जब प्रकाश पर सामग्री चमकती है तो फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव इलेक्ट्रान या अन्य मुक्त वाहक का उत्सर्जन होता है। इस तरह से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को फोटो इलेक्ट्रॉन कहा जा सकता है। इस घटना का आमतौर पर इलेक्ट्रॉनिक भौतिकी, साथ ही साथ रसायन विज्ञान के क्षेत्र में अध्ययन किया जाता है, जैसे क्वांटम रसायन या इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री।

शास्त्रीय विद्युत चुम्बकीय सिद्धांत के अनुसार, इस प्रभाव को प्रकाश से ऊर्जा के हस्तांतरण के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। इस परिप्रेक्ष्य से, प्रकाश की तीव्रता में परिवर्तन धातु से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की गतिशील ऊर्जा में परिवर्तन को प्रेरित करेगा। इसके अलावा, इस सिद्धांत के अनुसार, एक पर्याप्त मंद प्रकाश से इसकी रोशनी की प्रारंभिक चमक और इलेक्ट्रॉन के बाद के उत्सर्जन के बीच एक समय अंतराल दिखाने की उम्मीद की जाएगी। हालांकि, प्रयोगात्मक परिणाम शास्त्रीय सिद्धांत द्वारा बनाई गई दो भविष्यवाणियों में से किसी एक के साथ सहसंबंध नहीं थे।

इसके बजाए, इलेक्ट्रॉनों को केवल फोटोन के प्रभाव से हटा दिया जाता है जब वे फोटॉन थ्रेसहोल्ड आवृत्ति (ऊर्जा) तक पहुंचते या उससे अधिक होते हैं। उस दहलीज के नीचे, प्रकाश तीव्रता या प्रकाश के संपर्क के समय की लंबाई के बावजूद सामग्री से कोई भी इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित नहीं होता है। (शायद ही कभी, एक इलेक्ट्रॉन दो या दो से अधिक क्वांटो को अवशोषित करके बच जाएगा। हालांकि, यह बेहद दुर्लभ है क्योंकि जब तक यह बचने के लिए पर्याप्त क्वांटा को अवशोषित करता है, तो इलेक्ट्रॉन शायद बाकी क्वांटा उत्सर्जित कर देगा।) तथ्य को समझने के लिए यह प्रकाश इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल सकता है भले ही इसकी तीव्रता कम हो, अल्बर्ट आइंस्टीन ने प्रस्तावित किया कि प्रकाश का एक बीम अंतरिक्ष के माध्यम से प्रसारित लहर नहीं है, बल्कि अलग-अलग तरंग पैकेट (फोटॉन) का संग्रह है, प्रत्येक ऊर्जा एचएएन के साथ है। मैक्स प्लैंक की ऊर्जा की मात्रा से उत्पन्न होने वाली ऊर्जा (ई) और आवृत्ति (ν) को जोड़ने वाले प्लैंक रिलेशन (ई = एचएएन) की पिछली खोज पर यह शेड लाइट। कारक एच को प्लैंक स्थिरांक के रूप में जाना जाता है।

1887 में, हेनरिक हर्टज़ ने पाया कि पराबैंगनी प्रकाश के साथ प्रबुद्ध इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रिक स्पार्क को अधिक आसानी से बनाते हैं। 1 9 00 में, ब्लैक-बॉडी विकिरण का अध्ययन करते समय, जर्मन भौतिक विज्ञानी मैक्स प्लैंक ने सुझाव दिया कि विद्युत चुम्बकीय तरंगों द्वारा की गई ऊर्जा को केवल ऊर्जा के “पैकेट” में ही छोड़ा जा सकता है। 1 9 05 में, अल्बर्ट आइंस्टीन ने एक पेपर प्रकाशित किया जो परिकल्पना को आगे बढ़ाता है कि फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव से प्रयोगात्मक डेटा की व्याख्या करने के लिए अलग-अलग मात्रा में पैकेट में हल्की ऊर्जा ले जाती है। इस मॉडल ने क्वांटम यांत्रिकी के विकास में योगदान दिया। 1 9 14 में, मिलिकन के प्रयोग ने फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के आइंस्टीन के मॉडल का समर्थन किया। आइंस्टीन को 1 9 21 में “फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के कानून की खोज” के लिए नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था, और रॉबर्ट मिलिकन को 1 9 23 में “बिजली के प्राथमिक प्रभार और फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर उनके काम” के लिए नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के लिए उच्च परमाणु संख्या वाले तत्वों में कोर इलेक्ट्रॉनों के लिए शून्य से अधिक (नकारात्मक इलेक्ट्रॉन संबंध के मामले में) ऊर्जा के साथ फोटॉन की आवश्यकता होती है। ठेठ धातुओं से चालन इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन को आमतौर पर कुछ इलेक्ट्रॉन-वोल्ट की आवश्यकता होती है, जो लघु-तरंगदैर्ध्य दृश्यमान या पराबैंगनी प्रकाश से संबंधित होती हैं। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के अध्ययन ने प्रकाश और इलेक्ट्रॉनों की क्वांटम प्रकृति को समझने में महत्वपूर्ण कदम उठाए और लहर-कण द्वंद्व की अवधारणा के गठन को प्रभावित किया। अन्य घटनाएं जहां प्रकाश बिजली के आंदोलन के आंदोलन को प्रभावित करता है, इसमें फोटोकॉन्डक्टिव प्रभाव (जिसे फोटोकॉन्डक्टिविटी या फोटोरेसिस्टिविटी भी कहा जाता है), फोटोवोल्टिक प्रभाव, और फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल प्रभाव शामिल है।

