2023 A/L Physics Past Paper · Question 14 (Tamil Medium)

Answer: (3) $3hf_0$

தரப்பட்ட தகவல்கள்

எமக்குத் தெரிந்தவை:

உலோகத்தின் நுழைவாய் மீடிறன் $f_0$.

உலோகத்தின் மீது படும் ஒளியின் மீடிறன் $f = 4f_0$.

வினா என்ன கேட்கிறது

கண்டுபிடிக்க வேண்டியது: காலப்படும் இலத்திரன்களின் உச்ச இயக்கச் சக்தி $K_{\max}$.

ஒவ்வோர் எழுத்தும் எதைக் குறிக்கிறது:

$f$ ($\text{Hz}$): உலோகத்தின் மீது படும் ஒளியின் மீடிறன்.

$f_0$ ($\text{Hz}$): உலோகத்தின் நுழைவாய் மீடிறன்.

$h$ ($\text{J s}$): பிளாங்கின் மாறிலி.

$\phi$ ($\text{J}$): உலோகத்தின் வேலைச்சார்பு.

$K_{\max}$ ($\text{J}$): காலப்படும் இலத்திரனின் உச்ச இயக்கச் சக்தி.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

உலோக மேற்பரப்பிலிருந்து இலத்திரனொன்று விடுவிக்கப்படுவதற்கு தேவையான சக்தியானது அவ்வுலோகத்தின் வேலைச்சார்பு (work function) எனப்படுகிறது. அதனை φ எனும் குறியீட்டினால் காட்டுவோமாயின், காலப்படும் இலத்திரனொன்றின் இருக்கக்கூடிய உச்ச இயக்கச் சக்தி $k_{max} = hf - \phi$ ஆதல் வேண்டும்.

வேலைச்சார்பானது உலோகத்தின் மீது தங்கியுள்ள ஒரு மாறிலியாகையால், உலோக மேற்பரப்பு மீது விழச்செய்யும் ஒளியின் மீடிறனைப் படிப்படியாகக் குறைத்துச் செல்லும்போது இலத்திரனுக்குக் கிடைக்கும் இயக்கச்சக்தி படிப்படியாகக் குறைவடைந்து ஒரு குறித்த மீடிறனில் அது பூச்சியத்தை அடையும். அதற்கு மேலும் மீடிறனைக் குறைப்போமாயின் இலத்திரன் விடுவிக்கப்படுவதற்காக போட்டன் மூலம் கிடைக்கும் சக்தி போதுமானதல்லவாதலால் ஒளிமின் விளைவு நிகழ மாட்டாது. எனவே இயக்கச்சக்தி பூச்சியமாகும் சந்தர்ப்பத்தின் மீடிறன், நுழைவாய் மீடிறன் ஆகும்.

முதல் மேற்கோள் இலத்திரனுக்கு மிஞ்சும் சக்தியைத் தருகிறது. இரண்டாம் மேற்கோள் நுழைவாய் மீடிறனில் இந்தச் சக்தி பூச்சியம் என்று சொல்கிறது.

எனவே நுழைவாய் மீடிறனில் ஒளிச் சக்தி $hf_0$ முழுவதும் இலத்திரனை விடுவிக்கச் செலவாகிறது. அதாவது $\phi = hf_0$.

உதாரணமாக, ஒரு திருவிழாவின் வாயிலில் பணம் செலுத்துவதைக் கருதுங்கள். ஒவ்வொரு நாணயமும் ஒரு ஒளிச் சக்திப்பொதி. வாயில் கட்டணம் வேலைச்சார்பு.

கட்டணத்துக்குச் சரியாக ஒத்த நாணயம் உங்களை உள்ளே விடும், மிஞ்சுவது எதுவும் இல்லை. பெரிய நாணயம் உள்ளே விடுவதுடன் மீதிச் சில்லறையும் தரும்.

அந்த மீதிச் சில்லறைதான் இலத்திரனின் இயக்கச் சக்தி.

தேவையான சமன்பாடுகள்

$K_{\max} = hf - \phi$

$0 = hf_0 - \phi$

$\phi = hf_0$

$K_{\max} = hf - hf_0$

வினாவுடன் தொடர்புபடுத்தல்

சக்தி $hf_0$ இன் மடங்காக வருகிறது, எனவே அலகை மாற்ற வேண்டியதில்லை. $h$ ஐயும் $f_0$ ஐயும் குறியீடுகளாகவே வைத்திருப்போம்.

$hf_0$

$\phi = hf_0$

$4hf_0$

$hf = h \times 4f_0$

$3hf_0$

$K_{\max} = 4hf_0 - hf_0$

காரணம் / கணக்கீடு

ஒளிச் சக்திப்பொதி $4hf_0$ ஐக் கொண்டுள்ளது.

இலத்திரனை விடுவிக்க $hf_0$ செலவாகிறது.

மீதி $4hf_0 - hf_0 = 3hf_0$ இயக்கச் சக்தியாகிறது. அது தெரிவு (3).

சரிபார்ப்பு

$a - b$

அலகு: $h$ இன் அலகு $\text{J s}$, $f_0$ இன் அலகு $\text{Hz} = \text{s}^{-1}$. எனவே $hf_0$ இன் அலகு $\text{J}$, அது சக்தி, இருக்க வேண்டியபடியே.

இது பொருந்துகிறதா?

விடையைத் திருப்பிப் பிரதியிடுங்கள்: $K_{\max} + \phi = 3hf_0 + hf_0 = 4hf_0 = h \times 4f_0$. அது எமக்குத் தரப்பட்ட ஒளி.

சிறிது சக்தி செலவானதால் இயக்கச் சக்தி ஒளிச் சக்தி $4hf_0$ ஐ விடக் குறைவாக இருக்க வேண்டும். $3hf_0$ குறைவு, எனவே பொருந்தும்.

முடிவு

$K_{\max} = 3hf_0$

உச்ச இயக்கச் சக்தி $K_{\max} = hf - hf_0 = 4hf_0 - hf_0 = 3hf_0$.

விடை (3).

நுழைவாய் மீடிறனிலிருந்து வேலைச்சார்பைப் பெறுங்கள்: $\phi = hf_0$.

பின்னர் அதை ஒளிச் சக்தியிலிருந்து கழியுங்கள்: $K_{\max} = hf - hf_0$. திருப்பிப் பிரதியிட்டுச் சரிபாருங்கள்: $K_{\max} + hf_0$ ஆனது $hf$ ஐத் தர வேண்டும்.

பரீட்சைக் குறிப்பு