📚 கற்றல் முதன்மை க.பொ.த. (சா/த) க.பொ.த. (உ/த) பிற 🌐 English உள்நுழைய
பாடங்கள் · அலகு 11 · 11.1

ஒளிமின் விளைவு

⏱ 18 நி 🎯 ★★★★★

ஒளிமின் விளைவு (photoelectric effect) என்பது, பொருத்தமான அதிர்வெண் கொண்ட கதிர்வீச்சு (radiation) ஒரு உலோக மேற்பரப்பின் மீது விழும்போது அங்கிருந்து இலத்திரன்கள் வெளியேற்றப்படும் ஒரு குவாண்டம் நிகழ்வாகும். இது செவ்வியல் அலை இயக்கவியலால் (classical wave mechanics) விளக்க முடியாத பல ஆச்சரியமான பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது; அதனாலேயே இது ஒளியின் துகள் இயல்பை (particle nature) நிறுவிய மிக முக்கியமான நிகழ்வாக அமைகிறது.

இந்தச் சிமுலேட்டரால் சோதி

ஒளியின் அதிர்வெண் (frequency) மற்றும் செறிவை (intensity) மாற்றிப் பார். உச்ச அதிர்வெண்ணுக்குக் (threshold f₀) கீழே எவ்வளவு பிரகாசமான ஒளியானாலும் இலத்திரன் வெளியேறாது. அதிர்வெண் அதிகரித்தால் இயக்கச் சக்தி (KE) அதிகரிக்கும்; செறிவு அதிகரித்தால் இலத்திரன்களின் எண்ணிக்கை மட்டுமே அதிகரிக்கும்.

🔬 Photoelectric Effect Simulator
threshold f₀ = 5.0×10¹⁴ Hz  ·  status: emitting  ·  KE_max ∝ 2.0

1. காரண–விளைவுச் சங்கிலி

ஒளி உலோகத்தின் மீது பட்டு இலத்திரன் வெளியேறும்வரை நிகழும் மாற்றங்களைச் சங்கிலித் தொடராக அவதானிக்கலாம்:

காரணம்ஒளிக்கதிர் தொடர்ச்சியான அலையாக அல்லாமல், ஃபோட்டான் (photon) எனும் தனித்த சக்திப் பொதிகளாக மேற்பரப்பை அடைகிறது.
இடைவினைஒரு ஃபோட்டான் ஒரு இலத்திரனுடன் நேரடியாக மோதி, தனது முழுச் சக்தியையும் (E = hf) அதற்கு மாற்றுகிறது.
நிபந்தனைஅதிர்வெண் உச்ச அதிர்வெண்ணை (f₀) விட அதிகமாக, ஃபோட்டான் சக்தி வேலைச் சார்பை (φ) விட அதிகமாக இருக்க வேண்டும்.
விளைவுமீதிச் சக்தி இலத்திரனுக்கு இயக்கச் சக்தியாகக் கிடைத்து, அது உலோகத்தை விட்டு வெளியேறுகிறது.
Photoelectric equation
hf = φ + ½mv²_max  →  KE_max = hf − φ

இங்கு E = hf = hc/λ (ஃபோட்டான் சக்தி), φ = வேலைச் சார்பு = hf₀, h = பிளாங்க் மாறிலி = 6.63×10⁻³⁴ J s. நிறுத்து மின்னழுத்தம் (stopping potential) V_s எனில் eV_s = KE_max.

2. அலைக் கொள்கையால் ஏன் விளக்க முடியாது?

செவ்வியல் அலைக் கொள்கை ஒளியைத் தொடர்ச்சியான மின்காந்த அலையாகக் கருதியது; ஆனால் அதன் கணிப்பீடுகள் பரிசோதனைக்கு முரணாயின:

அவதானிப்புஅலைக் கொள்கை கூறுவதுஉண்மையில் நடப்பது
செறிவு vs சக்திசெறிவு↑ → இயக்கச் சக்தி↑செறிவு↑ → இலத்திரன் எண்ணிக்கை↑ மட்டுமே; KE அதிர்வெண்ணைச் சார்ந்தது
நேரத் தாமதம் (time lag)சக்தி திரட்ட நேரம் தேவைஒளி விழுந்த கணமே வெளியேற்றம்; தாமதமில்லை
உச்ச அதிர்வெண்எந்த அதிர்வெண்ணும் போதும் (செறிவு போதுமானால்)f₀-க்குக் கீழே எவ்வளவு செறிவானாலும் வெளியேற்றமில்லை

