விரிவான விடை வினாக்கள்

III. விரிவான விடை வினாக்கள்

1. எலக்ட்ரான் உமிழ்வு என்பதன் பொருள் என்ன? பல்வேறு வகை எலக்ட்ரான் உமிழ்வுகளைச் சுருக்கமாக விவரி.

• பொருளின் எந்தவொரு பரப்பிலிருந்தும் எலக்ட்ரான் வெளியேற்றப்படும் நிகழ்வு எலக்ட்ரான் உமிழ்வு எனப்படும். 

• எலக்ட்ரான் உமிழ்வு நான்கு முக்கிய வகைகளாகப் பிரிக்கப்பட்டுள்ளது. 

i) வெப்ப அயனி உமிழ்வு

• ஒரு உலோகத்தை உயர் வெப்பநிலைக்கு சூடேற்றும் போது, உலோகத்தின் பரப்பில் உள்ள கட்டுறா எலக்ட்ரான்கள் வெப்ப ஆற்றல் வடிவில் போதுமான ஆற்றலைப் பெற்று பரப்பிலிருந்து வெளியேறுகின்றன. 

• வெப்ப அயனி உமிழ்வின் செறிவு அதாவது உமிழப்படும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையானது பயன்படுத்தப்படும் உலோகம் மற்றும் அதன் வெப்பநிலையைப் பொருத்தது. 

எடுத்துக்காட்டுகள்: கேத்தோடு கதிர் குழாய்கள், எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கிகள், X−கதிர் குழாய்கள் போன்றவை. 

ii) புல உமிழ்வு 

• மிக வலிமையான மின்புலத்தை உலோகத்தின் குறுக்கே அளிக்கும் போது மின்புல உமிழ்வு ஏற்படுகிறது. 

• இந்த வலிமையான மின்புலம் கட்டுறா எலக்ட்ரான்களை கவர்ந்திழுத்து, அவை பரப்பு மின்னழுத்த அரணைக் கடந்து வெளியேற உதவுகிறது.

எடுத்துக்காட்டுகள்: புலஉமிழ்வு வரிக்கண்ணோட்ட எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கிகள், புல உமிழ்வு காட்சிக் கருவி போன்றவை

iii) ஒளிமின் உமிழ்வு 

• குறிப்பிட்ட அதிர்வெண் கொண்ட மின்காந்தக் கதிர்வீச்சு உலோகப் பரப்பின் மீது படும்போது ஆற்றலானது கதிர்வீச்சில் இருந்து கட்டுறா எலக்ட்ரான்களுக்கு மாற்றப்படுகிறது. 

• கட்டுறா எலக்ட்ரான்கள் பரப்பு அரணைக் கடந்து வெளியேறுவதற்குப் போதுமான ஆற்றலைப் பெறுவதால் ஒளிமின் உமிழ்வு நடைபெறுகிறது. 

• உமிழப்படும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையானது படுகதிர்வீச்சின் செறிவினைப் பொருத்து அமையும். 

எடுத்துக்காட்டுகள்: ஒளி டையோடுகள், ஒளிமின்கலங்கள் முதலியன 

iv) இரண்டாம் நிலை உமிழ்வு 

• மிக வேகமாகச் செல்லும் எலக்ட்ரான் கற்றை உலோகத்தின் பரப்பின் மீது மோதும் போது அதன் இயக்க ஆற்றல் உலோகப் பரப்பிலுள்ள கட்டுறா எலக்ட்ரான்களுக்கு மாற்றப்படுகிறது. 

• கட்டுறா எலக்ட்ரான்கள் போதிய அளவு இயக்க ஆற்றலைப் பெறுவதால் இரண்டாம் நிலை எலக்ட்ரான் உமிழ்வு ஏற்படுகிறது. 

எடுத்துக்காட்டுகள் : பிம்பச் செறிவாக்கிகள், ஒளி பெருக்கிக் குழாய்கள் முதலியன 

2. ஹெர்ட்ஸ், ஹால்வாக்ஸ் மற்றும் லெனார்டு ஆகியோரின் சோதனைகளை சுருக்கமாக விவாதி

ஹெர்ட்ஸின் சோதனை:

அ) மின்னூட்டமற்ற துத்தநாகத் தட்டு 

ஆ) எதிர் மின்னூட்டம் பெற்ற துத்தநாகத் தட்டு 

இ) நேர் மின்னூட்டம் பெற்ற துத்தநாகத் தட்டு ஆகியவை மீது புறஊதாக் கதிர்கள் படுதல் 

• 1887 இல் ஹென்ரிச் ஹெர்ட்ஸ் என்பவர் முதன் முதலில் உயர் மின்னழுத்த தூண்டு சுருள்களின் முனைகளில் இரு உலோக கோளங்களை இணைத்து மின்காந்த அலைகளை தோற்றுவித்தார்

• இரு கோளங்களுக்கிடையே தீப்பொறி ஏற்பட்டவுடன், மின்துகள்கள் முன்னும் பின்னும் தீவிரமாக அலைவுறுவதால் மின்காந்த அலைகள் தோற்றுவிக்கப்படுகின்றன. 

