11.1 ಪರಿಚಯ

ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತತ್ವದ ಮ್ಯಾಕ್ಸ್ವೆಲ್ನ ಸಮೀಕರಣಗಳು ಮತ್ತು 1887 ರಲ್ಲಿ ಹರ್ಟ್ಜ್ ನಡೆಸಿದ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ತರಂಗಗಳ ಉತ್ಪಾದನೆ ಮತ್ತು ಪತ್ತೆಹಚ್ಚುವ ಪ್ರಯೋಗಗಳು ಬೆಳಕಿನ ತರಂಗ ಸ್ವರೂಪವನ್ನು ದೃಢವಾಗಿ ಸ್ಥಾಪಿಸಿದವು. 19ನೇ ಶತಮಾನದ ಅಂತ್ಯದ ಸಮಯದಲ್ಲಿಯೇ, ಕಡಿಮೆ ಒತ್ತಡದಲ್ಲಿ ವಿಸರ್ಜನಾ ನಳಿಕೆಯೊಳಗೆ ಅನಿಲಗಳ ಮೂಲಕ ವಿದ್ಯುತ್ ವಹನ (ವಿದ್ಯುತ್ ವಿಸರ್ಜನೆ) ಕುರಿತ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ತನಿಖೆಗಳು ಅನೇಕ ಐತಿಹಾಸಿಕ ಆವಿಷ್ಕಾರಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾದವು. 1895 ರಲ್ಲಿ ರಾಂಟ್ಜೆನ್ ನಿಂದ ಎಕ್ಸ್-ಕಿರಣಗಳ ಆವಿಷ್ಕಾರ ಮತ್ತು 1897 ರಲ್ಲಿ ಜೆ. ಜೆ. ಥಾಮ್ಸನ್ ನಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ನ ಆವಿಷ್ಕಾರವು ಪರಮಾಣು ರಚನೆಯ ಅರ್ಥಗ್ರಹಣದಲ್ಲಿ ಮಹತ್ವದ ಮೈಲಿಗಲ್ಲುಗಳಾಗಿದ್ದವು. ಸುಮಾರು $0.001 \mathrm{~mm}$ ಪಾದರಸ ಸ್ತಂಭದ ಒತ್ತಡದಲ್ಲಿ, ವಿಸರ್ಜನಾ ನಳಿಕೆಯಲ್ಲಿನ ಅನಿಲಕ್ಕೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸಿದಾಗ ಎರಡು ವಿದ್ಯುದ್ಗ್ರಾಹಕಗಳ ನಡುವೆ ವಿಸರ್ಜನೆ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಕಂಡುಬಂದಿತು. ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಗೆ ಎದುರಾಗಿರುವ ಗಾಜಿನ ಮೇಲೆ ಪ್ರತಿದೀಪ್ತಿ ಹೊಳಪು ಕಾಣಿಸಿಕೊಂಡಿತು. ಗಾಜಿನ ಹೊಳಪಿನ ಬಣ್ಣವು ಗಾಜಿನ ಪ್ರಕಾರವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿತ್ತು, ಸೋಡಾ ಗಾಜಿಗೆ ಅದು ಹಳದಿ-ಹಸಿರು ಬಣ್ಣದ್ದಾಗಿತ್ತು. ಈ ಪ್ರತಿದೀಪ್ತಿಯ ಕಾರಣವು ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ನಿಂದ ಬರುವಂತೆ ಕಾಣಿಸುವ ವಿಕಿರಣಕ್ಕೆ ಆರೋಪಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿತು. ಈ ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಕಿರಣಗಳನ್ನು 1870 ರಲ್ಲಿ ವಿಲಿಯಂ ಕ್ರೂಕ್ಸ್ ಆವಿಷ್ಕರಿಸಿದರು, ನಂತರ 1879 ರಲ್ಲಿ, ಈ ಕಿರಣಗಳು ವೇಗವಾಗಿ ಚಲಿಸುವ ಋಣಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳ ಹರಿವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸಿದರು. ಬ್ರಿಟಿಷ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞ ಜೆ. ಜೆ. ಥಾಮ್ಸನ್ (1856-1940) ಈ ಕಲ್ಪನೆಯನ್ನು ದೃಢಪಡಿಸಿದರು. ವಿಸರ್ಜನಾ ನಳಿಕೆಯ ಅಡ್ಡಲಾಗಿ ಪರಸ್ಪರ ಲಂಬವಾದ ವಿದ್ಯುತ್ ಮತ್ತು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸಿ, ಜೆ. ಜೆ. ಥಾಮ್ಸನ್ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಕಿರಣ ಕಣಗಳ ವೇಗ ಮತ್ತು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಆವೇಶ [ಆವೇಶದಿಂದ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ಅನುಪಾತ $(\mathrm{e} / \mathrm{m})$ ] ಅನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಿದ ಮೊದಲ ವ್ಯಕ್ತಿಯಾದರು. ಅವು ಬೆಳಕಿನ ವೇಗದ ಸುಮಾರು 0.1 ರಿಂದ 0.2 ಪಟ್ಟು ವೇಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ ಎಂದು ಕಂಡುಬಂದಿತು $\left(3 \times 10^{8} \mathrm{~m} / \mathrm{s}\right)$. ಪ್ರಸ್ತುತ ಸ್ವೀಕೃತ ಮೌಲ್ಯ $e / \mathrm{m}$ $1.76 \times 10^{11} \mathrm{C} / \mathrm{kg}$ ಆಗಿದೆ. ಹೆಚ್ಚುವರಿಯಾಗಿ, $e / \mathrm{m}$ ನ ಮೌಲ್ಯವು ಕ್ಯಾಥೋಡ್ (ಉತ್ಸರ್ಜಕ) ಆಗಿ ಬಳಸಲಾದ ವಸ್ತು/ಲೋಹದ ಸ್ವರೂಪ ಅಥವಾ ವಿಸರ್ಜನಾ ನಳಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಸೇರಿಸಿದ ಅನಿಲವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರಲಿಲ್ಲ. ಈ ಅವಲೋಕನವು ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಕಿರಣ ಕಣಗಳ ಸಾರ್ವತ್ರಿಕತೆಯನ್ನು ಸೂಚಿಸಿತು.

