ಅಧ್ಯಾಯ 11 ವಿಕಿರಣ ಮತ್ತು ದ್ರವ್ಯದ ದ್ವೈತ ಸ್ವರೂಪ

ಅಭ್ಯಾಸಗಳು

11.1 ಕಂಡುಹಿಡಿಯಿರಿ

(ಅ) ಗರಿಷ್ಠ ಆವೃತ್ತಿ, ಮತ್ತು

(ಬ) $30 \mathrm{kV}$ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಎಕ್ಸ್-ಕಿರಣಗಳ ಕನಿಷ್ಠ ತರಂಗಾಂತರ.

Show Answer

ಉತ್ತರ

ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ವಿಭವ, $V=30 \mathrm{kV}=3 \times 10^{4} \mathrm{~V}$

ಆದ್ದರಿಂದ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಶಕ್ತಿ, $E=3 \times 10^{4} \mathrm{eV}$

ಇಲ್ಲಿ,

$e=$ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನ ಮೇಲಿನ ಆವೇಶ $=1.6 \times 10^{-19} \mathrm{C}$

(ಅ)$\mathrm{X}$-ಕಿರಣಗಳಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಗರಿಷ್ಠ ಆವೃತ್ತಿ $=v$

ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಕೆಳಗಿನ ಸಂಬಂಧದಿಂದ ನೀಡಲಾಗಿದೆ:

$E=h v$

ಇಲ್ಲಿ,

$h=$ ಪ್ಲಾಂಕ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕ $=6.626 \times 10^{-34} \mathrm{Js}$

$\therefore v=\frac{E}{h}$

$$ =\frac{1.6 \times 10^{-19} \times 3 \times 10^{4}}{6.626 \times 10^{-34}}=7.24 \times 10^{18} \mathrm{~Hz} $$

ಆದ್ದರಿಂದ, ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಎಕ್ಸ್-ಕಿರಣಗಳ ಗರಿಷ್ಠ ಆವೃತ್ತಿ $7.24 \times 10^{18} \mathrm{~Hz}$.

(ಬ)ಎಕ್ಸ್-ಕಿರಣಗಳಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಕನಿಷ್ಠ ತರಂಗಾಂತರವನ್ನು ಕೆಳಗಿನಂತೆ ನೀಡಲಾಗಿದೆ:

$$ \begin{aligned} & \lambda=\frac{c}{v} \\ & =\frac{3 \times 10^{8}}{7.24 \times 10^{18}}=4.14 \times 10^{-11} \mathrm{~m}=0.0414 \mathrm{~nm} \end{aligned} $$

ಆದ್ದರಿಂದ, ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಎಕ್ಸ್-ಕಿರಣಗಳ ಕನಿಷ್ಠ ತರಂಗಾಂತರ $0.0414 \mathrm{~nm}$.

11.2 ಸೀಸಿಯಮ್ ಲೋಹದ ಕಾರ್ಯ ಕ್ರಿಯಾಂಕ $2.14 \mathrm{eV}$. $6 \times 10^{14} \mathrm{~Hz}$ ಆವೃತ್ತಿಯ ಬೆಳಕು ಲೋಹದ ಮೇಲ್ಮೈ ಮೇಲೆ ಪತನವಾದಾಗ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಫೋಟೋ-ಉತ್ಸರ್ಜನೆ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ. ಉತ್ಸರ್ಜಿತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ

(ಅ) ಗರಿಷ್ಠ ಗತಿಶಕ್ತಿ ಎಷ್ಟು,

(ಬ) ನಿಲುಗಡೆ ವಿಭವ ಎಷ್ಟು, ಮತ್ತು

(ಸಿ) ಗರಿಷ್ಠ ವೇಗ ಎಷ್ಟು?