• இவ்வாறு உருவாக்கப்பட்ட மின்காந்த அலைகளை கண்டறிய வட்ட வடிவில் வளைக்கப்பட்ட தாமிரக் கம்பி பயன்பட்டது.

• தீப்பொறிகளை எளிதில் காண்பதற்கு கடினமாக இருந்தது. மேலும் அவற்றிற்கான காரணம் சோதனையில் விளக்கமுடியவில்லை. 

ஹால்வாக்ஸ் சோதனை: 

• 1888 ல் ஹால்வாக் தீப்பொறி புறஊதா கதிர்களால் ஏற்படுகிறது என கண்டறிந்தார். 

• மின்காப்புத் தூணின் மீது வைக்கப்பட்ட தூய்மையான வட்ட வடிவ துத்தநாகத் தட்டு தங்க இலை மின்னூட்டங் காட்டியுடன் கம்பி மூலம் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. 

• புறஊதாக் கதிர்களை மின்னூட்டமற்ற துத்தநாகத் தட்டின் மீது படுமாறு செய்தால் தட்டு நேர்மின்னூட்டம் பெறுகிறது. ஆகையால் இலைகள் ஒன்றுக்கொன்று விலகல் அடைகின்றன. 

• எதிர் மின்னூட்டம் பெற்ற துத்தநாகத் தட்டின் மீது புறஊதாக் கதிர்களை படுமாறு செய்தால் மின்துகள்கள் வேகமாக கசிவதால் இலைகள் மூடிக் கொள்கின்றன. 

• நேர் மின்னூட்டம் பெற்ற துத்தநாகத் தட்டில் புறஊதாக் கதிர்கள் படும்போது, அது மேலும் நேர்மின்னூட்டம் கொண்டதாக மாறுகிறது.

லெனார்டு சோதனை:

• 1902 ஆம் ஆண்டில் லெனார்டு A மற்றும் C என்ற இரு உலோக தட்டுகள் வெற்றிடமாக்கப்பட்ட குவார்ட்ஸ் குழாயினுள் வைக்கப்பட்ட சோதனை அமைப்பை உருவாக்கினார்.

• கால்வனோமீட்டர் G மற்றும் மின்கலத் தொகுப்பு B ஆகியவை மின்சுற்றில் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. 

• C எனும் எதிர்மின் தகட்டின் மீது புறஊதாக் கதிர்கள் படும்போது கால்வனோமீட்டரில் விலக்கம் ஏற்படுகிறது. புற ஊதாக் கதிர்கள் நேர்மின் தட்டின் மீது படும்போது எவ்வித மின்னோட்டமும் ஏற்படுவதில்லை.

• உலோகத் தட்டு ஒன்றின் மீது ஒளி அல்லது தகுந்த அலைநீளம் அல்லது அதிர்வெண் கொண்ட மின்காந்தக் கதிர்வீச்சு படும்போது, எலக்ட்ரான்கள் உமிழப்படும் நிகழ்வு ஒளிமின் விளைவு எனப்படும்.

3. ஒளிமின்னோட்டத்தின் மீதான மின்னழுத்த வேறுபாட்டின் விளைவை விளக்குக.

• படுகதிரின் அதிர்வெண் மற்றும் செறிவு ஆகியவைகளை மாறிலியாகக் கொண்டு ஒளிமின்னோட்டம் மற்றும் மின்வாய்களுக்கு இடைப்பட்ட மின்னழுத்த வேறுபாடு ஆகியவை அளந்தறியப்படுகின்றன. 

• A இன் நேர் மின்னழுத்தம் அதிகரிக்கும் போது ஒளிமின்னோட்டமும் அதிகரிக்கிறது. 

• C யில் இருந்து வெளிவரும் அனைத்து ஒளிஎலக்ட்ரான்களும் A வினால் சேகரிக்கப்பட்டு ஒளிமின்னோட்டம் தெவிட்டிய மதிப்பை அடைகிறது 

• C யினைப் பொருத்து A விற்கு எதிர் மின்னழுத்தம் அளிக்கும் போது ஒளி மின்னோட்டம் உடனடியாக சுழி மதிப்பை அடைவதில்லை. 

• A விற்கு அளிக்கப்படும் எதிர் முடுக்கு மின்னழுத்தத்தை அதிகரிக்கும் போது ஒளி மின்னோட்டம் குறையத் தொடங்குகிறது.