ಅದೇ ಸಮಯದ ಸುಮಾರಿಗೆ, 1887 ರಲ್ಲಿ, ಕೆಲವು ಲೋಹಗಳು, ಅತಿನೇರಳೆ ಬೆಳಕಿನಿಂದ ವಿಕಿರಣಕ್ಕೆ ಒಳಪಡಿಸಿದಾಗ, ಕಡಿಮೆ ವೇಗಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಋಣಾತ್ಮಕ ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳನ್ನು ಉತ್ಸರ್ಜಿಸುತ್ತವೆ ಎಂದು ಕಂಡುಬಂದಿತು. ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನಕ್ಕೆ ಬಿಸಿ ಮಾಡಿದಾಗ ಕೆಲವು ಲೋಹಗಳು ಋಣಾತ್ಮಕ ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳನ್ನು ಉತ್ಸರ್ಜಿಸುತ್ತವೆ ಎಂದೂ ಕಂಡುಬಂದಿತು. ಈ ಕಣಗಳ $e / m$ ನ ಮೌಲ್ಯವು ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಕಿರಣ ಕಣಗಳಿಗೆ ಇರುವ ಮೌಲ್ಯದಂತೆಯೇ ಇತ್ತು. ಹೀಗಾಗಿ ಈ ಎಲ್ಲಾ ಕಣಗಳು, ವಿಭಿನ್ನ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಉತ್ಪಾದಿಸಲ್ಪಟ್ಟರೂ, ಸ್ವರೂಪದಲ್ಲಿ ಒಂದೇ ಆಗಿವೆ ಎಂದು ಈ ಅವಲೋಕನಗಳು ಸ್ಥಾಪಿಸಿದವು. ಜೆ. ಜೆ. ಥಾಮ್ಸನ್, 1897 ರಲ್ಲಿ, ಈ ಕಣಗಳನ್ನು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳು ಎಂದು ಹೆಸರಿಸಿದರು ಮತ್ತು ಅವು ಮೂಲಭೂತ, ಸಾರ್ವತ್ರಿಕ ದ್ರವ್ಯದ ಘಟಕಗಳಾಗಿವೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸಿದರು. ಅನಿಲಗಳ ಮೂಲಕ ವಿದ್ಯುತ್ ವಹನದ ಕುರಿತು ತಮ್ಮ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಮತ್ತು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ತನಿಖೆಗಳ ಮೂಲಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ನ ತಮ್ಮ ಯುಗಾಂತಕಾರಿ ಆವಿಷ್ಕಾರಕ್ಕಾಗಿ, ಅವರಿಗೆ 1906 ರಲ್ಲಿ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ನೊಬೆಲ್ ಪ್ರಶಸ್ತಿ ನೀಡಲಾಯಿತು. 1913 ರಲ್ಲಿ, ಅಮೇರಿಕನ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞ ಆರ್. ಎ. ಮಿಲಿಕನ್ (1868-1953) ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ನ ಆವೇಶದ ನಿಖರ ಮಾಪನಕ್ಕಾಗಿ ಅಗ್ರಗಣ್ಯ ತೈಲ-ಬಿಂದು ಪ್ರಯೋಗವನ್ನು ನಡೆಸಿದರು. ತೈಲ-ಬಿಂದುವಿನ ಮೇಲಿನ ಆವೇಶವು ಯಾವಾಗಲೂ ಮೂಲ ಆವೇಶ $1.602 \times 10^{-19} \mathrm{C}$ ನ ಪೂರ್ಣಾಂಕ ಗುಣಕವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಎಂದು ಅವರು ಕಂಡುಹಿಡಿದರು. ವಿದ್ಯುದಾವೇಶವು ಕ್ವಾಂಟೀಕೃತವಾಗಿದೆ ಎಂದು ಮಿಲಿಕನ್ ನ ಪ್ರಯೋಗವು ಸ್ಥಾಪಿಸಿತು. ಆವೇಶ $(e)$ ಮತ್ತು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಆವೇಶ $(e / m)$ ನ ಮೌಲ್ಯಗಳಿಂದ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ $(m)$ ನಿರ್ಧರಿಸಬಹುದಾಗಿತ್ತು.

