11.02.00- ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ආචරණය

0
517

2.1 ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ආචරණයේ ඉතිහාසය

වර්ෂ 1887 ජර්මන් ජාතික හයින්‍රීව් හර්ට්ස් භෞතික විද්‍යාඥයා විසින් විද්‍යුත් චුම්භක තරංග ප්‍රායෝගිකව නිපදවන ලදි. මේ සදහා ඔහු විසින් කරන ලද පරීක්ෂණයේ අතුරු ඵලයක් ලෙස ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ආචරණය සොයා ගන්නා ලදි. හර්ට්ස් විද්‍යාඥයා විසින් විදුලි පරිපථයක් යොදා ගනිමින් එහි වූ හිදසක් හරහා විදුලි  පුළිගු පැනීමට සැලස්වූ අතර එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස විද්‍යුත් චුම්භක තරංග ජනිත වී ඇත.

2.2 ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ආචරණය

සමහර ලෝහ පෘෂ්ඨ මතට ආලෝකය හෝ ඊට වැඩි සංඛ්‍යාතයන්ගෙන් යුත් විද්‍යුත් චුම්භක තරංග පතිත වූ විට ඉන් ඉලෙක්ට්‍රෝන නිදහස් වීමේ සංසිද්ධියයි.

1.ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ආචරණය ආදර්ශනය කිරීම.

              ඍණ ලෙස ආරෝපිත ස්වර්ණ පත්‍ර විද්‍යුත් දර්ශකය ලෝහ තැටිය මත පිරිසිදු සින්ක් තහඩුවක් තබා එම තහඩුව මතට පාරජම්බුල කිරණ වදින්නට සැලැස්වීම.එවිට ස්වර්ණ පත්‍ර වල අපසරණය අඩු වේ.

       හේතුව:- පාරජම්බුල කිරණ මගින් සින්ක් තහඩුවෙන් ප්‍රකාශ ඉලෙක්ට්‍රෝන විමෝචනය වී ඉවතට යාම නිසා විද්‍යුත් දර්ශකයෙහි තිබූ ඍණ ආරෝපණය අඩු වීම,

ස්වර්ණ පත්‍ර විද්‍යුත් දර්ශකය ධන ලෙස ආරෝපණය කර ඉහත පරීක්ෂණය කල විට අපසරණය වැඩි වේ.

                       හේතුව:-කිරණ වැටීමේදී ඉලෙක්ට්‍රෝන ගැලවී ධන ආරෝපණය තවත් වැඩි වී අපසරණය වැඩි වේ.                

ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ආචරණයේ ගුණ අන්වේෂණය කිරීම සදහා ප්‍රකාශ කෝෂය භාවිතා කරයි

2.3 ප්‍රකාශ කෝෂ

ප්‍රකාශ කෝෂයේ කැතෝඩය ලෙස අවතල හැඩති ලෝහ තහඩුවක් භාවිතා කරයි.මෙහි සෝඩියම් හෝ සීසියම් වැනි ක්ෂාර ලෝහයක් ආලේප කර ඇත.කැතෝඩයට ඍණ ධ්‍රැවීයතාවයක් ලැබෙන පරිදි බාහිර විභව සැපයුම සම්බන්ධ කර ඇත.එවිට ඇනෝඩයේ ධ්‍රැවීයතාව ධන වේ.

    1.සර්පණ යතුර , විචල්‍ය ප්‍රතිරෝධය දිගේ සීරුමාරු කිරීමෙන් රික්ත නලය දෙපස විභව අන්තරය පාලනය කල හැක .

    2.ප්‍රකාශ කෝෂය අදුරේ තබා , විභව අන්තරය ශුන්‍යයේ සිට කෙතරම් වැඩි කලද ඇමීටරයෙහි පාඨාංකයක් හෙවත්            ප්‍රකාශ ධාරාවක් (I) නිරීක්ෂණය නොවේ.එනම් ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ආචරණයක් සිදු වී නොමැත.