फोटोमिशन किसी भी सामग्री से हो सकता है, लेकिन यह धातुओं या अन्य कंडक्टर से सबसे आसानी से देखा जा सकता है क्योंकि प्रक्रिया चार्ज असंतुलन पैदा करती है, और यदि यह चार्ज असंतुलन वर्तमान प्रवाह (चालकता द्वारा सक्षम) द्वारा तटस्थ नहीं होता है, तो उत्सर्जन के लिए संभावित बाधा बढ़ जाती है उत्सर्जन वर्तमान समाप्त हो जाता है। वैक्यूम में उत्सर्जक सतह होना सामान्य बात है, क्योंकि गैसों ने फोटोइलेक्ट्रॉन के प्रवाह को बाधित कर दिया है और उन्हें निरीक्षण करना मुश्किल बना दिया है। इसके अतिरिक्त, अगर धातु के ऑक्सीजन के संपर्क में आ गया है तो फोटोमिशन के लिए ऊर्जा बाधा आमतौर पर धातु की सतहों पर पतली ऑक्साइड परतों द्वारा बढ़ाया जाता है, इसलिए फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के आधार पर अधिकांश व्यावहारिक प्रयोग और डिवाइस वैक्यूम में स्वच्छ धातु सतहों का उपयोग करते हैं।

जब फोटोइलेक्ट्रॉन वैक्यूम की बजाय ठोस में उत्सर्जित होता है, तो आंतरिक फोटोमिशन शब्द का प्रयोग अक्सर किया जाता है, और बाहरी फोटोमिशन के रूप में विशिष्ट वैक्यूम में उत्सर्जन होता है।

उत्सर्जन तंत्र
एक प्रकाश बीम के फोटॉन में प्रकाश की आवृत्ति के लिए आनुपातिक विशेषता होती है। फोटोमिशन प्रक्रिया में, यदि कुछ सामग्री के भीतर एक इलेक्ट्रॉन एक फोटॉन की ऊर्जा को अवशोषित करता है और सामग्री के कार्य समारोह (इलेक्ट्रॉन बाध्यकारी ऊर्जा) की तुलना में अधिक ऊर्जा प्राप्त करता है, तो इसे बाहर निकाला जाता है। यदि फोटॉन ऊर्जा बहुत कम है, तो इलेक्ट्रॉन सामग्री से बचने में असमर्थ है। चूंकि कम आवृत्ति प्रकाश की तीव्रता में वृद्धि केवल एक निश्चित अंतराल पर भेजे गए कम ऊर्जा वाले फोटॉनों की संख्या में वृद्धि करेगी, तीव्रता में यह परिवर्तन किसी इलेक्ट्रॉन को विस्थापित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा के साथ कोई भी फोटॉन नहीं बनाएगा। इस प्रकार, उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा आने वाली रोशनी की तीव्रता पर निर्भर नहीं होती है, बल्कि केवल व्यक्तिगत फोटॉन की ऊर्जा (समतुल्य आवृत्ति) पर निर्भर करती है। यह घटना फोटॉन और बाहरीतम इलेक्ट्रॉनों के बीच एक बातचीत है।

जब विकिरणित होता है तो इलेक्ट्रॉन फोटॉन से ऊर्जा को अवशोषित कर सकते हैं, लेकिन वे आम तौर पर “सभी या कुछ भी नहीं” सिद्धांत का पालन करते हैं। एक फोटॉन से सभी ऊर्जा अवशोषित होनी चाहिए और परमाणु बाध्यकारी से एक इलेक्ट्रॉन को मुक्त करने के लिए उपयोग किया जाना चाहिए, अन्यथा ऊर्जा फिर से उत्सर्जित की जाती है। अगर फोटॉन ऊर्जा अवशोषित हो जाती है, तो कुछ ऊर्जा परमाणु से इलेक्ट्रॉन को मुक्त करती है, और शेष इलेक्ट्रॉन की गतिशील ऊर्जा को मुक्त कण के रूप में योगदान देती है।

फोटोइलेक्ट्रिक उत्सर्जन के प्रायोगिक अवलोकन
फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के सिद्धांत को एक प्रबुद्ध धातु सतह से इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन के प्रयोगात्मक अवलोकनों को समझा जाना चाहिए।

दी गई धातु की सतह के लिए, घटना विकिरण की एक निश्चित न्यूनतम आवृत्ति मौजूद है जिसके नीचे कोई फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जित नहीं होता है। इस आवृत्ति को दहलीज आवृत्ति कहा जाता है। घटना बीम की आवृत्ति में वृद्धि, घटना फोटोनों की संख्या को निश्चित रखने के लिए (इससे ऊर्जा में आनुपातिक वृद्धि होगी) उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रॉन की अधिकतम गतिशील ऊर्जा बढ़ जाती है। इस प्रकार रोक वोल्टेज बढ़ता है। इलेक्ट्रॉनों की संख्या भी संभावित रूप से बदलती है क्योंकि प्रत्येक फोटॉन उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन में परिणाम फोटॉन ऊर्जा का एक कार्य होता है। यदि किसी आवृत्ति की घटना विकिरण की तीव्रता में वृद्धि हुई है, तो प्रत्येक फोटोइलेक्ट्रॉन की गतिशील ऊर्जा पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।