11.2 ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಉತ್ಸರ್ಜನೆ

ಲೋಹಗಳು ಮುಕ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳನ್ನು (ಋಣಾತ್ಮಕ ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳು) ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ, ಅವು ಅವುಗಳ ವಾಹಕತೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗಿರುತ್ತವೆ ಎಂದು ನಮಗೆ ತಿಳಿದಿದೆ. ಆದರೆ, ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಮುಕ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳು ಲೋಹದ ಮೇಲ್ಮೈಯಿಂದ ಹೊರಬರಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ. ಒಂದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಲೋಹದಿಂದ ಹೊರಬರಲು ಪ್ರಯತ್ನಿಸಿದರೆ, ಲೋಹದ ಮೇಲ್ಮೈ ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶವನ್ನು ಪಡೆದುಕೊಂಡು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅನ್ನು ಮತ್ತೆ ಲೋಹದ ಕಡೆಗೆ ಎಳೆಯುತ್ತದೆ. ಹೀಗಾಗಿ ಮುಕ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅನ್ನು ಅಯಾನುಗಳ ಆಕರ್ಷಕ ಬಲಗಳಿಂದ ಲೋಹದ ಮೇಲ್ಮೈ ಒಳಗೆ ಹಿಡಿದಿಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಆಕರ್ಷಕ ಎಳೆತವನ್ನು ಮೀರಿಸಲು ಸಾಕಷ್ಟು ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಪಡೆದಿದ್ದರೆ ಮಾತ್ರ ಲೋಹದ ಮೇಲ್ಮೈಯಿಂದ ಹೊರಬರಬಹುದು. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅನ್ನು ಲೋಹದ ಮೇಲ್ಮೈಯಿಂದ ಹೊರತೆಗೆಯಲು ನೀಡಬೇಕಾದ ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಕನಿಷ್ಠ ಶಕ್ತಿಯ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ. ಲೋಹದ ಮೇಲ್ಮೈಯಿಂದ ತಪ್ಪಿಸಿಕೊಳ್ಳಲು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗೆ ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಈ ಕನಿಷ್ಠ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಲೋಹದ ಕಾರ್ಯಕ್ರಿಯೆ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಇದನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ $\phi_{0}$ ನಿಂದ ಸೂಚಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು eV (ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವೋಲ್ಟ್) ನಲ್ಲಿ ಅಳೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಒಂದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವೋಲ್ಟ್ ಎಂದರೆ 1 ವೋಲ್ಟ್ ನ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸದಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಗೊಂಡಾಗ ಪಡೆದ ಶಕ್ತಿ, ಆದ್ದರಿಂದ $1 \mathrm{eV}=1.602 \times 10^{-19} \mathrm{~J}$.

ಶಕ್ತಿಯ ಈ ಏಕಮಾನವನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಪರಮಾಣು ಮತ್ತು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯರ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕಾರ್ಯಕ್ರಿಯೆ $\left(\phi_{0}\right)$ ಲೋಹದ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ಮತ್ತು ಅದರ ಮೇಲ್ಮೈಯ ಸ್ವರೂಪವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ.

ಲೋಹದ ಮೇಲ್ಮೈಯಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಉತ್ಸರ್ಜನೆಗೆ ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಕನಿಷ್ಠ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಈ ಕೆಳಗಿನ ಯಾವುದೇ ಒಂದು ಭೌತಿಕ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಮೂಲಕ ಮುಕ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳಿಗೆ ನೀಡಬಹುದು:

(i) ಉಷ್ಣಾಯಾನಿಕ ಉತ್ಸರ್ಜನೆ: ಸೂಕ್ತವಾಗಿ ಬಿಸಿ ಮಾಡುವ ಮೂಲಕ, ಮುಕ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳಿಗೆ ಲೋಹದಿಂದ ಹೊರಬರಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗುವಂತೆ ಸಾಕಷ್ಟು ಉಷ್ಣ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ನೀಡಬಹುದು.

