ఐన్‌స్టీన్‌కు ఏ పరిశోధనకు నోబెల్ లభించింది?

ఐన్‌స్టీన్‌కు ఏ పరిశోధనకు నోబెల్ లభించింది?

క్వాంటం సిద్ధాంతం

కాంతి విద్యుత్ ఫలితం: ఒక లోహ ఉపరితలాన్ని కాంతి కిరణపుంజంతో ఢీకొట్టించినప్పుడు, దాని ఉపరితలం నుంచి ఎలక్ట్రాన్‌లు విడుదలవుతాయి. ఈ దృగ్విషయాన్నే కాంతి విద్యుత్ ఫలితం(Photo Electric Effect) అంటారు.

*  అన్ని రకాల కాంతి కిరణాలు అన్ని లోహాల ఉపరితలాల నుంచి ఎలక్ట్రాన్‌లను ఉద్గారం చేయవు.
*  ఎలక్ట్రాన్‌లను తేలికగా కోల్పోయే స్వభావం అంటే అతి తక్కువ అయనీకరణ శక్మం (ఒక వాయుస్థితిలోని ఒంటరి పరమాణువు చిట్ట చివరి కక్ష్యలోని ఎలక్ట్రాన్‌ను తొలగించడానికి కావాల్సిన శక్తి) ఉన్నటువంటి లోహాలే కాంతి విద్యుత్ ఫలితాన్ని చూపిస్తాయి.
*   {పతి లోహానికి సంబంధించి ఒక అభిలాక్షణిక (దానికే ప్రత్యేకమైన) పౌనఃపున్యం ఉంటుంది. లోహ ఉపరితలాన్ని ఢీకొట్టే పతనకాంతి పౌనఃపున్యం, ఆ లోహానికి సంబంధించిన అభిలాక్షణిక పౌనఃపున్యం కంటే ఎక్కువ ఉన్నప్పుడే లోహ ఉపరిత లం నుంచి ఎలక్ట్రాన్‌లు విడుదలవుతాయి.
*   ఉదాహరణకు పొటాషియం లోహ ఉపరితలం నుంచి ఊదారంగు కిరణాలు ఎలక్ట్రాన్‌లను విడుదల చేస్తాయి. కానీ, ఎరుపు రంగు కిరణాలు ఎలక్ట్రాన్‌లను విడుదల చేయవు.
* దీనికి కారణాలను ఆయా కాంతి కిరణాల పౌనఃపున్యాల (లేదా తరంగదైర్ఘ్యం లేదా శక్తి) ఆధారంగా విశ్లేషించొచ్చు.
*  కింది పట్టికను పరిశీలిస్తే ఎరుపు కిరణాల పౌనఃపున్యం లేదా శక్తి తక్కువ (తక్కువ తరంగదైర్ఘ్యం) కాబట్టి పొటాషియం లోహ ఉపరితలం నుంచి ఎలక్ట్రాన్‌లు విడుదల కావని తెలుస్తుంది.
*  సాధారణంగా తక్కువ అయనీకరణ శక్మం ఉన్న క్షార లోహాలు ఫొటో విద్యుత్ ఫలితాన్ని చూపిస్తాయి. అవి పొటాషియం, రుబీడియం, సీజియం. ఈ క్రమంలోనే పరమాణు సైజు పెరిగి అయనీకరణ శక్మాలు పెరగడం వల్ల కాంతి విద్యుత్ ఫలితం చూపించే సామర్థ్యం కూడా ఎక్కువ. అంటే క్షార లోహాలైన లిథియం, సోడియం దాదాపుగా కాంతి విద్యుత్ ఫలితాన్ని చూపించవు. సీజియం తేలికగా కాంతి విద్యుత్ ఫలితాన్ని చూపిస్తుంది.
*   కాంతి విద్యుత్ ఫలితాన్ని ‘సాధారణీకృత క్వాంటం సిద్ధాంతం’ ద్వారా ఐన్‌స్టీన్ వివరించాడు. ఆయన కృషి ఫలితంగా 1905 లో నోబెల్ బహుమతి లభించింది.
*  ఈ సిద్ధాంత ప్రకారం ఫోటాన్‌లుగా భావించే కాంతి కణాల శక్తి (E), పౌనఃపున్యానికి (u) అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.
     [E = hu, h ప్లాంక్ స్థిరాంకం
*  లోహం నుంచి ఎలక్ట్రాన్‌ను బయటకు తొలగించడానికి అవసరమైన శక్తి ఫోటాన్ కు ఉన్నప్పుడే లోహ ఉపరితలాన్ని ఫోటాన్ ఢీకొట్టినప్పుడు దాని నుంచి ఎలక్ట్రాన్‌లు బహిర్గతమవుతాయి. ఫోటాన్ శక్తి అవసరమైన దానికంటే తక్కువగా ఉంటే అది లోహం నుంచి ఎలక్ట్రాన్‌లను విడుదల చేయదు.
*   ఒక ఫోటాన్ లోహ ఉపరితలాన్ని ఢీకొట్టినప్పుడు అది రెండు పనులు చేయాలి. ఎలక్ట్రాన్‌ల మీద ఉన్న లోహ కేంద్రక ఆకర్షణ బలాలను అధిగమించి విడుదల చేయగలగాలి. తర్వాత వాటికి కొంత శక్తి(గతిజశక్తి) నిచ్చి లోహ ఉపరితలానికి దూరంగా(తిరి గి లోహంలో చేరకుండా) తీసుకెళ్లగలగాలి. అంటే ఈ రెండు పనులు చేయగలిగిన శక్తి లోహాన్ని ఢీకొట్టే ఫోటాన్‌లకు ఉండాలి.
*   దీనికి సమీకరణ రూపం: hu = W + KE
     hu = ఫోటాన్‌ల శక్తి
     W = ఎలక్ట్రాన్‌లపై ఉన్న లోహ ఆకర్షణ బలాలను అధిగమించే శక్తి (పని ప్రమేయం)
     KE = విడుదలైన ఎలక్ట్రాన్‌ల గతిజశక్తి
     