Show Answer

ಉತ್ತರ

ಸೀಸಿಯಮ್ ಲೋಹದ ಕಾರ್ಯ ಕ್ರಿಯಾಂಕ, $\phi_{0}=2.14 \mathrm{eV}$

ಬೆಳಕಿನ ಆವೃತ್ತಿ, $v=6.0 \times 10^{14} \mathrm{~Hz}$

(ಅ)ಗರಿಷ್ಠ ಗತಿಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಫೋಟೋವಿದ್ಯುತ್ ಪರಿಣಾಮದಿಂದ ಕೆಳಗಿನಂತೆ ನೀಡಲಾಗಿದೆ:

$$ K=h v-\phi_{0} $$

ಇಲ್ಲಿ,

$$ \begin{aligned} & h=\text { Planck’s constant }=6.626 \times 10^{-34} \mathrm{Js} \\ & \therefore K=\frac{6.626 \times 10^{34} \times 6 \times 10^{14}}{1.6 \times 10^{-19}}-2.14 \\ & \quad=2.485-2.140=0.345 \mathrm{eV} \end{aligned} $$

ಆದ್ದರಿಂದ, ಉತ್ಸರ್ಜಿತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಗರಿಷ್ಠ ಗತಿಶಕ್ತಿ $0.345 \mathrm{eV}$.

(ಬ)ನಿಲುಗಡೆ ವಿಭವ $V_{0}$ ಗಾಗಿ, ನಾವು ಗತಿಶಕ್ತಿಗೆ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ಬರೆಯಬಹುದು:

$$ \begin{aligned} & K=e V_{0} \\ & \therefore V_{0}=\frac{K}{e} \\ & \quad=\frac{0.345 \times 1.6 \times 10^{-19}}{1.6 \times 10^{-19}}=0.345 \mathrm{~V} \end{aligned} $$

ಆದ್ದರಿಂದ, ವಸ್ತುವಿನ ನಿಲುಗಡೆ ವಿಭವ $0.345 \mathrm{~V}$.

(ಸಿ)ಉತ್ಸರ್ಜಿತ ಫೋಟೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಗರಿಷ್ಠ ವೇಗ $=v$

ಆದ್ದರಿಂದ, ಗತಿಶಕ್ತಿಗೆ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಕೆಳಗಿನಂತೆ ಬರೆಯಬಹುದು:

$$ K=\frac{1}{2} m v^{2} $$

ಇಲ್ಲಿ,

$$ \begin{aligned} m & =\text { Mass of an electron }=9.1 \times 10^{-31} \mathrm{~kg} \\ v^{2} & =\frac{2 K}{m} \\ & =\frac{2 \times 0.345 \times 1.6 \times 10^{-19}}{9.1 \times 10^{-31}}=0.1104 \times 10^{12} \\ \therefore v & =3.323 \times 10^{5} \mathrm{~m} / \mathrm{s}=332.3 \mathrm{~km} / \mathrm{s} \end{aligned} $$

ಆದ್ದರಿಂದ, ಉತ್ಸರ್ಜಿತ ಫೋಟೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಗರಿಷ್ಠ ವೇಗ $332.3 \mathrm{~km} / \mathrm{s}$.

11.3 ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಪ್ರಯೋಗದಲ್ಲಿ ಫೋಟೋವಿದ್ಯುತ್ ನಿಲುಗಡೆ ವಿಭವ $1.5 \mathrm{~V}$. ಉತ್ಸರ್ಜಿತ ಫೋಟೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಗರಿಷ್ಠ ಗತಿಶಕ್ತಿ ಎಷ್ಟು?

Show Answer

ಉತ್ತರ

ಫೋಟೋವಿದ್ಯುತ್ ನಿಲುಗಡೆ ವಿಭವ, $V_{0}=1.5 \mathrm{~V}$

ಉತ್ಸರ್ಜಿತ ಫೋಟೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಗರಿಷ್ಠ ಗತಿಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಕೆಳಗಿನಂತೆ ನೀಡಲಾಗಿದೆ:

$$ K_{e}=e V_{0} $$

ಇಲ್ಲಿ,

$e=$ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನ ಮೇಲಿನ ಆವೇಶ $=1.6 \times 10^{-19} \mathrm{C}$

$$ \begin{aligned} \therefore K_{e} & =1.6 \times 10^{-19} \times 1.5 \\ & =2.4 \times 10^{-19} \mathrm{~J} \end{aligned} $$

ಆದ್ದರಿಂದ, ನೀಡಲಾದ ಪ್ರಯೋಗದಲ್ಲಿ ಉತ್ಸರ್ಜಿತ ಫೋಟೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಗರಿಷ್ಠ ಗತಿಶಕ್ತಿ $2.4 \times 10^{-19} \mathrm{~J}$.