(ii) ಕ್ಷೇತ್ರ ಉತ್ಸರ್ಜನೆ: ಲೋಹಕ್ಕೆ ಬಹಳ ಬಲವಾದ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ($10^{8} \mathrm{~V} \mathrm{~m}^{-1}$ ಕ್ರಮದ) ಅನ್ವಯಿಸುವ ಮೂಲಕ, ಸ್ಪಾರ್ಕ್ ಪ್ಲಗ್ ನಲ್ಲಿರುವಂತೆ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳನ್ನು ಲೋಹದಿಂದ ಹೊರತೆಗೆಯಬಹುದು.

(iii) ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಉತ್ಸರ್ಜನೆ: ಸೂಕ್ತ ಆವರ್ತನದ ಬೆಳಕು ಲೋಹದ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ಪ್ರಕಾಶಿಸಿದಾಗ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳು ಲೋಹದ ಮೇಲ್ಮೈಯಿಂದ ಉತ್ಸರ್ಜಿಸಲ್ಪಡುತ್ತವೆ. ಈ ದ್ಯುತಿ(ಬೆಳಕು)-ಉತ್ಪಾದಿತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳನ್ನು ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುದಾವೇಶಗಳು ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.

11.3 ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪರಿಣಾಮ

11.3.1 ಹರ್ಟ್ಜ್ ನ ಅವಲೋಕನಗಳು

ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಉತ್ಸರ್ಜನೆಯ ವಿದ್ಯಮಾನವನ್ನು 1887 ರಲ್ಲಿ ಹೈನ್ರಿಚ್ ಹರ್ಟ್ಜ್ (1857-1894) ಅವರ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ತರಂಗ ಪ್ರಯೋಗಗಳ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಆವಿಷ್ಕರಿಸಲಾಯಿತು. ಸ್ಪಾರ್ಕ್ ವಿಸರ್ಜನೆಯ ಮೂಲಕ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ತರಂಗಗಳ ಉತ್ಪಾದನೆಯ ಕುರಿತ ತನ್ನ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ತನಿಖೆಯಲ್ಲಿ, ಉತ್ಸರ್ಜಕ ತಟ್ಟೆಯು ಆರ್ಕ್ ದೀಪದಿಂದ ಅತಿನೇರಳೆ ಬೆಳಕಿನಿಂದ ಪ್ರಕಾಶಿಸಲ್ಪಟ್ಟಾಗ ಪತ್ತೆಹಚ್ಚುವ ಲೂಪ್ ಅಡ್ಡಲಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಸ್ಪಾರ್ಕ್ ಗಳು ವರ್ಧಿಸಲ್ಪಟ್ಟವು ಎಂದು ಹರ್ಟ್ಜ್ ಗಮನಿಸಿದರು.

ಲೋಹದ ಮೇಲ್ಮೈ ಮೇಲೆ ಬೀಳುವ ಬೆಳಕು ಹೇಗೋ ಮುಕ್ತ, ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳು (ಈಗ ನಮಗೆ ತಿಳಿದಿರುವಂತೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳು) ತಪ್ಪಿಸಿಕೊಳ್ಳಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡಿತು. ಬೆಳಕು ಲೋಹದ ಮೇಲ್ಮೈ ಮೇಲೆ ಬಿದ್ದಾಗ, ಮೇಲ್ಮೈಯ ವಸ್ತುವಿನಲ್ಲಿರುವ ಧನಾತ್ಮಕ ಅಯಾನುಗಳ ಆಕರ್ಷಣೆಯನ್ನು ಮೀರಿಸಲು ಘಟನ ವಿಕಿರಣದಿಂದ ಸಾಕಷ್ಟು ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಕೆಲವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳು ಮೇಲ್ಮೈಗೆ ಸಮೀಪದಲ್ಲಿರುತ್ತವೆ. ಘಟನ ಬೆಳಕಿನಿಂದ ಸಾಕಷ್ಟು ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಪಡೆದ ನಂತರ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳು ಲೋಹದ ಮೇಲ್ಮೈಯಿಂದ ಸುತ್ತಮುತ್ತಲಿನ ಸ್ಥಳಕ್ಕೆ ತಪ್ಪಿಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತವೆ.