இம்முரண்பாடுகளைத் தீர்க்கவே ஐன்ஸ்டைன் ஒளியை ஃபோட்டான் எனும் துகளாக முன்மொழிந்து, குவாண்டம் கொள்கை மூலம் இவ்விளைவை விளக்கினார். சிமுலேட்டரில் செறிவை மட்டும் அதிகரித்துப் பார் — இலத்திரன்கள் அதிகம் வரும், ஆனால் வேகம் (KE) மாறாது.

3. தீர்க்கப்பட்ட எடுத்துக்காட்டு

எ.கா. தரப்பட்ட தரவுகள்: வேலைச் சார்பு φ = 2.5 eV, படும் ஃபோட்டான் சக்தி hf = 4 eV.
படி 1: ஒளிமின் சமன்பாடு KE_max = hf − φ.
படி 2: KE_max = 4 − 2.5
இறுதி முடிவு: KE_max = 1.5 eV. (செறிவை அதிகரித்தாலும் இம்மதிப்பு மாறாது; இலத்திரன் எண்ணிக்கை மட்டுமே மாறும்.)
தேர்வாளர் குறிப்பு
  • செறிவு → எண்ணிக்கை (மின்னோட்டம்); அதிர்வெண் → இயக்கச் சக்தி. இவ்வேறுபாடே அலைக் கொள்கையை மறுக்கிறது — கட்டுரையில் இதை எழுதுங்கள்.
  • eV → J மாற்ற 1 eV = 1.6×10⁻¹⁹ J.
  • KE_max எதிர்மறையாக வந்தால், அதன் பொருள் f < f₀ — வெளியேற்றமே இல்லை.

4. தேர்வுப் பாணி வினா

வினா

ஒரு உலோகத்தில் படும் ஒளியின் செறிவை இரட்டிப்பாக்கி, அதிர்வெண்ணை மாற்றாமல் வைத்தால், வெளியேறும் இலத்திரன்களின் அதிகபட்ச இயக்கச் சக்திக்கு என்ன நடக்கும்?

விடையைக் காண்க
அதிகபட்ச இயக்கச் சக்தி மாறாது (KE_max = hf − φ; f மாறவில்லை). வெளியேறும் இலத்திரன்களின் எண்ணிக்கை மட்டுமே இரட்டிக்கும் (மின்னோட்டம் ↑).

🎯 MCQ பயிற்சி — 20 கேள்விகள்

விடையைத் தெரிவுசெய்யவும் — பின்னர் ஒவ்வொரு விருப்பத்துக்கும் ஏன் சரி / தவறு எனும் விளக்கமும் ஆழமான விளக்கமும் (deep explanation) தோன்றும்.

