11.1 ਜਾਣ-ਪਛਾਣ

ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਮੈਗਨੇਟਿਜ਼ਮ ਦੇ ਮੈਕਸਵੈੱਲ ਦੇ ਸਮੀਕਰਨਾਂ ਅਤੇ 1887 ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਮੈਗਨੈਟਿਕ ਤਰੰਗਾਂ ਦੇ ਉਤਪਾਦਨ ਅਤੇ ਖੋਜ ‘ਤੇ ਹਰਟਜ਼ ਦੇ ਪ੍ਰਯੋਗਾਂ ਨੇ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਦੀ ਤਰੰਗ ਪ੍ਰਕਿਰਤੀ ਨੂੰ ਮਜ਼ਬੂਤੀ ਨਾਲ ਸਥਾਪਿਤ ਕੀਤਾ। 19ਵੀਂ ਸਦੀ ਦੇ ਅੰਤ ਵਿੱਚ ਇਸੇ ਸਮੇਂ ਦੇ ਦੌਰਾਨ, ਇੱਕ ਡਿਸਚਾਰਜ ਟਿਊਬ ਵਿੱਚ ਘੱਟ ਦਬਾਅ ‘ਤੇ ਗੈਸਾਂ ਦੁਆਰਾ ਬਿਜਲੀ ਦੇ ਚਾਲਨ (ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਡਿਸਚਾਰਜ) ‘ਤੇ ਪ੍ਰਯੋਗਾਤਮਕ ਜਾਂਚਾਂ ਨੇ ਕਈ ਇਤਿਹਾਸਕ ਖੋਜਾਂ ਦੀ ਅਗਵਾਈ ਕੀਤੀ। 1895 ਵਿੱਚ ਰੋਂਟਜਨ ਦੁਆਰਾ ਐਕਸ-ਰੇਜ਼ ਦੀ ਖੋਜ, ਅਤੇ 1897 ਵਿੱਚ ਜੇ. ਜੇ. ਥੌਮਸਨ ਦੁਆਰਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਦੀ ਖੋਜ, ਪਰਮਾਣੂ ਬਣਤਰ ਦੀ ਸਮਝ ਵਿੱਚ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਮੀਲ-ਪੱਥਰ ਸਨ। ਇਹ ਪਾਇਆ ਗਿਆ ਕਿ ਪਾਰੇ ਦੇ ਕਾਲਮ ਦੇ ਲਗਭਗ $0.001 \mathrm{~mm}$ ਦੇ ਕਾਫ਼ੀ ਘੱਟ ਦਬਾਅ ‘ਤੇ, ਡਿਸਚਾਰਜ ਟਿਊਬ ਵਿੱਚ ਗੈਸ ‘ਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡ ਲਾਗੂ ਕਰਨ ‘ਤੇ ਦੋਵਾਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਡਿਸਚਾਰਜ ਹੋਇਆ। ਕੈਥੋਡ ਦੇ ਉਲਟ ਕੱਚ ‘ਤੇ ਇੱਕ ਫਲੋਰੋਸੈਂਟ ਚਮਕ ਦਿਖਾਈ ਦਿੱਤੀ। ਕੱਚ ਦੀ ਚਮਕ ਦਾ ਰੰਗ ਕੱਚ ਦੀ ਕਿਸਮ ‘ਤੇ ਨਿਰਭਰ ਕਰਦਾ ਸੀ, ਸੋਡਾ ਕੱਚ ਲਈ ਇਹ ਪੀਲਾ-ਹਰਾ ਸੀ। ਇਸ ਫਲੋਰੋਸੈਂਸ ਦਾ ਕਾਰਨ ਉਸ ਵਿਕਿਰਣ ਨੂੰ ਮੰਨਿਆ ਗਿਆ ਜੋ ਕੈਥੋਡ ਤੋਂ ਆ ਰਹੀ ਸੀ। ਇਹਨਾਂ ਕੈਥੋਡ ਕਿਰਨਾਂ ਦੀ ਖੋਜ 1870 ਵਿੱਚ ਵਿਲੀਅਮ ਕਰੂਕਸ ਦੁਆਰਾ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ ਜਿਸਨੇ ਬਾਅਦ ਵਿੱਚ, 1879 ਵਿੱਚ, ਸੁਝਾਅ ਦਿੱਤਾ ਕਿ ਇਹ ਕਿਰਨਾਂ ਤੇਜ਼ ਗਤੀ ਵਾਲੇ ਨਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਕੀਤੇ ਕਣਾਂ ਦੀਆਂ ਧਾਰਾਵਾਂ ਨਾਲ ਬਣੀਆਂ ਹਨ। ਬ੍ਰਿਟਿਸ਼ ਭੌਤਿਕ ਵਿਗਿਆਨੀ ਜੇ. ਜੇ. ਥੌਮਸਨ (1856-1940) ਨੇ ਇਸ ਪਰਿਕਲਪਨਾ ਦੀ ਪੁਸ਼ਟੀ ਕੀਤੀ। ਡਿਸਚਾਰਜ ਟਿਊਬ ਵਿੱਚ ਪਰਸਪਰ ਲੰਬਵਤ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਅਤੇ ਚੁੰਬਕੀ ਖੇਤਰਾਂ ਨੂੰ ਲਾਗੂ ਕਰਕੇ, ਜੇ. ਜੇ. ਥੌਮਸਨ ਕੈਥੋਡ ਰੇ ਕਣਾਂ ਦੀ ਗਤੀ ਅਤੇ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ ਚਾਰਜ [ਚਾਰਜ ਤੋਂ ਪੁੰਜ ਅਨੁਪਾਤ $(\mathrm{e} / \mathrm{m})$] ਨੂੰ ਪ੍ਰਯੋਗਾਤਮਕ ਤੌਰ ‘ਤੇ ਨਿਰਧਾਰਤ ਕਰਨ ਵਾਲਾ ਪਹਿਲਾ ਵਿਅਕਤੀ ਸੀ। ਇਹਨਾਂ ਨੂੰ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਦੀ ਗਤੀ ਦੇ ਲਗਭਗ 0.1 ਤੋਂ 0.2 ਗੁਣਾ ਦੀ ਗਤੀ ਨਾਲ ਯਾਤਰਾ ਕਰਦੇ ਪਾਇਆ ਗਿਆ $\left(3 \times 10^{8} \mathrm{~m} / \mathrm{s}\right)$। $e / \mathrm{m}$ ਦਾ ਵਰਤਮਾਨ ਵਿੱਚ ਸਵੀਕਾਰ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਮੁੱਲ $1.76 \times 10^{11} \mathrm{C} / \mathrm{kg}$ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, $e / \mathrm{m}$ ਦਾ ਮੁੱਲ ਕੈਥੋਡ (ਉਤਸਰਜਕ) ਵਜੋਂ ਵਰਤੇ ਜਾਣ ਵਾਲੇ ਪਦਾਰਥ/ਧਾਤ ਦੀ ਪ੍ਰਕਿਰਤੀ, ਜਾਂ ਡਿਸਚਾਰਜ ਟਿਊਬ ਵਿੱਚ ਪੇਸ਼ ਕੀਤੀ ਗਈ ਗੈਸ ਤੋਂ ਸੁਤੰਤਰ ਪਾਇਆ ਗਿਆ। ਇਸ ਨਿਰੀਖਣ ਨੇ ਕੈਥੋਡ ਰੇ ਕਣਾਂ ਦੀ ਸਰਵਵਿਆਪਕਤਾ ਦਾ ਸੁਝਾਅ ਦਿੱਤਾ।

