التأثير الكهروضوئي: الشرح والتاريخ والمزيد

هل سمعت عن التأثير الكهروضوئي؟ نقدم لك هنا جميع المعلومات التي تتعلق بالموضوع اللافت للنظر الذي ينبثق من فيزياء الكم. تعرف على تاريخها وشرحها ومفهومها ، بالإضافة إلى بعض الدعاة الذين قدموا مساهمات في هذا الفرع من الفيزياء.

ما هو التأثير الكهروضوئي؟

يكمن التأثير الكهروضوئي في التعبير عن الإلكترونات ومظاهرها ، والتي تتم عن طريق موصل يمكن أن يكون شيئًا يحقق تحريض الإشعاع الكهرومغناطيسي. يتم ترجمة هذا الإشعاع إلى ضوء محسوس. من بين بعض مظلات الضوء نجد ما يلي:

الناقلية الضوئية

إنه يلعب دورًا أساسيًا بفضل التأثيرات التي يقوم بها من خلال زيادة مستويات الموصلية المترجمة إلى الكهرباء التي يمارسها الضوء. تم الكشف عن هذه التجربة بحلول منتصف القرن التاسع عشر.

التأثير الكهروضوئي

يرتبط بشكل خاص بحقيقة أنه يؤدي إلى تأثير يحول الطاقة الضوئية على عكس الكهرباء. الحقيقة التي تم تشغيلها في عام ألف وثمانمائة وأربعة وثمانين.

اكتشاف

يتم اكتشاف التأثير الكهروضوئي بفضل الدراسات التي أجراها هاينريش هيرتز في عام ألف وثمانمائة وسبعة وثمانين. تم العثور على ملاحظته في الأساليب التي تتضمن منحنى يرتد بين قطبين ، والمتصلين تحت الجهد العالي ، والذي يميل إلى الوصول إلى مسافات أكبر عندما يضيء بواسطة ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، والذي يختلف تمامًا عما هو عليه عندما يكون في الظلام.

تم تحديد الدليل الأول لهذه النقطة النظرية من خلال التعريف أو الوصف الذي اقترحه ألبرت أينشتاين حول التأثير الكهروضوئي ، ووصل إلى استنتاج مفاده أن الجسيم الذي يتوافق مع الضوء يسمى الفوتون. استخدم أينشتاين أساس إنشاء هذه النظرية القائمة على الضوء بفضل دراسات بلانك البارزة. الذي بذل بعض الجهود لإثبات وجود كم.

La سيرة ماكس بلانك يوضح لنا توغل هذا العالم في عالم الفيزياء ، بالإضافة إلى إثبات بعض الاعترافات التي تم منحها بفضل الدراسات التي أجريت على كوانتا العمل. مع الأخذ في الاعتبار أن هذه النظرية فتحت الأبواب أمام مسار فيزياء الكم بشكل سريع وسلس.

El التأثير الكهروضوئي إنه على النقيض من الأشعة السينية ، مع الأخذ في الاعتبار أن الفوتونات تحقق نقل الإلكترونات في هذه العملية من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، بينما في حالة الأشعة السينية ، لم يتم حتى إجراء دراسات عديدة لتكوين الأشعة السينية أنه لعام 1985 تم اكتشاف آثار واستخدام الإشعاع المذكور والذي يسمى بالأشعة بواسطة العالم فيلهلم روتج.

الفوتونات

الكثير الفوتونات يتم تمثيلهم بواسطة الطاقات المحددة بنوع من تردد الضوء في شكل موجة. إذا وجدنا أنفسنا مع حالة الذرة ، التي تجد نفسها تمتص كمية معينة من الطاقة التي تنشأ من فوتون معين ، فإن لديها كميات كبيرة من الطاقة تسمح لها بإلقاء إلكترون من المادة المعنية ، لتتجه لاحقًا نحو مسار محدد ينتهي بمساحة معينة.

بعد حدوث ما سبق ، يتم صد الإلكترون من المادة. في الحالة المعاكسة. إذا كانت الطاقة التي ينبعث منها الفوتون لا تتمتع بالقوة الكافية ، فإن الإلكترون ليس لديه القدرة على الهروب أو الهروب من المادة المعنية.

من جانبها ، لا تعتمد على التغييرات التي تولدها قوة الضوء التي يتم فيها تعديل الطاقة الموجودة في الفوتون ، فقط عدد الإلكترونات التي تمكنت من الهروب من الفضاء الذي وُجدت فيه لديها القدرة على القيام بذلك. لذلك ، بفضل القوة التي تنبعث منها الإلكترونات ، من الواضح أنها لا تعتمد على الإشعاع الذي تصل إليه ، ولكن على التردد المنبعث.