11.3.2 ಹಾಲ್ವಾಕ್ಸ್ ಮತ್ತು ಲೆನಾರ್ಡ್ ನ ಅವಲೋಕನಗಳು

ವಿಲ್ಹೆಲ್ಮ್ ಹಾಲ್ವಾಕ್ಸ್ ಮತ್ತು ಫಿಲಿಪ್ ಲೆನಾರ್ಡ್ 1886-1902 ರ ಅವಧಿಯಲ್ಲಿ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಉತ್ಸರ್ಜನೆಯ ವಿದ್ಯಮಾನವನ್ನು ವಿವರವಾಗಿ ತನಿಖೆ ಮಾಡಿದರು.

ಲೆನಾರ್ಡ್ (1862-1947) ಅವಲೋಕಿಸಿದಂತೆ, ಅತಿನೇರಳೆ ವಿಕಿರಣಗಳನ್ನು ಎರಡು ವಿದ್ಯುದ್ಗ್ರಾಹಕಗಳನ್ನು (ಲೋಹದ ತಟ್ಟೆಗಳು) ಸುತ್ತುವರೆದಿರುವ ನಿರ್ವಾತ ಗಾಜಿನ ನಳಿಕೆಯ ಉತ್ಸರ್ಜಕ ತಟ್ಟೆಯ ಮೇಲೆ ಬೀಳಲು ಅನುಮತಿಸಿದಾಗ, ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ನಲ್ಲಿ ಪ್ರವಾಹ ಹರಿಯುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 11.1). ಅತಿನೇರಳೆ ವಿಕಿರಣಗಳನ್ನು ನಿಲ್ಲಿಸಿದ ತಕ್ಷಣ, ಪ್ರವಾಹದ ಹರಿವೂ ನಿಂತುಹೋಯಿತು. ಈ ಅವಲೋಕನಗಳು ಅತಿನೇರಳೆ ವಿಕಿರಣಗಳು ಉತ್ಸರ್ಜಕ ತಟ್ಟೆ $\mathrm{C}$ ಮೇಲೆ ಬಿದ್ದಾಗ, ಅದರಿಂದ ಹೊರಹಾಕಲ್ಪಟ್ಟ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಿಂದ ಧನಾತ್ಮಕ, ಸಂಗ್ರಾಹಕ ತಟ್ಟೆ A ಕಡೆಗೆ ಆಕರ್ಷಿಸಲ್ಪಡುತ್ತವೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತವೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳು ನಿರ್ವಾತ ಗಾಜಿನ ನಳಿಕೆಯ ಮೂಲಕ ಹರಿಯುತ್ತವೆ, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಪ್ರವಾಹ ಹರಿಯುತ್ತದೆ. ಹೀಗಾಗಿ, ಉತ್ಸರ್ಜಕದ ಮೇಲ್ಮೈ ಮೇಲೆ ಬೀಳುವ ಬೆಳಕು ಬಾಹ್ಯ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ನಲ್ಲಿ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತದೆ. ಈ ದ್ಯುತಿ ಪ್ರವಾಹವು ಸಂಗ್ರಾಹಕ ತಟ್ಟೆಯ ಸಂಭಾವ್ಯತೆಯೊಂದಿಗೆ ಮತ್ತು ಘಟನ ಬೆಳಕಿನ ಆವರ್ತನ ಮತ್ತು ತೀವ್ರತೆಯೊಂದಿಗೆ ಹೇಗೆ ಬದಲಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ಹಾಲ್ವಾಕ್ಸ್ ಮತ್ತು ಲೆನಾರ್ಡ್ ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಿದರು.

ಹಾಲ್ವಾಕ್ಸ್, 1888 ರಲ್ಲಿ, ಮುಂದಿನ ಅಧ್ಯಯನವನ್ನು ಕೈಗೊಂಡು ಋಣಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಆವೇಶಿತ ಜಿಂಕ್ ತಟ್ಟೆಯನ್ನು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪ್ ಗೆ ಸಂಪರ್ಕಿಸಿದರು. ಅದು ಅತಿನೇರಳೆ ಬೆಳಕಿನಿಂದ ಪ್ರಕಾಶಿಸಲ್ಪಟ್ಟಾಗ ಜಿಂಕ್ ತಟ್ಟೆಯು ತನ್ನ ಆವೇಶವನ್ನು ಕಳೆದುಕೊಂಡಿತು ಎಂದು ಅವರು ಗಮನಿಸಿದರು. ಹೆಚ್ಚುವರಿಯಾಗಿ, ಆವೇಶರಹಿತ ಜಿಂಕ್ ತಟ್ಟೆಯು ಅತಿನೇರಳೆ ಬೆಳಕಿನಿಂದ ವಿಕಿರಣಕ್ಕೆ ಒಳಪಡಿಸಿದಾಗ ಧನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಆವೇಶಗೊಂಡಿತು. ಧನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಆವೇಶಗೊಂಡ ಜಿಂಕ್ ತಟ್ಟೆಯ ಮೇಲಿನ ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶವು ಅತಿನೇರಳೆ ಬೆಳಕಿನಿಂದ ಪ್ರಕಾಶಿಸಲ್ಪಟ್ಟಾಗ ಮತ್ತಷ್ಟು ವರ್ಧಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿತು. ಈ ಅವಲೋಕನಗಳಿಂದ ಅತಿನೇರಳೆ ಬೆಳಕಿನ ಕ್ರಿಯೆಯ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಜಿಂಕ್ ತಟ್ಟೆಯಿಂದ ಋಣಾತ್ಮಕ ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳು ಉತ್ಸರ್ಜಿಸಲ್ಪಡುತ್ತವೆ ಎಂದು ಅವರು ತೀರ್ಮಾನಿಸಿದರು.