    3.කැතෝඩයට කිසියම් අවම සංඛ්‍යාතයකට වඩා වැඩි ආලෝකය පතිත වීමට සැලසූ විට ප්‍රකාශ ධාරාවක් ඇති වන බව නිරීක්ෂණය වේ.එනම් ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ආචරණය සිදු වී ඇත.

a.)ඇනෝඩයට ධන ධ්‍රැවීයතාවයක් හා කැතෝඩයට ඍණ ධ්‍රැවීයතාවයක් ලැබෙන පරිදි ඇනෝඩය හා කැතෝඩය    අතර විභව අන්තරය විචලනය කරන විට ප්‍රකාශ ධාරාව විචලනය

     1.ඇනෝඩය හා කැතෝඩය අතර විභව අන්තරය ශුන්‍ය වුවද කැතෝඩයෙන් විමෝචනය වන ඉලෙක්ට්‍රෝන යම් ප්‍රමාණයක් ඇනෝඩයට ආකර්ෂණය වන නිසා ප්‍රකාශ ධාරාවක් ඇති වේ.

2.සංතෘප්ත ධාරාව

i.)ඇනෝඩය හා කැතෝඩය අතර විභව අන්තරය වැඩි කරන විට ඇනෝඩයේ සිට කැතෝඩය දෙසට ඇති විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය වැඩි වීම නිසා කැතෝඩයෙන් විමෝචනය වන ඉලෙක්ට්‍රෝන මත විද්‍යුත් බල වැඩි වී ඒවා වැඩි ත්වරණයකින් යුතුව ඇනෝඩයට ආකර්ෂණය වේ .එවිට ප්‍රකාශ ධාරාව වැඩි වේ.

ii.)මෙසේ ඇනෝඩය හා කැතෝඩය අතර විභව අන්තරය වැඩි කරගෙන යාමේදී යම් අවස්තාවක දී කැතෝඩයෙන් ඒකක කාලයකදී විමෝචනය වන ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්‍රමානය ඒකක කාලයකදී ඇනෝඩයට ආකර්ෂණය වන ඉලෙක්ට්‍රෝන ගණනට සමාන වේ.ඉන්පසු විභව අන්තරය වැඩි කලද ප්‍රකාශ ධාරාවේ වෙනසක් සිදු නොවේ.එම නියත ප්‍රකාශ ධාරාව සංතෘප්ත ධාරාව ලෙස හදුන්වයි.

b.)කැතෝඩයට ධන ධ්‍රැවීයතාවයක් සහ ඇනෝඩයට ඍණ ධ්‍රැවීයතාවයක්  ලැබෙන පරිදි විභව අන්තරය ප්‍රතිවිරුද්ධ කල විට,          

   1.කැතෝඩයට ධන ධ්‍රැවීයතාවයක් ඇති වන පරිදි විභව අන්තරයක් ඇති කල විට විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය කැතෝඩය සිට ඇනෝඩය දෙසට ක්‍රියා කරයි.එවිට කැතෝඩයෙන් විමෝචනය වන ඉලෙක්ට්‍රෝන මත ස්ථිති විද්‍යුත් බලය ප්‍රකාශ ඉලෙක්ට්‍රෝන ඇනෝඩයට ආකර්ෂණය වීම වලක්වන පරිදි ක්‍රියා කරයි.එවිට ප්‍රකාශ ධාරාව අඩු වේ.

  2.මෙසේ විභව අන්තරය ඍණව වැඩිකරන විට කැතෝඩයෙන් උපරිම චාලක ශක්තියෙන් යුතුව විමෝචනය වන ඉලෙක්ට්‍රෝනය පවා ඇනෝඩය කරා ලගාවත්ම නිශ්චල වේ.එවිට ප්‍රකාශ ධාරාව ශුන්‍ය වේ.එවිට ඇනෝඩය හා කැතෝඩය අතර පවතින විභව අන්තරය නැවතුම් විභවය ලෙස හදුන්වයි.