थ्रेसहोल्ड आवृत्ति के ऊपर, उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रॉन की अधिकतम गतिशील ऊर्जा घटना प्रकाश की आवृत्ति पर निर्भर करती है, लेकिन घटना प्रकाश की तीव्रता से स्वतंत्र है जब तक कि उत्तरार्द्ध बहुत अधिक न हो।

किसी दिए गए धातु और घटना विकिरण की आवृत्ति के लिए, जिस दर पर फोटोइलेक्ट्रॉन निकाले जाते हैं वह घटना प्रकाश की तीव्रता के लिए सीधे आनुपातिक होता है। घटना बीम की तीव्रता में वृद्धि (आवृत्ति तय रखने) फोटोइलेक्ट्रिक वर्तमान की परिमाण को बढ़ाती है, हालांकि रोक वोल्टेज एक ही रहता है।

विकिरण की घटनाओं और फोटोइलेक्ट्रॉन के उत्सर्जन के बीच का समय बहुत छोटा है, 10-9 सेकेंड से भी कम है।

उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों के वितरण की दिशा घटना प्रकाश के ध्रुवीकरण (विद्युत क्षेत्र की दिशा) की दिशा में चोटी, यदि यह रैखिक रूप से ध्रुवीकृत है।

गणितीय विवरण
1 9 05 में, आइंस्टीन ने मैक्स प्लैंक द्वारा पहले एक अवधारणा का उपयोग करके फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का एक स्पष्टीकरण प्रस्तावित किया था कि हल्की तरंगों में छोटे बंडलों या ऊर्जा के पैकेट होते हैं जिन्हें फोटॉन या क्वांटा कहा जाता है।

टी अधिकतम गतिशील ऊर्जा  एक निष्कासित इलेक्ट्रॉन द्वारा दिया जाता है

कहा पे  प्लैंक स्थिर है और  घटना फोटॉन की आवृत्ति है। अवधि  कार्य समारोह है (कभी-कभी दर्शाया जाता है  , या  , जो धातु की सतह से एक delocalised इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा देता है। कार्य समारोह संतुष्ट करता है

कहा पे  धातु के लिए दहलीज आवृत्ति है। एक निकाले गए इलेक्ट्रॉन की अधिकतम गतिशील ऊर्जा तब होती है

काइनेटिक ऊर्जा सकारात्मक है, इसलिए हमारे पास होना चाहिए  फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव होने के लिए।

संभावित रोकना
वर्तमान और लागू वोल्टेज के बीच संबंध फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की प्रकृति को दर्शाता है। चर्चा के लिए, एक प्रकाश स्रोत प्लेट पी को प्रकाशित करता है, और एक अन्य प्लेट इलेक्ट्रोड क्यू किसी भी उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को एकत्र करता है। हम पी और क्यू के बीच की क्षमता को बदलते हैं और दोनों प्लेटों के बीच बाहरी सर्किट में बहने वाले प्रवाह को मापते हैं।

यदि घटना विकिरण की आवृत्ति और तीव्रता तय की जाती है, तो फोटोइलेक्ट्रिक प्रवाह कलेक्टर इलेक्ट्रोड पर सकारात्मक क्षमता में वृद्धि के साथ धीरे-धीरे बढ़ता है जब तक कि उत्सर्जित सभी फोटोइलेक्ट्रॉन एकत्र नहीं किए जाते हैं।फोटोइलेक्ट्रिक वर्तमान संतृप्ति मूल्य प्राप्त करता है और सकारात्मक क्षमता में किसी भी वृद्धि के लिए आगे नहीं बढ़ता है। प्रकाश तीव्रता में वृद्धि के साथ संतृप्ति वर्तमान बढ़ जाती है। उच्च ऊर्जा फोटॉन के साथ टकराव होने पर इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन की अधिक संभावना के कारण यह अधिक आवृत्तियों के साथ भी बढ़ता है।

यदि हम प्लेट पी के संबंध में कलेक्टर प्लेट क्यू के लिए नकारात्मक क्षमता लागू करते हैं और धीरे-धीरे इसे बढ़ाते हैं, तो फोटोइलेक्ट्रिक वर्तमान घटता है, जो एक निश्चित नकारात्मक क्षमता पर शून्य हो जाता है। कलेक्टर पर नकारात्मक क्षमता जिस पर फोटोइलेक्ट्रिक वर्तमान शून्य हो जाता है उसे रोकने की क्षमता या क्षमता काट दिया जाता है

मैं। घटना विकिरण की दी गई आवृत्ति के लिए, रोक क्षमता इसकी तीव्रता से स्वतंत्र है।

ii। घटना विकिरण की दी गई आवृत्ति के लिए, रोक क्षमता अधिकतम गतिशील ऊर्जा द्वारा निर्धारित की जाती है  उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रॉन का। यदि क्यू _ई इलेक्ट्रॉन पर चार्ज है और  रोकथाम क्षमता है, तो इलेक्ट्रॉन को रोकने में रखरखाव क्षमता द्वारा किया गया काम है  , तो हमारे पास

को याद करते हुए

हम देखते हैं कि रोक वोल्टेज प्रकाश की आवृत्ति के साथ रैखिक रूप से भिन्न होता है, लेकिन सामग्री के प्रकार पर निर्भर करता है। किसी भी विशेष सामग्री के लिए, किसी भी इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन का निरीक्षण करने के लिए, प्रकाश तीव्रता से स्वतंत्र, एक थ्रेसहोल्ड आवृत्ति है जिसे पार किया जाना चाहिए।