• Vo என்ற குறிப்பிட்ட எதிர் மின்னழுத்தத்தில் ஒளிமின்னோட்டம் சுழி மதிப்பை அடைகிறது. இம்மின்னழுத்தம் நிறுத்து அல்லது வெட்டு மின்னழுத்தம் எனப்படும்.

 நிறுத்து மின்னழுத்தத்தில், பெரும் இயக்க ஆற்றல் கொண்ட எலக்ட்ரான் கூட ஓய்விற்கு கொண்டு வரப்படுகின்றன. எனவே பெரும இயக்க ஆற்றல் நிறுத்து மின்னழுத்தத்திற்கு சமமாகும். 

Kபெருமம் = ½ mv2பெருமம் = evo −−−−−−−−−−−−−−(1)

இங்கு Vபெருமம் என்பது உமிழப்படும் ஒளி எலக்ட்ரானின் பெரும வேகம் ஆகும்.

ஒளி எலக்ட்ரானின் பெரும் இயக்க ஆற்றல் படுகதிரின் ஒளிச்செறிவைப் பொருத்து அமையாது. 

4. படுஒளியின் அதிர்வெண்ணைப் பொருத்து நிறுத்து மின்னழுத்தம் எவ்வாறு மாற்றமடைகிறது என்பதை விவரி.

படுகதிர் வீச்சின் பல்வேறு அதிர்வெண்களுக்கு ஆனோடு மின்னழுத்தத்தைப் பொருத்து ஒளிமின்னோட்டத்தின் மாறுபாடு

• நிறுத்து மின்னழுத்தத்தின் மீதான படுகதிரின் அதிர்வெண் விளைவை அறிய படுகதிரின் செறிவு மாறிலியாக வைக்கப்படுகிறது. 

• படுகதிரின் வெவ்வேறு அதிர்வெண்களுக்கு ஒளி மின்னோட்டத்தில் ஏற்படும் மாறுபாடு வரைபடத்தில் குறிக்கப்படுகிறது. 

• அதிர்வெண் அதிகரிக்கும் போது ஒளி எலக்ட்ரான்களின் இயக்க ஆற்றலும் அதிகரிக்கிறது. எனவே அவற்றை நிறுத்துவதற்கான எதிர் முடுக்கு மின்னழுத்தமும் அதிகமாகிறது. 

• அதிர்வெண் மற்றும் நிறுத்து மின்னழுத்தம் ஆகியவை நேர்விகிதத்தில் அதிகரிப்பதை படத்தில் காணலாம். 

• எந்த குறிப்பிட்ட அதிர்வெண்ணிற்கு கீழ் ஒளி எலக்ட்ரான்கள் முற்றிலும் உமிழப்படுவதில்லையோ அந்த அதிர்வெண் பயன் தொடக்க அதிர்வெண் எனப்படும்.

• பயன் தொடக்க மதிப்பிற்கு மேலே, நிறுத்து மின்னழுத்தம் படுகதிரின் அதிர்வெண்ணைப் பொருத்து நேர்விகிதத்தில் அதிகரிக்கும்.

5. ஒளிமின் விளைவு விதிகளை வரிசைப்படுத்துக. 

• கொடுக்கப்படும் படுகதிரின் அதிர்வெண்ணுக்கு, உமிழப்படும் ஒளி எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையானது படுகதிரின் செறிவிற்கு நேர்தகவில் அமையும். 

• ஒளி எலக்ட்ரான்களின் பெரும இயக்க ஆற்றலானது படுகதிரின் ஒளிச்செறிவைப் பொருத்து அமையாது.

• கொடுக்கப்படும் உலோகத்திற்கு, ஒளி எலக்ட்ரான்களின் பெரும இயக்க ஆற்றலானது படுகதிரின் அதிர்வெண்ணிற்கு நேர்தகவில் அமையும். 

• கொடுக்கப்படும் உலோகப் பரப்பிற்கு, ஒளி எலக்ட்ரான்களின் பெரும இயக்க ஆற்றலானது படுகதிரின் அதிர்வெண்ணிற்கு நேர்தகவில் அமையும். 

• கொடுக்கப்படும் உலோகப் பரப்பிற்கு, படுகதிரின் அதிர்வெண் ஒரு குறிப்பிட்ட சிறும அதிர்வெண்ணை விட அதிகமாக இருந்தால் மட்டுமே ஒளி எலக்ட்ரான்கள் உமிழப்படும். 

• உலோகத்தின் மீது ஒளி படுவதற்கும் ஒளி எலக்ட்ரான்கள் உமிழப்படுவதற்கும் இடையே கால பின்னடைவு ஏதும் இருக்காது. 