3.නැවතුම් විභවය අර්ථ දැක්වීම (vs)

       ප්‍රකාශ ධාරාව ශුන්‍ය වන අවස්ථාවේ දී කැතෝඩයට ධන ධ්‍රැවීයතාවයක් ලැබෙන පරිදි කැතෝඩය හා ඇනෝඩය අතර පවත්වා ගත යුතු අවම විභව අන්තරය නැවතුම් විභවය ලෙස හදුන්වයි.

c.)කැතෝඩයට පතනය වන ආලෝකයේ සංඛ්‍යාතය වෙනස් නොකර ලැබෙන ආලෝක තීව්‍රතාවය වෙනස් කල විට ලැබෙන V-I වක්‍රය,

1.පතනය වන විද්‍යුත් චුම්භක විකිරණ වල තීව්‍රතාව වැඩි වන විට ප්‍රකාශ ධාරාව වැඩි වී ඇති විට සංතෘප්‍ත ධාරාව ද වැඩි වී ඇති බව නිරීක්ශනය වේ.

2.නැවතුම් විභවය තීව්‍රතාවය මත වෙනස් නොවන බව පැහැදිලි වේ.Kmax = eVsබැවින්, Vsනියත බැවින් Kmax නියත වේ.

    එනම් විමෝචනය වන ඉලෙක්ට්‍රෝනයක උපරිම චාලක ශක්තිය පතිත ආලෝකයේ තීව්‍රතාවයෙන් ස්වායක්ත වේ.

d.)පතනය වන විද්‍යුත් චුම්භක විකිරණ වල තීව්‍රතාවය නියතව තබා ගෙන සංඛ්‍යාතය වෙනස් කල විට ලැබෙන V-I වක්‍රය ,

1.සංඛ්‍යාතය වෙනස් කල විට සන්තෘප්ත ධාරාවේ වෙනසක් සිදු නොවුනු අතර  නැවතුම් විභවය වෙනස් විය. එනම් සංඛ්‍යාතය මත සන්තෘප්ත ධාරාව වෙනස් නොවන බව  පැහැදිලි වේ.

2.සංඛ්‍යාතය වැඩි වන විට වැඩි නැවතුම් විභවයක් ලැබීමෙන් ගම්‍ය වන්නේ විමෝචනය වන ඉලෙක්ට්‍රෝන වල චාලක ශක්තිය සංඛ්‍යාතය මත රදා පවතින බවයි. Kmax =eVsබැවිනි.

2.4 ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ආචරණයේ මූලික ගුණ

       1.දේහලී සංඛ්‍යාතය යනු,

ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ආචරණය සිදු වීමට ලෝහ පෘෂ්ඨයට පතනය වන විද්‍යුත් චුම්භක විකිරණ වල සංඛ්‍යාතයේ කිසියම් අවම අගයක් ඉක්මවා යා යුතුය. එම අවම සංඛ්‍යාතය දේහලීය සංඛ්‍යාතය ලෙස හැදින්වේ.

දේහලී සංඛ්‍යාතය අවම අගයකට වඩා වැඩි වන විට දේහලීය තරංග ආයාමය ( 0) උපරිම අගයකට වඩා  අඩු වේ.

       2.දේහලීය සංඛ්‍යතය ඉක්මවා ගිය ආලෝකයේ තීව්‍රතාවය වැඩි වන විට ප්‍රකාශ ධාරාව වැඩි වේ.

   3.ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ආචරණයේ දී විමෝචනය වන ඉලෙක්ට්‍රෝනයක උපරිම චාලක ශක්‍තිය පතනය  වන ආලෝකයේ තිව්‍රතාවයෙන් ස්වායක්ත වන අතර සංඛ්‍යාතය මත පමණක් රදා පවතී.

  4.දේහලී සංඛ්‍යාතය ඉක්මවා ගිය ආලෝකය පතිත වූ වහාම ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ඉලෙක්ට්‍රෝන විමෝචනය සිදුවන අතර ගත වන කාල පමාව 10-9s ටත් වඩා අඩුය.

ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ආචරණයේ ගුණ එතෙක් පැවති පෞරාණික භෞතික විද්‍යා සංකල්ප මගින් පැහැදිලි කිරීමට අපොහොසත් වේ.එනම් පෞරාණික භෞතික විද්‍යා වාද වලට අනුව ඉලෙක්ට්‍රෝන පිට වීම සදහා පතන ආලෝකය උරා ගැනීම සදහා යම් කාලයක් ගත වේ.එම කාලය 10-9s ට වඩා විශාල කාලයක් වේ.නමුත් එහිදී එතරම් විශාල කාලයක් ගත නොවේ.තවද පෞරාණික භෞතික විද්‍යා වාද වලට  අනුව උරා ගන්නා ශක්ති ප්‍රමාණය ආලෝකයේ තීව්‍රතාවයට සමානුපාතික වේ.එය සංඛ්‍යාතය මත රදා නොපවතී.දේහලීය සංඛ්‍යාතයට වඩා අඩු සංඛ්‍යාතයක් සහිත අලෝකයේ තීව්‍රතාවය කෙතරම් විශාල කලද පතන සංඛ්‍යාතය වෙනස් නොවේ.

2.5 ඇල්බට් අයින්ස්ටයින්ගේ කල්පිතය

          ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ආචරණයේ ගුණ සැලැකිල්ලට ගෙන ඇල්බට් අයින්ස්ටයින් නම් විද්‍යාඥයා පහත කල්පිතය ගොඩනගන ලදි.අලෝකය ඇතුළු සියලු විද්‍යුත් චුම්භක විකිරණ ක්වොන්ටම් වලින් සමන්විත වන අතර සංඛ්‍යාතය f වන ක්වොන්ටමයක ශක්තිය E=hfමගින් දැක්විය හැක. මෙම ක්වොන්ටමයක් ෆෝටෝනයක් ලෙස හැදින්විය හැක.

h-ප්ලාන්ක් නියතය             f- සංඛ්‍යාතය

         අයිස්ටයින්ගේ මතයට අනුව ආලෝකය ඇතුළු විද්‍යුත් චුම්භක තරංග සමන්විත වන්නේ ක්වොන්ටම් ලෙසය.මේවාට ශක්ති අවශෝෂණය හා විමෝචනය කිරීම පමණක් නොව එක් ස්ථානයක සිට තවත් ස්ථානයකට ගමන් කිරීමේ හැකියාව ඇත.මෙම ෆෝටෝන නිදහස් අවකාශය තුළ ආලෝකයේ ප්‍රවේගයෙන් ගමන් ගනී.තවද ඒවායේ ස්කන්ධය ශුන්‍ය වේ.

කිසියම් ලෝහයක පෘෂ්ඨයෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් ඉවත් කිරීම සදහා ලබා දිය යුතු අවම ශක්තිය ලෝහයේ කාර්යය ශ්‍රිතය ලෙස හැදින්වේ. (ඉලෙක්ට්‍රෝන බැදී පවතින තත්වයෙන් ඉවත් කිරීම සදහා)

Znවල කාර්යය ශ්‍රිතය- 3.0eV

Na වල කාර්යය ශ්‍රිතය -2.4 eV

ලෝහ පෘෂ්ඨයකින් ඉලෙක්ට්‍රෝන ඉවත් වීමට නම් ෆෝටෝනයේ ශක්තිය කාර්යය ශ්‍රිතයට වඩා වැඩි විය  යුතු බව පැහැදිලිය.

2.අයින්ස්ටයින්ගේ ප්‍රකාශ විද්‍යුත් සමීකරණය

ශක්ති සංස්ථිති නියමයට අනුව ලෝහ පෘෂ්ඨය මත ආලෝකය පතනය වූ විට ශක්තියෙන් කොටසක් කාර්යය ශ්‍රිතය සදහා වැය වන අතර ඉතිරි ශක්තිය ඉලෙක්ට්‍රෝන වලට චාලක ශක්තියක් ලෙස ලැබේ.පිටවන ඉලෙක්ට්‍රෝන වල උපරිම චාලක ශක්තිය Kmaxනම් ,

        විවිධ ලෝහ සදහා සංඛ්‍යාතයට එදිරිව නැවතුම් විභව ප්‍රස්ථාර ගත කලවිට එකිනෙකට සමාන්තර විවිධ අන්තඃඛණ්ඩ පවතින රේඛා ලැබේ.ඕනෑම ලෝහයක් සදහා   එකම අගයක් ගන්නා බැවින්  එකිනෙකට සමාන්තර රේඛා ලැබේ.අන්තඃඛණ්ඩ එකිනෙකට වෙනස් වන්නේ ලෝහ වල කාර්යය ශ්‍රිතය එකිනෙකට වෙනස් වූ බැවිනි.

