الظاهرة الكهروضوئية
هي ظاهرة انطلاق الالكترونات من سطوح الفلزات عند تعرضها للضوء أو لموجات كهرومغناطيسية مناسبة
الخلية الكهروضوئية
انبوبة من الزجاج أو الكوارتز مفرغة من الهواء بداخلها صفيحة معدنية نصف اسطوانية تغطى بفلز معين - الكاثود - وفي محور الاسطوانة سلك معدني - انود - ويثبت الجميع على قاعدة عازلة
خصائص الظاهرة الكهروضوئية
أولا : تتحقق الظاهرة الكهروضوئية اذا كان تردد الموجات الساقطة أكبر من تردد معين يسمى تردد العتبة
تردد العتبة
هو أقل تردد للضوء الساقط يكفي لانبعاث الالكترونات من سطح الفلز دون اكسابها طاقة حركة ويعتمد على نوع المادة التي تغطي سطح الكاثود
ثانيا : يحدث الانبعاث الكهروضوئي بمجرد سقوط الموجات الكهرومغناطيسية ذات التردد المناسب على سطح الكاثود مهما كانت شدة هذه الموجات ضعيفة بمعنى ان تحقق الظاهرة لا يحتاج الى تخزين طاقة
ثالثا : يعتمد عدد الالكترونات المنبعثة من سطح الكاثود على شدة الضوء الساقط بمعنى أنه تزداد شدة التيار المار في دائرة الخلية الكهروضوئية بزيادة شدة الضوء الساقط
رابعا : تزداد القيمة العظمى لطاقة حركة الالكترونات المنبعثة من سطح الفلز بزيادة تردد الضوء الساقط
تفسير اينشتاين للظاهرة الكهروضوئية
افترض اينشتاين أن الضوء عبارة عن كمات من الطاقة أسماها فوتونات
اذا أي موجة كهرومغناطيسية ذات تردد معين هي سيل من الفوتونات
E= hf كل فوتون يمتلك طاقة تحسب من المعادلة
عند سقوط الضوء على سطح الفلز تتعامل فوتوناته مع الكترونات السطح بشكل فردي
كل فوتون من فوتونات الضوء الساقط يتعامل مع الكترون واحد فقط ويمنحه طاقته
يستغل الالكترون هذه الطاقة لأمرين
الأمر الأول هو استنفاذ جزء من الطاقة للتحرر من سطح الفلز ويسمى هذا الجزء دالة الشغل ( أقل طاقة للفوتون تسمح بانبعاث الكترون من سطح فلز ما وتعتمد على نوع الفلز ) وهي ثابتة للمادة الواحدة
الأمر الثاني استنفاذ الجزء المتبقي من الطاقة في اكتساب طاقة حركة للخروج من السطح
hf = W + 1/2 mv2 معادلة اينشتاين لتفسير الظاهرة الكهروضوئية
W = h f o دالة الشغل
h ثابت بلانك
1 / 2 mv2 = h ( f - fo )
واستخدم العلماء الضوء لمعرفة ودراسة المواد الكيميائية، بالإضافة إلى أن الضوء يستخدم للاتصالات. فالألياف البصرية تنقل المعلومات على شكل ضوء لمسافات بعيدة، وبدأت تحل باطراد محل أسلاك النحاس المستخدمة من قبل شركات الهاتف. ويجرب العلماء الضوء في الوقت الحاضر، بوصفه حاملاً للمعلومات داخل المعالج المركزي السريع جدًا، لعمليات الحاسوب ....
التأثير الكهروضوئي
التأثير الكهروضوئي هو انبعاث من الإليكترونات من سطح قطعة من المعدن عندما يقع عليها الضوء. وكما تعلمنا فإن الضوء مكون من جسيمات تسمى فوتونات و طاقة هذه الفوتونات حسب مبدأ بلانك E=hf حيث f هو التردد و E طاقة كل فوتون و h هو ثابت بلانك. وتبعا لمبدأ بلانك ايضا فإن ذرة هذا المعدن يمكن أن تمتص فوتون واحد أو لا شيء. فإذا كانت الطاقة كافية يخرج الإليكترون من ذرة المعدن. و إذا كان الفوتون لا يحتوى على طاقة كافية لإخراج الإليكترون من الذرة, لن يُمتص الفوتون و سيبقى الإليكترون في مداره, بصرف نظر عن كثافة الضوء. وكما هو مبين بالشكل فإن سطح معدن عندما يسقط عليه ضوء بتردد معين (هنا الضوء الأزرق), هذا التردد كاف لأن ينبعث من سطح المعدن إليكترونات. إذا قلت كثافة الضوء يستمر التأثير و لكن يقل عدد الإليكترونات المنبعثة. عندما تتعرض قطعة المعدن إلى أشعة ضوئية ذات تردد منخفض, هنا الضوء الأحمر, لا ينبعث منه إليكترونات بصرف النظر عن كثافة الضوء. نستنتج مما سبق أن التأثير الكهروضوئي يحدث فقط مع الإشعاع الضوئي فوق تردد أو طاقة معينة.ويلاحظ أنه لكل معدن يوجد حد أدنى للتردد, تحت هذا الحد لا تنبعث أية إليكترونات.
من أهم تطبيقات التأثير الكهروضوئي هو الخلية الكهروضوئية المبينة بالشكل المرفق. و فيها يتم تحويل الطاقة الضوئية الساقطة على الخلية في صورة فوتونات إلى طاقة كهربائية في صورة تيار كهربائى.
إن شاء الله إني قدرت أفيدك..
مع أطيب أمنيـإتي .
لك بالتوفيق.
|