في عام 1887 وجد هيرتز أنه عند تعريض فجوة شرارية واقعة تحت جهد مرتفع للأشعة فوق البنفسجية يسهل التفريغ خلال الهواء بمعنى أن التفريغ يحدث على مسافة بين الالكترودين لا يحدث فيها تفريغ إذا كانت الأشعة غير موجودة، وقد اكتشف هيرتز أن أشعة الضوء إذا سقطت على سطح معدني فإنها تتسبب في انبعاث الكترونات من هذا السطح ويمكن رصد هذه الظاهرة بالتجربة التالية نشحن كشاف كهربائي بشحنة سالبة ونلامس قرص الكشاف بصفيحة من الزنك ونسقط عليها أشعة فوق بنفسجية ؛ نلاحظ انطباق ورقتي الكشاف، أما إذا شحن الكشاف بشحنه موجبة نلاحظ أن انفراج ورقتي الكشاف يزداد.
*مصطلحات/ -الظاهرة الكهروضوئية: هي ظاهرة انطلاق الالكترونات من سطوح الفلزات عند تعرضها للضوء أو لموجات كهرومغناطيسية مناسبة. -الخلية الكهروضوئية: أنبوبة من الزجاج أو الكوارتز مفرغة من الهواء بداخلها صفيحة معدنية نصف اسطوانية تغطى بفلز معين - الكاثود - وفي محور الاسطوانة سلك معدني - آنود - ويثبت الجميع على قاعدة عازلة.
*خصائص الظاهرة الكهروضوئية/
أولا: تتحقق الظاهرة الكهروضوئية إذا 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 إكسابها 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 أن تحقق الظاهرة لا يحتاج إلى 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.
*النظرية الموجية: - لم تستطع تفسير وجود تردد العتبة أو الطول الموجي الحرج. - لم تستطع تفسير الانطلاق الفوري للالكترونات من سطح الفلز بمجرد سقوط ضوء يمتلك تردد أكبر من تردد العتبة مهما كانت شدته ضعيفة. - لم تستطع تفسير اعتماد طاقة حركة الالكترونات الضوئية المنبعثة من سطح الكاثود على تردد الضوء الساقط.
*تفسير اينشتاين للظاهرة الكهروضوئية/ - افترض اينشتاين أن الضوء عبارة عن كمات من الطاقة أسماها فوتونات. - إذا أي موجة كهرومغناطيسية ذات تردد معين هي سيل من الفوتونات. - كل فوتون يمتلك طاقة تحسب من المعادلة E= hf . - عند سقوط الضوء على سطح الفلز تتعامل فوتوناته مع الكترونات السطح بشكل فردي. - كل فوتون من فوتونات الضوء الساقط يتعامل مع إلكترون واحد فقط ويمنحه طاقته ويستغل الإلكترون هذه الطاقة لأمرين: - الأمر الأول هو استنفاد جزء من الطاقة للتحرر من سطح الفلز، ويسمى هذا الجزء دالة الشغل ( أقل طاقة للفوتون تسمح بانبعاث إلكترون من سطح فلز ما وتعتمد على نوع الفلز ) وهي ثابتة للمادة الواحدة. الأمر الثاني هو استنفاد الجزء المتبقي من الطاقة في اكتساب طاقة حركة للخروج من السطح.