6. அலை இயல்பின் அடிப்படையில் ஒளிமின் விளைவினை ஏன் விளக்க முடியாது என்பதை விளக்குக. 

• மாக்ஸ்வெல்லின் கொள்கைப்படி மின்காந்த அலைகளானது மின் மற்றும் காந்த புலத்தின் அலைவுகளைக் கொண்டு ஒளியின் திசைவேகத்தில் அலை வடிவத்தில் பரவும் அலைகளாகும். 

• அதிக செறிவுள்ள ஒளியானது உமிழப்படும் எலக்ட்ரான்களுக்கு அதிக இயக்க ஆற்றலைத் தர வேண்டும் ஆனால் ஒளி எலக்ட்ரான்களின் பெரும இயக்க ஆற்றலானது ஒளியின் செறிவினைப் பொருத்தது அல்ல என சோதனை முடிவுகள் காட்டுகின்றன. 

• அலைக் கொள்கையின்படி, உலோகப் பரப்பின் மீது போதுமான செறிவுள்ள ஒளிக்கற்றை படும் போது ஒளிக்கற்றையின் அதிர்வெண் எவ்வளவு குறைவாக இருந்தாலும், உலோகப் பரப்பிலிருந்து எலக்ட்ரான்கள் உமிழப்படும். ஆனால் அலைக் கொள்கையினால் பயன்தொடக்க அதிர்வெண்ணை விளக்க முடியவில்லை . 

• ஒவ்வொரு எலக்ட்ரானும் வெளியேற்று ஆற்றலை விட அதிகமான அளவு ஆற்றலை பெறுவதற்கு கணிசமான அளவு நேரத்தை எடுத்துக் கொள்ளும். ஆனால் ஒளிமின் விளைவு ஒரு உடனடி நிகழ்வாகும். 

எனவே அலைக்கொள்கையின் அடிப்படையில் ஒளிமின் விளைவுக்கான சோதனை முடிவுகளை விளக்க முடியவில்லை.

7. மேக்ஸ் ப்ளாங்க் முன்மொழிந்த ஆற்றல் குவாண்டமாக்கல் பற்றிய கருத்தினைத் தருக.

பிளாங்க் − குவாண்டம் கருத்து:

• 1900 இல் மேக்ஸ் பிளாங்க் கரும்பொருளிலிருந்து உமிழப்படும் வெப்ப கதிர்வீச்சுகளை விவரிக்க குவாண்டம் கொள்கையை எடுத்துரைத்தார். பிளாங்க் கொள்கைப்படி ஒரு பொருளானது அதிக எண்ணிக்கையிலான வெவ்வேறு அதிர்வெண்ணில் அதிர்வடையும் துகள்களைக் கொண்டிருக்கும். அதிர்வுறும் ஒவ்வொரு அணு அலையியற்றியும், அதே அதிர்வெண் கொண்ட மின்காந்தக் கதிர்வீச்சை உமிழும் அல்லது உட்கவரும். 

• v எனும் அதிர்வெண்ணில் அலையியற்றி ஒன்று அதிர்வுறுகிறது எனில், அதன் ஆற்றலானது குறிப்பிட்ட தொடர்ச்சியற்ற தனித்தனியான மதிப்புகளை மட்டுமே பெற்றிருக்கும்.

 En = nhv                     n =1,2,3...... 

• இங்கு h என்பது பிளாங்க் மாறிலியாகும். 

• அலையியற்றிகள் ஆற்றலை குவாண்டா எனும் ஆற்றல் சிப்பங்களாக உமிழும் அல்லது உட்கவரும். ஒவ்வொரு சிப்பத்தின் ஆற்றல் E= hv ஆகும். 

• ஆற்றலானது அலைக்கொள்கையில் விவரிக்கப்பட்ட போது தொடர்ச்சியாக இல்லாமல் சிறு சிறு ஆற்றல் சிப்பங்களாக உள்ளது. இது ஆற்றல் குவாண்டமாக்கல் எனப்படும். 

ஐன்ஸ்டீ ன் − குவாண்டம் கருத்து: 

• 1905 இல் பிளாங்க் குவாண்டம் கொள்கையை ஐன்ஸ்டீன் விரிவுபடுத்தினார். ஒளி ஆற்றலானது அலைமுகப்புகளில் பரவி இல்லாமல் சிறு சிப்பங்கள் அல்லது குவாண்டாகளில் குவிக்கப்பட்டிருக்கும் ஒவ்வொரு ஒளி குவாண்டத்தின் ஆற்றல் E = hv ஆகும். 

• ஒளி குவாண்டத்திற்கு நேர்கோட்டு உந்தம் உண்டு மற்றும் அதன் மதிப்பு P = hv/c ஆகும்.

