معلومات

تأثير كهروضوئية

تأثير كهروضوئية

ال التأثير الكهروضوئي شكلت تحديا كبيرا لدراسة البصريات في الجزء الأخير من 1800s. تحدى نظرية الموجة الكلاسيكية من الضوء ، والتي كانت النظرية السائدة في ذلك الوقت. لقد كان الحل لهذه المعضلة الفيزيائية هو ما جعل آينشتاين ينال مكان الصدارة في مجتمع الفيزياء ، وحصل في النهاية على جائزة نوبل عام 1921.

ما هو التأثير الكهروضوئي؟

Annalen der Physik

عندما يكون مصدر الضوء (أو ، بشكل أعم ، الإشعاع الكهرومغناطيسي) يقع على سطح معدني ، يمكن للسطح أن ينبعث الإلكترونات. تسمى الإلكترونات المنبعثة بهذه الطريقة الالكترونات الضوءيه (على الرغم من أنها لا تزال مجرد إلكترونات). هذا يصور في الصورة إلى اليمين.

إعداد التأثير الكهروضوئي

عن طريق إعطاء جهد جهد سلبي (الصندوق الأسود في الصورة) إلى المجمع ، فإنه يتطلب المزيد من الطاقة للإلكترونات لإكمال الرحلة وبدء التيار. وتسمى النقطة التي لا توجد إلكترونات تصل إلى المجمع وقف المحتملة الخامسالصورة، ويمكن استخدامها لتحديد الحد الأقصى للطاقة الحركية كماكس من الإلكترونات (التي لديها شحنة الإلكترونية البريد) باستخدام المعادلة التالية:

كماكس = فولتالصورة

شرح الموجة الكلاسيكية

Iwork وظيفة فيبي

ثلاثة تنبؤات رئيسية تأتي من هذا التفسير الكلاسيكي:

  1. يجب أن يكون لشدة الإشعاع علاقة متناسبة مع الحد الأقصى للطاقة الحركية الناتجة.
  2. يجب أن يحدث التأثير الكهروضوئي لأي ضوء ، بغض النظر عن التردد أو الطول الموجي.
  3. يجب أن يكون هناك تأخير بترتيب ثوانٍ بين اتصال الإشعاع بالمعادن والإصدار الأولي للإلكترونات الضوئية.

النتيجة التجريبية

  1. لم يكن لشدة مصدر الضوء أي تأثير على الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات الضوئية.
  2. تحت تردد معين ، لا يحدث التأثير الكهروضوئي على الإطلاق.
  3. لا يوجد تأخير كبير (أقل من 10-9 s) بين تنشيط مصدر الضوء وانبعاث أول كهروضوئية.

كما ترون ، هذه النتائج الثلاثة هي عكس توقعات نظرية الموجة بالضبط. ليس ذلك فحسب ، بل إنهم الثلاثة جميعًا غير بديهيين تمامًا. لماذا لا يؤدي الضوء المنخفض التردد إلى التأثير الكهروضوئي ، لأنه لا يزال يحمل طاقة؟ كيف يتم تحرير الصور الضوئية بهذه السرعة؟ ولعل أكثر ما يثير الفضول ، لماذا لا تؤدي إضافة المزيد من الكثافة إلى المزيد من النشرات الإلكترونية النشطة؟ لماذا تفشل نظرية الموجة تمامًا في هذه الحالة عندما تعمل جيدًا في العديد من المواقف الأخرى

سنة آينشتاين الرائعة

البرت اينشتاين Annalen der Physik

بناءً على نظرية إشعاع الجسم الأسود لـ Max Planck ، اقترح أينشتاين أن طاقة الإشعاع لا يتم توزيعها بشكل مستمر على واجهة الموجة ، ولكن بدلاً من ذلك تكون محلية في حزم صغيرة (تسمى فيما بعد فوتونات). سوف ترتبط طاقة الفوتون بترددها (ν) ، من خلال ثابت التناسب المعروف باسم بلانك ثابت (ح) ، أو بالتناوب ، باستخدام الطول الموجي (λ) وسرعة الضوء (ج):

E = = HC / λ
أو معادلة الزخم: ص = ح / λ

νφ

إذا ، ومع ذلك ، هناك طاقة زائدة ، وراء φفي الفوتون ، يتم تحويل الطاقة الزائدة إلى طاقة حركية للإلكترون:

كماكس = - φ

تنتج الطاقة القصوى الحركية عندما تتحرر الإلكترونات الأقل ارتباطًا ، ولكن ماذا عن الإلكترونات الأكثر ارتباطًا ؛ تلك التي يوجد فيها مجرد ما يكفي من الطاقة في الفوتون لضربها ، ولكن الطاقة الحركية التي تؤدي إلى الصفر؟ ضبط كماكس يساوي الصفر لهذا الغرض تردد القطع (νج)، نحن نحصل:

νج = φ / ح
أو طول الموجة قطع: λج = HC / φ

بعد اينشتاين

والأهم من ذلك ، فإن التأثير الكهروضوئي ، ونظرية الفوتون التي ألهمتها ، سحق نظرية الموجة الكلاسيكية للضوء. على الرغم من أنه لا يمكن لأحد أن ينكر أن الضوء تصرف كموجة ، إلا أنه بعد ورقة أينشتاين الأولى ، كان لا يمكن إنكار أنه جسيم.


شاهد الفيديو: The Photoelectric Effect (يوليو 2021).