പ്രകാശവൈദ്യുത പ്രഭാവം

പ്രകാശം ഒരു പദാർത്ഥത്തിന്റെ പ്രതലത്തിൽ പതിക്കുമ്പോൾ അതിൽനിന്നും ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉത്സർജ്ജിക്കപ്പെടുന്ന പ്രതിഭാസത്തെ പ്രകാശവൈദ്യുത പ്രഭാവം എന്നു പറയുന്നു.1887 ൽ ഹെൻറിച്ച് ഹെർട്സ് എന്ന ശാസ്ത്രഞ്ജൻ ആണ് ആദ്യമായ് ഈ പ്രതിഭാസം നിരീക്ഷിക്കുന്നത്.അടുത്തടുത്തായ് വെച്ച രണ്ട് ഇലക്ട്രോഡുകൾക്കിടയിലെ സ്പാർക്ക് പ്രകാശത്തിന്റെ സാനിദ്ധ്യത്തിൽ അധികമാവുന്നതായ് ഹെർട്സ് നിരീക്ഷിച്ചു.1886-1902 കാലഘട്ടത്തിൽ ജെർമൻ ഭൗതികശാസ്ത്രഞ്ജരായ വിൽഹം ഹാൾവാക്കും ഫിലിപ്പ് ലെനാർഡും കാഥോഡ് റേ ട്യൂബിൽ നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങൾ എങ്ങനെയാണു പ്രകാശത്തിന്റെ തീവ്രതയും ആവൃത്തിയും ഫോട്ടോ-ഇലക്ട്രിക്ക് പ്രതിഭാസത്തെ സ്വാധീനിക്കുന്നത് എന്ന് മനസ്സിലാക്കാൻ സഹായിച്ചു. തുടർന്നു പ്രകാശത്തിന്റെ തരംഗ സ്വഭാവത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ഈ പ്രതിഭാസത്തെ വിശദീകരിക്കാൻ വിവിധ ശാസ്ത്രഞ്ജർ വിവിധ കാലങ്ങളിലായ് ശ്രമിച്ചെങ്കിലും തൃപ്തികരമായ ഒരു സൈദ്ധാന്തിക വിശദീകരണം ഉണ്ടായില്ല.പിന്നീട് 1905-ൽ ആൽബർട്ട് ഐൻസ്റ്റൈൻ ആണു മാക്സ് പ്ലാങ്കിന്റെ ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ സഹായത്തോടെ തൃപ്തികരമായ ഒരു വിശദീകരണം നൽക്കുന്നത്.ഈ ഗവേഷണത്തിനാണു 1921-ൽ ഐൻസ്റ്റൈന് നോബൽ സമ്മാനം ലഭിക്കുന്നത്.

പ്രകാശവൈദ്യുത പ്രഭാവം
A diagram illustrating the emission of electrons from a metal plate, requiring energy gained from an incoming photon to be more than the work function of the material.
Light-matter interaction
Low energy phenomena	Photoelectric effect
Mid-energy phenomena	Compton scattering
High energy phenomena	Pair production

ഹാൾവാക്കിന്റെയും മറ്റും പരീക്ഷണങ്ങൾ

ഒരു ഇലക്ടോഡിലേക്ക് പ്രകാശം പതിപ്പിക്കാവുന്ന തരത്തിൽ മാറ്റം വരുത്തിയ ഒരു കാഥോഡ് റേ ട്യൂബ് ആണു പ്രധാന ഉപകരണം.

ഫോട്ടോ ഇലക്ട്രിക്ക് പ്രതിഭാസം- പരീക്ഷണ സജ്ജീകരണം

ഇലക്ട്രോഡ് C യിൽ(എമിറ്റർ ഇലക്ട്രോഡ്) പ്രകാശം പതിക്കുമ്പോൽ ഉത്സർജിക്കപ്പെടുന്ന ഇലക്ട്രോണുകൾ അതിന്റെ ഗതികോര്ജ്ജം ഉപയോഗിച്ച് മുന്നോട്ട് ചലിച്ച് രണ്ടാമത്തെ ഇലക്ട്രോഡിൽ(A-കളക്റ്റർ ഇലക്ട്രോഡ്) എത്തുന്നു.കളക്റ്റർ ഇലക്ട്രോഡിൽ എത്തുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണത്തിനു ആനുപാതികമായ് ഒരു വൈദുതി സർക്യൂട്ടിൽ രേഖപ്പെടുത്തും.ഇതിനെ ഫോട്ടോ വൈദ്യുതി (ഫോട്ടോ കറന്റ്) എന്നു വിളിക്കുന്നു. ഉത്സർജ്ജിക്കപ്പെടുന്ന എല്ലാ ഇലക്ട്രോണുകൾക്കും കളക്റ്റർ ഇലക്ട്രോഡിൽ എത്താൻ ആവിശ്യമായ ഗതികോർജ്ജം ഉണ്ടാവില്ല.കളക്റ്റർ ഇലക്ട്രോഡിൽ നൽകിയിട്ടുള്ള ധന വോൾട്ടത കൂടുന്നതിനുനസരിച്ച് ഗതികോർജ്ജം കുറഞ്ഞ ഇലക്ട്രോണുകളും വൈദ്യുതി ഉളവാക്കുന്നു.