8. தகுந்த விளக்கங்களுடன் ஐன்ஸ்டீனின் ஒளிமின் சமன்பாட்டை பெறுக. 

• ஒரு உலோகப்பரப்பின் மீது hv ஆற்றல் கொண்ட ஃபோட்டான் ஒன்று படும்போது, இந்த ஆற்றல் முழுவதுமாக எலக்ட்ரான் ஒன்றினால் உட்கவரப்பட்டு எலக்ட்ரான் உமிழப்படுகிறது. 

• இந்த நிகழ்வில் ஃபோட்டானின் ஒரு பகுதி ஆற்றல் உலோகப்பரப்பிலிருந்து எலக்ட்ரானின் இயக்க ஆற்றலாக மாறுகிறது. 

• ஆற்றல் அழிவின்மை விதிப்படி, 

hv = ϕo + ½ mv2 −−−−−−−−−−−−−−− (1)

இங்கு m என்பது எலக்ட்ரானின் நிறை மற்றும் V அதன் திசைவேகம் ஆகும். 

பயன் தொடக்க அதிர்வெண்ணில் எலக்ட்ரானின் இயக்க ஆற்றல் சுழியாகும். எனவே, 

 hvo = ϕo −−−−−−−−−−−−−−−(2)

இங்கு hvo என்பது பயன்தொடக்க அதிர்வெண் ஆகும். சமன் (2) ஐ (1) ல் பிரதியிட

hv = hvo + ½ mv2 −−−−−−−−−−−−−−−(3)

இதுவே ஐன்ஸ்டீன் ஒளிமின் சமன்பாடு ஆகும். 

ஆக மோதல்களினால் எலக்ட்ரானின் ஆற்றல் இழப்பு ஏதுமில்லை எனில்.

Kபெருமம் = ½ mv2பெருமம் 

சமன்பாடு (2) = hvo − ϕo = Kபெருமம்

எலக்ட்ரானின் பெரும இயக்க ஆற்றல் மற்றும் அதிர்வெண் இடையே உள்ள வரைபடம் நேர்கோடு ஆகும்.

9. ஐன்ஸ்டீன் விளக்கத்தின் உதவியுடன் சோதனை அடிப்படையில் கண்டறியப்பட்ட ஒளிமின் விளைவின் கருத்துகளை விளக்குக. 

• ஒளிமின் சமன்பாட்டின் உதவியுடன் ஐன்ஸ்டீன் ஒளிமின் விளைவின் கருத்துகளை விளக்கினார்.

• படுகதிரின் ஒவ்வொரு போட்டானும் உலோகப் பரப்பிலிருந்து ஒரு எலக்ட்ரானை வெளியேற்றுகிறது. ஒளிச்செறிவு அதிகரிக்கும் போது உமிழப்படுகிற எலக்ட்ரான் எண்ணிக்கையும் அதிகரித்து ஒளிமின்னோட்டமும் அதிகரிக்கிறது. 

• Kபெருமம் = hv − ϕ0 என்ற சமன்பாட்டில் இருந்து Kபெருமம் ஆனது அதிர்வெண் v விற்கு நேர்தகவில் அமையும். ஆனால் ஒளிச்செறிவினைப் பொருத்து அமையாது.

• hv = hvo + ½ mv2 என்ற சமன்பாட்டிலிருந்து, உலோகப் பரப்பில் இருந்து எலக்ட்ரானை வெளியேற்ற உலோகத்தின் வெளியேற்று ஆற்றலுக்கு சமமாக போட்டானின் ஆற்றல் இருக்க வேண்டும். 

• படுகதிரின் பயன்தொடக்க அதிர்வெண் எனப்படும் சிறும அதிர்வெண்ணிற்கு கீழே ஒளிமின் உமிழ்வு இருக்காது. 

• குவாண்டம் கொள்கையின்படி, போட்டானில் இருந்து எலக்ட்ரானுக்கு ஆற்றல் மாற்றப்படுவது ஒரு உடனடி நிகழ்வாகும்.

10. ஒளி உமிழ்வு மின்கலத்தின் அமைப்பு மற்றும் வேலை செய்யும் விதத்தை விளக்குக. 

ஒளி உமிழ்வு மின்கலம்:

அமைப்பு: 

• வெற்றிடமாக்கப்பட்ட கண்ணாடி அல்லது குவார்ட்ஸ் குமிழில் இரண்டு உலோக மின்வாய்கள் கேதோடு மற்றும் ஆனோடு படத்தில் காட்டியுள்ளவாறு பொருத்தப்பட்டுள்ளன. 

• கேத்தோடு C ஆனது ஒளிஉணர் பொருள் பூசப்பட்டு அரை உருளை வடிவத்தில் இருக்கும். 