Q1 / 20 ★★★★★
ஒளி-மின் விளைவு (photoelectric effect)?
(1) ஒளி வெப்பத்தை உருவாக்கும் / light produces heat
அது வெப்பம்.
(2) ஒளி உலோக மேற்பரப்பிலிருந்து இலத்திரன்களை வெளியேற்றும் / light ejects electrons from a metal surface
சரி.
(3) ஒளி காந்தத்தை உருவாக்கும் / light makes magnetism
இல்லை.
(4) மின்சாரம் ஒளியை உருவாக்கும் / electricity makes light
அது LED.
(5) அயனிமயமாக்கல்
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): ஒளி (UV/visible) ஒரு உலோக மேற்பரப்பின் மீது விழுந்தால், போதிய ஆற்றல் கொண்ட போட்டான்கள் இலத்திரன்களை வெளியேற்றுகின்றன. ஐன்ஸ்டீன் 1905-இல் போட்டான் கொள்கையால் விளக்கினார் → குவாண்டம் இயற்பியலின் தொடக்கம்.
Q2 / 20 ★★★★★
ஐன்ஸ்டீனின் ஒளி-மின் சமன்பாடு?
(1) hf = φ + KE_max
சரி.
(2) hf = φ − KE
அடையாளம் தவறு.
(3) hf = KE/φ
தவறு.
(4) f = h/φ
தவறு.
(5) KE = h+φ
தவறு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): hf = φ + KE_max; போட்டான் ஆற்றல் = வேலை செயல்பாடு (work function) + வெளியேறும் இலத்திரனின் அதிகபட்ச KE. KE_max = hf − φ.
Q3 / 20 ★★★★★
வேலை செயல்பாடு (work function) φ?
(1) இலத்திரனின் KE
அது விளைவு.
(2) உலோக மேற்பரப்பிலிருந்து இலத்திரனை வெளியேற்ற தேவையான குறைந்தபட்ச ஆற்றல் / minimum energy needed to eject an electron from the metal surface
சரி.
(3) ஒளியின் வேகம்
இல்லை.
(4) போட்டான் ஆற்றல்
அது hf.
(5) நிறை
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): φ = ஒரு இலத்திரனை மேற்பரப்பிலிருந்து விடுவிக்க தேவையான குறை ஆற்றல் (eV / J). cesium ≈ 2.1 eV, sodium ≈ 2.3, copper ≈ 4.7, platinum ≈ 6.3. குறை φ → அதிக அலைநீளம் (visible) போதும்.
Q4 / 20 ★★★★★
வரம்பு அலைவெண் (threshold frequency) f₀?
(1) f₀ = φh
அலகு தவறு.
(2) f₀ = φ/h
சரி.
(3) f₀ = h/φ
தலைகீழ்.
(4) f₀ = c/φ
இல்லை.
(5) f₀ = h·c
அலகு தவறு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): KE_max ≥ 0 → hf ≥ φ → f ≥ φ/h. வரம்பு f₀ = φ/h. f < f₀ → இலத்திரன்கள் வெளியேறாது (ஒளியின் தீவிரம் எவ்வளவு அதிகமாக இருந்தாலும்).
Q5 / 20 ★★★★★
ஒளியின் தீவிரம் (intensity) கூட்டினால்?
(1) இலத்திரன் KE_max கூடும்
இல்லை — அது f-ஐச் சார்ந்தது.
(2) வெளியேறும் இலத்திரன்களின் எண்ணிக்கை மட்டும் கூடும் / only the number of ejected electrons increases
சரி.
(3) f₀ குறையும்
மாறாது.
(4) இல்லாதது நிகழும்
இல்லை.
(5) நிறுத்துவான்
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): அதிக தீவிரம் = அதிக போட்டான்/வினாடி → அதிக photoelectron-கள் (saturation current↑); ஆனால் ஒவ்வொரு photoelectron-இன் KE_max = hf − φ அதே (தீவிரத்தைச் சாராது). கிளாஸிக்கல் ஒளி-அலை கோட்பாட்டை மறுக்கும் முக்கிய சாதனம்.
Q6 / 20 ★★★★☆
நிறுத்து-மின்னழுத்தம் (stopping voltage) V_s?
(1) hf = eV_s
இல்லை.
(2) KE_max = eV_s → V_s = (hf − φ)/e
சரி.
(3) V_s = φ/h
அலகு தவறு.
(4) V_s = h/e
அலகு தவறு.
(5) V_s = c/λ
அலகு தவறு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): V_s = வேகமான இலத்திரனையும் நிறுத்தும் எதிர் மின்னழுத்தம்; KE_max = eV_s → V_s = (hf − φ)/e. V_s vs f வரைபடம் சாய்வு = h/e (Planck மாறிலியின் அளவீடு).
