আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের সূচনা - অনুধাবনমূলক প্রশ্ন ও উত্তর

*

পদার্থবিজ্ঞান ২য় পত্র

৮ম অধ্যায় - আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের সূচনা

অনুধাবনমূলক প্রশ্ন ও উত্তর

১) ধাতুসমূহের সূচন কম্পাঙ্ক না থাকলে কী ঘটত ব্যাখ্যা কর।

উ: যে সর্বনিম্ন কম্পাঙ্কে ধাতব পাত থেকে ইলেকট্রন নির্গত হয় তাই-ই হলাে সূচন কম্পাঙ্ক। সূচন কম্পাঙ্ক না থাকলে ধাতব পাত থেকে ইলেকট্রন নির্গত হতাে না, ফলে ফটোতড়িৎ ক্রিয়া সম্পন্ন হতাে না।

২) কোনাে একটি ধাতুর কার্যাপেক্ষক 2.31 eV বলতে কী বুঝায়? ব্যাখ্যা কর।

উ: কোন ধাতব পৃষ্ঠ হতে শূন্য বেগসম্পন্ন ইলেকট্রন নির্গত করতে যতটুকু শক্তির প্রয়ােজন তাকে ঐ ধাতুর কার্যাপেক্ষক বলে। অর্থাৎ কোনাে ধাতুর কার্যাপেক্ষক 2.31 eV বলতে বুঝায় ঐ ধাতু হতে শূণ্য বেগসম্পন্ন ইলেকট্রন নিঃসৃত করতে ন্যূনতম 2.31 eV শক্তির ফোটনের প্রয়ােজন হবে। 

৪) ঘূর্ণনশীল কাঠামাে জড় প্রসঙ্গ কাঠামাে নয়- ব্যাখ্যা কর।

উ: পরস্পরের সাপেক্ষে ধ্রুববেগে গতিশীল যে সকল প্রসঙ্গ, কাঠামােতে নিউট্রনের গতিসূত্র অর্জন করা যায় তাদেরকে জড় প্রসঙ্গ কাঠামাে বলে। ঘূর্ণনশীল কাঠামােতে বস্তুর গতি হ্রাস বা বৃদ্ধি ঘটানাের জন্য মন্দন বা ত্বরণ সৃষ্টি হয় বলে বস্তু সমবেগে চলে না। এজন্য ঘূর্ণনশীল কাঠামাে জড় প্রসঙ্গ কাঠামাে নয়।

৫) একই বেগে গতিসম্পন্ন বা একই গতিশক্তি সম্পন্ন প্রােটন ও ইলেক্ট্রনের মধ্যে ইলেক্ট্রনের ডিব্ৰুগলী তরঙ্গদৈর্ঘ্য বেশি কেন?

উ: ডিব্রুগলী তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ক্ষেত্রে আমরা জানি, λ = h / mv , যেখানে h প্লাংকের ধ্রুবক, m কণার ভর, v কণাটির বেগ। যদি একই গতিসম্পন্ন প্রােটন ও ইলেকট্রনের ক্ষেত্রে এই তরঙ্গদৈর্ঘ্য হিসাব করা হয়, তবে ইলেকট্রনের ভর প্রােটনের ভরের চেয়ে কম। হওয়ার কারণে ডি'ব্রগলী তরঙ্গদৈর্ঘ্যের মান প্রােটনের চেয়ে ইলেকট্রনের বেশি। কেননা, λ ∝ 1 / v

৬) ইলেকট্রনের কম্পটন তরঙ্গদৈর্ঘ্য 0.02468 Å বলতে কী বুঝায়?

উ: ইলেকট্রনের কম্পটন তরঙ্গদৈর্ঘ্য 0.02468 Å বলতে বুঝায় কম্পটন ক্রিয়ায় আপতিত। ইলেকট্রন এবং বিক্ষিপ্ত ইলেকট্রনের তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিবর্তন হয় 0.02468 Å।

৭) প্ল্যাঙ্কের ধ্রুবক h এর মাত্রা সমীকরণ কী হবে?

উ: প্লাঙ্কের ধ্রুবক, h = 6.63 x 10-34 Js

একক = joule-second

মাত্রা = কাজের মাত্রা x সময়ের মাত্রা 

 = বলের মাত্রা x সরণের মাত্রা x সময়ের মাত্রা 

 = MLT-2 x L x T

[h] = M L2 T-1 

৯) “কোনাে ধাতুর ফটোতড়িৎ ক্রিয়া তার সূচন কম্পাঙ্কের উপর নির্ভরশীল”-ব্যাখ্যা কর।

উ: যথােপযুক্ত উচ্চ কম্পাঙ্কবিশিষ্ট আলােকরশ্মি কোনাে ধাতব পৃষ্ঠে আপতিত হলে তা থেকে। ইলেকট্রন নিঃসৃত হয়। এ ঘটনাকে ফটোতড়িৎ ক্রিয়া বলে। আবার ন্যূনতম যে কম্পাঙ্কের চেয়ে কম কম্পাঙ্ক বিশিষ্ট আলাে ঐ ধাতু থেকে ইলেকট্রন নির্গত করতে পারে না সে কম্পাঙ্কই সূচন কম্পাঙ্ক। অর্থাৎ সূচন কম্পাঙ্কে আলােকরশ্মি আপতিত হলেই শুধুমাত্র ফটোতড়িৎ ক্রিয়া ঘটে। এজন্য কোনাে ধাতুর ফটোতড়িৎ ক্রিয়া তার সূচন কম্পাঙ্কের উপর নির্ভরশীল।