ਲਗਭਗ ਉਸੇ ਸਮੇਂ, 1887 ਵਿੱਚ, ਇਹ ਪਾਇਆ ਗਿਆ ਕਿ ਕੁਝ ਧਾਤਾਂ, ਜਦੋਂ ਪਰਾਬੈਂਗਨੀ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਦੁਆਰਾ ਵਿਕਿਰਿਤ ਕੀਤੀਆਂ ਜਾਂਦੀਆਂ ਹਨ, ਤਾਂ ਘੱਟ ਗਤੀ ਵਾਲੇ ਨਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਕੀਤੇ ਕਣਾਂ ਨੂੰ ਛੱਡਦੀਆਂ ਹਨ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਕੁਝ ਧਾਤਾਂ ਜਦੋਂ ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨ ਤੱਕ ਗਰਮ ਕੀਤੀਆਂ ਜਾਂਦੀਆਂ ਹਨ ਤਾਂ ਨਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਕੀਤੇ ਕਣ ਛੱਡਦੀਆਂ ਹਨ। ਇਹਨਾਂ ਕਣਾਂ ਦੇ $e / m$ ਦਾ ਮੁੱਲ ਕੈਥੋਡ ਰੇ ਕਣਾਂ ਲਈ ਉਸੇ ਤਰ੍ਹਾਂ ਪਾਇਆ ਗਿਆ। ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਇਹਨਾਂ ਨਿਰੀਖਣਾਂ ਨੇ ਸਥਾਪਿਤ ਕੀਤਾ ਕਿ ਇਹ ਸਾਰੇ ਕਣ, ਹਾਲਾਂਕਿ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਸਥਿਤੀਆਂ ਵਿੱਚ ਤਿਆਰ ਕੀਤੇ ਗਏ ਸਨ, ਪ੍ਰਕਿਰਤੀ ਵਿੱਚ ਇੱਕੋ ਜਿਹੇ ਸਨ। ਜੇ. ਜੇ. ਥੌਮਸਨ ਨੇ 1897 ਵਿੱਚ ਇਹਨਾਂ ਕਣਾਂ ਨੂੰ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਦਾ ਨਾਮ ਦਿੱਤਾ, ਅਤੇ ਸੁਝਾਅ ਦਿੱਤਾ ਕਿ ਉਹ ਪਦਾਰਥ ਦੇ ਮੌਲਿਕ, ਸਰਵਵਿਆਪੀ ਘਟਕ ਹਨ। ਗੈਸਾਂ ਦੁਆਰਾ ਬਿਜਲੀ ਦੇ ਚਾਲਨ ‘ਤੇ ਉਸਦੇ ਸਿਧਾਂਤਕ ਅਤੇ ਪ੍ਰਯੋਗਾਤਮਕ ਅਧਿਐਨਾਂ ਦੁਆਰਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਦੀ ਉਸਦੀ ਯੁਗ-ਨਿਰਮਾਣ ਖੋਜ ਲਈ, ਉਸਨੂੰ 1906 ਵਿੱਚ ਭੌਤਿਕ ਵਿਗਿਆਨ ਵਿੱਚ ਨੋਬਲ ਪੁਰਸਕਾਰ ਨਾਲ ਸਨਮਾਨਿਤ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। 1913 ਵਿੱਚ, ਅਮਰੀਕੀ ਭੌਤਿਕ ਵਿਗਿਆਨੀ ਆਰ. ਏ. ਮਿਲੀਕਨ (1868-1953) ਨੇ ਇੱਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ‘ਤੇ ਚਾਰਜ ਦੇ ਸਹੀ ਮਾਪ ਲਈ ਪਾਇਨੀਅਰਿੰਗ ਤੇਲ-ਬੂੰਦ ਪ੍ਰਯੋਗ ਕੀਤਾ। ਉਸਨੇ ਪਾਇਆ ਕਿ ਤੇਲ-ਬੂੰਦ ‘ਤੇ ਚਾਰਜ ਹਮੇਸ਼ਾ ਇੱਕ ਪ੍ਰਾਥਮਿਕ ਚਾਰਜ, $1.602 \times 10^{-19} \mathrm{C}$ ਦਾ ਇੱਕ ਅਭਿੰਨ ਗੁਣਾਂਕ ਸੀ। ਮਿਲੀਕਨ ਦੇ ਪ੍ਰਯੋਗ ਨੇ ਸਥਾਪਿਤ ਕੀਤਾ ਕਿ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਚਾਰਜ ਕੁਆਂਟਾਈਜ਼ਡ ਹੈ। ਚਾਰਜ $(e)$ ਅਤੇ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ ਚਾਰਜ $(e / m)$ ਦੇ ਮੁੱਲਾਂ ਤੋਂ, ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਦਾ ਪੁੰਜ $(m)$ ਨਿਰਧਾਰਤ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ।