• மெல்லிய தண்டு அல்லது கம்பியிலான ஆனோடு A வானது அரை உருளை வடிவ கேத்தோடின் அச்சில் வைக்கப்பட்டுள்ளது.

• கேத்தோடு மற்றும் ஆனோடு இடையே ஒரு மின்னழுத்த வேறுபாடானது கால்வனாமீட்டர் வழியே அளிக்கப்படுகிறது. 

வேலை செய்யும் விதம்: 

கேத்தோடின் மீது ஒளி படும்போது, அதிலிருந்து எலக்ட்ரான்கள் உமிழப்படுகின்றன. இந்த எலக்ட்ரான்கள் ஆனோடினால் கவரப்படுவதால் மின்னோட்டம் உருவாகிறது. இதனைக் கால்வனோமீட்டர் மூலம் அளவிடலாம். கொடுக்கப்பட்ட கேதோடிற்கு மின்னோட்ட மதிப்பு 

(i) படுகதிர் வீச்சீன் செறிவு மற்றும் 

(ii) ஆனோடு மற்றும் கேத்தோடு இடைப்பட்ட மின்னழுத்த வேறுபாடு ஆகியவற்றைப் பொருத்து அமையும்.

11. எலக்ட்ரானின் டி ப்ராய் அலைநீளத்திற்கான சமன்பாட்டினைப் பெறுக. 

m நிறை கொண்ட எலக்ட்ரான் ஆனது V வோல்ட் மின்னழுத்த வேறுபாட்டினால் முடுக்கப்படுகிறது. எலக்ட்ரான் பெருகின்ற இயக்க ஆற்றல்

½ mv2 = eV

ஆகவே, எலக்ட்ரானின் திசைவேகம் v ஆனது

எடுத்துக்காட்டாக, 100 V, மின்னழுத்த வேறுபாட்டால் எலக்ட்ரானை முடுக்கும்போது அதன் டி ப்ராய் அலைநீளம்,

K= eV என்பது எலக்ட்ரானின் இயக்க ஆற்றல் என்பதால், எலக்ட்ரானின் டி ப்ராய் அலைநீளம்

12. எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியின் தத்துவம் மற்றும் வேலை செய்யும் விதத்தை சுருக்கமாக விளக்குக. 

தத்துவம்:

• எலக்ட்ரானின் அலை இயல்பினை பயன்படுத்தி எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது.

• ஒரு நுண்ணோக்கியின் பகுதிறன் ஆனது உருப்பெருக்க வேண்டிய பொருளின் மீது படும் ஒளியின் அலைநீளத்திற்கு எதிர்தகவில் அமையும் 

• எலக்ட்ரானின் அலைநீளம் கண்ணுரு ஒளியின் அலைநீளத்தைவிட மிகவும் குறைவாக இருப்பதால் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியின் பகுதிறன் மிகவும் அதிகமாகும். 

• ஒளியியல் நுண்ணோக்கிகளைவிட 2,00,000 மடங்கு அதிகம் உருப்பெருக்கத்தை எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி அளிக்கும். 

வேலை செய்யும் விதம்: 

• ஒளியியல் நுண்ணோக்கி மற்றும் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி ஆகியவற்றின் அமைப்பு மற்றும் வேலை செய்யும் விதம் ஒரே மாதிரியாய் அமையும். 

• எலக்ட்ரான் கற்றையைக் குவிப்பதற்கு நிலைமின்புல அல்லது காந்தப்புல லென்சுகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. 

• மின்புலம் மற்றும் காந்தப்புலம் வழியாக செல்லும் எலக்ட்ரான் கற்றையை விரிதலுக்கோ குறுகுதலுக்கோ உட்படுத்த முடியும்.

• எலக்ட்ரான் மூலத்திலிருந்து உமிழப்படும் எலக்ட்ரான்கள் உயர்மின்னழுத்த வேறுபாட்டினால் முடுக்கப்படுகின்றன. 

• காந்தப்புல குவிக்கும் லென்சு மூலம் எலக்ட்ரான் கற்றை இணைக் கற்றையாக மாற்றப்பட்டு உருப்பெருக்கம் செய்ய வேண்டிய பொருள் மீது செலுத்தப்படுகிறது. 

• காந்தப்புல பொருளரு லென்சு மற்றும் காந்தப் புல வீழ்த்தும் லென்சு அமைப்புகளின் உதவியுடன் உருப்பெருக்கப்பட்ட பிம்பம் தோன்றுகிறது. 

எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியானது. அனைத்து அறிவியல் துறைகளிலும் பயன்படுகிறது. 