तीन चरण मॉडल
एक्स-रे शासन में, क्रिस्टलीय सामग्री में फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव अक्सर तीन चरणों में विघटित होता है:

आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव (नीचे फोटोोडीड देखें [स्पष्टीकरण आवश्यक])। पीछे छोड़ा हुआ छेद ऑगर प्रभाव को जन्म दे सकता है, जो तब भी दिखाई देता है जब इलेक्ट्रॉन सामग्री को नहीं छोड़ता है। आणविक ठोस फोन्स इस चरण में उत्साहित हैं और अंतिम इलेक्ट्रॉन ऊर्जा में रेखाओं के रूप में दिखाई दे सकते हैं। आंतरिक फोटोफैक्ट को डीपोल की अनुमति दी जानी चाहिए। [स्पष्टीकरण आवश्यक] परमाणुओं के लिए संक्रमण नियम क्रिस्टल पर तंग बाध्यकारी मॉडल के माध्यम से अनुवाद करते हैं। [स्पष्टीकरण की आवश्यकता] वे ज्यामिति में प्लाज़्मा ऑसीलेशन के समान होते हैं जिसमें उन्हें ट्रांसवर्सल होना होता है।
सतह पर इलेक्ट्रॉनों के आधे के बैलिस्टिक परिवहन [स्पष्टीकरण की आवश्यकता]। कुछ इलेक्ट्रॉन बिखरे हुए हैं।
सतह पर सामग्री से इलेक्ट्रान से बचें।
तीन-चरण मॉडल में, एक इलेक्ट्रॉन इन तीन चरणों के माध्यम से कई पथ ले सकता है। सभी पथ पथ अभिन्न सूत्र के अर्थ में हस्तक्षेप कर सकते हैं। सतह के राज्यों और अणुओं के लिए तीन-चरण मॉडल अभी भी कुछ समझ में आता है क्योंकि यहां तक ​​कि अधिकांश परमाणुओं में कई इलेक्ट्रॉन होते हैं जो एक इलेक्ट्रॉन छोड़ने को तितर-बितर कर सकते हैं।

इतिहास
जब एक सतह एक निश्चित थ्रेसहोल्ड फ्रीक्वेंसी (आमतौर पर क्षार धातुओं के लिए दृश्यमान प्रकाश, अन्य धातुओं के लिए पराबैंगनी के निकट दृश्यमान और गैर-धातुओं के लिए अत्यधिक पराबैंगनीक) के ऊपर विद्युत चुम्बकीय विकिरण के संपर्क में आती है, तो विकिरण अवशोषित होता है और इलेक्ट्रॉनों को उत्सर्जित किया जाता है। लाइट, और विशेष रूप से अति-बैंगनी प्रकाश, कैथोड किरणों के समान प्रकृति की किरणों के उत्पादन के साथ नकारात्मक विद्युतीकृत निकायों को निर्वहन करता है। कुछ परिस्थितियों में यह सीधे गैसों को आयनीकृत कर सकता है। इन घटनाओं में से पहला खोज 1887 में हर्ट्ज और हॉलवाच द्वारा खोजा गया था। दूसरी बार 1 9 00 में फिलिप लीनार्ड ने पहली बार घोषणा की थी।

इन प्रभावों का उत्पादन करने के लिए अल्ट्रा-बैंगनी प्रकाश एक चाप दीपक से प्राप्त किया जा सकता है, या मैग्नीशियम जलाने से, या जिंक या कैडमियम टर्मिनलों के बीच एक प्रेरण कॉइल के साथ चमककर, प्रकाश जो अल्ट्रा-बैंगनी किरणों में बहुत समृद्ध है। सूरज की रोशनी अति-बैंगनी किरणों में समृद्ध नहीं है, क्योंकि इन्हें वायुमंडल द्वारा अवशोषित कर दिया गया है, और यह आर्क-लाइट के रूप में लगभग इतना बड़ा प्रभाव नहीं पैदा करता है। धातुओं के अलावा कई पदार्थ पराबैंगनी प्रकाश की क्रिया के तहत नकारात्मक बिजली का निर्वहन करते हैं: इन पदार्थों की सूचियां जीसी श्मिट और ओ। नोबलोच द्वारा कागजात में पाए जाएंगी।

19 वी सदी
183 9 में, अलेक्जेंड्रे एडमंड बेकेलेल ने इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं पर प्रकाश के प्रभाव का अध्ययन करते हुए फोटोवोल्टिक प्रभाव की खोज की। हालांकि फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के बराबर नहीं, फोटोवोल्टिक्स पर उनका काम सामग्री के प्रकाश और इलेक्ट्रॉनिक गुणों के बीच एक मजबूत संबंध दिखाने में महत्वपूर्ण था। 1873 में, विलोबी स्मिथ ने पनडुब्बी टेलीग्राफ केबल्स से जुड़े अपने काम के संयोजन के साथ धातु के उच्च प्रतिरोध गुणों के लिए धातु का परीक्षण करते हुए सेलेनियम में फोटोकॉन्डक्टिविटी की खोज की।

हेडनबर्ग में छात्रों, जोहान एलस्टर (1854-19 20) और हंस गीटेल (1855-19 23) ने पहली व्यावहारिक फोटोइलेक्ट्रिक कोशिकाओं का विकास किया जो प्रकाश की तीव्रता को मापने के लिए उपयोग किए जा सकते थे .:458 एलस्टर और गीइटेल ने बड़ी सफलता के साथ जांच की थी विद्युतीकृत निकायों पर प्रकाश से।