11.2 ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਉਤਸਰਜਨ

ਅਸੀਂ ਜਾਣਦੇ ਹਾਂ ਕਿ ਧਾਤਾਂ ਵਿੱਚ ਮੁਕਤ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ (ਨਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਕੀਤੇ ਕਣ) ਹੁੰਦੇ ਹਨ ਜੋ ਉਹਨਾਂ ਦੀ ਚਾਲਕਤਾ ਲਈ ਜ਼ਿੰਮੇਵਾਰ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਮੁਕਤ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਆਮ ਤੌਰ ‘ਤੇ ਧਾਤ ਦੀ ਸਤਹ ਤੋਂ ਬਾਹਰ ਨਹੀਂ ਨਿਕਲ ਸਕਦੇ। ਜੇਕਰ ਇੱਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਧਾਤ ਤੋਂ ਬਾਹਰ ਆਉਣ ਦੀ ਕੋਸ਼ਿਸ਼ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਧਾਤ ਦੀ ਸਤਹ ਇੱਕ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਨੂੰ ਵਾਪਸ ਧਾਤ ਵੱਲ ਖਿੱਚਦੀ ਹੈ। ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਮੁਕਤ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਆਇਨਾਂ ਦੇ ਆਕਰਸ਼ਕ ਬਲਾਂ ਦੁਆਰਾ ਧਾਤ ਦੀ ਸਤਹ ਦੇ ਅੰਦਰ ਰੱਖਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ, ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਧਾਤ ਦੀ ਸਤਹ ਤੋਂ ਤਾਂ ਹੀ ਬਾਹਰ ਆ ਸਕਦਾ ਹੈ ਜੇਕਰ ਉਸ ਕੋਲ ਆਕਰਸ਼ਕ ਖਿੱਚ ‘ਤੇ ਕਾਬੂ ਪਾਉਣ ਲਈ ਕਾਫ਼ੀ ਊਰਜਾ ਹੋਵੇ। ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਨੂੰ ਧਾਤ ਦੀ ਸਤਹ ਤੋਂ ਬਾਹਰ ਖਿੱਚਣ ਲਈ ਇੱਕ ਨਿਸ਼ਚਿਤ ਘੱਟੋ-ਘੱਟ ਮਾਤਰਾ ਵਿੱਚ ਊਰਜਾ ਦੇਣ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਲਈ ਧਾਤ ਦੀ ਸਤਹ ਤੋਂ ਬਚਣ ਲਈ ਲੋੜੀਂਦੀ ਘੱਟੋ-ਘੱਟ ਊਰਜਾ ਨੂੰ ਧਾਤ ਦਾ ਕਾਰਜ ਫੰਕਸ਼ਨ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਆਮ ਤੌਰ ‘ਤੇ $\phi_{0}$ ਦੁਆਰਾ ਦਰਸਾਇਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ ਅਤੇ eV (ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਵੋਲਟ) ਵਿੱਚ ਮਾਪਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇੱਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਵੋਲਟ ਉਹ ਊਰਜਾ ਹੈ ਜੋ ਇੱਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਦੁਆਰਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ ਜਦੋਂ ਇਸਨੂੰ 1 ਵੋਲਟ ਦੇ ਪੁਟੈਂਸ਼ਲ ਅੰਤਰ ਦੁਆਰਾ ਤੇਜ਼ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਜੋ $1 \mathrm{eV}=1.602 \times 10^{-19} \mathrm{~J}$।

ਊਰਜਾ ਦੀ ਇਹ ਇਕਾਈ ਆਮ ਤੌਰ ‘ਤੇ ਪਰਮਾਣੂ ਅਤੇ ਨਿਊਕਲੀਅਰ ਭੌਤਿਕ ਵਿਗਿਆਨ ਵਿੱਚ ਵਰਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਕਾਰਜ ਫੰਕਸ਼ਨ $\left(\phi_{0}\right)$ ਧਾਤ ਦੇ ਗੁਣਾਂ ਅਤੇ ਇਸਦੀ ਸਤਹ ਦੀ ਪ੍ਰਕਿਰਤੀ ‘ਤੇ ਨਿਰਭਰ ਕਰਦਾ ਹੈ।

ਧਾਤ ਦੀ ਸਤਹ ਤੋਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਉਤਸਰਜਨ ਲਈ ਲੋੜੀਂਦੀ ਘੱਟੋ-ਘੱਟ ਊਰਜਾ ਨੂੰ ਮੁਕਤ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਨੂੰ ਹੇਠ ਲਿਖੀਆਂ ਭੌਤਿਕ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆਵਾਂ ਵਿੱਚੋਂ ਕਿਸੇ ਇੱਕ ਦੁਆਰਾ ਸਪਲਾਈ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ:

(i) ਥਰਮਾਇਓਨਿਕ ਉਤਸਰਜਨ: ਢੁਕਵੀਂ ਤਰ੍ਹਾਂ ਗਰਮ ਕਰਕੇ, ਮੁਕਤ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਨੂੰ ਧਾਤ ਤੋਂ ਬਾਹਰ ਆਉਣ ਲਈ ਸਮਰੱਥ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਕਾਫ਼ੀ ਥਰਮਲ ਊਰਜਾ ਦਿੱਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ।