13. எலக்ட்ரானின் அலை இயல்பினை விவரிக்கும் டேவிசன்−ஜெர்மர் சோதனையை சுருக்கமாக விவரி.

• 1927 ல் கிளின்டன் டேவிசன் மற்றும் லெஸ்ட் ஜெர்மர் ஆகியோர் டி ப்ராயின் பருப்பொருள் அலைகள் பற்றிய எடுகோளை உறுதி செய்தனர். 

• படிகமாக உள்ள திண்மங்களின் மீது எலக்ட்ரான் கற்றைகள் விளிம்பு விளைவு அடைகிறது. (L.T) 

• குறைந்த மின்னழுத்த மின்கல அடுக்கு மூலம் மின்னிழை (F) சூடுபடுத்தப்படுகிறது. சூடான மின்னிழையிலிருந்து வெப்ப அயனி உமிழ்வு மூலம் எலக்ட்ரான்கள் உமிழப்படுகின்றன. 

• பின்னர் உயர் மின்னழுத்த (H.T) மின்கல அடுக்கு மூலம் மின்னிழை மற்றும் அலுமினிய உருளை ஆனோடு இடையே கொடுக்கப்படும் மின்னழுத்த வேறுபாட்டினால் எலக்ட்ரான்கள் முடுக்கப்படுகின்றன. 

• இரு மெல்லிய அலுமினியத் தகடுகள் வழியாகச் செல்லும் போது இணைக்கற்றையாக எலக்ட்ரான்கள் மாறி நிக்கலின் மீது படுகிறது. 

• Ni அணுவினால் சிதறடிக்கப்படும் எலக்ட்ரான் கற்றையின் செறிவு எலக்ட்ரான் பகுப்பானால் அளவிடப்படுகிறது. 

• சுழலும் பகுப்பானுக்கும் சிதறடிக்கப்பட்ட கற்றைக்கும் இடையே உள்ள கோணம் θ எனில், அக்குறிப்பிட்ட கோணத்தில் விளிம்பு விளைவு அடைந்த எலக்ட்ரான் கற்றையின் செறிவு அளந்தறியப்படுகிறது. 

• படத்தில் 54 V முடுக்கு மின்னழுத்தத்தில் எலக்ட்ரான் கற்றையின் செறிவு பெருமமாக அமைகிறது. 

• நிக்கலின் அணு தளங்களுக்கு இடைப்பட்ட தொலைவின் மதிப்பு 1.65Å என கணக்கிடப்பட்டுள்ளது. 

• V = 54 V என்ற மதிப்பிற்கு டி ப்ராயின் அலைநீளம்

• இம்மதிப்பு சோதனை மதிப்புடன் பொருந்தி உள்ளதால் எலக்ட்ரானின் அலை இயல்பு இச்சோதனை மூலம் நிருபிக்கப்படுகிறது.

14. ஃபோட்டான்களின் சிறப்பியல்புகளைப் பட்டியலிடுக. 

ஒளியின் துகள் இயல்பு அடிப்படையில், ஃபோட்டான்கள் என்பது எந்தவொரு கதிர்வீச்சின் அடிப்படைக்கூறு ஆகும். ஃபோட்டான்கள் பின்வரும் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன.

(i) λ அலைநீளமும் v அதிர்வெண்ணும் கொண்ட ஒளியின் ஃபோட்டான் ஆற்றல் பின்வருமாறு அமையும்.

E = hv = hc / λ

(ii) ஃபோட்டானின் ஆற்றல் கதிர்வீச்சின் அதிர்வெண்ணால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. அதன் செறிவினைப் பொருத்து அமைவதில்லை. ஒளிச்செறிவிற்கும், ஒளிக்கற்றையில் உள்ள ஃபோட்டானின் ஆற்றலுக்கும் எவ்வித தொடர்பும் இல்லை.

(iii) ஃபோட்டான்கள் ஒளியின் வேகத்தில் பயணம் செய்யும். மேலும் அதன் நேர்கோட்டு உந்தமானது.  p = h / λ  = hv / c எனும் சமன்பாட்டிலிருந்து பெறப்படும்.

(iv) ஃபோட்டான்கள் மின் நடுநிலைத் தன்மையுடன் இருப்பதால், மின் மற்றும் காந்த புலங்களினால் விலகலடையாது.

(v) ஃபோட்டோன் பருப்பொருளுடன் வினைபுரியும் போது (ஃபோட்டான் - எலக்ட்ரான் மோதலின் போது), மொத்த ஆற்றல், மொத்த நேர்க்கோட்டு உந்தம் மற்றும் கோண உந்தம் ஆகியவற்றின் மதிப்புகள் மாறுவதில்லை. இந்த வினையின் போது ஃபோட்டான் உட்கவர்தலோ அல்லது புதிய ஃபோட்டான் உருவாக்கமோ இருப்பதால், ஃபோட்டான்களின் எண்ணிக்கையில் மாற்றம் இருக்கலாம்.

