புகளின் போது தர்க்கரீதியாகச் சரிபார்ப்பதற்கு மாணவர்கள் மறக்கக் கூடாது.

மின்காந்த கதிர்வீச்சு
*Electromagnetic radiation*
Credit: Wikimedia Commons · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →

📜 தேர்வுக் கேள்விகள் (exam-style questions)

🟢 உறுதி (Confirmed) = AL வினாத்தாள் PDF-இலிருந்து நேரடியாக எடுக்கப்பட்டது. 🟡 பாங்கு (Pattern) = NIE textbook + past-paper வடிவத்தில் கட்டமைக்கப்பட்ட பயிற்சிக் கேள்வி — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி அல்ல, ஆனால் தேர்வில் தோன்றக்கூடிய வடிவமே.

2017 · P1 · Q12 🟢 உறுதி (confirmed)

ஒரு விளக்கு (lamp) நீல வொளிப் பகுதியில் (blue region, 470 nm) செக்கனுக்கு 6.0 J சக்தியை உற்பத்தி செய்கிறது. 1.0×10²⁰ ஃபோட்டோன்களை (photons) உருவாக்க விளக்கு எவ்வளவு நேரம் எரிய வேண்டும்?

8.5 s
9.2 s
10.5 s
2.4 s
7.1 s

விடை: (2) 7.1 s. ஒரு ஃபோட்டோனின் சக்தி E = hc/λ = (6.626×10⁻³⁴ × 3×10⁸)/(470×10⁻⁹) = 4.23×10⁻¹⁹ J. மொத்த சக்தி = N × E = 1.0×10²⁰ × 4.23×10⁻¹⁹ = 42.3 J. நேரம் t = சக்தி/திறன் = 42.3/6.0 = 7.05 s ≈ 7.1 s.

2016 · P1 · Q1 🟢 உறுதி (confirmed)

ஐதரசனின் உமிழ்வு நிறமாலையில் 4.42×10⁻⁷ m அலைநீளமுடைய பச்சை ஒளி காணப்படுகின்றது. இப்பச்சை ஒளியின் ஒரு போட்டோனின் சக்தி:

1.5×10⁻¹⁹ kJ
4.5×10⁻²² kJ
19.9×10⁻²⁶ kJ
4.5×10⁻¹⁹ kJ
2×10⁻¹⁹ kJ

விடை: (4) 4.5×10⁻²² kJ. E = hc/λ = (6.626×10⁻³⁴ × 3×10⁸)/(4.42×10⁻⁷) = 4.497×10⁻¹⁹ J = 4.5×10⁻¹⁹ J = 4.5×10⁻²² kJ (J ஐ kJ ஆக மாற்ற 1000 ஆல் வகுக்க வேண்டும்).

2014 · P1 · Q36 🟢 உறுதி (confirmed)

200 nm அலைநீளமுள்ள மின்காந்தக் கதிர்வீச்சு தொடர்பாகப் பின்வரும் கூற்றுகளுள் எவை/எது உண்மை?
(a) 400 nm அலைநீளமுள்ள கதிர்வீச்சை விட அதிக அதிர்வெண் கொண்டது.
(b) மின்காந்த நிறமாலையின் ஒளிக்காணக்கூடிய பகுதியில் அமைந்துள்ளது.
(c) வெற்றிடத்தில், 400 nm கதிர்வீச்சை விட அதிக திசைவேகம் கொண்டது.
(d) அதன் ஃபோட்டோன் 100 nm கதிர்வீச்சின் ஃபோட்டோனை விட அதிக சக்தி கொண்டது.