(ii) ਫੀਲਡ ਉਤਸਰਜਨ: ਇੱਕ ਧਾਤ ‘ਤੇ ਬਹੁਤ ਮਜ਼ਬੂਤ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡ ($10^{8} \mathrm{~V} \mathrm{~m}^{-1}$ ਦੇ ਕ੍ਰਮ ਦਾ) ਲਗਾ ਕੇ, ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਨੂੰ ਧਾਤ ਤੋਂ ਬਾਹਰ ਖਿੱਚਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਸਪਾਰਕ ਪਲੱਗ ਵਿੱਚ।

(iii) ਫੋਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਉਤਸਰਜਨ: ਜਦੋਂ ਢੁਕਵੀਂ ਆਵਿਰਤੀ ਦਾ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਇੱਕ ਧਾਤ ਦੀ ਸਤਹ ਨੂੰ ਰੋਸ਼ਨ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਧਾਤ ਦੀ ਸਤਹ ਤੋਂ ਨਿਕਲਦੇ ਹਨ। ਇਹਨਾਂ ਫੋਟੋ (ਪ੍ਰਕਾਸ਼)-ਜਨਰੇਟਿਡ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਨੂੰ ਫੋਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।

11.3 ਫੋਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਪ੍ਰਭਾਵ

11.3.1 ਹਰਟਜ਼ ਦੇ ਨਿਰੀਖਣ

ਫੋਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਉਤਸਰਜਨ ਦੀ ਘਟਨਾ 1887 ਵਿੱਚ ਹੇਨਰਿਕ ਹਰਟਜ਼ (1857-1894) ਦੁਆਰਾ, ਉਸਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਮੈਗਨੈਟਿਕ ਤਰੰਗ ਪ੍ਰਯੋਗਾਂ ਦੌਰਾਨ ਖੋਜੀ ਗਈ ਸੀ। ਸਪਾਰਕ ਡਿਸਚਾਰਜ ਦੁਆਰਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਮੈਗਨੈਟਿਕ ਤਰੰਗਾਂ ਦੇ ਉਤਪਾਦਨ ‘ਤੇ ਆਪਣੀ ਪ੍ਰਯੋਗਾਤਮਕ ਜਾਂਚ ਵਿੱਚ, ਹਰਟਜ਼ ਨੇ ਦੇਖਿਆ ਕਿ ਜਦੋਂ ਉਤਸਰਜਕ ਪਲੇਟ ਨੂੰ ਇੱਕ ਆਰਕ ਲੈਂਪ ਤੋਂ ਪਰਾਬੈਂਗਨੀ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਦੁਆਰਾ ਰੋਸ਼ਨ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ ਤਾਂ ਡਿਟੈਕਟਰ ਲੂਪ ਵਿੱਚ ਉੱਚ ਵੋਲਟੇਜ ਸਪਾਰਕ ਵਧ ਗਏ।

ਧਾਤ ਦੀ ਸਤਹ ‘ਤੇ ਚਮਕਦਾ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਕਿਸੇ ਤਰ੍ਹਾਂ ਮੁਕਤ, ਚਾਰਜ ਕੀਤੇ ਕਣਾਂ ਦੇ ਬਚਣ ਨੂੰ ਸਹੂਲਤ ਦਿੰਦਾ ਹੈ ਜਿਨ੍ਹਾਂ ਨੂੰ ਅਸੀਂ ਹੁਣ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਵਜੋਂ ਜਾਣਦੇ ਹਾਂ। ਜਦੋਂ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਇੱਕ ਧਾਤ ਦੀ ਸਤਹ ‘ਤੇ ਪੈਂਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਸਤਹ ਦੇ ਨੇੜੇ ਕੁਝ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਸਤਹ ਦੇ ਪਦਾਰਥ ਵਿੱਚ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਆਇਨਾਂ ਦੇ ਆਕਰਸ਼ਣ ‘ਤੇ ਕਾਬੂ ਪਾਉਣ ਲਈ ਘਟਨਾ ਵਿਕਿਰਣ ਤੋਂ ਕਾਫ਼ੀ ਊਰਜਾ ਨੂੰ ਸੋਖ ਲੈਂਦੇ ਹਨ। ਘਟਨਾ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਤੋਂ ਕਾਫ਼ੀ ਊਰਜਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਤੋਂ ਬਾਅਦ, ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਧਾਤ ਦੀ ਸਤਹ ਤੋਂ ਆਸ-ਪਾਸ ਦੀ ਜਗ੍ਹਾ ਵਿੱਚ ਬਚ ਜਾਂਦੇ ਹਨ।