بشكل عام ، ليست كل الإلكترونات قادرة على طردها بواسطة الإلكترون. التأثير الكهروضوئي، يؤخذ في الاعتبار أن أول من يخرج هم أولئك الذين لا يحتاجون عادة إلى القوة القصوى لتحقيق الطرد الناجح. في عازل كهربائي ، يمكن رؤية بعض الإلكترونات بكميات كبيرة من الطاقة في نطاق التكافؤ.

في حالة المعدن ، عادة ما نجد الإلكترونات أمام نطاق عريض يعطي توصيلًا رائعًا.
لذلك ، من خلال أشباه الموصلات يمكن إظهار الإلكترونات التي تنقل كمية كبيرة من الطاقة. من حيث الموصلات من هذا النوع ، يوجد عدد قليل من الإلكترونات عادة في النطاق الذي يولد التوصيل.

عندما نتحدث عن درجة حرارة الغرفة ، نجد عادةً بعض الإلكترونات بكميات كبيرة من الطاقة ، والتي تم العثور عليها قريبة جدًا من مستويات فيرمي. هناك طاقة يجب أن يحتويها الإلكترون من أجل الوصول إلى مستوى فيرمي ، وهذا يُعرف باسم اندماج العمل ، بينما يُطلق على الحد الأدنى للتردد اللازم للإشعاع لطرد الإلكترون اسم تردد الحد.

تقييم كمية الطاقة المذكورة متعدد الاستخدامات ، وغير ثابت أبدًا ، وهذا بالطبع يعتمد في جميع الأوقات على المادة وطبقاتها الذرية. بعض المواد المعدنية مثل الكالسيوم والسيزيوم لها أداء عمل منخفض للغاية. لهذا السبب ، يجب أن يكون صارمًا تمامًا أن تكون المادة نظيفة بقدر ما يتعلق الأمر بالذرات.

تفسير

تمتلك الفوتونات التي تحتوي على أشعة ضوئية بدورها طاقة غريبة ، والتي تنشأ عن طريق التردد الذي يوفره الضوء. من خلال إجراء الانبعاث الضوئي ، إذا كان الإلكترون قادرًا على امتصاص طاقة الفوتون وكان للفوتون طاقة أكبر من وظيفة العمل ، فسيتم طرد الإلكترون من المادة.

عندما تزداد طاقة الحزمة ، لا يوجد تغيير في طاقات الفوتونات ، هناك فقط تغيير في الكمية العددية للفوتونات. لذلك ، فإن الاستنتاج الواضح هو أن طاقة كل إلكترون لن تعتمد أبدًا على الكثافة أو القوة التي يوفرها الضوء ، ولكن على الطاقة التي ينتجها كل فوتون.

يجب جذب كل الطاقة التي يكتسبها الفوتون بشكل صارم ، وبالتالي يجب استخدامها لتحقيق إطلاق إلكترون مرتبط بذرة. في هذه الحالة ، تلك الطاقة المذكورة التي تحتوي على الفوتونات التي تمكنت من استهلاك أحد هذه الأجزاء ، توحد الإلكترون من الذرة ويتم تحويل الباقي كمساهمة للطاقة الحركية كجزء من الإلكترون ، وينتهي بها الأمر في جسيم حر.

من جانبه ، لم يكن لدى ألبرت كهدف من الدراسة المحددة للسببية التي تولدها الإلكترونات في إشعاع بعض المعادن ، والتي أصبحت فيما بعد طاقة حركية ، إلا أنه قدم ملاحظاته ذات الصلة.

وجد تفسيرًا للسلوك الذي يمارسه الإشعاع. من خلال هذا الإجراء ، تم اقتراح شرح من خلال الملاحظة عدد الإلكترونات التي تركت المادة ، مع الأخذ في الاعتبار أن التردد لعب دورًا أساسيًا في الإجراءات التي تم تنفيذها.

تاريخ

في عالم الفيزياء ، تمكنا من تحديد تاريخ بعض الاكتشافات التي تم تسجيلها في تواريخ محددة ، وذلك بفضل دراسة البعض علماء مهمون من ساهم بدراسات ونظريات مختلفة ساعدت اليوم في شرح بعض ظواهر الفيزياء ، فمن بين العلماء الذين نذكرهم نجد:

هاينريش هيرتز

تمكن هذا العالم من إجراء أول دراسة حول ملاحظة التأثير الكهروضوئي في عام ألف وثمانمائة وسبعة وثمانين. تعتمد الأدوات التي أجرى من خلالها هذه التجربة على ملف يمكن من خلاله عمل شرارة كضمان أنها ستعمل كمستقبل للموجات الكهرومغناطيسية.