11.4 $632.8 \mathrm{~nm}$ ತರಂಗಾಂತರದ ಏಕವರ್ಣೀ ಬೆಳಕನ್ನು ಹೀಲಿಯಮ್-ನಿಯಾನ್ ಲೇಸರ್ ಉತ್ಪತ್ತಿ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಹೊರಸೂಸುವ ಶಕ್ತಿ $9.42 \mathrm{~mW}$.

(ಅ) ಬೆಳಕಿನ ಕಿರಣದಲ್ಲಿನ ಪ್ರತಿ ಫೋಟಾನ್ ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಆವೇಗವನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿಯಿರಿ,

(ಬ) ಸರಾಸರಿಯಾಗಿ, ಪ್ರತಿ ಸೆಕೆಂಡಿಗೆ ಎಷ್ಟು ಫೋಟಾನ್ಗಳು ಈ ಕಿರಣದಿಂದ ವಿಕಿರಣಗೊಳಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಗುರಿಯನ್ನು ತಲುಪುತ್ತವೆ? (ಕಿರಣವು ಗುರಿಯ ವಿಸ್ತೀರ್ಣಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಇರುವ ಏಕರೂಪದ ಅಡ್ಡ-ಛೇದನವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಎಂದು ಭಾವಿಸಿ), ಮತ್ತು

(ಸಿ) ಫೋಟಾನ್ನ ಆವೇಗಕ್ಕೆ ಸಮನಾದ ಆವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಲು ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಪರಮಾಣು ಎಷ್ಟು ವೇಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸಬೇಕು?

Show Answer

ಉತ್ತರ

ಏಕವರ್ಣೀ ಬೆಳಕಿನ ತರಂಗಾಂತರ, $\lambda=632.8 \mathrm{~nm}=632.8 \times 10^{-9} \mathrm{~m}$

ಲೇಸರ್ನಿಂದ ಹೊರಸೂಸುವ ಶಕ್ತಿ, $P=9.42 \mathrm{~mW}=9.42 \times 10^{-3} \mathrm{~W}$

ಪ್ಲಾಂಕ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕ, $h=6.626 \times 10^{-34} \mathrm{Js}$

ಬೆಳಕಿನ ವೇಗ, $c=3 \times 10^{8} \mathrm{~m} / \mathrm{s}$

ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಪರಮಾಣುವಿನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ, $m=1.66 \times 10^{-27} \mathrm{~kg}$

(ಅ)ಪ್ರತಿ ಫೋಟಾನ್ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಕೆಳಗಿನಂತೆ ನೀಡಲಾಗಿದೆ:

$$ \begin{aligned} E & =\frac{h c}{\lambda} \\ & =\frac{6.626 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^{8}}{632.8 \times 10^{-9}}=3.141 \times 10^{-19} \mathrm{~J} \end{aligned} $$

ಪ್ರತಿ ಫೋಟಾನ್ ಆವೇಗವನ್ನು ಕೆಳಗಿನಂತೆ ನೀಡಲಾಗಿದೆ:

$$ \begin{aligned} P & =\frac{h}{\lambda} \\ & =\frac{6.626 \times 10^{-34}}{632.8}=1.047 \times 10^{-27} \mathrm{~kg} \mathrm{~m} \mathrm{~s}^{-1} \end{aligned} $$

(ಬ)ಕಿರಣದಿಂದ ವಿಕಿರಣಗೊಳಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಗುರಿಯನ್ನು ಪ್ರತಿ ಸೆಕೆಂಡಿಗೆ ತಲುಪುವ ಫೋಟಾನ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ $=n$

ಕಿರಣವು ಗುರಿಯ ವಿಸ್ತೀರ್ಣಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಇರುವ ಏಕರೂಪದ ಅಡ್ಡ-ಛೇದನವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಎಂದು ಭಾವಿಸಿ.