Q7 / 20 ★★★★☆
φ = 2 eV, hf = 5 eV. KE_max?
(1) 7 eV
கூட்டல் தவறு.
(2) 3 eV
சரி — 5−2.
(3) 2.5 eV
தவறு.
(4) 10 eV
பெருக்கல்.
(5) 0 eV
நிலை கீழ்.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): KE_max = hf − φ = 5 − 2 = 3 eV = 4.8×10⁻¹⁹ J.
Q8 / 20 ★★★★☆
வரம்பு அலைநீளம் (threshold wavelength) λ₀?
(1) hc/φ
சரி.
(2) φ/hc
தலைகீழ்.
(3) h/φ
அலகு தவறு.
(4) c/φ
அலகு தவறு.
(5) hc·φ
தவறு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): E = hc/λ; வரம்பில் E = φ → λ₀ = hc/φ. λ > λ₀ → இலத்திரன் இல்லை. (குறை φ → பெரிய λ₀ → visible ஒளி போதும், உ-ம். cesium photocell.)
Q9 / 20 ★★★★☆
ஒரு போட்டான் ஆற்றல் E = ?
(1) hf = hc/λ
சரி.
(2) h/f
தலைகீழ்.
(3) h+f
கூட்டல் தவறு.
(4) mc²
அது rest energy.
(5) ½mv²
அது KE.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): E = hf = hc/λ; h = 6.63×10⁻³⁴ J·s, c = 3×10⁸ m/s. 1 eV = 1.6×10⁻¹⁹ J. λ ↑ → E ↓. red light photon ≈ 2 eV; UV ≈ 5 eV.
Q10 / 20 ★★★★☆
classical wave theory ஒளி-மின் விளைவை விளக்க முடியாததற்குக் காரணம்?
(1) வரம்பு அலைவெண் f₀ பற்றி கூறவில்லை; KE-ஐ தீவிரத்தோடு தொடர்புபடுத்துகிறது / it predicts no threshold and KE proportional to intensity
சரி.
(2) புள்ளி உள்ளது
இல்லை.
(3) f-ஐ KE-உடன் இணைக்கிறது
அது குவாண்டம் கொள்கை.
(4) quantum-ஐ விளக்கும்
இல்லை.
(5) LED-ஐ விளக்கும்
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): அலை கொள்கைப்படி எந்த f-இலும் போதிய தீவிரம் இலத்திரனை வெளியேற்ற வேண்டும், மற்றும் KE தீவிரத்தைச் சார்ந்திருக்க வேண்டும். ஆனால் சோதனை: f < f₀ → 0 இலத்திரன் (தீவிரம் எவ்வளவாக இருந்தாலும்); KE_max தீவிரத்தைச் சாராது, f-ஐச் சார்ந்தது. போட்டான் கொள்கையால் மட்டுமே விளக்கம்.
Q11 / 20 ★★★★☆
φ = 2.3 eV (sodium). வரம்பு λ₀?
(1) 540 nm
சரி — hc/φ.
(2) 230 nm
தவறு.
(3) 1080 nm
இரட்டிப்பு.
(4) 100 nm
மிக.
(5) 300 nm
UV.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): λ₀ = hc/φ = (1240 eV·nm)/2.3 eV ≈ 539 nm (பச்சை-மஞ்சள் ஒளி). visible ஒளியிலேயே வெளியேற்றம்.
Q12 / 20 ★★★☆☆
ஒளி-மின் விளைவில் இலத்திரன் வெளியேறும் கால தாமதம்?
(1) வினாடிகள் (classical)
அது கிளாஸிக்கல் கணிப்பு.
(2) கிட்டத்தட்ட பூஜ்ஜியம் (≈ 10⁻⁹ s) / nearly zero (≈ 10⁻⁹ s)
சரி.
(3) நிமிடங்கள்
இல்லை.
(4) மணி நேரம்
இல்லை.
(5) நாள்
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): குவாண்டம்: போட்டான் இலத்திரனை ஒரு "துடிப்பில்" தாக்கி உடனடியாக ஆற்றலைத் தருகிறது → கால தாமதம் ≈10⁻⁹ s மட்டுமே. கிளாஸிக்கல்: ஒளி ஆற்றலை மெதுவாகச் சேமிக்க வேண்டும் → வினாடிகள் (சோதனை மறுக்கிறது).
Q13 / 20 ★★★☆☆
V_s vs f வரைபடம் — சாய்வு?
(1) h
தவறு.
(2) e
தவறு.
(3) h/e
சரி.
(4) c
இல்லை.
(5) φ/e
அது y-வெட்டு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): eV_s = hf − φ → V_s = (h/e)f − φ/e. சாய்வு = h/e (≈4.14×10⁻¹⁵ V·s); y-வெட்டு = −φ/e; x-வெட்டு (V_s=0) = f₀ = φ/h. சோதனையால் Planck மாறிலியை அளக்க உதவுகிறது.