2.6 ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ආචරණය ෆෝටෝන වාදය මගින් පැහැදිලි කිරීම.

1.ෆෝටෝනයක ශක්තිය රදා පවතින්නේ පතනය වන විකිරණයේ සංඛ්‍යාතය මතයි.ෆෝටෝන වාදයට අනුව ආලෝකයේ තීව්‍රතාවය වැඩි කිරීම යනු ඒකක කාලයකදී ඒකක වර්ගඵලයක් තුලින් ගමන් ගන්නා ෆෝටෝන සංඛ්‍යාව වැඩි කිරීමයි.

සංඛ්‍යාතය වෙනසක් සිදු නොවන්නේ නම් හා hf< θ නම් ෆෝටෝන කොතරම් ලෝහ පෘෂ්ඨය මත පතනය වුවත් එහි ශක්තිය කාර්යය ශ්‍රිතයට වඩා අඩු බැවින් ඉලෙක්ට්‍රෝන පිට වීමක් සිදු නොවේ.

2.දේහලීය සංඛ්‍යාතයට වඩා වැඩි සංඛ්‍යාතයක් සහිත ආලෝකයේ තීව්‍රතාවය වැඩි කල විට එනම් ඒකීය කාලයකදී පතනය වන ෆෝටෝන සංඛ්‍යාව වැඩි කිරීම මගින් මුක්ත වන ඉලෙක්ට්‍රෝන සංඛ්‍යාව වැඩි වී ප්‍රකාශ ධාරාව වැඩි වීම සිදු වේ.

3.දේහලී සංඛ්‍යාතයට වඩා වැඩි කිසියම් සංඛ්‍යාතයක් සහිත ආලෝකය කදම්භයක් පතනය කිරීමේදී එහි තිව්‍රතාවය වැඩි කල විට ඒ හේතුවෙන් මුක්ත වන ඉලෙක්ට්‍රෝන සංඛ්‍යාව වැඩි වුවද එහි චාලක ශක්තිය රදා පවතින්නේ පතන ආලෝකයේ සංඛ්‍යාතය මත හා ලෝහයේ කාර්යය ශ්‍රිතය මත පමණි.එය පහත සමීකරණය මගින් ඔබට පැහැදිලි වේ.

4.ඇනෝඩයට සාපේක්ෂව කැතෝඩයට ධන විභවයක් ඇති විට පවා ධාරාවක් ගලා යන්නේ පිට වන ප්‍රකාශ ඉලෙක්ට්‍රෝන වල උපරිම චාලක ශක්තිය මගින් ක්ෂේත්‍රයට විරුද්ධව කාර්යය කරමින් ගමන් ගන්නා බැවිනි.

   එනම්  ,

5.ආලෝකය පතනය වූ වහාම ප්‍රකාශ ඉලෙක්ට්‍රෝන විමෝචනය වීම සිදුවන්නේ පතන ෆෝටෝනය හෙවත් ශක්ති පැකට්ටුව ඉලෙක්ට්‍රෝන එකවර ලබාගන්නා බැවිනි.

1eV යනු,

              ඉලෙක්ට්‍රෝනයක ආරෝපණයක් 1V විභව අන්තරයක් යටතේ විභවය අඩු ලක්ෂයේ සිට වැඩි ලක්ෂය දක්වා ගෙන යාමේදී පිටවන ශක්තියයි.

1eV = 1.6×10-19 C × 1V

1eV= 1.6×10-19 J

ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ආචරණය පිළිබඳව තවදුරටත් අධ්‍යනය කිරීමට පහත යූ ටියුබ් ඇමිණුම වෙත පිවිසෙන්න.

ඉදිරියේදී ප්‍රශ්න ඇතුලත් වන්නේ මෙතනටයි.

ඔබේ අදහස් හා ප්‍රශ්න ඇතුළත් කරන්න.