15. ஒளி மின்கலத்தின் பயன்களைத் தருக. 

ஒளி மின்கலத்தின் பயன்பாடுகள்:

(i) மின் இயக்கிகள் மற்றும் மின் உணர்விகளாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

(ii) இருள் நேரத்தில் தானாக ஒளிரும் மின் விளக்குகளில் ஒளி மின்கலங்கள் பயன்படுகின்றன.

(iii) மேலும் தெருவிளக்குகள் இரவு அல்லது பகல் நேரங்களைப் பொருத்து ஒளிர்வதற்கு மற்றும் அணைவதற்கு ஒளிமின்கலங்களைப் பயன்படுத்துகின்றன.

(iv) திரைப்படங்களில் ஒளியினைத் திரும்பப் பெறுவதற்கு ஒளி மின்கலங்கள் பயன்படுகின்றன. 

(v) மேலும் ஓட்டப்பந்தயங்களில் தடகள வீரர்களின் வேகத்தை அளவிடும் கடிகாரங்களில் பயன்படுகின்றன.

(vi) புகைப்படத்துறையில் ஒளிச் செறிவை அளவிட்டு, பின்பு புகைப்படக் கருவியில் ஒளி படுவதற்குத் தேவையான நேரத்தைக் (exposure time) கணக்கிடப் பயன்படுகின்றன.

16. சிறப்பு x−கதிர் நிறமாலையை எவ்வாறு நாம் பெறுகிறோம்?

சிறப்பு x−கதிர் நிறமாலை:

(i) உயர் வேக எலக்ட்ரான்களால் இலக்குப் பொருள் தாக்கப்படும் போது, நன்கு வரையறுக்கப்பட்ட சில அலைநீளங்களில் குறுகிய முகடுகள் X-கதிர் நிறமாலையில் தோன்றுகின்றன.

(ii) இந்த முகடுகளுடன் தோன்றும் வரி நிறமாலை ஆனது சிறப்பு x-கதிர் நிறமாலை எனப்படும். இந்த X-கதிர் நிறமாலை அணுவினுள் ஏற்படும் எலக்ட்ரான் நிலைமாற்றத்தினால் (electronic transition) தோன்றுகின்றது.

(iii) இலக்கு அணுவின் உள்ளே ஊடுருவும் அதிக ஆற்றல் கொண்ட எலக்ட்ரான் ஆனது K-கூடு எலக்ட்ரானை வெளியேற்ற முடியும். பிறகு சில K-கூட்டில் ஏற்பட்டுள்ள காலியிடத்தை நிரப்புவதற்கு வெளிவட்டப்பாதையில் இருந்து எலக்ட்ரான்கள் தாவுகின்றன.

(iv) இந்த கீழ் நோக்கிய நிலைமாற்றத்தின் போது, ஆற்றல் மட்டங்களுக்கு இடைப்பட்ட ஆற்றல் வேறுபாடு ஆனது X-கதிர் ஃபோட்டான் வடிவில் வெளிப்படுகிறது. இந்த ஃபோட்டானின் அலைநீளம் வரையறுக்கப்பட்ட மதிப்பைக் கொண்டிருக்கும். இலக்குப் பொருளின் சிறப்புப் பண்பாக அமையும் இந்த அலைநீளங்கள், வரி நிறமாலையை உருவாக்குகின்றன.

 (v) படத்தில் இருந்து, L, M, N.... போன்ற ஆற்றல் மட்டத்தில் இருந்து K-ஆற்றல் மட்டத்திற்கு எலக்ட்ரான் நிலைமாற்றம் நடைபெறுவதால், K-வரிசை நிறமாலைவரிகள் தோன்றுகின்றன. என்பது தெளிவாகிறது.

(vi) இதே போல, L-எலக்ட்ரான்கள் அணுவில் இருந்து வெளியேற்றப்பட்டால், M, N, O,.. போன்ற ஆற்றல் மட்டத்தில் இருந்து L-ஆற்றல் மட்டத்திற்கு எலக்ட்ரான் நிலைமாற்றம் நடைபெறுகிறது. இதன்மூலம் அதிக அலைநீளம் கொண்ட L-வரிசை நிறமாலைவரிகள் தோன்றுகின்றன, மற்ற வரிசைகளும் இது போலவே உருவாகின்றன.

(vii) K-வரிசையின் Kα மற்றும் Kβ வரிகள், மாலிப்டீனத்தின் X-கதிர் நிறமாலையின் இரு முகடுகள் மூலம் காண்பிக்கப்படுகின்றன.