1887 में, हेनरिक हर्टज़ ने फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव और विद्युत चुम्बकीय तरंगों के उत्पादन और स्वागत का निरीक्षण किया। उन्होंने इन अवलोकनों को पत्रिका Annalen der Physik में प्रकाशित किया। उनके रिसीवर में एक स्पार्क अंतर के साथ एक कॉइल शामिल था, जहां विद्युत चुम्बकीय तरंगों का पता लगाने पर एक स्पार्क देखा जाएगा। स्पार्क को बेहतर देखने के लिए उन्होंने उपकरण को एक अंधेरे बॉक्स में रखा। हालांकि, उन्होंने देखा कि बॉक्स में अधिकतम स्पार्क लंबाई कम हो गई थी। एक ग्लास पैनल विद्युत चुम्बकीय तरंगों के स्रोत के बीच रखा गया और रिसीवर अवशोषित पराबैंगनी विकिरण जो अंतराल पर कूदने में इलेक्ट्रॉनों की सहायता करता था। हटा दिए जाने पर, स्पार्क की लंबाई बढ़ेगी। उन्होंने स्पार्क की लंबाई में कोई कमी नहीं देखी जब उन्होंने ग्लास को क्वार्ट्ज के साथ बदल दिया, क्योंकि क्वार्ट्ज यूवी विकिरण को अवशोषित नहीं करता है। हर्टज़ ने अपने महीनों की जांच समाप्त की और परिणाम प्राप्त किए। उन्होंने इस प्रभाव की जांच को और आगे नहीं बढ़ाया।

1887 में हर्टज़ की खोज ने स्पार्क अंतर पर अल्ट्रा-बैंगनी प्रकाश की घटनाओं को स्पार्क के पारित होने की सुविधा प्रदान की, जिससे प्रकाश के प्रभाव पर हॉलवाच, हूर, रिघी और स्टॉलेटो द्वारा जांच की श्रृंखला की तुरंत श्रृंखला बढ़ गई, और विशेष रूप से अल्ट्रा चार्ज शरीर पर, वायलेट प्रकाश। इन जांचों से यह साबित हुआ कि जस्ता की एक नई साफ सतह, यदि नकारात्मक बिजली से चार्ज हो, तो तेजी से इस चार्ज को खो देता है, हालांकि यह तब हो सकता है जब अति-बैंगनी प्रकाश सतह पर गिरता है; जबकि अगर सतह को शुरू करने के लिए बिना चार्ज किया जाता है, तो प्रकाश के संपर्क में आने पर सकारात्मक चार्ज प्राप्त होता है, जिससे धातु में घिरा हुआ नकारात्मक विद्युतीकरण होता है जिससे धातु घिरा हुआ होता है; सतह के खिलाफ एक मजबूत एयरब्लैस्ट निर्देशित करके यह सकारात्मक विद्युतीकरण बहुत बढ़ाया जा सकता है। यदि जस्ता सतह सकारात्मक रूप से विद्युतीकृत होती है तो प्रकाश के संपर्क में होने पर इसका कोई नुकसान नहीं होता है: इस परिणाम पर सवाल उठाया गया है, लेकिन एलस्टर और गीटल द्वारा घटना की एक बहुत सावधानीपूर्वक जांच से पता चला है कि कुछ परिस्थितियों में देखा गया नुकसान पॉजिटिव चार्ज द्वारा प्रेरित पड़ोसी कंडक्टर पर नकारात्मक विद्युतीकरण की जस्ता सतह से प्रकाश द्वारा निर्वहन, बिजली के क्षेत्र के प्रभाव में नकारात्मक बिजली सकारात्मक विद्युतीकृत सतह तक बढ़ती है।

20 वीं सदी
अल्ट्रा-बैंगनी प्रकाश द्वारा गैसों के आयनीकरण की खोज 1 9 00 में फिलिप लेनार्ड द्वारा बनाई गई थी। प्रभाव के रूप में हवा के कई सेंटीमीटरों में उत्पादन किया गया था और बहुत ही सकारात्मक और छोटे नकारात्मक आयनों को बनाया गया था, इस घटना की व्याख्या करना स्वाभाविक था, जैसा कि किया गया था जे जे थॉमसन, गैस में मौजूद ठोस या तरल कणों पर एक हर्ट्ज प्रभाव के रूप में।

1 9 02 में, लेनर्ड ने देखा कि प्रकाश उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा आवृत्ति (जो रंग से संबंधित है) के साथ बढ़ी है।

यह मैक्सवेल के प्रकाश सिद्धांत के प्रकाश के साथ बाधाओं में दिखाई दिया, जिसने भविष्यवाणी की कि इलेक्ट्रॉन ऊर्जा विकिरण की तीव्रता के समान होगी।