11.3.2 ਹਾਲਵਾਕਸ ਅਤੇ ਲੇਨਾਰਡ ਦੇ ਨਿਰੀਖਣ

ਵਿਲਹੈਲਮ ਹਾਲਵਾਕਸ ਅਤੇ ਫਿਲਿਪ ਲੇਨਾਰਡ ਨੇ 1886-1902 ਦੇ ਦੌਰਾਨ ਫੋਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਉਤਸਰਜਨ ਦੀ ਘਟਨਾ ਦੀ ਵਿਸਤ੍ਰਿਤ ਜਾਂਚ ਕੀਤੀ।

ਲੇਨਾਰਡ (1862-1947) ਨੇ ਦੇਖਿਆ ਕਿ ਜਦੋਂ ਪਰਾਬੈਂਗਨੀ ਵਿਕਿਰਣਾਂ ਨੂੰ ਦੋ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਾਂ (ਧਾਤ ਦੀਆਂ ਪਲੇਟਾਂ) ਨੂੰ ਘੇਰਨ ਵਾਲੀ ਇੱਕ ਖਾਲੀ ਕੀਤੀ ਗਈ ਕੱਚ ਦੀ ਟਿਊਬ ਦੀ ਉਤਸਰਜਕ ਪਲੇਟ ‘ਤੇ ਡਿੱਗਣ ਦਿੱਤਾ ਗਿਆ, ਤਾਂ ਸਰਕਟ ਵਿੱਚ ਕਰੰਟ ਵਹਿੰਦਾ ਹੈ (ਚਿੱਤਰ 11.1)। ਜਿਵੇਂ ਹੀ ਪਰਾਬੈਂਗਨੀ ਵਿਕਿਰਣਾਂ ਨੂੰ ਰੋਕ ਦਿੱਤਾ ਗਿਆ, ਕਰੰਟ ਦਾ ਪ੍ਰਵਾਹ ਵੀ ਰੁਕ ਗਿਆ। ਇਹ ਨਿਰੀਖਣ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ ਕਿ ਜਦੋਂ ਪਰਾਬੈਂਗਨੀ ਵਿਕਿਰਣ ਉਤਸਰਜਕ ਪਲੇਟ $\mathrm{C}$ ‘ਤੇ ਪੈਂਦੀਆਂ ਹਨ, ਤਾਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਇਸ ਤੋਂ ਬਾਹਰ ਨਿਕਲਦੇ ਹਨ ਜੋ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡ ਦੁਆਰਾ ਸਕਾਰਾਤਮਕ, ਕਲੈਕਟਰ ਪਲੇਟ A ਵੱਲ ਆਕਰਸ਼ਿਤ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਖਾਲੀ ਕੀਤੀ ਗਈ ਕੱਚ ਦੀ ਟਿਊਬ ਦੁਆਰਾ ਵਹਿੰਦੇ ਹਨ, ਜਿਸਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਕਰੰਟ ਦਾ ਪ੍ਰਵਾਹ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ, ਉਤਸਰਜਕ ਦੀ ਸਤਹ ‘ਤੇ ਪੈਣ ਵਾਲਾ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਬਾਹਰੀ ਸਰਕਟ ਵਿੱਚ ਕਰੰਟ ਦਾ ਕਾਰਨ ਬਣਦਾ ਹੈ। ਹਾਲਵਾਕਸ ਅਤੇ ਲੇਨਾਰਡ ਨੇ ਅਧਿਐਨ ਕੀਤਾ ਕਿ ਇਹ ਫੋਟੋ ਕਰੰਟ ਕਲੈਕਟਰ ਪਲੇਟ ਪੁਟੈਂਸ਼ਲ, ਅਤੇ ਘਟਨਾ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਦੀ ਆਵਿਰਤੀ ਅਤੇ ਤੀਬਰਤਾ ਨਾਲ ਕਿਵੇਂ ਬਦਲਦਾ ਹੈ।

