حيرت ظاهرة التأثير الكهروضوئي العلماء لسنوات طويلة، حيث لم يتمكنوا من فهم طبيعة الضوء وتداخل موجاته وظواهر انتشاره وتشتته، وقد توالت أبحاث العلماء حتى استطاع أينشتين أن يفهم الظاهرة وما يتعلق بها من الظواهر والآثار، وفي هذا المقال سنقوم بتقديم شرح ظاهرة التأثير الكهروضوئي، وكيفية حدوثها، وبعض التطبيقات العملية عليها.
شرح ظاهرة التأثير الكهروضوئي
عندما تنبعث أشعة كهرومغناطيسية على سطح معدني فتتولد ظاهرة التأثير الكهروضوئي، حيث تتحرر إلكترونات السطح المعدني بسبب امتصاص الأشعة الكهرومغناطيسية للإلكترونات الملاصقة لسطح المعدن، فتكتسب الإلكترونات طاقة حركية فتتحرر، وهناك عوامل تؤثر في حدوث هذه الظاهرة، وهي:
- طبيعة المعدن.
- طاقة الحركة للإلكترون الذي يتحرر من السطح المعدني.
- التيار الفوتوضوئي المتولد.
- عوامل مرتبطة بالشعاع المغناطيسي، وهي: (تردد الشعاع – شدة الشعاع).
شاهد شروحات اخرى : شرح درس حضارات شبه الجزيرة العربية قبل ظهور الإسلام
كيف تم اكتشاف ظاهرة التأثير الكهروضوئي ؟
- أثناء تجربة كان يجريها هاينريش عام 1887م لاحظ احتكاك مجالين صغيرين من المعدن في جهاز للأرسال ولد شررًا، وهذا الشرر المتولد قد أنتج شررًا بين مجالين آخرين من المعدن في الجهاز المستقبل.
- فُسرت وقتها الظاهرة على أنها طاقة ضوئية انتقلت إلى الإلكترونات فأدت إلى تحررها، ومن ثم تم التوصل إلى أن التغيير في شدة الضوء يصحبه تغيير في طاقة حركة الإلكترونات، والعلاقة بينهما علاقة طردية.
- توالت الأبحاث حتى توصل العلماء إلى أن تحرير الإلكترونات لا يمكن أن يحدث إلا عند وصول شدة الضوء إلى حد معين.
- وفيما بعد توصل ألبرت أينشتين إلى أن الضوء يتكون من مجموعة حزم أطلق عليها “الفوتونات”، وهي أشبه بالإلكترونات الموجودة في الذرة، وبذلك تغير الاعتقاد القديم بأن الضوء عبارة عن موجات.
- وقد توصل أينشتين إلى ظاهرة التأثير الكهروضوئي بعد ذلك بـ16 عام من الأبحاث والدراسات والتجارب، وقد حصل على براءة اختراع عن هذه النظرية.
- وقد وضع أينشتين في نظريته عدد من المعادلات التي تشرح ظاهرة التأثير الكهروضوئي رياضيًا، وقد أثبت أينشتين أن الطاقة الحركية التي يحتاجها الإلكترون ليتحرر تساوي طاقة الفوتون.
شاهد شروحات اخرى : شرح درس الممنوع من الصرف
التطبيقات العملية لظاهرة التأثير الكهروضوئي
هناك مجموعة من التطبيقات العملية التي تبرز من خلالها ظاهرة التأثير الضوئي، وكيف تم استغلالها لنفع البشرية، وفيما يلي بعض هذه الظواهر:
- تجلت ظاهرة التأثير الكهروضوئي في التطبيقات المتعلقة بالألياف البصرية، حيث استخدمت الخلايا الكهروضوئية في البداية في المصاعد والمهابط بغرض الكشف عن الشعاع الضوئي.
- استخدمت ظاهرة التأثير الكهروضوئي في فكرة الخلايا الشمسية التي تخزن الطاقة عند تعرضها لأشعة الشمس لتستخدم فيما بعد كمصدر للضوء والدفء.
- استخدمت ظاهرة التأثير الكهروضوئي في التحليل الكيميائي لبعض المواد عن طريق انبعاث الإلكترونات.
- تم استخدام ظاهرة التأثير الكهروضوئي في بعض التطبيقات المرتبطة بتوليد الطاقة النووية وتطبيقاتها العلمية.
- دخلت ظاهرة التأثير الكهروضوئي في تصنيع التكنولوجيا المرتبطة بالكاميرات والتصوير.
شاهد شروحات اخرى : شرح درس ظاهرة الغوص
خصائص ظاهرة التأثير الكهروضوئي
تتميز ظاهرة التأثير الكهروضوئي ببعض الخصائص نوجزها فيما يلي:
- تحدث ظاهرة التأثير الكهروضوئي عندما يفوق تردد موجات الضوء الساقطة تردد الضوء اللازم لتحرير الإلكترونات من سطح المعدن دون أن تكتسب طاقة حركية.
- تحدث ظاهرة التأثير الكهروضوئي بمجرد سقوط موجات على سطح المعدن بتردد مناسب دون أخذ شدتها في الاعتبار.
- عندما تزيد شدة الشعاع الضوئي الساقط تزيد معها شدة التيار الذي يمر عبر الخلية الكهروضوئية.
- هناك علاقة طردية بين تردد الشعاع الضوئي الساقط وبين طاقة الحركة للإلكترونات المتحررة.
شاهد شروحات اخرى : شرح درس الجدول الدوري الحديث
وقد أثر اكتشاف ظاهرة التأثير الكهروضوئي في العلم بصورة كبيرة، حيث أن كثير من التطبيقات العلمية قد بنيت على الضوء ونظرياته، وكان شرح ظاهرة التأثير الكهروضوئي من قبل العلماء معبرًا لمزيد من الاختراعات المفيدة للبشرية.
