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Home›MPPSC Forest›State Forest Service Mains Exam›Section 'B': Forestry and General Science›UNIT-07: Physics›Electric discharge in gases: Discharge tube, cathode rays, X-rays and their properties›Electrons in an X-ray tube are accelerated by a potential difference

Electrons in an X-ray tube are accelerated by a potential difference of 5.0 kV. If an electron produces one photon on impact with the target, what is the minimum wavelength of the resulting X-rays?
(consider h = 6.626 * 10^-34 Js and e = 1.6 * 10^-19 C)

20213M#mppsc-forest#pyq#mcq#2021
A.0.062 nm
B.0.124 nm
C.0.248 nmCorrect
D.0.424 nm
Explanation & Solution

The correct answer is (C) 0.248 nm.

  • By the Duane-Hunt law, the minimum wavelength λmin⁡λ\lambdaλ_{\min}λmin​ of continuous X-rays produced when accelerated electrons strike a target is given by:
  • λmin⁡=hceVλ\lambdaλ_{\min} = hceV\frac{hc}{eV}eVhc​λmin​=eVhc​
  • Given h=6.626×10−34 J⋅sh = 6.626 ×\times× 10^{-34}  J\text{ J} J⋅\cdot⋅s\text{s}sh=6.626×10−34 J⋅s, c=3×108 m/sc = 3 ×\times× 10^8  m/s\text{ m/s} m/sc=3×108 m/s, e=1.6×10−19 Ce = 1.6 ×\times× 10^{-19}  C\text{ C} Ce=1.6×10−19 C, and V=5.0 kV=5000 VV = 5.0  kV\text{ kV} kV = 5000  V\text{ V} VV=5.0 kV=5000 V:
  • λmin⁡=6.626×10−34×3×1081.6×10−19×5000=1.9878×10−258×10−16≈0.248475×10−9 m=0.248 nmλ\lambdaλ_{\min} = 6.626×10−34×3×1081.6×10−19×5000\frac{6.626 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^8}{1.6 \times 10^{-19} \times 5000}1.6×10−19×50006.626×10−34×3×108​ = 1.9878×10−258×10−16\frac{1.9878 \times 10^{-25}}{8 \times 10^{-16}}8×10−161.9878×10−25​ ≈\approx≈ 0.248475 ×\times× 10^{-9}  m\text{ m} m = 0.248  nm\text{ nm} nmλmin​=1.6×10−19×50006.626×10−34×3×108​=8×10−161.9878×10−25​≈0.248475×10−9 m=0.248 nm

हिंदी में प्रश्न एवं आदर्श उत्तर

एक एक्स-रे ट्यूब में इलेक्ट्रॉनों को 5·0 kV के विभवांतर से त्वरित किया जाता है। यदि एक इलेक्ट्रॉन लक्ष्य से टकराने पर एक फोटॉन उत्पन्न करता है तो परिणामी एक्स-रे की न्यूनतम तरंग दैर्घ्य क्या है?
(h = 6·626 * 10^-34 Js और e = 1·6 * 10^-19 C लें)

A.0·062 nm
B.0·124 nm
C.0·248 nmसही
D.0·424 nm

सही उत्तर (C) 0·248 nm है।

  • डुआने-हंट नियम (Duane-Hunt Law) के अनुसार, त्वरित इलेक्ट्रॉनों के लक्ष्य से टकराने पर उत्पन्न एक्स-रे की न्यूनतम तरंग दैर्घ्य λmin⁡λ\lambdaλ_{\min}λmin​ निम्नलिखित सूत्र से प्राप्त होती है:
  • λmin⁡=hceVλ\lambdaλ_{\min} = hceV\frac{hc}{eV}eVhc​λmin​=eVhc​
  • मान रखने पर (V=5000 VV = 5000  V\text{ V} VV=5000 V, h=6.626×10−34 Jsh = 6.626 ×\times× 10^{-34}  Js\text{ Js} Jsh=6.626×10−34 Js, e=1.6×10−19 Ce = 1.6 ×\times× 10^{-19}  C\text{ C} Ce=1.6×10−19 C, c=3×108 m/sc = 3 ×\times× 10^8  m/s\text{ m/s} m/sc=3×108 m/s):
  • λmin⁡=1.9878×10−258×10−16=0.248475×10−9 m≈0.248 nmλ\lambdaλ_{\min} = 1.9878×10−258×10−16\frac{1.9878 \times 10^{-25}}{8 \times 10^{-16}}8×10−161.9878×10−25​ = 0.248475 ×\times× 10^{-9}  m\text{ m} m ≈\approx≈ 0.248  nm\text{ nm} nmλmin​=8×10−161.9878×10−25​=0.248475×10−9 m≈0.248 nm
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