ಆದ್ದರಿಂದ, ಶಕ್ತಿಗೆ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ಕೆಳಗಿನಂತೆ ಬರೆಯಬಹುದು:

$$ \begin{aligned} P & =n E \\ \therefore n & =\frac{P}{E} \\ & =\frac{9.42 \times 10^{-3}}{3.141 \times 10^{-19}} \approx 3 \times 10^{16} \text { photon } / \mathrm{s} \end{aligned} $$

(ಸಿ)ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಪರಮಾಣುವಿನ ಆವೇಗವು ಫೋಟಾನ್ ಆವೇಗಕ್ಕೆ ಸಮಾನವಾಗಿರುತ್ತದೆ, $p=1.047 \times 10^{-27} \mathrm{~kg} \mathrm{~m} \mathrm{~s}^{-1}$

ಆವೇಗವನ್ನು ಕೆಳಗಿನಂತೆ ನೀಡಲಾಗಿದೆ:

$p=m v$

ಇಲ್ಲಿ,

$v=$ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಪರಮಾಣುವಿನ ವೇಗ

$$ \begin{aligned} \therefore v & =\frac{p}{m} \\ & =\frac{1.047 \times 10^{-27}}{1.66 \times 10^{-27}}=0.621 \mathrm{~m} / \mathrm{s} \end{aligned} $$

11.5 ಫೋಟೋವಿದ್ಯುತ್ ಪರಿಣಾಮದ ಪ್ರಯೋಗದಲ್ಲಿ, ನಿಲುಗಡೆ ವಿಭವ ಮತ್ತು ಪತನ ಬೆಳಕಿನ ಆವೃತ್ತಿಯ ನಡುವಿನ ವಕ್ರರೇಖೆಯ ಇಳಿಜಾರು $4.12 \times 10^{-15} \mathrm{~V} \mathrm{~s}$ ಎಂದು ಕಂಡುಬಂದಿದೆ. ಪ್ಲಾಂಕ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕದ ಮೌಲ್ಯವನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡಿ.

Show Answer

ಉತ್ತರ

ನಿಲುಗಡೆ ವಿಭವ $(V)$ ಮತ್ತು ಪತನ ಬೆಳಕಿನ ಆವೃತ್ತಿ $(v)$ ನಡುವಿನ ವಕ್ರರೇಖೆಯ ಇಳಿಜಾರನ್ನು ಕೆಳಗಿನಂತೆ ನೀಡಲಾಗಿದೆ:

$\frac{V}{v}=4.12 \times 10^{-15} \mathrm{Vs}$

$V$ ಅನ್ನು ಆವೃತ್ತಿಯೊಂದಿಗೆ ಕೆಳಗಿನ ಸಮೀಕರಣದಿಂದ ಸಂಬಂಧಿಸಲಾಗಿದೆ:

$h v=e V$

ಇಲ್ಲಿ,

$e=$ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನ ಮೇಲಿನ ಆವೇಶ $=1.6 \times 10^{-19} \mathrm{C}$

$h=$ ಪ್ಲಾಂಕ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕ

$\therefore h=e \times \frac{V}{v}$

$=1.6 \times 10^{-19} \times 4.12 \times 10^{-15}=6.592 \times 10^{-34} \mathrm{JS}$

ಆದ್ದರಿಂದ, ಪ್ಲಾಂಕ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕದ ಮೌಲ್ಯ $6.592 \times 10^{-34} \mathrm{Js}$.