 కాంతి విద్యుత్ ఫలితానికి సంబంధించిన ముఖ్య విషయాలు
*    {పతి లోహం, కొంత కనీస పౌనఃపున్యం లేదా శక్తి ఉన్న కాంతి పడినప్పుడే ఎలక్ట్రాన్‌లను ఉద్గారం చేస్తుంది. దీన్నే ఆరంభ లేదా ద్వార పౌనఃపున్యం (ఖీజిట్ఛటజిౌఛీ ఊట్ఛ్ఞఠ్ఛఛిడ) అంటారు. ఈ ఆరంభ పౌనఃపున్యం కంటే తక్కువ పౌనఃపున్యం ఉన్న కాంతిని ఎంతసేపు ప్రసరింపజేసినా లోహ ఉపరితలం నుంచి ఎలక్ట్రాన్‌లను ఉద్గారం చేయలేం.
*    వేర్వేరు లోహాలకు ఈ ఆరంభ పౌనఃపున్యం వేరుగా ఉంటుంది. విడుదలైన ఎలక్ట్రాన్‌ల గతిజశక్తి పతన (ఢీకొట్టిన) కాంతి పౌనఃపున్యం పై ఆధారపడి ఉంటుంది. దాని తీవ్రతపై ఆధారపడదు.
*   ఒక సెకనులో విడుదలైన ఎలక్ట్రాన్‌ల సంఖ్య కాంతి తీవ్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది. దాని పౌనఃపున్యంపై ఆధారపడి ఉండదు.
*  ఒకవేళ ఎలక్ట్రాన్ విడుదలకు కావాల్సిన శక్తికంటే తక్కువ శక్తి ఉన్న ఫోటాన్‌ను వస్తువు గ్రహించినప్పుడు ఎలక్ట్రాన్‌లు భూస్థాయి (అల్ప శక్తిస్థాయి) నుంచి ఉత్తేజిత శక్తిస్థాయి (అధిక శక్తిస్థాయి)లోకి పరివర్తనం చెందుతాయి. అయితే అధిక శక్తి స్థాయిల్లో ఎలక్ట్రాన్‌లు ఎక్కువసేపు ఉండలేవు (అస్థిరం). కాబట్టి తిరిగి భూస్థాయికొస్తాయి. ఈ ప్రక్రియలో అంటే ఎలక్ట్రాన్‌లు అధికశక్తి నుంచి తిరిగి భూస్థాయిలోకి వస్తున్నప్పుడు గ్రహించిన శక్తి విడుదలవుతుంది. ఈ విడుదలయ్యే శక్తి వికిరణ రూ పంలో ఉంటుంది. తద్వారా వర్ణపటాలు ఏర్పడతాయి. కాబట్టి వివిధ మూలకాలను వేడిచేసినప్పుడు అవి విలక్షణమైన రంగులనిస్తాయి. (దీపావళి టపాకాయలు)
 
     లోహం    -    జ్వాల రంగు
     మెగ్నీషియం    -    తెలుపు
     కాల్షియం    -    ఇటుక ఎరుపు
     {స్టాన్షియం    -    కెంపు రంగు
     బేరియం    -    లేత ఆకుపచ్చ
     లిథియం    -    సింధూర ఎరుపు
     సోడియం    -    పసుపు
     పొటాషియం    -    ఊదా
     రుబీడియం    -    ఎరుపు - ఊదా
     సీజియం    -    నీలి వర్ణం
 
 మాదిరి ప్రశ్నలు
 1.    ప్లాంక్ సిద్ధాంతం ప్రకారం సరైన వాక్యాలు ఏవి?
     ఎ)    కాంతి ఫోటాన్‌లు (క్వాంటా) అనే చిన్న చిన్న శక్తి ప్యాకెట్‌ల రూపంలో ఉద్గారం లేదా శోషణం చెందుతుంది
     బి)    ఫోటాన్‌లు కాంతి వేగానికి సమానమైన వేగంతో ప్రయాణిస్తాయి.
     సి)    పదార్థ కాంతి శోషణం లేదా ఉద్గారం అవిచ్ఛిన్నంగా ఉంటుంది.
     1) ఎ, సి    2) ఎ, బి
     3) బి, సి     4) ఎ, బి, సి
 2.    తనపై పడిన వికిరణాలను సంపూర్ణంగా శోషించుకునే లేదా ఉద్గారం చేసే వస్తువును ఏమంటారు?
     1) ఉత్సర్గ నాళిక    2) శీతల వస్తువు
     3) కృష్ణ వస్తువు    4) హరిత వస్తువు
 3.    క్వాంటా అనేది?
     1) శక్తి ప్యాకెట్    2) కరెన్సీ
     3) క్వింటాలు    4) కాంతి ప్రమాణం
 4.    ఫొటో విద్యుత్ ఫలితంలో ఫొటో ఎలక్ట్రాన్‌ల ఉద్గారం దేనిపై ఆధారపడి ఉంటుంది?
     1) ఆరంభ పౌనఃపున్యం
     2) పతన కాంతి తీవ్రత
     3) లోహ స్వభావం       4) అన్నీ
 5.    ఐన్‌స్టీన్‌కు ఏ పరిశోధనకు నోబెల్ బహుమతి లభించింది?
     1) సాపేక్షతా సిద్ధాంతం
     2) కాంతి పరిక్షేపణం
     3) కాంతి విద్యుత్ ఫలితం
     4) క్వాంటం సిద్ధాంతం
 6.    ఒక ఫోటాన్ శక్తి ..... కు అనులోమాను పాతంలోనూ ..... కు విలోమాను పాతంలోనూ ఉంటుంది?
     1) పౌనఃపున్యం, తరంగదైర్ఘ్యం
     2) తరంగదైర్ఘ్యం, పౌనఃపున్యం
     3) కాంతి తీవ్రత, తరంగదైర్ఘ్యం
     4) పౌనఃపున్యం, కాంతి తీవ్రత
 7.    ఎక్కువ పౌనఃపున్యం (తక్కువ తరంగ  దైర్ఘ్యం ఉన్న) దృగ్గోచర కాంతి రంగు?
     1) నారింజ    2) ఎరుపు
     3) పసుపు    4) ఊదా
 8.    అల్యూమినియం (అ) తలం పని ప్రమే యం 4.2్ఛఠి. సోడియం (ూ్చ) తలం పని ప్రమేయం 2.0్ఛఠి ఈ రెండు లోహాల తలాలపై వికిరణాలు పడి ఫొటో విద్యుత్ ఫలితం ఇవ్వగా కింది పరిశీలనలు వచ్చాయి.
     (Group–1, 1999)
     1)    Al, Naలకు ఒకే ద్వార పౌనఃపున్యం ఉంది.
     2)    Al ద్వార పౌనఃపున్యం ా ూ్చ ద్వార పౌనఃపున్యం
     3)    Na ద్వార పౌనఃపున్యం ా అ ద్వార పౌనఃపున్యం
     4) ఏదీకాదు
 9.    లిథియం, సోడియం, పొటాషియం, కాల్షియంల ప్రథమ అయనీకరణ శక్మాలు (eV) వరుసగా 5.39, 5.13, 4.34, 6.11 అయితే ఏది కాంతి విద్యుత్ ఫలితాన్ని సులభంగా ప్రదర్శిస్తుంది?
     1) పొటాషియం    2) లిథియం
     3) సోడియం    4) కాల్షియం
 10.    సీజియం, సోడియం, అల్యూమినియంల పని ప్రమేయాలు వరుసగా 1.9eV, 2.0eV, 4.2eV అయితే అతి తక్కువ ఆరంభ పౌనఃపున్యం ఉన్నది?
     1) సీజియం    2) సోడియం
     3) అల్యూమినియం 4) చెప్పలేం
 
 సమాధానాలు:
 1) 2; 2) 3; 3)1; 4) 2; 5)3; 6) 1;
 7) 4; 8) 2; 9) 1; 10) 1;