പ്രകാശ തീവ്രതയും ഫോട്ടോ വൈദ്യുതിയും തമ്മിലുള്ള ഗ്രാഫ്

കളക്റ്റർ ഇലക്ട്രോഡിൽ ഒരു വിപരീത വോൾട്ടത നൽകുന്നതിനനുസരിച്ച് ഫോട്ടോ കറന്റ് കുറയുന്നതായ് കാണാം.ഫോട്ടോ വൈദ്യുതി പൂജ്യമാക്കാൻ ആവിശ്യമായ വോൾട്ടത സ്ടോപ്പിങ്ങ് വോൾട്ടത (Stopping potential) എന്നു വിളിക്കുന്നു.

ഇലക്ട്രോഡ് C യിൽ(എമിറ്റർ ഇലക്ട്രോഡ്) പ്രകാശം പതിക്കുമ്പോൽ ഉത്സർജിക്കപ്പെടുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണം പതിക്കുന്ന പ്രകാശത്തിന്റെ തീവ്രതയ്ക്ക് നേർ അനുപാതത്തിലാണു എന്നു ഈ പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ തെളിഞ്ഞു അതേസമയം ഗതികോർജ്ജത്തിനു തീവ്രതയുമായ് ബന്ധമൊന്നുമില്ല എന്നും നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടു.

ഐൻസ്റ്റൈന്റെ ഫോട്ടോ-ഇലക്ട്രിക്ക് സമവാക്യം

ഇടമുറിയാതെയുള്ള ഊർജ്ജത്തിന്റെ സഞ്ചാരമായാണു ഉദാത്ത ഭൗതികത്തിൽ വൈദ്യുത കാന്തിക തരംഗങ്ങൾ സങ്കൽപ്പിക്കപ്പെട്ടത് എന്നാൽ 1905-ൽ ഐൻസ്റ്റൈൻ മൗലികമായ ഒരു ആശയം അവതരിപ്പിച്ചു ഇത് പ്രകാരം വൈദ്യുത കാന്തിക തരംഗങ്ങൾ തുടർച്ചയായല്ല മറിച്ച് ചെറു പൊതികളായണു സഞ്ചരിക്കുന്നത് എന്നു അദ്ദേഹം വിവക്ഷിച്ചു.ഈ ചെറു പൊതികളെ പ്രകാശ ക്വാണ്ടം എന്നു വിളിച്ചു.$\nu$ ആവൃത്തിയുള്ള പ്രകാശത്തിന്റെ ഒരു ക്വാണ്ടത്തിന്റെ ഊർജ്ജം $h\nu$ ആണു.$h$ എന്നത് പ്ലാങ്ക് സ്ഥിരാങ്കത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.പ്രകാശം ഒരു പദാർഥത്തിന്റെ പ്രതലത്തിൽ പതിക്കുമ്പോൾ ഒരു പ്രകാശ ക്വാണ്ടത്തെ ഒരു ഇലക്ടോൺ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നു.പ്രതലത്തിൽ നിന്നും ഇലക്ട്രോൺ ഉത്സർജ്ജനം നടക്കാൻ ആവിശ്യമായ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ഊർജ്ജത്തെ "വർക്ക് ഫങ്ങ്ഷൻ"($\phi _{0}$) എന്നു പറയുന്നു.വർക്ക് ഫങ്ങ്ഷൻ പദാർഥത്തിന്റെ സ്വഭാവത്തിനനുസരിച്ച് മാറുന്ന ഒരു ഭൗതികപരിമാണം ആണു. പതിക്കുന്ന പ്രകാശ ക്വാണ്ടത്തിന്റെ ഊർജ്ജം വർക്ക് ഫങ്ങ്ഷനേക്കാൾ കുറഞ്ഞിരുന്നാൾ ഫോട്ടോ-ഇലക്ട്രിക്ക് പ്രതിഭാസം സാധ്യമാവില്ല.പതിക്കുന്ന പ്രകാശ ക്വാണ്ടത്തിന്റെ ഊർജ്ജത്തിൽ നിന്നു വർക്ക് ഫങ്ങ്ഷനു സമാനമായ ഊർജ്ജം ഉപയോഗിച്ച് ഇലക്ട്രോൻ ഉത്സർജ്ജനം നടക്കുകയും ശേഷിക്കുന്ന ഊർജ്ജം ഇലക്ട്രോണിന്റെ ഗതികോർജ്ജമായ് മാറുകയും ചെയ്യുന്നു.

$h\nu =\phi _{0}+K_{max}$

$K_{max}$ എന്നത് ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഏറ്റവും കൂടിയ ഗതികോർജ്ജത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.

ഫോട്ടോ വൈദ്യുതിയും കളക്റ്റർ ഇലക്ട്രോഡിലെ വോൾട്ടതയും തമ്മിലുള്ള ഗ്രാഫ്