11.6 ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಲೋಹದ ಮಿತಿ ಆವೃತ್ತಿ $3.3 \times 10^{14} \mathrm{~Hz}$. $8.2 \times 10^{14} \mathrm{~Hz}$ ಆವೃತ್ತಿಯ ಬೆಳಕು ಲೋಹದ ಮೇಲೆ ಪತನವಾದರೆ, ಫೋಟೋವಿದ್ಯುತ್ ಉತ್ಸರ್ಜನೆಗೆ ನಿಲುಗಡೆ ವಿಭವವನ್ನು ಊಹಿಸಿ.

Show Answer

ಉತ್ತರ

ಲೋಹದ ಮಿತಿ ಆವೃತ್ತಿ, $v_{0}=3.3 \times 10^{14} \mathrm{~Hz}$

ಲೋಹದ ಮೇಲೆ ಪತನವಾಗುವ ಬೆಳಕಿನ ಆವೃತ್ತಿ, $v=8.2 \times 10^{14} \mathrm{~Hz}$

ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನ ಮೇಲಿನ ಆವೇಶ, $e=1.6 \times 10^{-19} \mathrm{C}$

ಪ್ಲಾಂಕ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕ, $h=6.626 \times 10^{-34} \mathrm{Js}$

ಲೋಹದಿಂದ ಫೋಟೋವಿದ್ಯುತ್ ಉತ್ಸರ್ಜನೆಗೆ ನಿಲುಗಡೆ ವಿಭವ $=V_{0}$

ನಿಲುಗಡೆ ಶಕ್ತಿಗೆ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ಕೆಳಗಿನಂತೆ ನೀಡಲಾಗಿದೆ:

$$ \begin{aligned} e V_{0} & =h\left(v-v_{0}\right) \\ V_{0} & =\frac{h\left(v-v_{0}\right)}{e} \\ & =\frac{6.626 \times 10^{-34} \times\left(8.2 \times 10^{14}-3.3 \times 10^{14}\right)}{1.6 \times 10^{-19}}=2.0292 \mathrm{~V} \end{aligned} $$

ಆದ್ದರಿಂದ, ಫೋಟೋವಿದ್ಯುತ್ ಉತ್ಸರ್ಜನೆಗೆ ನಿಲುಗಡೆ ವಿಭವ $2.0292 \mathrm{~V}$.

11.7 ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಲೋಹದ ಕಾರ್ಯ ಕ್ರಿಯಾಂಕ $4.2 \mathrm{eV}$. $330 \mathrm{~nm}$ ತರಂಗಾಂತರದ ಪತನ ವಿಕಿರಣಕ್ಕೆ ಈ ಲೋಹವು ಫೋಟೋವಿದ್ಯುತ್ ಉತ್ಸರ್ಜನೆಯನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆಯೇ?

Show Answer

ಉತ್ತರ

ಲೋಹದ ಕಾರ್ಯ ಕ್ರಿಯಾಂಕ, $\phi_{0}=4.2 \mathrm{eV}$

ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನ ಮೇಲಿನ ಆವೇಶ, $e=1.6 \times 10^{-19} \mathrm{C}$

ಪ್ಲಾಂಕ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕ, $h=6.626 \times 10^{-34} \mathrm{Js}$

ಪತನ ವಿಕಿರಣದ ತರಂಗಾಂತರ, $\lambda=330 \mathrm{~nm}=330 \times 10^{-9} \mathrm{~m}$

ಬೆಳಕಿನ ವೇಗ, $c=3 \times 10^{8} \mathrm{~m} / \mathrm{s}$

ಪತನ ಫೋಟಾನ್ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಕೆಳಗಿನಂತೆ ನೀಡಲಾಗಿದೆ:

$$ \begin{aligned} E & =\frac{h c}{\lambda} \\ & =\frac{6.626 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^{8}}{330 \times 10^{-9}}=6.0 \times 10^{-19} \mathrm{~J} \\ & =\frac{6.0 \times 10^{-19}}{1.6 \times 10^{-19}}=3.76 \mathrm{eV} \end{aligned} $$

ಪತನ ವಿಕಿರಣದ ಶಕ್ತಿಯು ಲೋಹದ ಕಾರ್ಯ ಕ್ರಿಯಾಂಕಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಇದೆ ಎಂದು ಗಮನಿಸಬಹುದು. ಆದ್ದರಿಂದ, ಯಾವುದೇ ಫೋಟೋವಿದ್ಯುತ್ ಉತ್ಸರ್ಜನೆ ಸಂಭವಿಸುವುದಿಲ್ಲ.