Q14 / 20 ★★★☆☆
ஒளி-மின் விளைவின் ஒரு பயன்?
(1) LED
அது emission.
(2) photodiode/solar cell, photocell, image intensifier / photodiode/solar cell, photocell, image intensifier
சரி.
(3) மின்மாற்றி
இல்லை.
(4) மோட்டார்
இல்லை.
(5) ரிலே மட்டும்
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): ஒளி-மின் கொள்கையின் பயன்: photocell (கதவு திறப்பு, ஒளியளவி), photodiode (ஒளி உணரி), solar cell (ஒளி→மின் சக்தி), photomultiplier tube (மிகச்சிறு ஒளி கண்டறிதல்), image intensifier (இரவு பார்வை).
Q15 / 20 ★★★★☆
φ = 4 eV. 6 eV photon இலத்திரனைத் தாக்கினால் வேகம் v? (m_e = 9.1×10⁻³¹)
(1) 8.4×10⁵ m/s
சரி — KE=2 eV.
(2) 3×10⁸
அது c.
(3) 6×10⁵
தவறு.
(4) 6×10⁶
தவறு.
(5) 0 (வரம்புக்குக் கீழ்)
KE>0.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): KE_max = 6−4 = 2 eV = 3.2×10⁻¹⁹ J. ½mv² = KE → v = √(2KE/m) = √(2×3.2×10⁻¹⁹/9.1×10⁻³¹) ≈ √(7.03×10¹¹) ≈ 8.4×10⁵ m/s.
Q16 / 20 ★★★☆☆
ஒரு போட்டான் உடைய உந்தம் (momentum) p?
(1) mv
நிறை=0.
(2) hf/c = h/λ
சரி.
(3) ½mv²
அது KE.
(4) hλ
அலகு தவறு.
(5) c/λ
அலகு தவறு.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): போட்டான் நிறையற்றது (m=0) ஆனால் உந்தம் கொண்டது: p = E/c = hf/c = h/λ. ஒளி அழுத்தம் (solar sail), Compton scattering-இல் வெளிப்பாடு.
Q17 / 20 ★★★★☆
அலைவெண் இரட்டிப்பாக்கப்பட்டால் (f > f₀) KE_max?
(1) இரட்டிப்பாகும் / doubles
தோராயம்.
(2) 2hf − φ ஆகும் (இரட்டிப்பு அல்ல) / becomes 2hf − φ (not doubled)
சரி.
(3) மாறாது
f-ஐச் சார்ந்தது.
(4) நான்கு மடங்கு
இல்லை.
(5) பாதி
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): KE_max(f) = hf − φ; KE_max(2f) = 2hf − φ. (KE_max இரட்டிப்பாகாது — φ முழுமையாக கழிக்கப்படும்.)
Q18 / 20 ★★★☆☆
வரம்பு அலைநீளத்துக்கு (λ₀) மேல் (λ > λ₀)?
(1) photoelectron-கள் வேகமாகி
இல்லை.
(2) photoelectron இல்லை (E < φ) / no photoelectron (E < φ)
சரி.
(3) KE அதிகம்
இல்லை.
(4) படத்தி தீவிரம்
இல்லை.
(5) நிற்காமல்
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): λ > λ₀ → hf = hc/λ < φ → இலத்திரனை வெளியேற்ற போதிய ஆற்றல் இல்லை → 0 photoelectron (தீவிரம் எவ்வளவாக இருந்தாலும்).
Q19 / 20 ★★★☆☆
Planck மாறிலி h-இன் அலகு?
(1) J
அலகு தவறு.
(2) J·s
சரி.
(3) s⁻¹
f-ஐ.
(4) W
திறன்.
(5) J/K
Boltzmann.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): E = hf → h = E/f = J/s⁻¹ = J·s. h = 6.626×10⁻³⁴ J·s. (h-bar ℏ = h/2π.)
Q20 / 20 ★★★☆☆
ஒளி எதுவும் இல்லாமல் இலத்திரனை வெளியேற்ற தாமதம் classical கொள்கைப்படி?
(1) உடனடி
அது quantum.
(2) நிமிடம்/மணி நேரம் (ஆற்றல் சேர்க்கை) / minutes to hours (energy accumulation)
சரி.
(3) மீ-வினாடி
இல்லை.
(4) நாள்கணக்கான
இல்லை.
(5) ஆண்டு
இல்லை.
ஆழமான விளக்கம் (Deep): அலை கொள்கைப்படி குறை தீவிரத்தில் ஒளி ஆற்றலை மெதுவாக சேமிக்க வேண்டும் (≈ நிமிடம்-மணி நேரம்). சோதனை: ≈10⁻⁹ s. → ஒளி குவாண்டா → போட்டான்.