1897 ರಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ನ ಆವಿಷ್ಕಾರದ ನಂತರ, ಘಟನ ಬೆಳಕು ಉತ್ಸರ್ಜಕ ತಟ್ಟೆಯಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳು ಉತ್ಸರ್ಜಿಸಲ್ಪಡಲು ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ ಎಂಬುದು ಸ್ಪಷ್ಟವಾಯಿತು. ಋಣಾತ್ಮಕ ಆವೇಶದ ಕಾರಣ, ಉತ್ಸರ್ಜಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಿಂದ ಸಂಗ್ರಾಹಕ ತಟ್ಟೆಯ ಕಡೆಗೆ ತಳ್ಳಲ್ಪಡುತ್ತವೆ. ಉತ್ಸರ್ಜಕ ತಟ್ಟೆಯ ಮೇಲೆ ಅತಿನೇರಳೆ ಬೆಳಕು ಬಿದ್ದಾಗ, ಘಟನ ಬೆಳಕಿನ ಆವರ್ತನವು ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಕನಿಷ್ಠ ಮೌಲ್ಯಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಿದ್ದರೆ, ಅದನ್ನು ಮಿತಿ ಆವರ್ತನ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ, ಯಾವುದೇ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳು ಉತ್ಸರ್ಜಿಸಲ್ಪಡುವುದಿಲ್ಲ ಎಂದು ಹಾಲ್ವಾಕ್ಸ್ ಮತ್ತು ಲೆನಾರ್ಡ್ ಗಮನಿಸಿದರು. ಈ ಕನಿಷ್ಠ ಆವರ್ತನವು ಉತ್ಸರ್ಜಕ ತಟ್ಟೆಯ ವಸ್ತುವಿನ ಸ್ವರೂಪವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ.

ಜಿಂಕ್, ಕ್ಯಾಡ್ಮಿಯಂ, ಮೆಗ್ನೀಶಿಯಂ, ಇತ್ಯಾದಿ ಕೆಲವು ಲೋಹಗಳು ಕೇವಲ ಅತಿನೇರಳೆ ಬೆಳಕಿಗೆ, ಕಿರಿದಾದ ತರಂಗಾಂತರವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ, ಮೇಲ್ಮೈಯಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಉತ್ಸರ್ಜನೆಯನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಲು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಿಸುತ್ತವೆ ಎಂದು ಕಂಡುಬಂದಿತು. ಆದರೆ, ಲಿಥಿಯಂ, ಸೋಡಿಯಂ, ಪೊಟ್ಯಾಶಿಯಂ, ಸೀಸಿಯಂ ಮತ್ತು ರುಬಿಡಿಯಂ ನಂತಹ ಕೆಲವು ಕ್ಷಾರ ಲೋಹಗಳು ಗೋಚರ ಬೆಳಕಿಗೆ ಸಹ ಸೂಕ್ಷ್ಮವಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಈ ಎಲ್ಲಾ ದ್ಯುತಿಸೂಕ್ಷ್ಮ ವಸ್ತುಗಳು ಬೆಳಕಿನಿಂದ ಪ್ರಕಾಶಿಸಲ್ಪಟ್ಟಾಗ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳನ್ನು ಉತ್ಸರ್ಜಿಸುತ್ತವೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳ ಆವಿಷ್ಕಾರದ ನಂತರ, ಈ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳನ್ನು ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುದಾವೇಶಗಳು ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಯಿತು. ಈ ವಿದ್ಯಮಾನವನ್ನು ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪರಿಣಾಮ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.