11.8 $7.21 \times 10^{14} \mathrm{~Hz}$ ಆವೃತ್ತಿಯ ಬೆಳಕು ಲೋಹದ ಮೇಲ್ಮೈ ಮೇಲೆ ಪತನವಾಗುತ್ತದೆ. $6.0 \times 10^{5} \mathrm{~m} / \mathrm{s}$ ಗರಿಷ್ಠ ವೇಗದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಮೇಲ್ಮೈಯಿಂದ ಹೊರದೂಡಲ್ಪಡುತ್ತವೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಫೋಟೋ-ಉತ್ಸರ್ಜನೆಗೆ ಮಿತಿ ಆವೃತ್ತಿ ಎಷ್ಟು?

Show Answer

ಉತ್ತರ

ಪತನ ಫೋಟಾನ್ ಆವೃತ್ತಿ, $v=488 \mathrm{~nm}=488 \times 10^{-9} \mathrm{~m}$

ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಗರಿಷ್ಠ ವೇಗ, $v=6.0 \times 10^{5} \mathrm{~m} / \mathrm{s}$

ಪ್ಲಾಂಕ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕ, $h=6.626 \times 10^{-34} \mathrm{Js}$

ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ, $m=9.1 \times 10^{-31} \mathrm{~kg}$

ಮಿತಿ ಆವೃತ್ತಿ $v_{0}$ ಗಾಗಿ, ಗತಿಶಕ್ತಿಗೆ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಕೆಳಗಿನಂತೆ ಬರೆಯಲಾಗಿದೆ:

$$ \begin{aligned} & \frac{1}{2} m v^{2}=h\left(v-v_{0}\right) \\ & v_{0}=v-\frac{m v^{2}}{2 h} \\ & \quad=7.21 \times 10^{14}-\frac{\left(9.1 \times 10^{-31}\right) \times\left(6 \times 10^{5}\right)^{2}}{2 \times\left(6.626 \times 10^{-34}\right)} \\ & \quad=7.21 \times 10^{14}-2.472 \times 10^{14} \\ & \quad=4.738 \times 10^{14} \mathrm{~Hz} \end{aligned} $$

ಆದ್ದರಿಂದ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಫೋಟೋ-ಉತ್ಸರ್ಜನೆಗೆ ಮಿತಿ ಆವೃತ್ತಿ $4.738 \times 10^{14} \mathrm{~Hz}$.

11.9 $488 \mathrm{~nm}$ ತರಂಗಾಂತರದ ಬೆಳಕನ್ನು ಆರ್ಗಾನ್ ಲೇಸರ್ ಉತ್ಪತ್ತಿ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಅದನ್ನು ಫೋಟೋವಿದ್ಯುತ್ ಪರಿಣಾಮದಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ವರ್ಣರೇಖೆಯ ಬೆಳಕು ಉತ್ಸರ್ಜಕದ ಮೇಲೆ ಪತನವಾದಾಗ, ಫೋಟೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ನಿಲುಗಡೆ (ಕಟ್-ಆಫ್) ವಿಭವ $0.38 \mathrm{~V}$. ಉತ್ಸರ್ಜಕವನ್ನು ತಯಾರಿಸಲಾದ ವಸ್ತುವಿನ ಕಾರ್ಯ ಕ್ರಿಯಾಂಕವನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿಯಿರಿ.

