ආපසු Dashboard එකට
Unit 11
පදාර්ථ හා විකිරණ (Matter and Radiation)
ක්වොන්ටම් භෞතික විද්යාව, එක්ස්-කිරණ, ප්රකාශ විද්යුත් ආචරණය සහ විකිරණශීලිතාව.
මූලික සංකල්ප
- • ප්රකාශ විද්යුත් ආචරණය: ලෝහ පෘෂ්ඨයක් මතට ඉහළ සංඛ්යාතයක් සහිත ආලෝක ෆෝටෝන පතිත වූ විට ක්ෂණිකව ඉලෙක්ට්රෝන පිටවීමේ සංසිද්ධියයි (Emax = hf - Φ).
- • අර්ධ ආයු කාලය (T1/2): විකිරණශීලී පරමාණු සංඛ්යාවෙන් හරියටම අඩක් ක්ෂය වීමට ගතවන කාලයයි (T1/2 = 0.693/λ).
Paper Marking රහස්
⚠️ නිවාරක විභව (Stopping Potential) ප්රස්ථාර උගුල: විභාගයේදී V0 එදිරිව f ප්රස්ථාරය අඳින විට, නිවාරක විභව අක්ෂයේ සෘණ අගය (-Φ/e) සිරස් අක්ෂයේ සෘණ පැත්ත කපාගෙන යන සේ අනිවාර්යයෙන්ම ඇඳ දැක්විය යුතුය. නැතහොත් ලකුණු නොලැබේ!
📘 සම්පත් පොත් සාරාංශය: පදාර්ථ හා විකිරණ
ප්රධාන අර්ථ දැක්වීම් (Definitions):
- තාප විකිරණය (Thermal Radiation): උණුසුම් වස්තුවක උෂ්ණත්වය හේතුවෙන් විමෝචනය වන විද්යුත් චුම්භක විකිරණ වේ.
- පරිපූර්ණ කෘෂ්ණ වස්තුව (Ideal Blackbody): තමා මත පතිත වන සියලුම තරංග ආයාමවලින් යුත් විකිරණ සම්පූර්ණයෙන්ම අවශෝෂණය කර ගන්නා පරමාදර්ශී වස්තුවකි.
- විමෝචකතාව (Emissivity - e): යම් පෘෂ්ඨයක් ඒකක කාලයකදී ඒකක වර්ගඵලයකින් විමෝචනය කරන තාපය, එම උෂ්ණත්වයේදීම කෘෂ්ණ වස්තුවක් විමෝචනය කරන තාපයට දක්වන අනුපාතයයි.
සූත්ර සහ සමීකරණ (Equations):
- වීන් විස්ථාපන නියමය (Wien's Displacement Law): λ_m * T = C (C = 2.898 × 10⁻³ m K, λ_m = උපරිම තීව්රතාවට අනුරූප තරංග ආයාමය, T = නිරපේක්ෂ උෂ්ණත්වය)
- ස්ටෙෆාන් නියමය (Stefan's Law): E = σT⁴ සහ P = AσT⁴ (E = ඒකක වර්ගඵලයකින් පිටවන ක්ෂමතාව, P = මුළු ක්ෂමතාව, σ = ස්ටෙෆාන් නියතය, T = නිරපේක්ෂ උෂ්ණත්වය, A = වර්ගඵලය)
- ප්ලාන්ක් සමීකරණය (Planck's Equation): E = nhf (E = ශක්තිය, h = ප්ලාන්ක් නියතය, f = සංඛ්යාතය, n = පූර්ණ සංඛ්යාවකි)
වැදගත් කරුණු (Key Points):
- වස්තුවක උෂ්ණත්වය වැඩි වන විට, උපරිම තීව්රතාවට අනුරූප තරංග ආයාමය (λ_m) කෙටි තරංග ආයාම දෙසට විස්ථාපනය වේ (වීන් නියමය).
- ප්ලාන්ක් කල්පිතයට අනුව විකිරණ ශක්තිය ගලා යන්නේ අඛණ්ඩව නොව "ක්වොන්ටා (Quanta)" හෙවත් "ෆෝටෝන (Photons)" නම් ශක්ති පැකට් වශයෙනි.
⚠️ විශේෂ සටහන් (Exam Notes/Traps):
ස්ටෙෆාන් නියමය සහ වීන් නියමය යෙදීමේදී උෂ්ණත්වය (T) අනිවාර්යයෙන්ම කෙල්වින් (K) හෙවත් නිරපේක්ෂ උෂ්ණත්වයෙන් ආදේශ කළ යුතු ම ය.
ප්රධාන අර්ථ දැක්වීම් (Definitions):
- ප්රකාශ විද්යුත් ආචරණය (Photoelectric Effect): ලෝහ පෘෂ්ඨයක් මත ආලෝකය (විද්යුත් චුම්භක විකිරණ) පතිත වූ විට ඉලෙක්ට්රෝන විමෝචනය වීමේ සංසිද්ධියයි.