من أجل الحصول على رؤية كاملة للبانوراما ، وتحقيقا بدوره لمراقبة الشرارة ، قام بوضع جهاز الاستقبال في صندوق أسود أو حاوية. في ضوء ذلك ، تم إجراء امتصاص للأشعة فوق البنفسجية ، مما وفر بسهولة قفزة الإلكترونات. وبدورها ، تم إثبات القوة الموجودة في الشرارة بالكهرباء التي أنتجها جهاز الاستقبال بشكل مباشر. نشر العالم التجربة المذكورة حتى من دون شرح الظاهرة.

جوزيف جون طومسون

بحلول عام XNUMX ، كان العالم طومسون يعد الأسس لدراسة خاصة بأشعة الكاثود. تحت تأثير ماكسويل ، استنتج الباحث أن أشعة الكاثود كانت متجذرة في تدفق الجسيمات التي تم العثور عليها بشحنات سالبة مختلفة ، والتي أعطاها اسم الجسيمات ، وفي النهاية تم إعطاؤهم اسم الإلكترونات.

أخذ جوزيف أساس تجربته على لوحة معدنية مغلقة تمامًا في أنبوب مفرغ ، مما يعرض العنصر المذكور للضوء مع اختلاف كامل من حيث الطول الموجي. يعتقد العالم أن المجال الكهرومغناطيسي يعطي بعض الأصداء مع المجال الكهربائي ، وأن الجسم الموهوب بشحنة كهربائية ينبعث من خلاله.

كانت الشدة التي كانت موجودة في التيار الكهربائي المذكور متغيرة للغاية في مواجهة المستويات الشديدة التي ينتجها الضوء. هذا يعني أنه مع زيادة الضوء ، زاد التيار أيضًا. تتم ترجمتها بفضل حقيقة أن الإشعاع الذي له تردد أعلى ، ينتج بدوره أيضًا جزيئات ذات طاقة حركية أكبر.

فيليب لينارد

على مدار عام ألف وتسعمائة واثنان ، أجرى هذا العالم دراسة عن التأثير الكهروضوئي أظهر فيها التباين النشط للإلكترونات ، وخلص إلى أنها تلعب دورًا أساسيًا في تواتر الضوء الساقط.

البرت اينشتاين

في عام ألف وتسعمائة وخمسة وخمسة ، تم تنفيذ الصياغة العلمية لنظرية النسبية الشهيرة ، والتي اقترحها العالم بموجب وصفات تستند إلى أسس رياضية ورقمية ، مما سمح بفهم بعض الإجراءات. ارتبط انبعاث الإلكترونات بإنتاج وامتصاص الكميات الضوئية ، والتي سُميت فيما بعد بالفوتونات.

في عام 1905 ، وهو نفس العام الذي عقد فيه فصلًا دراسيًا حول نظرية النسبية ، اقترح ألبرت أينشتاين تحقيقًا كشف فيه عن ظاهرة بدت أنها تعمل بشكل صحيح ، حيث تم إنتاج انبعاث الإلكترونات بواسطة كمية امتصاص الضوء ، حقيقة ستُطلق عليها لاحقًا الفوتونات.

في مقال بعنوان وجهة نظر إفخارستية حول إنتاج الضوء وتحويله ، أظهر كيف أن فكرة أن جزيئات الضوء المنفصلة يمكن أن تولد التأثير الكهروضوئي وأظهرت أيضًا وجود تردد مميز لكل مادة تحتها ليس له أي تأثير. لهذا التفسير للتأثير الكهروضوئي ، حصل أينشتاين على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1921.

مع الأخذ في الاعتبار نظرية أينشتاين ، فإن الطاقة التي تهرب بها الإلكترونات من الكاثود في نفس الوقت الذي ترتفع فيه بشكل مطرد ، من خلال تردد الضوء الساقط ، بعيدًا عن الشكل المكثف للطاقة. إلى حد كبير ، لم يتم رؤية مثل هذا التأثير في العصور القديمة. تم إجراء العرض التجريبي لهذا الجانب في عام 1915 بواسطة الفيزيائي الأمريكي روبرت أندروز ميليكان.

أخيرًا ، قدم كل واحد من العلماء المذكورين أعلاه مساهمات كبيرة في دراسة واكتشاف التأثير الكهروضوئي. بفضله لقيت المعرفة والأساليب النظرية استحسانًا كبيرًا اليوم.