ਹਾਲਵਾਕਸ ਨੇ 1888 ਵਿੱਚ ਅਧਿਐਨ ਨੂੰ ਅੱਗੇ ਵਧਾਇਆ ਅਤੇ ਇੱਕ ਨਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਕੀਤੀ ਜ਼ਿੰਕ ਪਲੇਟ ਨੂੰ ਇੱਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਸਕੋਪ ਨਾਲ ਜੋੜਿਆ। ਉਸਨੇ ਦੇਖਿਆ ਕਿ ਜਦੋਂ ਜ਼ਿੰਕ ਪਲੇਟ ਨੂੰ ਪਰਾਬੈਂਗਨੀ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਦੁਆਰਾ ਰੋਸ਼ਨ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ ਤਾਂ ਇਹ ਆਪਣਾ ਚਾਰਜ ਗੁਆ ਬੈਠਦੀ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਬਿਨਾਂ ਚਾਰਜ ਵਾਲੀ ਜ਼ਿੰਕ ਪਲੇਟ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਹੋ ਗਈ ਜਦੋਂ ਇਸਨੂੰ ਪਰਾਬੈਂਗਨੀ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਦੁਆਰਾ ਵਿਕਿਰਿਤ ਕੀਤਾ ਗਿਆ। ਪਾਇਆ ਗਿਆ ਕਿ ਜਦੋਂ ਇਸਨੂੰ ਪਰਾਬੈਂਗਨੀ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਦੁਆਰਾ ਰੋਸ਼ਨ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਤਾਂ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਕੀਤੀ ਜ਼ਿੰਕ ਪਲੇਟ ‘ਤੇ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਹੋਰ ਵੀ ਵਧ ਗਿਆ। ਇਹਨਾਂ ਨਿਰੀਖਣਾਂ ਤੋਂ ਉਸਨੇ ਨਿਸ਼ਕਰਸ਼ ਕੱਢਿਆ ਕਿ ਪਰਾਬੈਂਗਨੀ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਦੀ ਕਿਰਿਆ ਅਧੀਨ ਜ਼ਿੰਕ ਪਲੇਟ ਤੋਂ ਨਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਕੀਤੇ ਕਣ ਨਿਕਲੇ ਸਨ।

1897 ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਦੀ ਖੋਜ ਤੋਂ ਬਾਅਦ, ਇਹ ਸਪੱਸ਼ਟ ਹੋ ਗਿਆ ਕਿ ਘਟਨਾ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਦੇ ਕਾਰਨ ਉਤਸਰਜਕ ਪਲੇਟ ਤੋਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਨਿਕਲਦੇ ਹਨ। ਨਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਦੇ ਕਾਰਨ, ਨਿਕਲੇ ਹੋਏ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡ ਦੁਆਰਾ ਕਲੈਕਟਰ ਪਲੇਟ ਵੱਲ ਧੱਕੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ। ਹਾਲਵਾਕਸ ਅਤੇ ਲੇਨਾਰਡ ਨੇ ਇਹ ਵੀ ਦੇਖਿਆ ਕਿ ਜਦੋਂ ਪਰਾਬੈਂਗਨੀ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਉਤਸਰਜਕ ਪਲੇਟ ‘ਤੇ ਪੈਂਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਕੋਈ ਵੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਨਹੀਂ ਨਿਕਲਦੇ ਜਦੋਂ ਘਟਨਾ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਦੀ ਆਵਿਰਤੀ ਇੱਕ ਨਿਸ਼ਚਿਤ ਘੱਟੋ-ਘੱਟ ਮੁੱਲ ਤੋਂ ਘੱਟ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਜਿਸਨੂੰ ਥ੍ਰੈਸ਼ਹੋਲਡ ਆਵਿਰਤੀ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਘੱਟੋ-ਘੱਟ ਆਵਿਰਤੀ ਉਤਸਰਜਕ ਪਲੇਟ ਦੇ ਪਦਾਰਥ ਦੀ ਪ੍ਰਕਿਰਤੀ ‘ਤੇ ਨਿਰਭਰ ਕਰਦੀ ਹੈ।