- කාර්ය ශ්රිතය (Work Function - ϕ): ලෝහ පෘෂ්ඨයෙන් ඉලෙක්ට්රෝනයක් නිදහස් කිරීම සඳහා ලබා දිය යුතු අවම ශක්තියයි.
- දේහලී සංඛ්යාතය (Threshold Frequency - f₀): ඉලෙක්ට්රෝන විමෝචනය කළ හැකි අවම ආලෝක සංඛ්යාතයයි.
- නිවාරක විභවය (Stopping Potential - V_s): විමෝචනය වන උපරිම චාලක ශක්තියක් ඇති ඉලෙක්ට්රෝන නවතාලීම සඳහා යෙදිය යුතු අවම ප්රතිවිරුද්ධ විභව අන්තරයයි.
සූත්ර සහ සමීකරණ (Equations):
- අයින්ස්ටයින්ගේ ප්රකාශ විද්යුත් සමීකරණය: hf = ϕ + K_max
- කාර්ය ශ්රිතය: ϕ = hf₀
- උපරිම චාලක ශක්තිය (Maximum Kinetic Energy): K_max = eV_s (e = ඉලෙක්ට්රෝන ආරෝපණය)
වැදගත් කරුණු (Key Points):
- ප්රකාශ ඉලෙක්ට්රෝන විමෝචනය වීම ක්ෂණිකව සිදුවන ක්රියාවලියකි (කාල පමාවක් නැත).
- විමෝචනය වන ඉලෙක්ට්රෝනවල උපරිම චාලක ශක්තිය පතිත ආලෝකයේ තීව්රතාව මත රඳා නොපවතින අතර එය සංඛ්යාතය මත රඳා පවතී.
⚠️ විශේෂ සටහන් (Exam Notes/Traps):
පතිත ආලෝකයේ තීව්රතාව (Intensity) වැඩි කළ විට ප්රකාශ විද්යුත් ධාරාව වැඩි වුවද නිවාරක විභවය (V_s) වෙනස් නොවේ. එය රඳා පවතින්නේ ආලෝකයේ සංඛ්යාතය මත පමණි.
ප්රධාන අර්ථ දැක්වීම් (Definitions):
- පදාර්ථ තරංග (Matter Waves): චලනය වන සෑම අංශුවක් සමඟම තරංගයක් ආශ්රිත වී ඇති බව දැක්වෙන ඩි බ්රොග්ලි (De Broglie) සංකල්පයයි.
- X-කිරණ (X-Rays): ඉතා ඉහළ වේගයකින් ගමන් කරන ඉලෙක්ට්රෝන, ලෝහ ඉලක්කයක හැපී වේගය අඩුවීමේදී නිපදවෙන කෙටි තරංග ආයාම සහිත විද්යුත් චුම්භක තරංග වේ.
සූත්ර සහ සමීකරණ (Equations):
- ඩි බ්රොග්ලි තරංග ආයාමය: λ = h / p = h / mv
- චාලක ශක්තිය (K) හෝ ත්වරක විභවය (V) ඇසුරෙන්: λ = h / √(2mK) = h / √(2mVe)
- X-කිරණ අවම තරංග ආයාමය: λ_min = hc / eV (V = X-කිරණ නළයට යොදන වෝල්ටීයතාව, e = ඉලෙක්ට්රෝන ආරෝපණය)
වැදගත් කරුණු (Key Points):
- ඉලෙක්ට්රෝන අන්වීක්ෂවල (Electron microscopes) ක්රියාකාරිත්වය සඳහා ඉලෙක්ට්රෝනවල තරංග ස්වභාවය හා විවර්තනය (Diffraction) යොදා ගැනේ.
- X-කිරණ වර්ණාවලිය සන්තතික වර්ණාවලියක් (Continuous spectrum) සහ ලාක්ෂණික වර්ණාවලියක් (Characteristic spectrum) යන කොටස් දෙකකින් සමන්විත වේ.
⚠️ විශේෂ සටහන් (Exam Notes/Traps):
X-කිරණ නළයක ත්වරක විභවය (V) වැඩි කළ විට සන්තතික වර්ණාවලියේ λ_min අගය අඩුවේ. එහෙත් ලාක්ෂණික X-කිරණ රේඛාවල පිහිටීම වෙනස් නොවේ; එය ඉලක්ක ලෝහයේ ස්වභාවය මත පමණක් රඳා පවතී.
ප්රධාන අර්ථ දැක්වීම් (Definitions):
- ස්කන්ධ දෝෂය (Mass Defect - Δm): න්යෂ්ටියක් සෑදීමේදී නිදහස් නියුක්ලියෝනවල මුළු ස්කන්ධයත්, සෑදුණු න්යෂ්ටියේ ස්කන්ධයත් අතර ඇති වෙනසයි.