১০) সকল কম্পাঙ্কের আলাের জন্য ফটোতড়িৎ ক্রিয়া সম্পন্ন হয় না- ব্যাখ্যা কর।

উঃ যথােপযুক্ত উচ্চ কম্পাঙ্কবিশিষ্ট আলােকরশ্মি কোনাে ধাতব পৃষ্ঠে আপতিত হলে তা থেকে। ইলেকট্রন নিঃসৃত হয়। এ ঘটনাকে ফটোতড়িৎ ক্রিয়া বলে। আবার ন্যূনতম যে কম্পাঙ্কের চেয়ে কম কম্পাঙ্ক বিশিষ্ট আলাে ঐ ধাতু থেকে ইলেকট্রন নির্গত করতে পারে না সে কম্পাঙ্কই সূচন কম্পাঙ্ক। অর্থাৎ সূচন কম্পাঙ্কে আলােকরশ্মি আপতিত হলেই শুধুমাত্র ফটোতড়িৎ ক্রিয়া ঘটে। 

এজন্য সকল কম্পাঙ্কের আলাের জন্য ফটোতড়িৎ ক্রিয়া সম্পন্ন হয় না। 

১২) বড় বস্তুর তরঙ্গ বৈশিষ্ট্য অস্পষ্ট কেন ব্যাখ্যা কর।

উ: বড় বস্তুর তরঙ্গ বৈশিষ্ট্য অস্পষ্ট থাকে কারণ, বড় বস্তুর ডি-ব্ৰগলী তরঙ্গদৈর্ঘ্য অনেক ক্ষুদ্র। আমরা জানি, ডি-ব্ৰগলী তরঙ্গদৈর্ঘ্য, λ = h / P  ;  যেখানে h = প্ল্যাঙ্কের ধ্রুবক = 6.63 x 10-34 Js এবং P = বস্তুর ভরবেগ = mv . এখন, বড় বস্তুর ভর m এর মান বেশি হওয়া  λ  =  h / P  =  h / mv সূত্রানুযায়ী λ এর মান অত্যধিক ক্ষুদ্র হওয়ায় আপাতভাবে বস্তুটির মধ্যে কোনাে তরঙ্গদৈর্ঘ্য লক্ষ করা যায় না অর্থাৎ বস্তুর তরঙ্গ বৈশিষ্ট অস্পষ্ট হয়।

১৪) পটাশিয়াম সুচন কম্পাঙ্ক 6.82 × 10−14 Hz বলতে কী বুঝ? 

উঃ পটাশিয়ামের সূচন কম্পাঙ্ক 6.82 × 10−14 Hz বলতে বুঝায় 6.82 × 10−14 Hz কম্পাঙ্কের চেয়ে কম কম্পাঙ্ক বিশিষ্ট কোনাে আলাে পটাশিয়াম থেকে ইলেকট্রন নির্গত করতে পারে না। অর্থাৎ পটাশিয়াম থেকে ইলেকট্রন নির্গত করতে হলে সর্বনিম্ন 6.82 × 10−14 Hz কম্পাঙ্কের আলাে প্রয়ােজন। 

১৫) “ছােট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ফোটনের শক্তি কম”,কথাটি কী সত্য? ব্যাখ্যা কর।

উ: আমরা জানি, প্ল্যাঙ্কের ধ্রুবক h এবং আপতিত ফোটনের কম্পাঙ্ক f হলে আপতিত ফোটনের শক্তি E = hf = h (c / λ) [∵ f = c / λ]

অর্থাৎ আপতিত ফোটনের শক্তি তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ব্যস্তানুপাতিক। তবে আপতিত ফোটনের শক্তি বেগের বর্গের সমানুপাতিক। তরঙ্গদৈর্ঘ্য হ্রাস পেলে বেগ হ্রাস পায়। তাই তরঙ্গদৈর্ঘ্য হ্রাস পেলে ফোটনের শক্তি কম।

নিজে কর

১) ফটোতড়িৎ বৃদ্ধি পায় যদি আলাের তীব্রতা বাড়ে- ব্যাখ্যা কর।

২) ফটো ইলেকট্রনের বেগ আপতিত আলােকের তীব্রতার উপর নির্ভরশীল নয়- ব্যাখ্যা কর।

৩) হাইজেনবার্গের অনিশ্চয়তা নীতি ব্যাখ্যা কর?

৪) সুচন তরঙ্গদৈর্ঘ্য অপেক্ষা বেশি তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলাে ধাতব পৃষ্ঠে আপতিত হলে ইলেকট্রন নির্গত হয়না কেন?

৫) লরেঞ্জ রূপান্তর থেকে কীভাবে গ্যালিলিও রূপান্তরে পৌছা যায় দেখাও।

৬) ফোটনের স্থির ভর শূন্য কিন্তু ফোটনের ভর বেগ আছে ব্যাখ্যা কর।

৭) ইলেকট্রনের তাপীয় নিঃসরণ ও ফটোতড়িৎ নিঃসরণের তুলনামূলক পার্থক্য লেখ।