The Photon, the Quantum of Light MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for The Photon, the Quantum of Light - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

संप्रत्यय:

एक फोटॉन की ऊर्जा: एक फोटॉन की ऊर्जा निम्न समीकरण द्वारा दी जाती है:

ऊर्जा (E) = h x ν

h: प्लांक नियतांक (6.6 x 10^-34 J·s)

ν: तरंग की आवृत्ति

आवृत्ति और तरंगदैर्ध्य का संबंध: तरंग की आवृत्ति (ν) और तरंगदैर्ध्य (λ) निम्न समीकरण द्वारा संबंधित हैं: ν = c / λ

c: प्रकाश की चाल (3 x 10⁸ m/s)

λ: तरंगदैर्ध्य

शक्ति और फोटॉन: उत्सर्जित कुल शक्ति प्रति फोटॉन ऊर्जा और प्रति सेकंड उत्सर्जित फोटॉनों की संख्या से संबंधित है:

शक्ति (P) = प्रति फोटॉन ऊर्जा x प्रति सेकंड फोटॉनों की संख्या

गणना:

• बल्ब की शक्ति, P = 66 W
• उत्सर्जित तरंग का तरंगदैर्ध्य, λ = 600 nm = 600 x 10^-9 m
• प्लांक नियतांक, h = 6.6 x 10^-34 J·s
• प्रकाश की चाल, c = 3 x 10⁸ m/s

आवृत्ति (ν) की गणना निम्न द्वारा की जा सकती है:

ν = c / λ

दिए गए मानों को प्रतिस्थापित करने पर:

ν = (3 x 10⁸ m/s) / (600 x 10^-9 m) = 5 x 10¹⁴ Hz

एक फोटॉन की ऊर्जा है:

ऊर्जा (E) = h x ν = (6.6 x 10^-34 J·s) x (5 x 10¹⁴ Hz) = 3.3 x 10^-19 J

प्रति सेकंड उत्सर्जित फोटॉनों की संख्या है:

फोटॉनों की संख्या = शक्ति / प्रति फोटॉन ऊर्जा = 66 W / (3.3 x 10^-19 J)

फोटॉनों की संख्या = 2 x 10²⁰ फोटॉन प्रति सेकंड

∴ बल्ब द्वारा प्रति सेकंड उत्सर्जित फोटॉनों की संख्या 2 x 10²⁰ फोटॉन है।

संप्रत्यय:

दे ब्रोग्ली तरंगदैर्ध्य: किसी कण की दे ब्रोग्ली तरंगदैर्ध्य सूत्र द्वारा दी जाती है:

λ = h / p, जहाँ:

λ: दे ब्रोग्ली तरंगदैर्ध्य

h: प्लांक नियतांक (6.626 x 10^-34 J·s)

p: कण का संवेग

विभवांतर से त्वरित इलेक्ट्रॉन के लिए, गतिज ऊर्जा eV = (1/2)mv² द्वारा दी जाती है।

इलेक्ट्रॉन का संवेग उसकी गतिज ऊर्जा से ज्ञात किया जा सकता है: p = √(2m x e x V).

दे ब्रोग्ली तरंगदैर्ध्य की गणना तब λ = h / √(2m x e x V) का उपयोग करके की जाती है।

गणना:

दिया गया है:

• विभवांतर, V = 64 V
• इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान, m = 9.11 x 10^-31 kg
• इलेक्ट्रॉन आवेश, e = 1.6 x 10^-19 C
• प्लांक नियतांक, h = 6.626 x 10^-34 J·s

मानों को दे ब्रोग्ली तरंगदैर्ध्य सूत्र में प्रतिस्थापित करें:

λ = (6.626 x 10^-34) / √(2 x 9.11 x 10^-31 x 1.6 x 10^-19 x 64)

λ ≈ 1.43 Å

∴ इलेक्ट्रॉन से संबद्ध दे ब्रोग्ली तरंगदैर्ध्य 1.43 Å है।

प्रयुक्त अवधारणा:

दे-ब्रॉग्ली तरंगदैर्ध्य:

गतिमान कण से संबद्ध दे-ब्रॉग्ली तरंगदैर्ध्य (λ) निम्न सूत्र द्वारा दिया गया है:

λ = h / (m × v)

जहाँ:

λ = दे-ब्रॉग्ली तरंगदैर्ध्य (m)

h = प्लांक नियतांक = 6.63 × 10^-34 J·s

m = कण का द्रव्यमान (kg)

v = कण की चाल (m/s)

तरंगदैर्ध्य का SI मात्रक: मीटर (m)

गणना:

दिया गया है,

इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान, m = 9.11 × 10^-31 kg

इलेक्ट्रॉन की चाल, v = 6.4 × 10⁶ m/s

प्लांक नियतांक, h = 6.63 × 10^-34 J·s

दे-ब्रॉग्ली तरंगदैर्ध्य सूत्र का उपयोग करने पर:

λ = h / (m × v)

⇒ λ = (6.63 × 10^-34) / (9.11 × 10^-31 × 6.4 × 10⁶)

⇒ λ ≈ 0.114 nm

∴ इलेक्ट्रॉन से संबद्ध दे-ब्रॉग्ली तरंगदैर्ध्य 0.114 nm है।

प्रयुक्त अवधारणा:

प्रकाश स्रोत द्वारा प्रति सेकंड उत्सर्जित फोटॉनों की संख्या एक फोटॉन की ऊर्जा और किरणपुंज की कुल शक्ति का उपयोग करके निर्धारित की जाती है।

एकल फोटॉन की ऊर्जा इस प्रकार दी जाती है:

E = hc / λ

जहाँ:

h = प्लांक नियतांक = 6.6 × 10^-34 J·s

c = प्रकाश की चाल = 3 × 10⁸ m/s

λ = प्रकाश की तरंगदैर्ध्य = 667 × 10^-9 m

प्रति सेकंड उत्सर्जित फोटॉनों की संख्या (N) इस प्रकार दी जाती है:

N = P / E

जहाँ P लेज़र द्वारा उत्सर्जित कुल शक्ति है।

गणना:

दिया गया है:

P = 9 × 10-3 W

मानों को प्रतिस्थापित करने पर:

N = (9 × 10-3) × (667 × 10-9) / [(6.6 × 10-34) × (3 × 108)]

N = 3 × 1016 photons/sec

इसलिए, प्रति सेकंड आने वाले फोटॉनों की संख्या 3 × 10¹⁶ है।

\(\lambda = \dfrac{ 6.6 \times 10 ^ {-34} }{\sqrt{2 \times 9.1 \times 10^{-31} \times 1.6 \times 10^{-19} \times 50}} = 1.72 \times 10^{-10} = 1.72 A\)

सही उत्तर विकल्प B है। 

अवधारणा:

• प्रकाश: यह एक विद्युत चुम्बकीय तरंग है।
  • प्रकाश दोहरी प्रकृति अर्थात तरंग और कण को दर्शाता है।

प्रकाश की तरंग प्रकृति की व्याख्या करने की परिघटना है-

1. व्यतिकरण
2. विवर्तन
3. ध्रुवीकरण

प्रकाश की कण प्रकृति की व्याख्या करने की परिघटना है-

1. प्रकाश विद्युत प्रभाव
2. कॉम्पटन प्रकीर्णन

• प्रकाश से जुड़े फोटॉन दर्शाते है कि ऊर्जा क्वांटाइज्ड है और असतत स्तर में होती है।

व्याख्या:

• उपरोक्त चर्चा से, प्रकाश की दोहरी प्रकृति, विवर्तन और प्रकाश विद्युत प्रभाव द्वारा प्रदर्शित की जाती है। इसलिए विकल्प 1 सही है।

अवधारणा:

प्रकाश दोहरी प्रकृति दिखाता है:

• कुछ घटनाओं को प्रकाश की तरंग प्रकृति द्वारा समझाया जा सकता है जबकि कुछ प्रकाश की क्वांटम प्रकृति द्वारा।

व्याख्या:

प्रकाश विद्युत प्रभाव:

• किसी धातु की सतह से मुक्त इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन जब प्रकाश उस पर आपतित होता है, तो इसे फोटो उत्सर्जन या प्रकाश विद्युत प्रभाव कहा जाता है।
• यह प्रभाव इस निष्कर्ष पर पहुंचाता है कि प्रकाश पैकेट या ऊर्जा के क्वांटम से बना है।

विवर्तन:

• विवर्तन बाधाओं या छिद्रों के बिलकुल सिरों पर प्रकाश का बंकन है। इसे प्रकाश की तरंग प्रकृति द्वारा वर्णित किया जा सकता है।

प्रकाश का ध्रुवण:

• जिन प्रकाश तरंगों का कंपन एकल तल में होता है, उसे ध्रुवीकृत प्रकाश कहते हैं।
• प्रकाश तरंग जिसकी कंपन एक से अधिक तल में होती है, अन-ध्रुवीकृत प्रकाश कहलाती है।
• अन-ध्रुवीकृत प्रकाश को ध्रुवीकृत प्रकाश में बदलने की परिघटना को प्रकाश का ध्रुवीकरण कहा जाता है।
• ध्रुवीकरण, भौतिकी में, विद्युत चुम्बकीय विकिरण की तरंग प्रकृति के कारण होने वाली परिघटना के रूप में परिभाषित किया गया है। इसलिए, विकल्प 1 सही है।

अवधारणा:

प्रकाश की कणिका प्रकृति:

• प्रकाश "कणिका" (छोटे कण) नामक छोटे असतत कणों से बना होता है जो एक सीधी रेखा में यात्रा करते हैं और एक सीमित वेग होता है।
• यह मूल रूप से प्रकाश की कण प्रकृति के बारे में कहता है।

कॉम्पटन प्रभाव:

• यह एक आवेशित कण, आमतौर पर एक इलेक्ट्रॉन द्वारा एक फोटॉन का प्रकीर्णन है।
• जब एक फोटॉन विरामावस्था से इलेक्ट्रॉन से टकराता है, तो फोटॉन इलेक्ट्रॉन को अपनी ऊर्जा देता है।
• तो, प्रकीर्ण फोटॉन (टकराव के बाद फोटॉन) में आपतित फोटॉन (टकराव से पहले फोटॉन) की तरंग दैर्ध्य की तुलना में उच्च तरंग दैर्ध्य (कम ऊर्जा) होगी।
• तरंग दैर्ध्य में इस बदलाव को कॉम्पटन शिफ्ट कहा जाता है।

व्याख्या:

तो, यह इलेक्ट्रॉनों के साथ फोटॉन की टक्कर की व्याख्या करता है।

टक्कर के बाद तरंगदैर्घ्य में परिवर्तन के कारण फोटॉन की ऊर्जा परिवर्तित हो गई। यह प्रकाश के कण या कणिका प्रकृति का व्यवहार है।

तो, सही विकल्प प्रकाश की कणिका प्रकृति है।

Additional Information

• कॉम्पटन प्रभाव का नाम अमेरिकी भौतिक विज्ञानी आर्थर होली कॉम्पटन के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने पहली बार इस प्रभाव की खोज की थी।
• प्रकाश वैद्युत प्रभाव कण प्रकृति को भी दर्शाता है।
• प्रकाश की तरंग प्रकृति को हाइगिन्स प्रिंसिल द्वारा दिखाया गया है।
• प्रकाश की अनुप्रस्थ प्रकृति को ध्रुवीकरण द्वारा दिखाया गया है।

अवधारणा:

फोटोन:

आइंस्टीन के क्वांटम सिद्धांत के अनुसार प्रकाश ऊर्जा के बंडलों (पैकेट या क्वांटा) में फैलता है, प्रत्येक बंडल को फोटॉन कहा जाता है और वह ऊर्जा रखता है।

फोटॉन की ऊर्जा:

प्रत्येक फोटान की ऊर्जा को निम्न द्वारा दिया जाता है

\(⇒ E = h\nu = \frac{{hc}}{λ }\)
जहाँ c = प्रकाश की गति, h = प्लैंक का स्थिरांक = 6.6 × 10–34 J-sec, ν = Hz में आवृत्ति, λ = प्रकाश की तरंग दैर्ध्य