يعتبر هذا التأثير الكهروضوئي المذهل اليوم آلية يمكن العثور عليها في مختلف المعدات الإلكترونية. كان اكتشافه مهمًا حقًا بفضل الدراسات التي أجريت لمعرفة بعض تأثيرات الضوء.

كونها دراسات العلماء المذكورين ، المساهمات التي تمكنت من إحداث فرق كبير في عالم الفيزياء. بفضل هذا ، تعد فيزياء الكم فرعًا علميًا حصل على مستوى عالٍ من المكانة ، والذي تطور تدريجياً بزخم واهتمام كبيرين.

ازدواجية موجة - جسيم

هذه الظاهرة هي التأثير المادي الذي تم اكتشافه في المقام الأول مع أطياف أخرى لها نفس الخصائص. لقد نشأ اكتشاف ما يسمى بجسيم الموجة وهو أحد مكونات ميكانيكا الكم. يتصرف الضوء مثل الموجات ، حيث يكون قادرًا على إحداث تداخل وانحراف كما في تجربة الشق المزدوج لتوماس يونغ ، لكنه يتبادل الطاقة بطريقة منفصلة في حزم الطاقة ، الفوتونات ، التي تعتمد طاقتها على تردد الإشعاع الكهرومغناطيسي.

تمكنت هذه المثل العليا من بناء نظرية للإشعاع الكهرومغناطيسي مع قواعد واضحة ومحددة للغاية ، حيث ظهرت تفسيرات حول المصطلحات الأخرى التي تشارك في الوظائف التي يؤديها الإشعاع.

التأثير الكهروضوئي اليوم

اليوم ، عادة ما يكون التأثير الكهروضوئي هو الأساس الكامل الذي يمكن إيجاده قبل مستويات الطاقة التي تتجلى بطريقة كهروضوئية ، وهذا النوع من التأثير يوجد عادة في الصناعات الكهروحرارية ، حيث يتجلى في بعض الأنظمة الحساسة التي تحتوي على كاميرات رقمية.

في عناصر أخرى ، يكون التأثير الكهروضوئي موجودًا في الأجهزة المنزلية اليومية ، ويتكون معظمها من مادة محتملة للغاية ، مثل النحاس ، وهذه العناصر تحقق إنتاج تيارات كهربائية محتملة.

يمكننا أيضًا أن نجد هذه الظاهرة في الأجسام التي تتعرض لانعكاسات الشمس لفترة زمنية طويلة. عند استقبال هذا الضوء مباشرة ، يتم شحن جزيئات الغبار التي تشكل سطح القمر بطاقة موجبة ، وذلك بفضل تأثير الفوتونات. هذه الشظايا الصغيرة ، التي يتم شحنها ، تتنافر ، وبالتالي ترتفع وتشكل جوًا ضعيفًا.

تتلقى الأقمار الصناعية الطبيعية أيضًا شحنة كهربائية موجبة وتملأ السطح الذي تضيئه الشمس ، ومع ذلك ، في أحلك المناطق ، يتم شحنها بالطاقة السلبية. وتجدر الإشارة إلى أنه من الضروري مراعاة هذا الاحتمال لتراكم الطاقة.

أخيرًا ، جلب اكتشاف التأثير الكهروضوئي معه التحسين الذي ساعدنا بمرور الوقت على فهم البنية العميقة التي يقدمها العالم بطريقة رائعة. في المقابل ، تُرجمت التطورات التي أدت إلى تأثيرها في التطورات التكنولوجية التالية:

• نقل الصور المتحركة
• تقدم السينما
• تلفزيون
• الآلات الثقيلة المستخدمة في عمليات التصنيع.

في مجال الكهرباء ، يحقق التأثير الكهروضوئي نتائج مذهلة ، حيث أن الإضاءة العامة ممكنة بفضل استخدامها. مع الأخذ في الاعتبار أن العديد من الآلات التي تؤدي هذه المهمة لا تحتاج إلى مراقبتها أو الإشراف عليها من قبل أي عامل أو مشغل ، حيث أن هذا التأثير يعمل تلقائيًا على تشغيل وإطفاء الأضواء التي تضيء الطرق أو الشوارع في أي مكان.

لا شك أن هذا التأثير معقد للفهم حقًا ، ومع ذلك ، فقد كانت دراساته متعمقة تمامًا في العصور القديمة ، وذلك بفضل العلماء الذين قدموا مساهمات مثيرة للاهتمام وملموسة للغاية ، والتي تم الاعتراف بها بشكل كامل على المستوى العلمي.