(d),(a) மாத்திரம் சரி
வேறு எண்/சேர்மானம் சரி
(a),(b) மாத்திரம் சரி
(b),(c) மாத்திரம் சரி
(c),(d) மாத்திரம் சரி

விடை: குறிப்பு: 2014 பத்திரம் I க்கான உத்தியோகபூர்வ விடைத்திட்டம் எந்த மூலத்திலும் கிடைக்கவில்லை -- கீழ்க்காணும் விடை முழுமையான இரசாயனவியல் தர்க்கத்தின் அடிப்படையில் சுயமாகத் தீர்க்கப்பட்டது.
(5) -- வேறு சேர்மானம் ((a) மாத்திரமே சரி). (a) சரி: அதிர்வெண் ν=c/λ, குறுகிய அலைநீளம் அதிக ν தரும். (b) பொய்: ஒளிக்காணக்கூடிய வீச்சு ~400-700 nm; 200 nm புற ஊதாக் கதிர்வீச்சு (UV). (c) பொய்: வெற்றிடத்தில் அனைத்து மின்காந்தக் கதிர்வீச்சுகளும் ஒரே திசைவேகம் c கொண்டவை. (d) பொய்: ஃபோட்டோன் சக்தி E=hc/λ, 200 nm ஆனது 100 nm ஐ விட நீண்ட அலைநீளம் கொண்டமையால் குறைந்த சக்தியே கொண்டது -- கூற்று தலைகீழாக உள்ளது. இவற்றுள் (a) மாத்திரமே உண்மை; இது கொடுக்கப்பட்ட 4 சேர்மானங்களுள் (ab/bc/cd/da) எதிலும் பொருந்தாததால், 'வேறு சேர்மானம்' எனும் (5) ஆவது விடையே சரியானது.

2012 · P1 · Q18 🟢 உறுதி (confirmed)

(வினா 18, 19 பின்வரும் பத்தியை அடிப்படையாகக் கொண்டவை: சில உலோகப் பரப்புகளில் ஒளி பட்டவுடன், இலத்திரன்கள் அதிலிருந்து வெளியேறக்கூடும். ஒளியிலுள்ள ஃபோட்டான்கள் சுமக்கும் சக்தி உலோகத்திலுள்ள இலத்திரன்களுக்கு மாற்றப்படுகிறது, ஓர் இலத்திரன் நேர்மின்சுமையுடைய கருவுடனான தன் ஈர்ப்பு விசைகளை மிகைக்கப் போதுமான சக்தியைப் பெற்றால், அது ஒளி-இலத்திரனாக (photoelectron) பரப்பிலிருந்து தப்பிச் செல்லக்கூடும். இலத்திரன் தப்பிச் செல்லத் தேவைப்படும் குறைந்தபட்ச சக்தி ஒவ்வொரு உலோகத்திற்கும் வேறுபடும்.) பேரியத்தின் (barium) பரப்பிலிருந்து ஒளி-இலத்திரன்கள் வெளியேற்றப்படத் தேவையான சக்தி ஒரு மோல் இலத்திரன்களுக்கு 240 kJ. பேரியத்தில் ஒளி-இலத்திரன் ஒன்றை உருவாக்கக்கூடிய ஒளியின் குறைந்தபட்ச அதிர்வெண்:

6×10¹² s⁻¹
2×10¹⁴ s⁻¹
6×10¹⁴ s⁻¹
5×10¹⁵ s⁻¹
5×10¹² s⁻¹

விடை: (4) 6×10¹⁴ s⁻¹. ஒரு இலத்திரனுக்கான சக்தி = 240000 J மோல்⁻¹ ÷ 6.022×10²³ மோல்⁻¹ = 3.985×10⁻¹⁹ J. E=hν என்பதிலிருந்து: ν = E/h = 3.985×10⁻¹⁹ / 6.626×10⁻³⁴ = 6.0×10¹⁴ s⁻¹.