फोटॉन की गति:

\(⇒ p = m \times c = \frac{E}{c} = \frac{{h\nu }}{c} = \frac{h}{λ }\)

व्याख्या:

समान ऊर्जा के लिए इलेक्ट्रॉन का संवेग फोटॉन की तुलना में अधिक है , अर्थात

⇒ pe > pph

इलेक्ट्रॉन की तरंग दैर्ध्य है

\(⇒ λ_e = \frac{h}{p_e }\)

फोटॉन की तरंग दैर्ध्य है

\(⇒ λ_{ph} = \frac{h}{p_{ph} }\)

जैसा कि pe > pph इसलिए, λph > λe

अवधारणा:

कैथोड किरणें:

• कैथोड किरणें एक विसर्जन नालिका में कैथोड से एनोड तक जाने वाली उच्च गति के ऋणात्मक आवेशित कणों की धारा हैं।

कैथोड किरणों के गुण:

• कैथोड किरणें सरल रेखा में गति करती हैं।
• ये तेजी से बढ़ते इलेक्ट्रॉनों की धाराएं हैं।
• कैथोड किरणें जिस सामग्री पर गिरती है उन्हें गर्म कर देती है।
• विसर्जन नालिका में कैथोड किरणें गैस के आयनीकरण के कारण उत्पादित इलेक्ट्रॉन होते हैं और जो धनात्मक आयनों की टक्कर के कारण कैथोड द्वारा उत्सर्जित होते हैं।
• कैथोड की सतह से कैथोड किरणें लंबवत उत्सर्जित होती हैं। इनकी दिशा एनोड की स्थिति पर निर्भर नहीं करती है।
• कैथोड किरणों को एक विद्युत क्षेत्र द्वारा और एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा भी विक्षेपित किया जाता है।
• कैथोड किरणें उन गैसों को आयनित करती हैं जिनके माध्यम से उन्हें पारित किया जाता है।
• कैथोड किरणें धातु के पतले छिद्रों से प्रवेश कर सकती हैं।

व्याख्या:

एक गतिमान फोटॉन का द्रव्यमान होता है जो निम्न के द्वारा दिया जाता है:\(E = mc^2\)

\(m = \frac{E}{c^2}\)     ------(1)

हम जानते हैं कि फोटॉन की ऊर्जा निम्न होती है

\(E=h\nu\)     ------(2)

(1) और (2) के संयोजन से 

\(m = \frac{E}{c^2}\)

\(m = \frac{h\nu}{c^2}\)

संकल्पना:

• फोटॉन प्रारंभिक कण का एक प्रकार है। यह प्रकाश की मूल इकाई है। फोटॉन द्रव्यमान हैं, और वे सदैव निर्वात में प्रकाश की गति पर गति करते हैं। ( c = 3 × 108  m/s)
• फोटॉन ऊर्जा वह ऊर्जा है जिसका वहन एकल फोटॉन द्वारा किया जाता है। इस ऊर्जा की मात्रा तरंगदैर्ध्य के व्युत्क्रमानुपाती है।
  • यदि तरंगदैर्ध्य बढ़ता है, तो ऊर्जा कम होगी। 

फोटॉन ऊर्जा के समीकरण को निम्न द्वारा ज्ञात किया गया है:

\(E=\frac{hc}{λ}\)

जहाँ E ऊर्जा है, h प्लैंक स्थिरांक है, c निर्वात में प्रकाश की गति है और λ फोटॉन का तरंगदैर्ध्य है। इस समीकरण में h और c दोनों स्थिरांक हैं। 

गणना:

दिया गया है कि λ = 2000 Å = 2000 × 10-10 m

h = 6.626 × 10-34  (स्थिरांक)

c =  3 × 108   (स्थिरांक)

E = (h × c) / λ 

E = 6.626 × 10-34 × 3 × 108 / 2000 × 10-10

E = 9.94 × 10-19 J

सही उत्तर विकल्प 4 अर्थात् 9.94 × 10-19 J है।

अवधारणा:

• अपनी गति के कारण इलेक्ट्रॉन के तरंग दैर्ध्य को इलेक्ट्रॉन की डी-ब्रॉग्ली तरंगदैर्ध्य कहा जाता है।
• प्रकाश किरणों के पुंज को फोटॉन कहा जाता है।
• एक इलेक्ट्रॉन (λe) का डी-ब्रॉग्ली तरंगदैर्घ्य निम्न द्वारा दिया जाता है:

\(\Rightarrow {λ _e} = \frac{h}{mv}= \frac{12.27}{\sqrt{V}}A^{\circ}\)

• एक फोटॉन की ऊर्जा (E) = (hc)/λ

∴ फोटान का तरंगदैर्घ्य है

\(⇒ λ =\frac{{h\;c}}{E}\)

जहां E = ऊर्जा, h = प्लैंक नियतांक, m = इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान और c = प्रकाश की गति

व्याख्या:

• V के विभव अंतर के माध्यम से त्वरित इलेक्ट्रॉन से संबद्ध तरंगदैर्ध्य होती है

• एक इलेक्ट्रॉन (λe) का डी-ब्रॉग्ली तरंगदैर्घ्य निम्न द्वारा दिया जाता है:

\(\Rightarrow {λ _e} = \frac{h}{mv}= \frac{12.27}{\sqrt{V}}A^{\circ}\)

अवधारणा :

• विद्युत बल्ब: यह एक विद्युत उपकरण है जो विद्युत ऊर्जा को ऊष्मा और प्रकाशीय ऊर्जा में परिवर्तित करता है।
  • इसमें आम तौर निष्क्रिय गैसों (नाइट्रोजन और आर्गन) के साथ भरा हुआ कांच से बना होता है।
  • फिलामेंट टंगस्टन से बना है जिसका गलनांक बहुत उच्च होता है।
• फोटॉन : प्रकाश के बंडल को फोटॉन कहा जाता है।

व्याख्या:

• जब एक बल्ब में विद्युत धारा प्रवाहित होती है , तो बल्ब का फिलामेंट गर्म हो जाता है और फोटॉनों का उत्सर्जन करता है।
• फिलामेंट द्वारा जारी फोटॉन विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम की दृश्यमान सीमा में स्थित है।
• हम कहते हैं कि यह प्रकाश के रूप में फोटॉन का उत्सर्जन होता है। इसलिए विकल्प 2 सही है।
• कणों जैसे- इलेक्ट्रॉनों, प्रोटॉन और अल्फा को कभी भी फिलामेंट द्वारा जारी नहीं किया जाता है।

अवधारणा:

• फोटॉन एक प्रकार का मौलिक कण है। यह प्रकाश की एक मूलभूत इकाई है।
• फोटॉन द्रव्यमान रहित होते हैं, और वे हमेशा प्रकाश की गति से निर्वात में गति करते हैं (c = 3 × 10⁸ m/s)।
• फोटॉन ऊर्जा वह ऊर्जा है जो किसी एक फोटॉन द्वारा वहन की जाती है। इस ऊर्जा की मात्रा तरंग दैर्ध्य के विलोम आनुपातिक है।
• यदि तरंग दैर्ध्य बढ़ती है, तो ऊर्जा कम हो जाएगी।
• फोटॉन ऊर्जा का समीकरण है-

​\(E=\frac{hc}{λ}\)

जहां E ऊर्जा है, h प्लैंक नियतांक है, c निर्वात में प्रकाश की गति है और λ फोटॉन की तरंग दैर्ध्य है।

• निर्गत में परिवर्तित निविष्टि ऊर्जा की मात्रा को दक्षता के रूप में जाना जाता है।

गणना:

दिया गया है:

 शक्ति (P) = 200 W और तरंग दैर्ध्य (λ) = 0.6 μm 

प्रकाश में परिवर्तित ऊर्जा की मात्रा 25% है।

• एक पीले प्रकाश में एक फोटॉन की ऊर्जा इस प्रकार है-

• ऊर्जा प्रकाश के रूप में विकिरण होती है

• प्रति सेकंड उत्सर्जित फोटॉनों की संख्या है