11.4 ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪರಿಣಾಮದ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಅಧ್ಯಯನ

ಚಿತ್ರ 11.1 ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪರಿಣಾಮದ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಅಧ್ಯಯನಕ್ಕಾಗಿ ಬಳಸಲಾದ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ರೇಖಾಚಿತ್ರೀಯ ನೋಟವನ್ನು ಚಿತ್ರಿಸುತ್ತದೆ. ಇದು ತೆಳುವಾದ ದ್ಯುತಿಸೂಕ್ಷ್ಮ ತಟ್ಟೆ $\mathrm{C}$ ಮತ್ತು ಇನ್ನೊಂದು ಲೋಹದ ತಟ್ಟೆ A ಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ನಿರ್ವಾತ ಗಾಜು/ಕ್ವಾರ್ಟ್ಜ್ ನಳಿಕೆಯನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ. ಮೂಲ $\mathrm{S}$ ನಿಂದ ಸಾಕಷ್ಟು ಕಿರಿದಾದ ತರಂಗಾಂತರದ ಏಕವರ್ಣೀಯ ಬೆಳಕು ಕಿಟಕಿ $\mathrm{W}$ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗಿ ದ್ಯುತಿಸೂಕ್ಷ್ಮ ತಟ್ಟೆ $\mathrm{C}$ (ಉತ್ಸರ್ಜಕ) ಮೇಲೆ ಬೀಳುತ್ತದೆ. ಪಾರದರ್ಶಕ ಕ್ವಾರ್ಟ್ಜ್ ಕಿಟಕಿಯನ್ನು ಗಾಜಿನ ನಳಿಕೆಗೆ ಮುಚ್ಚಲಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಅದು ಅತಿನೇರಳೆ ವಿಕಿರಣವು ಅದರ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗಲು ಮತ್ತು ದ್ಯುತಿಸೂಕ್ಷ್ಮ ತಟ್ಟೆ $\mathrm{C}$ ವಿಕಿರಣಕ್ಕೆ ಒಳಪಡಿಸಲು ಅನುಮತಿಸುತ್ತದೆ. ತಟ್ಟೆ $\mathrm{C}$ ನಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳು ಉತ್ಸರ್ಜಿಸಲ್ಪಡುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಬ್ಯಾಟರಿಯಿಂದ ಸೃಷ್ಟಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಿಂದ ತಟ್ಟೆ A (ಸಂಗ್ರಾಹಕ) ದಿಂದ ಸಂಗ್ರಹಿಸಲ್ಪಡುತ್ತವೆ. ಬ್ಯಾಟರಿಯು ತಟ್ಟೆಗಳ ನಡುವಿನ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು $\mathrm{C}$ ಮತ್ತು $\mathrm{A}$ ನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ, ಅದನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸಬಹುದು. ತಟ್ಟೆಗಳ ಧ್ರುವೀಯತೆಯನ್ನು $\mathrm{C}$ ಮತ್ತು $\mathrm{A}$ ಕಮ್ಯುಟೇಟರ್ ಮೂಲಕ ತಿರುಗಿಸಬಹುದು. ಹೀಗಾಗಿ, ತಟ್ಟೆ $\mathrm{A}$ ಅನ್ನು ಉತ್ಸರ್ಜಕ C ಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಬಯಸಿದ ಧನಾತ್ಮಕ ಅಥವಾ ಋಣಾತ್ಮಕ ಸಂಭಾವ್ಯತೆಯಲ್ಲಿ ನಿರ್ವಹಿಸಬಹುದು. ಸಂಗ್ರಾಹಕ ತಟ್ಟೆ $\mathrm{A}$ ಉತ್ಸರ್ಜಕ ತಟ್ಟೆ $\mathrm{C}$ ಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಧನಾತ್ಮಕವಾಗಿರುವಾಗ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳು ಅದರ ಕಡೆಗೆ ಆಕರ್ಷಿಸಲ್ಪಡುತ್ತವೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳ ಉತ್ಸರ್ಜನೆಯು ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ನಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹದ ಹರಿವನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತದೆ. ಉತ್ಸರ್ಜಕ ಮತ್ತು ಸಂಗ್ರಾಹಕ ತಟ್ಟೆಗಳ ನಡುವಿನ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ವೋಲ್ಟ್ ಮೀಟರ್ (V) ಮೂಲಕ ಅಳೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ ಆದರೆ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ನಲ್ಲಿ ಹರಿಯುವ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ದ್ಯುತಿ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಮೈಕ್ರೋಅಮ್ಮೀಟರ್ $(\mu \mathrm{A})$ ಮೂಲಕ ಅಳೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಉತ್ಸರ್ಜಕ ತಟ್ಟೆ $\mathrm{C}$ ಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಸಂಗ್ರಾಹಕ ತಟ್ಟೆ A ಯ ಸಂಭಾವ್ಯತೆಯನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸುವ ಮೂಲಕ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಬಹುದು ಅಥವಾ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಬಹುದು. ಘಟನ ಬೆಳಕಿನ ತೀವ್ರತೆ ಮತ್ತು ಆವರ್ತನವನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸಬಹುದು, ಉತ್ಸರ್ಜಕ $\mathrm{C}$ ಮತ್ತು ಸಂಗ್ರಾಹಕ $\mathrm{A}$ ನಡುವಿನ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸ $V$ ಅನ್ನು ಸಹ ಬದಲಾಯಿಸಬಹುದು.

