एनसीईआरटी समाधान कक्षा 12 भौतिकी अध्याय 11 विकिरण तथा द्रव्य की द्वैत प्रकृति

एनसीईआरटी समाधान कक्षा 12 भौतिकी अध्याय 11 विकिरण तथा द्रव्य की द्वैत प्रकृति के सभी प्रश्नों के हल अभ्यास के सवाल जवाब सत्र 2023-24 के लिए यहाँ से प्राप्त किए जा सकते हैं। कक्षा 12 भौतिक विज्ञान के छात्र पाठ 11 के अतिरिक्त प्रश्नों के हल भी यहाँ से प्राप्त कर सकते हैं।

एनसीईआरटी समाधान कक्षा 12 भौतिकी अध्याय 11

विकिरण

वैज्ञानिक परिभाषा के अनुसार, विकिरण ऊर्जा का एक रूप है जो तरंगों के रूप में उत्सर्जित होता है। इस परिभाषा के अंतर्गत विकिरण में साधारण दृश्य प्रकाश किरणें, अवरक्त प्रकाश (टी वी के रीमोट से उत्सर्जित) किरणें, रेडीयो तरंग (मोबाईल, रेडियो, टीवी द्वारा प्रयुक्त), पराबैंगनी किरणें, एक्स रे आदि सम्मिलित की जाती हैं।

Q1

किसी कण को H ऊँचाई से गिराया जाता है। ऊँचाई के फलन के रूप में कण की दे-ब्रॉग्ली तरंगदैर्घ्य निम्न में से किसके अनुक्रमानुपाती होती है?

[A]. H
[B]. H¹/²
[C]. H⁰
[D]. H⁻¹/²
Q2

नाभिक से 1 MeV ऊर्जा द्वारा बन्धित प्रोटॉन को नाभिक से बाहर निकालने के लिए आवश्यक फोटॉन की तरंगदैर्घ्य लगभग कितनी होती है?

[A]. 1.2 nm
[B]. 1.2 × 10⁻³ nm
[C]. 1.2 × 10⁻⁶ nm
[D]. 1.2 × 10¹ nm
Q3

निर्वातित प्रकोष्ठ में रखे धातु के पृष्ठ पर आपतित इलेक्ट्रॉनों को किसी पुंज (जिसमें प्रत्येक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा E₀ है) पर विचार कीजिए। इस पृष्ठ से

[A]. कोई इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित नहीं होगा क्योंकि केवल फोटॉन ही इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित कर सकते हैं।
[B]. इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित हो सकते हैं परन्तु प्रत्येक की ऊर्जा E₀ होगी।
[C]. अधिकतम ऊर्जा E₀ – ∅ सहित, (∅ धातु का कार्यफलन है) किसी भी ऊर्जा के इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित हो सकते हैं।
[D]. अधिकतम ऊर्जा E₀ सहित किसी भी ऊर्जा के इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित हो सकते हैं।
Q4

कोई इलेक्ट्रॉन जिसका प्रारंभिक वेग v = v₀ î है किसी चुम्बकीय क्षेत्र B = B₀ ĵ में गतिमान है। इस इलेक्ट्रॉन की दे-ब्रॉग्ली तंरगदैर्घ्य

[A]. अचर रहती है
[B]. समय के साथ बढ़ती है
[C]. समय के साथ घटती है
[D]. आवर्ती रूप से बढ़ती और घटती है

विकिरण के प्रकार

विकिरण मुख्यत: तीन प्रकार के होते हैं: अल्फा, बीटा और गामा विकिरण। ये सभी एक अस्थिर परमाणु के नाभिक से उत्सर्जित होते हैं। स्वतःस्फूर्त होने वाले परमाणु विखंडन, पोजीट्रान उत्सर्जन और न्यूट्रॉन उत्सर्जन सामान्यतः कम देखने मे आते हैं। इलेक्ट्रॉन ग्रसन के परिणाम से स्वतःस्फूर्त X-किरण (एक्स रे) का उत्सर्जन होता है।

इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन

भौतिकी में, इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन पदार्थ की सतह से एक इलेक्ट्रॉन का बाहर निकाल जाना है। धातुओं में मुक्त इलेक्ट्रॉन (ऋण आवेशित कण) होते हैं जो उनकी चालकता के लिए उत्तरदायी होते हैं। तथापि, मुक्त इलेक्ट्रॉन सामान्यतः धातु-पृष्ठ से बाहर नहीं निकल सकते। यदि इलेक्ट्रॉन धातु से बाहर आते हैं तो इसका पृष्ठ धन आवेश प्राप्त कर लेता है और इलेक्ट्रॉनों को वापस धातु पर आकर्षित कर लेता है। इस प्रकार मुक्त इलेक्ट्रॉन धातु के भीतर आयनों के आकर्षण बलों के द्वारा रोककर रखे गए होते हैं। परिणामस्वरूप सिप़्ाफऱ् वे इलेक्ट्रॉन जिसकी ऊर्जा इस आकर्षण को अभिभूत कर सके, धातु पृष्ठ से बाहर आ पाते हैं। अतः इलेक्ट्रॉनों को धातु पृष्ठ से बाहर निकालने के लिए एक निश्चित न्यूनतम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इस न्यूनतम ऊर्जा को धातु का कार्य-फलन कहते हैं। इसे साधारणतया ¬∅₀ के द्वारा व्यक्त करते हैं और eV (इलेक्ट्रॉन वोल्ट) में मापते हैं। एक इलेक्ट्रॉन वोल्ट किसी इलेक्ट्रॉन को 1 वोल्ट विभवांतर के द्वारा त्वरित कराने पर प्राप्त ऊर्जा का मान है। अतः 1 eV = 1.602 × 10⁻¹⁹ J.

इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के प्रकार

धातु के पृष्ठ से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के लिए मुक्त इलेक्ट्रॉनों को न्यूनतम आवश्यक ऊर्जा निम्न किसी भी एक भौतिक विधि के द्वारा दी जा सकती है:

    • (i) तापायनिक उत्सर्जन: उपयुक्त तापन के द्वारा मुक्त इलेक्ट्रॉनों को पर्याप्त तापीय ऊर्जा दी जा सकती है जिससे कि वे धातु से बाहर आ सकें।
    • (ii) क्षेत्र उत्सर्जन: किसी धातु पर लगाया गया एक प्रबल विद्युत क्षेत्र (10⁸ V m⁻¹ की कोटि का) इलेक्ट्रॉनों को धातु-पृष्ठ के बाहर ला सकता है, जैसा कि किसी स्पार्क प्लग में।
    • (iii) प्रकाश-विद्युत उत्सर्जन: उपयुक्त आवृत्ति का प्रकाश जब किसी धातु-पृष्ठ पर पड़ता है तो इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन होता है। ये प्रकाशजनित इलेक्ट्रॉन प्रकाशिक इलेक्ट्रॉन कहलाते हैं।
प्रकाश-विद्युत प्रभाव

जब कोई पदार्थ (धातु एवं अधातु ठोस, द्रव एवं गैसें) किसी विद्युतचुम्बकीय विकिरण (जैसे एक्स-रे, दृष्य प्रकाश आदि) से उर्जा शोषित करने के बाद इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करता है तो इसे प्रकाश विद्युत प्रभाव कहते हैं।

प्रकाश-विद्युत धारा पर प्रकाश की तीव्रता का प्रभाव
प्रकाशिक धारा उत्सर्जित होने वाले प्रति सेकंड इलेक्ट्रॉनों की संख्या के अनुक्रमानुपाती है, अतः उत्सर्जित होने वाले प्रति सेकंड प्रकाशिक इलेक्ट्रॉनों की संख्या आपतित विकिरण की तीव्रता के समानुपाती है।

कक्षा 12 भौतिकी अध्याय 11 के लिए महत्वपूर्ण प्रश्न

प्रकाश विद्युत प्रभाव की व्याख्या करते समय हमने यह माना था कि ν आवृत्ति का फोटॉन किसी इलेक्ट्रॉन से संघट्ट करता है और अपनी ऊर्जा उसको हस्तांतरित कर देता है। इससे हमें उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन की अधिकतम ऊर्जा, Eₘₐₓ, के लिए निम्न प्रकार का समीकरण प्राप्त होता है: Eₘₐₓ = hν – ∅₀, जहाँ ∅₀ धातु का कार्यफलन है। यदि कोई इलेक्ट्रॉन दो फोटॉन (प्रत्येक की आवृत्ति ν है) अवशोषित करता है, तो उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन की अधिकतम ऊर्जा क्या होगी? (ii) निरोधी विभव संबंधी हमारी विवेचना में दो फोटॉन अवशोषण के इस प्रकरण पर विचार क्यों नहीं किया गया?

(i) Eₘₐₓ = hν – ∅
(ii) एक ही इलेक्ट्रॉन द्वारा दो फोटॉन अवशोषित करने की प्रायिकता अत्यन्त निम्न है। अतः इस प्रकार के उत्सर्जन नगण्य हैं।

कुछ पदार्थ ऐसे होते हैं जो लघु तरंगदैर्घ्य के फोटॉन को अवशोषित करते हैं और दीर्घ तरंगदैर्घ्य के फोटॉन उत्सर्जित करते हैं। क्या ऐसे स्थायी पदार्थ भी हो सकते हैं जो दीर्घ तरंगदैर्घ्य के फोटॉन अवशोषित करके लघु तरंगदैर्घ्यों का प्रकाश उत्सर्जित करें?

पहली स्थिति में प्रदत्त (बाहर निकली) ऊर्जा संभरित ऊर्जा से कम है। दूसरी स्थिति में क्योंकि उत्सर्जित फोटॉन में अधिक ऊर्जा होती है इसलिए पदार्थ को ऊर्जा आपूर्ति करनी पड़ती है। स्थायी पदार्थों के लिए ऐसा होना संभव नहीं है।

क्या फोटॉन अवशोषित करने वाले सभी इलेक्ट्रॉन फोटोइलेक्ट्रॉनों के रूप में निष्क्रमित होते हैं?

नहीं, अधिकांश इलेक्ट्रॉन धातु में प्रकीर्ण हो जाते हैं। केवल कुछ ही धातु के पृष्ठ से बाहर आते हैं।

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