लेनर्ड ने एक शक्तिशाली विद्युत चाप दीपक का उपयोग करके प्रकाश आवृत्ति के साथ इलेक्ट्रॉन ऊर्जा में भिन्नता देखी, जिसने उन्हें तीव्रता में बड़े बदलावों की जांच करने में सक्षम बनाया, और उसके पास प्रकाश आवृत्ति के साथ संभावित विविधता की जांच करने में सक्षम होने के लिए पर्याप्त शक्ति थी। उनके प्रयोग ने सीधे इलेक्ट्रॉनों की गतिशील ऊर्जा की क्षमता को माप लिया: उन्होंने फोटोन्यूब में अधिकतम रोक क्षमता (वोल्टेज) से संबंधित इलेक्ट्रॉन ऊर्जा पाई। उन्होंने पाया कि गणना की गई अधिकतम इलेक्ट्रॉन गतिशील ऊर्जा प्रकाश की आवृत्ति द्वारा निर्धारित की जाती है। उदाहरण के लिए, मुक्ति पर इलेक्ट्रॉन के लिए गणना की गई अधिकतम गतिशील ऊर्जा में वृद्धि में आवृत्ति परिणामों में वृद्धि – पराबैंगनी विकिरण को नीली रोशनी की तुलना में एक फोटोट्यूब में वर्तमान को रोकने के लिए एक उच्च लागू रोक क्षमता की आवश्यकता होगी। हालांकि, प्रयोग करने में कठिनाई के कारण लेनदेन के परिणाम मात्रात्मक के बजाय गुणात्मक थे: प्रयोगों को ताजा कट धातु पर किया जाना चाहिए ताकि शुद्ध धातु देखी जा सके, लेकिन यह आंशिक वैक्यूम में भी मिनटों के मामले में ऑक्सीकरण उपयोग किया गया। सतह द्वारा उत्सर्जित वर्तमान प्रकाश की तीव्रता, या चमक द्वारा निर्धारित किया गया था: प्रकाश की तीव्रता को दोगुना करने से सतह से निकलने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या दोगुना हो गई।

लेंजविन के शोध और यूजीन ब्लोच के शोधों से पता चला है कि लेनदेन प्रभाव का अधिक हिस्सा निश्चित रूप से इस ‘हर्ट्ज प्रभाव’ के कारण है। गैस पर लेनदेन प्रभाव [स्पष्टीकरण की आवश्यकता] फिर भी मौजूद है। जे जे थॉमसन द्वारा रिफाउंड और फिर फ्रेडरिक पामर, जूनियर द्वारा अधिक निर्णायक रूप से, इसका अध्ययन किया गया और लेनदेन द्वारा पहली बार जिम्मेदार लोगों की तुलना में बहुत अलग विशेषताओं को दिखाया गया।

1 9 05 में, अल्बर्ट आइंस्टीन ने निरंतर लहरों की बजाय अलग-अलग क्वांटा के रूप में प्रकाश का वर्णन करके इस स्पष्ट विरोधाभास को हल किया, जिसे अब फोटॉन कहा जाता है। मैक्स प्लैंक के ब्लैक-बॉडी विकिरण के सिद्धांत के आधार पर, आइंस्टीन ने सिद्धांत दिया कि प्रत्येक क्वांटम प्रकाश में ऊर्जा स्थिरता के बराबर होती है जिसे बाद में प्लैंक के निरंतर कहा जाता है। थ्रेसहोल्ड फ्रीक्वेंसी के ऊपर एक फोटॉन में एक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालने के लिए आवश्यक ऊर्जा होती है, जो देखा गया प्रभाव बनाते हैं। इस खोज से भौतिकी में क्वांटम क्रांति हुई और 1 9 21 में आइंस्टीन भौतिकी में नोबेल पुरस्कार अर्जित किया। लहर-कण द्वंद्व से प्रभाव को तरंगों के संदर्भ में पूरी तरह से विश्लेषण किया जा सकता है, हालांकि आसानी से नहीं।

प्रकाश के क्वांटा के अवशोषण के कारण फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के कारण अल्बर्ट आइंस्टीन के गणितीय विवरण में उनके 1 9 05 के कागजात में से एक था, जिसका नाम “एक हेरिस्टिक व्यूपॉइंट ऑन द प्रोडक्शन एंड ट्रांसफॉर्मेशन ऑफ लाइट” था। इस पेपर ने “लाइट क्वांटा” या फोटॉन के सरल वर्णन का प्रस्ताव दिया, और दिखाया कि उन्होंने फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के रूप में इस तरह की घटनाओं को कैसे समझाया। प्रकाश के अलग क्वांटा के अवशोषण के संदर्भ में उनकी सरल व्याख्या ने घटना की विशेषताओं और विशेषता आवृत्ति को समझाया।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव ने प्रकाश की प्रकृति में तरंग-कण द्वंद्व की तत्कालीन उभरती अवधारणा को आगे बढ़ाने में मदद की। प्रकाश के साथ-साथ दोनों तरंगों और कणों की विशेषताओं का अधिकार होता है, प्रत्येक परिस्थितियों के अनुसार प्रकट होते हैं। प्रकाश के शास्त्रीय तरंग वर्णन के संदर्भ में प्रभाव को असंभव करना था, क्योंकि उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा घटना विकिरण की तीव्रता पर निर्भर नहीं थी। शास्त्रीय सिद्धांत ने भविष्यवाणी की थी कि इलेक्ट्रॉन समय की अवधि में ऊर्जा इकट्ठा करेंगे, और फिर उत्सर्जित होंगे।

उपयोग और प्रभाव

photomultipliers
ये बेहद हल्के संवेदनशील वैक्यूम ट्यूब हैं जो लिफाफे के अंदर के हिस्से (एक अंत या किनारे) पर लेपित फोटोकैथोड के साथ हैं। फोटोकैथोड में कम से कम काम करने के लिए विशेष रूप से चयनित सीज़ियम, रूबिडियम और एंटीमोनी जैसी सामग्रियों के संयोजन होते हैं, इसलिए जब प्रकाश के बहुत कम स्तर से भी रोशनी होती है, तो फोटोकैथोड आसानी से इलेक्ट्रॉनों को रिलीज़ करता है। इलेक्ट्रोड (डायनाड्स) की एक श्रृंखला के माध्यम से कभी-कभी उच्च क्षमता पर, इन इलेक्ट्रॉनों को त्वरित रूप से पता लगाने योग्य आउटपुट वर्तमान प्रदान करने के लिए माध्यमिक उत्सर्जन के माध्यम से संख्या में तेजी से वृद्धि हुई है। फोटोमल्टीप्लायर अभी भी आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं जहां प्रकाश के कम स्तर का पता लगाया जाना चाहिए।

