ફોટોનની લાક્ષણિકતાઓ જણાવો. અથવા વિધુતચુંબકીય વિકિરણના ફોટોન સ્વરૂપને કઈ રીતે દર્શાવી શકાય ?
ફોટોઈલેક્ટ્રિક અસર અને કોમ્પ્ટન અસરના આભ્યાસ પરથી ફોટોનની લાક્ષણિકતાઓને નીચે મુજબ દર્શાવી શકાય.
$(1)$ વિકિરણની દ્રવ્ય સાથેની આંતરક્રિયા દરમિયાન, વિકિરણ જાણે કે વાસ્તવિક કણ હોય તેમ વર્તે છે જેને ફોટોન કહે છે.
$(2)$ દરેક ફોટોનની ઊર્જ $E =h v$ અને વેગમાન $p=\frac{h v }{c}$ છે.
$(3)$ ફોટોનની ઝડપ શૂન્યાવકાશમાં પ્રકાશની ઝડપ ( $c$ ) જેટલી છે.
$(4)$ વિકિરણની તીવ્રતા ગમે તેટલી હોય અને $v$ જેટલી ચોકકસ આવૃત્તિ અને $\lambda$ જેટલી ચોક્કસ તરંગલંબાઈ ધરાવતા પ્રકાશના દરેક ફોટોનની ઊર્જા $E =h v =\frac{h c}{\lambda}$ અને વેગમાન $p=\frac{h v }{c}=\frac{h}{\lambda}$ જેટલી સમાન હોય છે.
$(5)$ ફોટનવાદ અનુસાર જો એકમ ક્ષેત્રફળવાળી સપાટી પર એકમ સમયમાં $n$ ફોટોન આપાત થાય તો પ્રકાશની તીવ્રતા $I =n h v$ જ્યાં $h v =$ એક ફોટોનની ઊર્થ અને $v =$ આપાત પ્રકાશની આવૃત્તિ પણ દરેક ફોટોનની ઊર્જા વિકિરણની તીવ્રતા પર આધાર રાખતી નથી.
$(6)$ ફોટોન વિદ્યુતની દષ્ટિએ તટસ્થ છે અને તેઓ વિદ્યુત કે ચુંબકીયક્ષેત્રો વડે વિચલન અનુભવતા નથી.
$(7)$ ફોટોન-કણ સંધાત (જેમકે, ફોટોન-ઈલેક્ટ્રોન અથડામણ)માં કુલ ઊર્જા અને કુલ વેગમાનનું સંરક્ષણ થાય છે તેમ છતાં સંધાત દરમિયાન ફોટોનની સંખ્યાનું સંરક્ષણ ન પણ થાય અને ફોટોન કદાચ શોષાઈ જાય અથવા નવા ફોટોનનું ઉત્સર્જન પણ થાય.
$(8)$ ફોટોનનું દળ $m=\frac{h v}{c^{2}}$ છે.
આઈન્સ્ટાઈનના વિશિષ્ટ સાપેક્ષવાદ અનુસાર ઊર્જા,
$E =m c^{2}$
$\therefore h v =m c^{2}$
$\therefore m=\frac{h v }{c^{2}}$
ફોટોસેલમાં આપાત થતાં ઈલેક્ટ્રોનની મહત્તમ ઊર્જા ........થી સ્વતંત્ર છે.
જેમના ફોટોનની ઊર્જા અનુક્રમે $3.8 \,eV$ અને $1.4\, eV$ હોય તેવી બે જુદી જુદી આવૃતિના બનેલા પ્રકાશને જેનું કાર્યવિધેય $0.6 \,eV$ હોય તેવી ધાતુની સપાટી ઉપર ક્રમશ આપાત કરવામાં આવે છે. ઉત્સર્જાતા ઈલેકટ્રોન્સની મહત્તમ ઝડપોનો ગુણોત્તર...... હશે
જ્યારે સપાટી પર આપાત થતાં પ્રકાશની તીવ્રતા $1\ W/m^2$ અને તરંગ લંબાઈ $5 \times 10^{-7}m$ હોય તો પૃષ્ઠ વડે સંપૂર્ણ શોષણ છે. જો $100$ ફોટોન એક ઈલેક્ટ્રોનનું ઉત્સર્જન કરે છે અને પૃષ્ઠનું ક્ષેત્રફળ $1\ cm^2$ હોય તો ફોટો ઈલેક્ટ્રીક વિદ્યુતપ્રવાહ કેટલો હશે?
એક પ્રોટોન ઈલેક્ટ્રોન કરતાં $1840$ ગણો ભારે છે. જ્યારે તે $1\ kV$ ના સ્થિતિમાનના તફાવત પ્રવેગિત કરવામાં આવે તો તેની ગતિ ઊર્જા કેટલા ................ $keV$ હશે?