Show Answer

ಉತ್ತರ

ಆರ್ಗಾನ್ ಲೇಸರ್ನಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಬೆಳಕಿನ ತರಂಗಾಂತರ, $\lambda=488 \mathrm{~nm}$ $=488 \times 10^{-9} \mathrm{~m}$

ಫೋಟೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ನಿಲುಗಡೆ ವಿಭವ, $V_{0}=0.38 \mathrm{~V}$

$$ \begin{aligned} & 1 \mathrm{eV}=1.6 \times 10^{-19} \mathrm{~J} \\ & \therefore V_{0}=\frac{0.38}{1.6 \times 10^{-19}} \mathrm{eV} \end{aligned} $$

ಪ್ಲಾಂಕ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕ, $h=6.6 \times 10^{-34} \mathrm{Js}$

ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನ ಮೇಲಿನ ಆವೇಶ, $e=1.6 \times 10^{-19} \mathrm{C}$

ಬೆಳಕಿನ ವೇಗ, $c=3 \times 10 \mathrm{~m} / \mathrm{s}$

ಐನ್ಸ್ಟೈನ್ನ ಫೋಟೋವಿದ್ಯುತ್ ಪರಿಣಾಮದಿಂದ, ಉತ್ಸರ್ಜಕದ ವಸ್ತುವಿನ ಕಾರ್ಯ ಕ್ರಿಯಾಂಕ $\Phi_{0}$ ಅನ್ನು ಒಳಗೊಂಡ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ನಾವು ಹೊಂದಿದ್ದೇವೆ:

$$ \begin{aligned} & e V_{0}=\frac{h c}{\lambda}-\phi_{0} \\ & \phi_{0}=\frac{h c}{\lambda}-e V_{0} \\ & \quad=\frac{6.6 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^{8}}{1.6 \times 10^{-19} \times 488 \times 10^{-9}}-\frac{1.6 \times 10^{-19} \times 0.38}{1.6 \times 10^{-19}} \\ & \quad=2.54-0.38=2.16 \mathrm{eV} \end{aligned} $$

ಆದ್ದರಿಂದ, ಉತ್ಸರ್ಜಕವನ್ನು ತಯಾರಿಸಲಾದ ವಸ್ತುವಿನ ಕಾರ್ಯ ಕ್ರಿಯಾಂಕ $2.16 \mathrm{eV}$.

11.10 ಕೆಳಗಿನವುಗಳ ಡಿ ಬ್ರೋಗ್ಲಿ ತರಂಗಾಂತರ ಎಷ್ಟು? (ಅ) $0.040 \mathrm{~kg}$ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯ ಗುಂಡು $1.0 \mathrm{~km} / \mathrm{s}$ ವೇಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತಿದೆ, (ಬ) $0.060 \mathrm{~kg}$ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯ ಚೆಂಡು $1.0 \mathrm{~m} / \mathrm{s}$ ವೇಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತಿದೆ, ಮತ್ತು (ಸಿ) $1.0 \times 10^{-9} \mathrm{~kg}$ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯ ಧೂಳಿನ ಕಣವು 2.2 $\mathrm{m} / \mathrm{s}$ ವೇಗದಲ್ಲಿ ತೇಲುತ್ತಿದೆ?

Show Answer

ಉತ್ತರ

(ಅ)ಗುಂಡಿನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ, $m=0.040 \mathrm{~kg}$

ಗುಂಡಿನ ವೇಗ, $v=1.0 \mathrm{~km} / \mathrm{s}=1000 \mathrm{~m} / \mathrm{s}$

ಪ್ಲಾಂಕ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕ, $h=6.6 \times 10^{-34} \mathrm{Js}$

ಗುಂಡಿನ ಡಿ ಬ್ರೋಗ್ಲಿ ತರಂಗಾಂತರವನ್ನು ಕೆಳಗಿನ ಸಂಬಂಧದಿಂದ ನೀಡಲಾಗಿದೆ:

$$ \begin{aligned} & \lambda=\frac{h}{m v} \\ & =\frac{6.6 \times 10^{-34}}{0.040 \times 1000}=1.65 \times 10^{-35} \mathrm{~m} \end{aligned} $$

ಚೆಂಡಿನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ, $m=0.060 \mathrm{~kg}$

ಚೆಂಡಿನ ವೇಗ, $v=1.0 \mathrm{~m} / \mathrm{s}$

ಚೆಂಡಿನ ಡಿ ಬ್ರೋಗ್ಲಿ ತರಂಗಾಂತರವನ್ನು ಕೆಳಗಿನ ಸಂಬಂಧದಿಂದ ನೀಡಲಾಗಿದೆ:

$$ \begin{aligned} & \lambda=\frac{h}{m v} \\ & =\frac{6.6 \times 10^{-34}}{0.060 \times 1}=1.1 \times 10^{-32} \mathrm{~m} \end{aligned} $$

(ಸಿ)ಧೂಳಿನ ಕಣದ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ, $m=1 \times 10^{-9} \mathrm{~kg}$

ಧೂಳಿನ ಕಣದ ವೇಗ, $v=2.2 \mathrm{~m} / \mathrm{s}$

ಧೂಳಿನ ಕಣದ ಡಿ ಬ್ರೋಗ್ಲಿ ತರಂಗಾಂತರವನ್ನು ಕೆಳಗಿನ ಸಂಬಂಧದಿಂದ ನೀಡಲಾಗಿದೆ:

$$ \lambda=\frac{h}{m v} $$

$=\frac{6.6 \times 10^{-34}}{2.2 \times 1 \times 10^{-9}}=3.0 \times 10^{-25} \mathrm{~m}$

11.11 ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ವಿಕಿರಣದ ತರಂಗಾಂತರವು ಅದರ ಕ್ವಾಂಟಮ್ (ಫೋಟಾನ್) ಡಿ ಬ್ರೋಗ್ಲಿ ತರಂಗಾಂತರಕ್ಕೆ ಸಮಾನವಾಗಿದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸಿ.

Show Answer

ಉತ್ತರ

$(h v)$ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಫೋಟಾನ್ ಆವೇಗವನ್ನು ಕೆಳಗಿನಂತೆ ನೀಡಲಾಗಿದೆ:

$$ \begin{align*} & p=\frac{h v}{c}=\frac{h}{\lambda} \\ & \lambda=\frac{h}{p} \tag{i} \end{align*} $$

ಇಲ್ಲಿ,

$\lambda=$ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ವಿಕಿರಣದ ತರಂಗಾಂತರ

$c=$ ಬೆಳಕಿನ ವೇಗ

$h=$ ಪ್ಲಾಂಕ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕ

ಫೋಟಾನ್ ಡಿ ಬ್ರೋಗ್ಲಿ ತರಂಗಾಂತರವನ್ನು ಕೆಳಗಿನಂತೆ ನೀಡಲಾಗಿದೆ:

$\lambda=\frac{h}{m v}$

ಆದರೆ $p=m v$

$\therefore \lambda=\frac{h}{p}$

ಇಲ್ಲಿ,

$m=$ ಫೋಟಾನ್ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ

$v=$ ಫೋಟಾನ್ ವೇಗ

ಆದ್ದರಿಂದ, ಸಮೀಕರಣಗಳು (i) ಮತ್ತು (ii) ನಿಂದ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ವಿಕಿರಣದ ತರಂಗಾಂತರವು ಫೋಟಾನ್ ಡಿ ಬ್ರೋಗ್ಲಿ ತರಂಗಾಂತರಕ್ಕೆ ಸಮಾನವಾಗಿದೆ ಎಂದು ನಿರ್ಣಯಿಸಬಹುದು.



sathee Ask SATHEE

Welcome to SATHEE !
Select from 'Menu' to explore our services, or ask SATHEE to get started. Let's embark on this journey of growth together! 🌐📚🚀🎓

I'm relatively new and can sometimes make mistakes.
If you notice any error, such as an incorrect solution, please use the thumbs down icon to aid my learning.
To begin your journey now, click on

Please select your preferred language