छवि सेंसर
टेलीविज़न के शुरुआती दिनों में वीडियो कैमरा ट्यूबों ने फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग किया, उदाहरण के लिए, फिलो फार्नवर्थ की “छवि विच्छेदन” ने एक ऑप्टिकल छवि को एक स्कैन किए गए इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल में बदलने के लिए फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव से चार्ज की गई स्क्रीन का उपयोग किया।

सोने के पत्ते इलेक्ट्रोस्कोप
सोने के पत्ते इलेक्ट्रोस्कोप स्थिर बिजली का पता लगाने के लिए डिजाइन किए गए हैं। धातु टोपी पर रखा गया चार्ज स्टेम और इलेक्ट्रोस्कोप के सोने के पत्ते में फैलता है। क्योंकि उनके पास एक ही चार्ज होता है, तने और पत्ते एक-दूसरे को पीछे हटते हैं। यह पत्ता को तने से दूर मोड़ने का कारण बन जाएगा।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव को चित्रित करने में एक इलेक्ट्रोस्कोप एक महत्वपूर्ण उपकरण है। उदाहरण के लिए, यदि इलेक्ट्रोस्कोप को नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉनों से अधिक होता है और पत्ती को स्टेम से अलग किया जाता है। यदि टोपी पर उच्च आवृत्ति प्रकाश चमकता है, तो इलेक्ट्रोस्कोप निर्वहन, और पत्ता कम हो जाएगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि टोपी पर चमकने वाली रोशनी की आवृत्ति टोपी की दहलीज आवृत्ति से ऊपर है। प्रकाश में फोटॉनों में कैप से इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है, जिससे इसका नकारात्मक शुल्क कम हो जाता है। यह एक नकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रोस्कोप का निर्वहन करेगा और आगे एक सकारात्मक इलेक्ट्रोस्कोप चार्ज करेगा। हालांकि, अगर धातु टोपी को मारने वाले विद्युत चुम्बकीय विकिरण में पर्याप्त आवृत्ति नहीं होती है (इसकी आवृत्ति टोपी के लिए दहलीज मूल्य से नीचे होती है), तो पत्ता कभी भी निर्वहन नहीं करेगा, इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि कितनी देर तक कम आवृत्ति प्रकाश चमकता है टोपी।

फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी
चूंकि उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रॉन की ऊर्जा वास्तव में घटना की ऊर्जा है जो भौतिक कार्य कार्य या बाध्यकारी ऊर्जा से कम होती है, नमूना के कार्य कार्य को एक मोनोक्रोमैटिक एक्स-रे स्रोत या यूवी स्रोत के साथ बमबारी करके निर्धारित किया जा सकता है, और मापने के लिए उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की गतिशील ऊर्जा वितरण।

फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी आमतौर पर उच्च-वैक्यूम पर्यावरण में किया जाता है, क्योंकि अगर वे मौजूद थे तो इलेक्ट्रॉनों को गैस अणुओं द्वारा बिखराया जाएगा। हालांकि, कुछ कंपनियां अब ऐसे उत्पादों को बेच रही हैं जो हवा में फोटोमिशन की अनुमति देती हैं। प्रकाश स्रोत एक लेजर, एक निर्वहन ट्यूब, या एक synchrotron विकिरण स्रोत हो सकता है।

सांद्रिक गोलार्ध विश्लेषक एक विशिष्ट इलेक्ट्रॉन ऊर्जा विश्लेषक है और घटनात्मक इलेक्ट्रॉनों के निर्देशों को बदलने के लिए एक विद्युतीय क्षेत्र का उपयोग करता है, जो उनके गतिशील ऊर्जा के आधार पर होता है। प्रत्येक तत्व और कोर (परमाणु कक्षीय) के लिए एक अलग बाध्यकारी ऊर्जा होगी। इन संयोजनों में से प्रत्येक से बनाए गए कई इलेक्ट्रॉन विश्लेषक आउटपुट में स्पाइक्स के रूप में दिखाई देंगे, और इन्हें नमूना की मूल संरचना निर्धारित करने के लिए उपयोग किया जा सकता है।

अंतरिक्ष यान
फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव अंतरिक्ष यान को सकारात्मक चार्ज विकसित करने के लिए सूरज की रोशनी के संपर्क में लाएगा।यह एक बड़ी समस्या हो सकती है, क्योंकि अंतरिक्ष यान के अन्य हिस्सों छाया में हैं जिसके परिणामस्वरूप अंतरिक्ष यान निकटतम प्लास्मा से नकारात्मक शुल्क विकसित करेगा। असंतुलन नाजुक विद्युत घटकों के माध्यम से निर्वहन कर सकते हैं। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव द्वारा निर्मित स्थिर चार्ज स्वयं-सीमित है, क्योंकि एक उच्च चार्ज ऑब्जेक्ट अपने इलेक्ट्रॉनों को कम चार्ज ऑब्जेक्ट के रूप में आसानी से नहीं छोड़ता है।