📝 கட்டமைக்கப்பட்ட வினாக்கள் — 3

கட்டமைப்பு வினா 1 8 புள்ளி
cesium photocell: φ = 2.1 eV.
(a) வரம்பு அலைவெண் f₀ & λ₀ கணக்கிடுக.
விடை
φ = 2.1 eV = 2.1×1.6×10⁻¹⁹ = 3.36×10⁻¹⁹ J
f₀ = φ/h = 3.36×10⁻¹⁹/6.63×10⁻³⁴ ≈ 5.07×10¹⁴ Hz
λ₀ = c/f₀ ≈ 3×10⁸/5.07×10¹⁴ ≈ 591 nm (மஞ்சள் ஒளி)
(b) λ = 400 nm UV-ஐ பயன்படுத்தினால் KE_max?
விடை
E = hc/λ = 1240/400 = 3.1 eV
KE_max = E − φ = 3.1 − 2.1 = 1 eV = 1.6×10⁻¹⁹ J
(c) நிறுத்து-மின்னழுத்தம் V_s?
விடை
eV_s = KE_max → V_s = 1 V
கட்டமைப்பு வினா 2 6 புள்ளி
classical vs quantum.
(a) classical wave கொள்கையில் ஒளி-மின் விளைவின் மூன்று கணிப்புகள் ஏன் தவறு என்று கூறுக.
விடை
(1) எந்த f-இலும் (போதிய தீவிரம் இருந்தால்) இலத்திரன் வெளியேற வேண்டும் — ஆனால் f
(b) ஐன்ஸ்டீனின் போட்டான் கொள்கை இவற்றை எவ்வாறு விளக்குகிறது எனக் கூறுக.
விடை
ஒளி குவாண்டா (போட்டான்) இலத்திரனை ஒன்றுக்கொன்றாகத் தாக்கும்; hf < φ → வெளியேற்றம் இல்லை; hf > φ → KE_max = hf − φ (f-ஐ மட்டுமே சார்ந்தது); தீவிரம் = photon எண்/வினாடி → photoelectron எண்; தாக்கம் உடனடி → கால தாமதம் ≈0.
கட்டமைப்பு வினா 3 5 புள்ளி
Planck மாறிலி அளவீடு.
(a) V_s vs f வரைபடம் வரைந்து சாய்விலிருந்து h-ஐ எவ்வாறு காண்பீர்கள் எனக் கூறுக.
விடை
eV_s = hf − φ → V_s = (h/e)f − (φ/e). வரைபடம் நேர்க்கோடு. சாய்வு m = h/e → h = m·e. y-வெட்டு = −φ/e → φ = −e·(y-வெட்டு). x-வெட்டு (V_s=0) → f₀ = φ/h.
(b) சாய்வு 4.14×10⁻¹⁵ V·s எனில் h.
விடை
h = m·e = 4.14×10⁻¹⁵ × 1.6×10⁻¹⁹ = 6.62×10⁻³⁴ J·s
(Planck மாறிலி).