- බන්ධන ශක්තිය (Binding Energy - BE): න්යෂ්ටියක ඇති නියුක්ලියෝන (ප්රෝටෝන හා නියුට්රෝන) එකිනෙකින් වෙන් කර අනන්තයට ගෙන යාමට අවශ්ය අවම ශක්තියයි.
- අර්ධ ආයු කාලය (Half-life - T_1/2): විකිරණශීලී සාම්පලයක ආරම්භක න්යෂ්ටි සංඛ්යාවෙන් හරි අඩක් ක්ෂය වී යාමට ගතවන කාලයයි.
- න්යෂ්ටික විඛණ්ඩනය (Nuclear Fission): විශාල න්යෂ්ටියක් කුඩා න්යෂ්ටි දෙකකට කැඩී යාමයි. විලයනය (Fusion) යනු කුඩා න්යෂ්ටි එකතු වී විශාල න්යෂ්ටියක් සෑදීමයි.
සූත්ර සහ සමීකරණ (Equations):
- අයින්ස්ටයින්ගේ ස්කන්ධ-ශක්ති සමීකරණය: E = mc² හෝ E = Δm × 931.5 MeV
- විකිරණශීලී ක්ෂය වීමේ නියමය: N = N_0 * e^{-λt} සහ A = A_0 * e^{-λt} (λ = ක්ෂය නියතය, A = සක්රියතාව)
- අර්ධ ආයු කාලය: T_1/2 = ln2 / λ = 0.693 / λ
වැදගත් කරුණු (Key Points):
- α අංශුවක් යනු හීලියම් න්යෂ්ටියකි (⁴₂He), β අංශුවක් යනු ඉලෙක්ට්රෝනයකි (⁰₋₁e), γ යනු විද්යුත් චුම්භක තරංගයකි.
- γ කිරණවලට වැඩිම විනිවිද යාමේ හැකියාව ඇති අතර α කිරණවලට වැඩිම අයනීකරණ හැකියාව ඇත.
⚠️ විශේෂ සටහන් (Exam Notes/Traps):
න්යෂ්ටික ප්රතික්රියාවක සමීකරණයක් තුලනය කිරීමේදී දෙපසම මුළු පරමාණුක අංකය (Z) සහ මුළු ස්කන්ධ අංකය (A) අනිවාර්යයෙන්ම සංස්ථිතික විය යුතුය (සමාන විය යුතුය).
ප්රධාන අර්ථ දැක්වීම් (Definitions):
- ෆර්මියෝන (Fermions): පදාර්ථ සෑදී ඇති මූලික අංශු වන ක්වාක් (Quarks) සහ ලෙප්ටෝන (Leptons) මීට අයත් වේ.
- බෝසෝන (Bosons): මූලික බල හුවමාරු කර ගන්නා අතරමැදි අංශු වේ (උදා: ග්ලූවෝන, ෆෝටෝන).
සූත්ර සහ සමීකරණ (Equations):
- ප්රෝටෝනයේ සංයුතිය (Quark composition): uud (ආරෝපණය: +2/3 + 2/3 - 1/3 = +1e)
- නියුට්රෝනයේ සංයුතිය: udd (ආරෝපණය: +2/3 - 1/3 - 1/3 = 0)
වැදගත් කරුණු (Key Points):
ස්වභාවධර්මයේ මූලික බල 4ක් ඇත: ප්රබල බලය (Strong force), විද්යුත් චුම්භක බලය (Electromagnetic force), දුබල බලය (Weak force), ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය (Gravitational force).
| බලය (Force) | සාපේක්ෂ ප්රබලතාව (Relative Strength) | ක්රියාත්මක වන්නේ කුමක් මත ද? | පරාසය (Range) | බලය යෙදෙන අවස්ථා |
|---|---|---|---|---|
| ප්රබල බලය (Strong) | 1 | ක්වාක් (Quarks) | 10⁻¹⁵ m | න්යෂ්ටිය තුළ ප්රෝටෝන හා නියුට්රෝන එකට බැඳී තබා ගැනීම |
| විද්යුත් චුම්භක (Electromagnetic) | 10⁻² | විද්යුත් ආරෝපණ | අනන්තයි | පරමාණු එකට බැඳී පවතින ගැටීම් |
| දුබල බලය (Weak) | 10⁻¹³ | ලෙප්ටෝන හා ක්වාක් | 10⁻¹⁸ m | විකිරණශීලී decay (උදා: β decay) |
| ගුරුත්වාකර්ෂණ (Gravitational) | 10⁻³⁹ | සියලු ස්කන්ධ | අනන්තයි | සෞරග්රහ පද්ධතියේ ග්රහයින් රඳවා ගැනීම |
⚛️ Photoelectric Effect Playground (ප්රකාශ විද්යුත් ආචරණය)
ලෝහ තහඩුව (Metal)