चंद्रमा धूल
चंद्र धूल से निकलने वाले सूरज से प्रकाश इसे फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव से चार्ज करने का कारण बनता है। चार्ज की धूल तब खुद को पीछे हटती है और चंद्रमा की सतह से इलेक्ट्रोस्टैटिक उत्थान द्वारा लिफ्ट की जाती है। यह लगभग “धूल के वातावरण” की तरह प्रकट होता है, जो एक पतली धुंध और दूर की विशेषताओं के धुंधले के रूप में दिखाई देता है, और सूर्य के सेट के बाद एक मंद चमक के रूप में दिखाई देता है। यह पहली बार 1 9 60 के दशक में सर्वेक्षक कार्यक्रम जांच द्वारा फोटो खिंचवाया गया था। ऐसा माना जाता है कि छोटे कणों को सतह से किलोमीटर की दूरी पर दोहराया जाता है और कणों को “फव्वारे” में स्थानांतरित किया जाता है क्योंकि वे चार्ज और डिस्चार्ज करते हैं।

नाइट विजन डिवाइस
एक छवि तीव्रता ट्यूब में गैलियम आर्सेनाइड जैसे क्षार धातु या सेमीकंडक्टर सामग्री की एक पतली फिल्म को मारने वाले फोटोन फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के कारण फोटोइलेक्ट्रॉन का निष्कासन का कारण बनते हैं। ये एक इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र से तेज़ होते हैं जहां वे एक फॉस्फर लेपित स्क्रीन पर हमला करते हैं, इलेक्ट्रॉनों को वापस फोटॉन में परिवर्तित करते हैं।सिग्नल का तीव्रता या तो इलेक्ट्रॉनों के त्वरण के माध्यम से या माध्यमिक उत्सर्जन के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों की संख्या में वृद्धि करके, जैसे माइक्रो-चैनल प्लेट के साथ हासिल किया जाता है। कभी-कभी दोनों विधियों का संयोजन उपयोग किया जाता है। चालन बैंड से बाहर और वैक्यूम स्तर में इलेक्ट्रॉन को स्थानांतरित करने के लिए अतिरिक्त गतिशील ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इसे फोटोकैथोड के इलेक्ट्रॉन संबंध के रूप में जाना जाता है और बैंड अंतराल मॉडल द्वारा समझाया गया प्रतिबंधित बैंड के अलावा फोटोमिशन के लिए एक और बाधा है। गैलियम आर्सेनाइड जैसी कुछ सामग्रियों में एक प्रभावी इलेक्ट्रॉन संबंध है जो चालन बैंड के स्तर से नीचे है। इन सामग्रियों में, चालन बैंड में जाने वाले इलेक्ट्रॉनों को सामग्री से उत्सर्जित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है और इस तरह, फिल्म जो फोटॉन को अवशोषित करती है वह काफी मोटी हो सकती है। इन सामग्रियों को नकारात्मक इलेक्ट्रॉन संबंध सामग्री के रूप में जाना जाता है।

अनुप्रस्थ काट
फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव फोटॉन और परमाणुओं के बीच एक बातचीत तंत्र है। यह 12 सैद्धांतिक रूप से संभावित बातचीत में से एक है।

511 केवी के इलेक्ट्रॉन आराम ऊर्जा की तुलना में उच्च फोटॉन ऊर्जा पर, कॉम्प्टन स्कैटरिंग, एक और प्रक्रिया हो सकती है। यह दो बार (1.022 एमवी) जोड़ी उत्पादन हो सकता है। कॉम्प्टन स्कैटरिंग और जोड़ी उत्पादन दो अन्य प्रतिस्पर्धी तंत्र के उदाहरण हैं।

दरअसल, अगर फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव एक विशेष एकल-फोटॉन बाध्य-इलेक्ट्रॉन बातचीत के लिए पसंदीदा प्रतिक्रिया है, तो परिणाम सांख्यिकीय प्रक्रियाओं के अधीन भी है और इसकी गारंटी नहीं है, यद्यपि फोटॉन निश्चित रूप से गायब हो गया है और बाध्य इलेक्ट्रॉन उत्साहित है (आमतौर पर गामा किरण ऊर्जा पर के या एल शैल इलेक्ट्रॉन)। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव होने की संभावना इंटरैक्शन के पार अनुभाग द्वारा मापा जाता है, σ। यह लक्ष्य परमाणु और फोटॉन ऊर्जा की परमाणु संख्या का एक कार्य पाया गया है। उच्चतम परमाणु बाध्यकारी ऊर्जा के ऊपर फोटॉन ऊर्जा के लिए एक कच्चे अनुमान, द्वारा दिया जाता है:

यहां जेड परमाणु संख्या है और n एक संख्या है जो 4 से 5 के बीच बदलती है। निचले फोटॉन ऊर्जा पर किनारों के साथ एक विशेषता संरचना दिखाई देती है, के किनारे, एल किनारों, एम किनारों, आदि) स्पष्ट व्याख्या निम्नानुसार है कि फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव तेजी से स्पेक्ट्रम के गामा-रे क्षेत्र में, फोटॉन ऊर्जा में वृद्धि के साथ महत्वहीनता कम हो जाती है, और फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव परमाणु संख्या के साथ तेजी से बढ़ता है। अनुशासन यह है कि उच्च-जेड सामग्री अच्छी गामा-रे ढाल बनाती है, जो मुख्य कारण है कि लीड (जेड = 82) एक पसंदीदा और सर्वव्यापी गामा विकिरण ढाल है।