✍️ கட்டுரை வினாக்கள் — 4

கட்டுரை வினா 1 10 புள்ளி
(a) ஒளி-மின் விளைவை விளக்கி, ஐன்ஸ்டீனின் சமன்பாடு hf = φ + KE_max-ஐ வரைக. (b) classical wave கொள்கை ஏன் தோல்வியடைகிறது & quantum (photon) கொள்கை எவ்வாறு விளக்குகிறது எனக் கூறுக. (c) φ = 2.5 eV, λ = 300 nm — KE_max & V_s.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) ஒளி உலோக மேற்பரப்பின் மீது விழும்போது இலத்திரன்கள் வெளியேறுகின்றன. ஐன்ஸ்டீன்: ஒவ்வொரு போட்டான் ஆற்றல் hf இலத்திரனுக்கு அளிக்கிறது; φ-ஐ விட அதிகம் இருந்தால் வெளியேறும்; hf = φ + KE_max.
(b) அலை கொள்கை: KE ∝ தீவிரம், வரம்பு இல்லை, தாமதம் வினாடிகள் — அனைத்தும் தவறு. போட்டான்: ஒவ்வொன்றும் hf கொண்ட பல போட்டான்கள்; hf < φ → 0, hf > φ → KE_max = hf − φ (தீவிரத்தைச் சாராது); தீவிரம் = போட்டான்/வினாடி → photoelectron-கள் எண்; ஒன்றுக்கொன்றாக மோதல் → உடனடி.
(c)
E = hc/λ = 1240/300 ≈ 4.13 eV
KE_max = 4.13 − 2.5 = 1.63 eV = 2.61×10⁻¹⁹ J
V_s = KE_max/e = 1.63 V
கட்டுரை வினா 2 10 புள்ளி
(a) வரம்பு அலைவெண் f₀ & வேலை செயல்பாடு φ-ஐ வரையறுத்து, λ₀ = hc/φ-ஐ தருவிக்க. (b) V_s vs f வரைபடத்திலிருந்து h, φ, f₀-ஐ எவ்வாறு காண்பீர்கள் எனக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) φ = ஒரு இலத்திரனை மேற்பரப்பிலிருந்து விடுவிக்க தேவையான குறைந்தபட்ச ஆற்றல். வரம்பு அலைவெண் f₀ = புத்தம் புதிய KE இல்லாமல் வெளியேற்றும் அலைவெண்: hf₀ = φ → f₀ = φ/h. λ₀ = c/f₀ = c·h/φ → λ₀ = hc/φ.
(b) eV_s = hf − φ → V_s = (h/e)f + (−φ/e). சாய்வு = h/e → h = சாய்வு × e. y-வெட்டு = −φ/e → φ = −e × (y-வெட்டு). x-வெட்டு (V_s=0): f = φ/h = f₀. மூன்று மாறிலிகளையும் ஒரே வரைபடத்திலிருந்து பெறலாம் (Millikan-Einstein சோதனை).
கட்டுரை வினா 3 10 புள்ளி
(a) ஒளி-மின் விளைவில் ஒளியின் தீவிரத்தின் & அலைவெண்ணின் பாத்திரத்தை வேறுபடுத்துக. (b) எந்த எந்த கூறுகள் classical கொள்கையை மறுக்கின்றன என — மூன்று சோதனைச் சாட்சிகளைக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) தீவிரம்: photon எண்/வினாடி → photoelectron எண்/வினாடி (saturation current). KE_max-ஐ பாதிக்காது. அலைவெண்: ஒரு போட்டானின் ஆற்றல் hf → KE_max = hf − φ-ஐத் தீர்மானிக்கிறது. f < f₀ → 0 photoelectron (தீவிரம் எவ்வளவாக இருந்தாலும்).
(b) (1) வரம்பு அலைவெண்: fKE-f சார்பு: KE_max f-உடன் நேர்க்கோடு, தீவிரம் சாராது — அலை: KE ∝ தீவிரம். (3) உடனடி emission: மிகக் குறை தீவிரத்திலும் ≈10⁻⁹ s — அலை: வினாடி-கால ஆற்றல் சேர்க்கை தேவை.
கட்டுரை வினா 4 10 புள்ளி
(a) ஒரு போட்டானின் ஆற்றல் & உந்தம் தோற்றத்தைக் கூறி, ஒளியின் இரட்டை இயல்பை (wave-particle duality) விளக்குக. (b) ஒளி-மின் விளைவின் இரு பயன்பாடுகளை விளக்குக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) போட்டான்: ஒளியின் குவாண்டம் — ஆற்றல் E = hf = hc/λ, உந்தம் p = E/c = h/λ; நிறை m=0. ஒளி interference/diffraction-இல் அலையாகவும், ஒளி-மின்/Compton scattering-இல் துகளாகவும் தோற்றமளிக்கிறது → wave-particle duality. de Broglie இதை matter-க்கும் (λ = h/p) நீட்டித்தார். குவாண்டம் இயற்பியலின் அடிப்படை.
(b) (1) Solar cell: p-n சந்தியில் போட்டான்கள் இலத்திரன்-துளை சோடிகளை உருவாக்கி, உள் புலம் அவற்றை பிரித்து மின்னோட்டம் தருகிறது (ஒளி→மின் சக்தி). (2) Photocell/photodiode: ஒளி இலத்திரனை வெளியேற்றி மின்னோட்டம் தருகிறது → ஒளி உணரி, தானியங்கி தெருவிளக்கு, கதவு திறப்பு, படக்காண்பீ.