2012 · P1 · Q19 🟢 உறுதி (confirmed)

பேரியத்தில் இவ்விளைவை உருவாக்கக்கூடிய ஒளியின் அதிகூடிய அலைநீளம்:

450 nm
480 nm
500 nm
530 nm
550 nm

விடை: உத்தியோகபூர்வ விடை: அனைத்து 5 பதில்களும் ஏற்கப்பட்டன (All).
குறிப்பு: இக்கேள்வி பரீட்சைத் திணைக்களத்தால் திருத்தமற்றது/தெளிவற்றது எனக் கண்டறியப்பட்டு, அனைத்து மாணவர்களுக்கும் மதிப்பெண் வழங்கப்பட்டது.
வகுப்பறை நிலையில் நேரடியாக அணுகினால்: λ_max = c/ν_min = (3.00×10⁸ m s⁻¹)/(6.0×10¹⁴ s⁻¹) ≈ 5.0×10⁻⁷ m = 500 nm (விருப்பம் (3) ஐக் குறிக்கும்). இக்கேள்வி ஏன் வெற்றிடமாக்கப்பட்டது என்பதற்கான உத்தியோகபூர்வ காரணம் இப்பகுப்பாய்வுக் கோப்பில் கிடைக்கவில்லை -- ஆயினும் "இவ்விளைவை உருவாக்கக்கூடிய" எனும் சொற்றொடர் தெளிவின்மையை உருவாக்கியிருக்கலாம் (எ.கா., threshold ஐ விடக் குறுகிய அலைநீளம் கொண்ட ஒளியும் "இவ்விளைவை உருவாக்கக்கூடியது" எனக் கருதப்படலாம் என்பதால் "அதிகூடிய" எனும் கோரிக்கை பல மாணவர்களுக்கு வேறுபட்ட விளக்கங்களுக்கு வழிவகுத்திருக்கலாம்).

2021 · P2 · Q1(c) 🟢 உறுதி (confirmed)

ஒரு லேசர் 695 nm அலைநீளம் கொண்ட ஃபோட்டோன்களை உமிழ்கிறது.
I. இப்ஃபோட்டோன்கள் மின்காந்த நிறமாலையின் எப்பகுதிக்குச் சொந்தமானவை?
II. இவ்வொரு மோல் ஃபோட்டோன்களின் சக்தியை kJ mol⁻¹ இல் கணக்கிடுக. (c=3.00×10⁸ m s⁻¹, h=6.63×10⁻³⁴ J s)

விடை: I. புலப்படும் (visible) பகுதி. 695 nm ஆனது புலப்படும் ஒளியின் (400-700 nm) சிவப்பு-அருகிலான முனையில் அமைந்துள்ளது.
II. ஒரு ஃபோட்டோனின் சக்தி E=h×(c/λ). ஒரு மோலுக்கு: E_mole=h×(c/λ)×N_A.
E_mole = [6.63×10⁻³⁴ × 3.00×10⁸ × 6.022×10²³] / (695×10⁻⁹) J mol⁻¹
= 1.72×10⁵ J mol⁻¹ = 172 kJ mol⁻¹.

2020 · P1 · Q18 🟢 உறுதி (confirmed)

v திசைவேகத்தில் பயணிக்கும் ஒரு நியூட்ரோனின் டி புரோக்லி அலைநீளம் λ. இந்நியூட்ரோனின் இயக்கவியல் சக்தி E (E=½mv²) நான்கு மடங்காக அதிகரிக்கப்பட்டால், புதிய டி புரோக்லி அலைநீளம்:
(1) λ/2 (2) λ/4 (3) 2λ (4) 4λ (5) 16λ

விடை: விடை: (1) λ/2.
டி புரோக்லி அலைநீளம் λ=h/p, இங்கு p=உந்தம். E=½mv² இலிருந்து p=mv=√(2mE) (ஏனெனில் E=p²/2m).
எனவே λ=h/√(2mE) ⇒ λ ∝ 1/√E.
E நான்கு மடங்காக அதிகரிக்கும்போது (E→4E): λ_{புதிய} = λ/√4 = λ/2.

📝 மேலும் பயிற்சி செய்ய

📝 வினாத்தொகுப்பு 📄 கடந்தகால வினாத்தாள்கள் 🧠 மைண்ட்மாப்கள்