لظاهرة الكهروضوئية
مقدمة
أول من لاحظ هذه الظاهرة العالم هيرتز ، عندما وجد أن حدوث الشرارة الكهربائية بين جسمين مشحونين يكون أسهل إذا أضيئت الفجوة بينهما بضوء شرارة كهربائية أخرى .
تعريف ظاهرة انبعاث إلكترونات من سطح فلز نتيجة إضاءته بإشعاع كهرومغناطيسي ذي تردد مؤثر هي الظاهرة الكهروضوئية .
الجهاز المستخدم تتكون الدائرة الكهربائية لدراسة هذه الظاهرة من وعاء مجوف مفرغ من الهواء له نافذة شفافة من الكوارتز لكي تسمح بمرور الضوء المرئي أو الأشعة فوق البنفسجية ويحتوي على لوحين معدنيين . أحدهما الباعث للالكترونات وهو القطب الذي تسقط عليه الأشعة الضوئية ، والآخر هو الجامع الذي يتسلم الإلكترونات الضوئية المنبعثة .
بعد إجراء التجربة وجد أن جهد القطع لا يعتمد على شدة الضوء الساقط ولما كان جهد القطع مقياساً للطاقة الحركية العظمى للإلكترونات الضوئية فإن الطاقة الحركية العظمى تساوي جهد القطع مضروباً في شحنة الإلكترون .
بعد ذلك قام العالم مليكان بإجراء دراسة معضلة عن علاقة الطاقة الحركية العظمى للإلكترونات الضوئية بتردد الضوء الساقط عليها فوجد أن الطاقة الحركية العظمى للإلكترونات الضوئية تتناسب طردياً مع تردد الضوء الساقط .
عند تردد معين يسمى تردد العتبة وهو أقل تردد يولد الانبعاث الكهروضوئي لذلك الفلز .
تفسير العالم ألبرت أينشتاين لظاهرة التأثير الكهروضوئي
النموذج الجسمي للإشعاع اقترح ألبرت أينشتاين أن الضوء ينطلق من مصدره على شكل نبضات أو وحدات صغيرة من الطاقة سماها كمات أو فوتونات . وكل فوتون يحتفظ بطاقة معينة وذلك اعتماداً على نظرية الكم لبلانك والطاقة التي يحملها الفوتون تتناسب مع تردده أي أن طاقة الفوتون تساوي ثابت بلانك مضروباً في التردد .
واقترح ألبرت أينشتاين اعتماداً على طبيعة المعدن الساقط عليه الفوتون بأن الإلكترون يتطلب قدراً معيناً من الطاقة لكي ينطلق من سطح المعدن وأن هذه الطاقة يجب أن تكون أكبر من قيمة محددة معينة تخص المعدن .
العوامل التي تتوقف عليها طاقة حركة الإلكترونات الضوئية
جهد القطع فرق الجهد بين اللوحين واللازم لإيقاف أكثر الإلكترونات الضوئية طاقة .
تردد العتبة التردد الأقل الذي يلزم للإلكترونات حتى تنطلق من مكانها .
وهذا يدل أنه لو زادت شدة الضوء فهذا يضاعف التيار ولا يغير في قيمة تردد العتبة أو الطاقة القصوى التي تعتمد على جهد القطع .
وقد كان تفسير ألبرت أينشتاين لظاهرة التأثير الكهروضوئي طريقاً لقياس قيمة ثابت بلانك تجريبياً من خلال العلاقة الخطية التي تثبت بين الطاقة القصوى للإلكترونات وتردد الضوء .
وبعد ذلك قام العلماء بتلخيص الظاهرة الكهروضوئية ، بعد التفسيرات والاستنتاجات على نظرية أينشتاين في الكهروضوئية التي اعتمد فيها على فروض نظرية الكم لبلانك كالتالي :
يحصل الانبعاث الكهروضوئي آنياً ، إما أن تنبعث الإلكترونات بسقوط أشعة ذات تردد مؤثر لحظة سقوط الأشعة ، أو لا تنبعث مطلقاً إذا كان التردد غير مؤثر .
تنبعث الإلكترونات الضوئية بسرع مختلفة تتراوح بين الصفر ومقدار أعظم لها .
يتناسب عدد الإلكترونات الضوئية المنبعثة في الثانية الواحدة تناسباً طردياً مع شدة الضوء الساقط عند ثبوت تردده .
تتناسب الطاقة الحركية ، العظمى للإلكترونات الضوئية المنبعثة من سطح معين تناسباً طردياً مع تردد الضوء الساقط ضمن الترددات المؤثرة ولا تعتمد هذه الطاقة على شدة الضوء الساقط عند ثبوت التردد .
لكل مادة تردد عتبة خاص بها ، بحيث لا تنبعث الإلكترونات مطلقاً من سطح ذلك الفلز إذا نقص تردد الضوء عن هذا المقدار
الأحد أبريل 10, 2016 11:58 pm