ومعادلة اينشتاين لتفسير الظاهرة الكهروضوئية هي hf = W + 1/2 mv2 W = h f o دالة الشغل h ثابت بلانك 1 / 2 mv2 = h ( f - fo )
*تجربة لتحقيق معادلة اينشتاين/
أدوات التجربة: مصباح بخار الزئبق - مجموعة من المرشحات اللونية للحصول على أشعة ضوئية أحادية اللون ذات ترددات مختلفة - خلية كهروضوئية - مقسم جهد - بطارية - مفتاح عاكس - فولتميتر - ميكرو أميتر خطوات العمل والملاحظات: - نسقط ضوء وحيد اللون على الكاثود. - عند توصيل الأنود بالقطب الموجب للبطارية والكاثود بالقطب السالب نستخدم موزع الجهد لزيادة فرق الجهد بالتدريج. - نلاحظ أن شدة التيار تزداد ثم تثبت ( تصبح غير معتمدة على الفولتية ) وتسمى القيمة تيار الإشباع. - شدة التيار الكهربائي تعتبر معيارا كميا للظاهرة الكهروضوئية حيث أنه بزيادة شدة الضوء الساقط عند ثبوت فرق الجهد تزداد شدة التيار. - عند إنقاص الجهد مع ثبات شدة الضوء نلاحظ أن شدة التيار تتناقص ولكن لا تصل إلى الصفر بمعنى أن التيار لا ينعدم في الدائرة الخارجية حتى عندما يكون فرق الجهد مساويا للصفر وتعليل ذلك أن فوتونات الضوء الساقط تمتلك طاقة كبيرة تكفي لانبعاث الالكترونات من سطح الفلز وتزويدها بطاقة حركة. - باستخدام المفتاح العاكس نبدل توصيل قطبي البطارية بحيث يتصل الآنود بقطبها السالب والكاثود بالقطب الموجب. - بزيادة الجهد السالب على الآنود بواسطة مقسم الجهد يزداد المجال المعاكس ويقل عدد الالكترونات التي تستطيع الوصول إلى الآنود ونستمر في زيادة الجهد حتى تصبح شدة التيار مساوية للصفر ويتوقف التيار ويسمى الجهد في هذه الحالة جهد الإيقاف.
جهد الإيقاف أو جهد الإعاقة: هو أقل جهد يلزم لإيقاف الالكترونات ذات أقصى طاقة حركة من الوصول إلى الآنود.
حساب طاقة الحركة: بما أن طاقة وضع الالكترونات عند وصولها إلى الأنود = طاقة الحركة الابتدائية للالكترونات 1/2 mv2 max = Vo e hf = W + 1/2 mv2 max hf = W + Vo e Vo e = hf - h f o Vo = hf/ e -W / e المعادلة الأخيرة يمكن مقارنتها بمعادلة خط مستقيم ( ص = أ س + ب ) وبرسم العلاقة بين التردد على المحور السيني وجهد الإيقاف على المحور الصادي نحصل على الشكل كما في الصورة ومنه يمكن إيجاد تردد العتبة ( الجزء المقطوع من محور السينات ) ويمكن حساب ثابت بلانك من العلاقة: tan Ø= h / e
**ملاحظات هامة** - تعتمد طاقة الحركة على تردد الضوء الساقط ( طول الموجة ) ونوع مادة الكاثود ولا تعتمد على شدة الضوء الساقط وكلما زاد الطول الموجي للضوء الساقط كلما قلت طاقة الحركة للالكترونات وعند طول موجي معين لا تتحقق الظاهرة الكهروضوئية. - الطول الموجي الحرج هو أكبر طول موجي للضوء الساقط يكفي لانبعاث الكترونات من سطح الفلز دون إكسابها طاقة حركة..
هام جداً: قوانين المساهمة في المواضيع. انقر هنا للمعاينة
احترم مواضيع الآخرين ليحترم الآخرون مواضيعك لا تحتكر الموضوع لنفسك بإرسال عدة مساهمات متتالية عند طرح موضوع يجب أن تتأكد أن عنوان الموضوع مناسب او لا تحل بحسن الخلق و بأدب الحوار و النقاش لا تنس أن اختلاف الرأي لا يفسد للود قضية, فلا تتهجم على عضو بدعوى أنه لا يشاطرك الرأي ان قطعت عهدآ مع عضو فأوفي بوعدك لأنه دين عليك إن حصل خلاف بينك و بين عضو حول مسألة ما فلا تناقشا المشكله على العام بل على الخاص ان احترمت هذه الشروط البسيطة, ضمنت حقوقك و عرفت واجباتك. و هذه افضل طريقة تضمن بها لنفسك ثم لمساهماتك و مواضيعك البقاء و لمنتداك الإزدهار في موقعنا إدارة منتديات احلى حكاية
الرئيسية 
الأربعاء يونيو 17, 2009 10:53 pm
هام جداً: قوانين المساهمة في المواضيع. انقر هنا للمعاينة 