ਇਹ ਪਾਇਆ ਗਿਆ ਕਿ ਕੁਝ ਧਾਤਾਂ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਜ਼ਿੰਕ, ਕੈਡਮੀਅਮ, ਮੈਗਨੀਸ਼ੀਅਮ, ਆਦਿ, ਸਤਹ ਤੋਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਉਤਸਰਜਨ ਕਰਨ ਲਈ ਸਿਰਫ਼ ਛੋਟੀ ਤਰੰਗ ਲੰਬਾਈ ਵਾਲੇ ਪਰਾਬੈਂਗਨੀ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਦਾ ਜਵਾਬ ਦਿੰਦੀਆਂ ਹਨ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਕੁਝ ਖਾਰ ਧਾਤਾਂ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਲਿਥੀਅਮ, ਸੋਡੀਅਮ, ਪੋਟਾਸ਼ੀਅਮ, ਸੀਜ਼ੀਅਮ ਅਤੇ ਰੂਬੀਡੀਅਮ ਦਿਖਾਈ ਦੇਣ ਵਾਲੇ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਲਈ ਵੀ ਸੰਵੇਦਨਸ਼ੀਲ ਸਨ। ਇਹ ਸਾਰੇ ਫੋਟੋਸੈਂਸਿਟਿਵ ਪਦਾਰਥ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਨੂੰ ਛੱਡਦੇ ਹਨ ਜਦੋਂ ਉਹਨਾਂ ਨੂੰ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਦੁਆਰਾ ਰੋਸ਼ਨ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਦੀ ਖੋਜ ਤੋਂ ਬਾਅਦ, ਇਹਨਾਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਨੂੰ ਫੋਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਘਟਨਾ ਨੂੰ ਫੋਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਪ੍ਰਭਾਵ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।

11.4 ਫੋਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਪ੍ਰਭਾਵ ਦਾ ਪ੍ਰਯੋਗਾਤਮਕ ਅਧਿਐਨ

ਚਿੱਤਰ 11.1 ਫੋਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਪ੍ਰਭਾਵ ਦੇ ਪ੍ਰਯੋਗਾਤਮਕ ਅਧਿਐਨ ਲਈ ਵਰਤੀ ਜਾਣ ਵਾਲੀ ਵਿਵਸਥਾ ਦਾ ਇੱਕ ਯੋਜਨਾਬੱਧ ਦ੍ਰਿਸ਼ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਖਾਲੀ ਕੀਤੀ ਗਈ ਕੱਚ/ਕੁਆਰਟਜ਼ ਟਿਊਬ ਹੁੰਦੀ ਹੈ ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਪਤਲੀ ਫੋਟੋਸੈਂਸਿਟਿਵ ਪਲੇਟ $\mathrm{C}$ ਅਤੇ ਇੱਕ ਹੋਰ ਧਾਤ ਦੀ ਪਲੇਟ A ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਸਰੋਤ $\mathrm{S}$ ਤੋਂ ਮੋਨੋਕ੍ਰੋਮੈਟਿਕ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਕਾਫ਼ੀ ਛੋਟੀ ਤਰੰਗ ਲੰਬਾਈ ਵਿੱਚੋਂ ਲੰਘਦਾ ਹੈ ਵਿੰਡੋ $\mathrm{W}$ ਅਤੇ ਫੋਟੋਸੈਂਸਿਟਿਵ ਪਲੇਟ $\mathrm{C}$ (ਉਤਸਰਜਕ) ‘ਤੇ ਪੈਂਦਾ ਹੈ। ਇੱਕ ਪਾਰਦਰਸ਼ੀ ਕੁਆਰਟਜ਼ ਵਿੰਡੋ ਨੂੰ ਕੱਚ ਦੀ ਟਿਊਬ ‘ਤੇ ਸੀਲ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ, ਜੋ ਪਰਾਬੈਂਗਨੀ ਵਿਕਿਰਣ ਨੂੰ ਇਸ ਵਿੱਚੋਂ ਲੰਘਣ ਅਤੇ ਫੋਟੋਸੈਂਸਿਟਿਵ ਪਲੇਟ $\mathrm{C}$ ਨੂੰ ਵਿਕਿਰਿਤ ਕਰਨ ਦੀ ਇਜਾਜ਼ਤ ਦਿੰਦੀ ਹੈ। ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਪਲੇਟ $\mathrm{C}$ ਦੁਆਰਾ ਨਿਕਲਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਬੈਟਰੀ ਦੁਆਰਾ ਬਣਾਏ ਗਏ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡ ਦੁਆਰਾ ਪਲੇਟ A (ਕਲੈਕਟਰ) ਦੁਆਰਾ ਇਕੱਠੇ ਕੀਤੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ। ਬੈਟਰੀ ਪਲੇਟਾਂ $\mathrm{C}$ ਅਤੇ $\mathrm{A}$ ਵਿਚਕਾਰ ਪੁਟ