ಚಿತ್ರ 11.1 ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪರಿಣಾಮದ ಅಧ್ಯಯನಕ್ಕಾಗಿ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ವ್ಯವಸ್ಥೆ.

ನಾವು ಚಿತ್ರ 11.1 ರ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯನ್ನು (a) ವಿಕಿರಣದ ತೀವ್ರತೆ, (b) ಘಟನ ವಿಕಿರಣದ ಆವರ್ತನ, (c) ತಟ್ಟೆಗಳ ನಡುವಿನ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸ $\mathrm{A}$ ಮತ್ತು $\mathrm{C}$, ಮತ್ತು (d) ತಟ್ಟೆ C ಯ ವಸ್ತುವಿನ ಸ್ವರೂಪದೊಂದಿಗೆ ದ್ಯುತಿಪ್ರವಾಹದ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲು ಬಳಸಬಹುದು. ಉತ್ಸರ್ಜಕ $\mathrm{C}$ ಮೇಲೆ ಬೀಳುವ ಬೆಳಕಿನ ಮಾರ್ಗದಲ್ಲಿ ಸೂಕ್ತವಾದ ಬಣ್ಣದ ಫಿಲ್ಟರ್ ಅಥವಾ ಬಣ್ಣದ ಗಾಜನ್ನು ಇರಿಸುವ ಮೂಲಕ ವಿಭಿನ್ನ ಆವರ್ತನಗಳ ಬೆಳಕನ್ನು ಬಳಸಬಹುದು. ಬೆಳಕಿನ ಮೂಲದ ದೂರವನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸುವ ಮೂಲಕ ಬೆಳಕಿನ ತೀವ್ರತೆಯನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

11.4.1 ದ್ಯುತಿಪ್ರವಾಹದ ಮೇಲೆ ಬೆಳಕಿನ ತೀವ್ರತೆಯ ಪರಿಣಾಮ

ಸಂಗ್ರಾಹಕ A ಅನ್ನು ಉತ್ಸರ್ಜಕ $\mathrm{C}$ ಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಧನಾತ್ಮಕ ಸಂಭಾವ್ಯತೆಯಲ್ಲಿ ನಿರ್ವಹಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಆದ್ದರಿಂದ $\mathrm{C}$ ನಿಂದ ಹೊರಹಾಕಲ್ಪಟ್ಟ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳು ಸಂಗ್ರಾಹಕ A ಕಡೆಗೆ ಆಕರ್ಷಿಸಲ್ಪಡುತ್ತವೆ. ಘಟನ ವಿಕಿರಣದ ಆವರ್ತನ ಮತ್ತು ಸಂಭಾವ್ಯತೆಯನ್ನು ಸ್ಥಿರವಾಗಿಟ್ಟುಕೊಂಡು, ಬೆಳಕಿನ ತೀವ್ರತೆಯನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಪ್ರತಿ ಬಾರಿಯೂ ಅಳೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಚಿತ್ರ 11.2 ರಲ್ಲಿ ರೇಖಾಚಿತ್ರೀಯವಾಗಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ ದ್ಯುತಿಪ್ರವಾಹವು ಘಟನ ಬೆಳಕಿನ ತೀವ್ರತೆಯೊಂದಿಗೆ ರೇಖೀಯವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ಕಂಡುಬಂದಿದೆ. ದ್ಯುತಿಪ್ರವಾಹವು ಪ್ರತಿ ಸೆಕೆಂಡಿಗೆ ಉತ್ಸರ್ಜಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುದಾವೇಶಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಗೆ ನೇರ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ. ಇದು ಪ್ರತಿ ಸೆಕೆಂಡಿಗೆ ಉತ್ಸರ್ಜಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುದಾವೇಶಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯು ಘಟನ ವಿಕಿರಣದ ತೀವ್ರತೆಗೆ ನೇರ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ.

ಚಿತ್ರ 11.2 ಬೆಳಕಿನ ತೀವ್ರತೆಯೊಂದಿಗೆ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹದ ವ್ಯತ್ಯಾಸ.

11