الظاهرة الكهروضوئية

الظاهرة الكهروضوئية

يحتوى المعدن على أيونات موجبه وإلكترونات حره تتحرك على سطح المعدن ولاتستطيع أن تغادر المعدن بسبب قوة التجاذب بين الالكترونات الحره والايونات الموجبه  والتى تجذب الالكترونات دائما نحو الداخل وهو ما يسمى حاجز جهد السطح

  أى أنه :-                         

لكى تحرر الكترونات من سطح معدن هو اعطائها قدر كاف من الطاقه مثل

 1_التسخين وهو ما يسمى ( الانبعاث الحرارى )

2_سقوط ضوء ذو تردد مناسب وهو ما يسمى(الانبعاث الكهروضوئى)

حاجز جهد السطح 

قوة التجاذب التى تجذب الالكترونات نحو الداخل وتمنع تحررها من سطح المعدن

لاحظ أن الإلكترون داخل الذرة يعتبر إلكترونا مقيداً  لأنه لا يستطيع مغادرة الذرة من تلقاء نفسه بل يحتاج إلى طاقة خارجية لتحرره تسمى طاقة التأين(طاقة التأين تختلف عن حاجز جهد السطح)أي أن طاقة الإلكترون داخل الذرة أقل من طاقته وهو حر ، فيبقى داخل الذرة ، وهو سبب استقرار الذرة. وبالتالى فإن الإلكترون داخل الذرة يخضع لميكانيكا الكم

الظاهرة الكهروضوئية

  انطلاق الكترونات من سطح معدن عند سقوط ضوء ذو تردد مناسب عليه

الخلية الكهروضوئية: جهاز يحول الطاقة الضوئية الى الكهربية

فكرةعملها : التاثير الكهروضوئى

 طريقة عملها :

1- تتكون الخلية الكهروضوئية من سطح معدنى يسمى المهبط او الكاثود

2- عند سقوط ضوء على السطح المعدنى تنطلق الكترونات من هذا السطح

3- يلتقط المصعد(الانود)هذه الالكترونات فيسبب تيارا فى الدائرة الخارجية

وتسمى الالكترونات المنبعثة بالالكترونات الكهروضوئية

 ( وكذلك التيار المتولد بالتيار الكهروضوئى)

التفسير 

تبعا للفيزياء الكلاسيكية

- يتوقف انطلاق الالكترونات الكهروضوئية على شدة موجة الضوء الساقط ..وحتى لوكانت شدة الاضاءه صغيره فإن زيادة زمن التعرض للضوء كفيل بإعطاء الالكترونات الطاقة اللازمه لتحررها بصرف النظر عن ترددها

- طاقة حركتة الالكترونات المتحرره( وسرعتها ) يزداد بزيادة شدة الموجة الضوئيه الساقطة بصرف النظر عن ترددها

ولكن وجد عمليا

- ان انطلاق الالكترونات يتوقف فقط على تردد الضوء الساقط فلابد ان يكون اعلى من قيمة معينه تسمى التردد الحرج لسطح المعدن  ( υ_C ) مهما كانت الشدة وإذا زاد التردد عن ( υ_C )  ( التردد الحرج ) فإن شدة التيار الكهروضوئي يزداد مع الشدة

-  طاقة حركتة الالكترونات المتحرره( وسرعتها ) يتوقف على تردد الضوء الساقط 

- لاتوجد فترة تجميع الطاقه الازمه لتحرر الالكترون وأن إنطلاق الالكترونات يحدث لحظيا  حتى لو كانت شدة الضوء الساقط ضعيفه .. فتنطلق الالكترونات بشرط أن يكون تردد الضوء الساقط أكبر من التردد الحرج للمعدن

- التردد الحرج للمعدن يتوقف فقط على نوع المعدن

    

استطاع أينشتين تفسير الظاهره الكهروضوئية مما مكنه من الفوز بجائزة نوبل فى الفيزياء

فروض اينشتين لتفسير الظاهره الكهروضوئيه 

1- اذا كان طاقة الفوتون الساقط اقل من دالة الشغل للسطح لا تتحرر اى الكترونات من السطح(مهما كانت شدة الضوء الساقط ومهما كان زمن تعرض السطح له) 

2- اذا كانت طاقة الفوتون الساقط E تساوى دالة الشغل للسطح  E_wفان هذا الفوتون يستطيع بالكاد ان يحرر الكترون من سطح المعدن , ويطلق فى هذه الحالة على تردد الفوتون التردد الحرجʋ_c        hʋ_c  =  E_w  

3- اذا كانت طاقة الفوتون الساقط  Eاكبر من دالة الشغل لسطح المعدن E_w فان فرق الطاقة يظهر على شكل طاقة حركة KE يكتسبها الالكترون
 المنبعث ( ½ mv² =  KE ) وبالتالى  يتحرك بسرعة أكبر ، وتزداد هذه الطاقة الحركية بزيادة التردد    حيث         E =E_w +KE

           hʋ = hʋ_c  + ½ mv² 

4-  انطلاق الإلكترونات يحدث لحظيا ولا يكون هناك فترة انتظار لتجميع الطاقة ، بشرط أن تكون طاقة الفوتون E أكبر من دالة الشغل  EW 

5-   أن   دالة الشغل  EW   تتوقف على نوع المادة  ، ولا تتوقف على شدة الضوء ، ولا زمن التعرض للضوء ، ولا فرق الجهد بين المهبط والمصعد 

دالة الشغل                                                                                                hʋ_c  =  E_w

أقل طاقة للفوتون الساقط تكفى لتحرير الالكترون من سطح المعدن دون اكسابه طاقة حركية

التردد الحرج ʋ_c     

 اقل تردد للضوء الساقط يكفى لتحرير الكترون من سطح المعدن دون اكسابه طاقة حركة

الطول الموجى الحرج:cλ 

اكبر طول موجى للضوء الساقط يكفى لتحرير الالكترون من سطح المعدن دون اكسابه طاقة حركة