Language
Country/Area
No result found
لغز العلوم القديم: تفاعل مذهل بين الضوء والمادة!
لطالما كان المجتمع العلمي مليئًا بالألغاز حول التفاعل بين الضوء والمادة ، أحدها ظاهرة التأثير الكهروضوئي.يشير التأثير الكهروضوئي إلى إطلاق الإلكترونات عندما تتأثر بعض المواد بالإشعاع الكهرومغناطيسي ، والتي تسمى الإلكترونات الضوئية.لا تجذب هذه الظاهرة الانتباه في مجالات مثل فيزياء المادة المكثفة فقط ، وفيزياء الحالة الصلبة والكيمياء الكمومية ، ولكن لها أيضًا تأثير كبير على تطوير الأجهزة الإلكترونية.وفقًا لحكم الإبهام ، تصبح الإلكترونات متحمسة تحت الضوء ، لكن هذه العملية ليست بسيطة كما تنبأ المغناطيسية الكهرومغناطيسية التقليدية.
يجب أن تؤثر شدة الضوء نظريًا على طاقة إطلاق الإلكترونات ، لكن الملاحظات الفعلية تظهر ظاهرة تتعارض معها.
وفقًا لعلم الكهرومغناطيسي الكلاسيكي ، ستنقل موجات الضوء المستمر الطاقة إلى الإلكترونات ، بحيث تتراكم الإلكترونات بمرور الوقت كافية وسيتم إطلاقها.ومع ذلك ، تظهر النتائج التجريبية أن الإلكترونات يتم إطلاقها فقط عندما يتجاوز تواتر الضوء قيمة معينة ، بغض النظر عن شدة أو مدة الضوء.أثار هذا الاكتشاف تفكير ألبرت أينشتاين ، واقترح أن الضوء ليس موجة مستمرة ، ولكنه يتكون من حزم منفصلة من الطاقة (الفوتونات).علاوة على ذلك ، ترتبط طاقة الإلكترون الضوئي فقط بطاقة فوتون واحد ، وليس بكثافة الضوء.
الطاقة التي يحملها كل فوتون تتناسب مع تواتر الضوء ، ويعتمد إطلاق الإلكترونات على مدى كفاية طاقة الفوتون.
في التطبيقات العملية ، عندما يتم تشعيع الضوء على الموصلات مثل المعدن ، يكون توليد الإلكترونات الضوئية أكثر وضوحًا.إذا كانت هناك طبقة أكسيد عزل على سطح المعدن ، فسيتم إعاقة عملية الانبعاثات الكهروضوئية ، لذلك يتم إجراء معظم التجارب تحت فراغ لتجنب تداخل الغاز للإلكترونات.في ضوء الشمس ، ستختلف شدة الضوء فوق البنفسجي بسبب عوامل مثل السحب وتركيز الأوزون.
الإعدادات التجريبية للتأثيرات الكهروضوئية عادةً ما تشمل مصدر إضاءة ومرشح وأنبوب فراغ ، إلى جانب قطب تجميع خارجيًا لمراقبة إطلاق الإلكترونات الضوئية.
عند تطبيق الجهد الإيجابي ، يتم توجيه الإلكترونات الضوئية التي تم إطلاقها إلى قطب التجميع ، ومع زيادة الجهد ، يزداد التيار الضوئي.عندما لا يمكن جمع المزيد من الإلكترونات الضوئية ، يصل التيار الضوئي إلى التشبع.وفقًا لنظرية أينشتاين ، ترتبط الحد الأقصى للطاقة الحركية للبذخ بتواتر ضوء الحادث ، ولا يتم إطلاق الإلكترونات إلا بعد الوصول إلى تردد معين.
في عام 1905 ، اقترح أينشتاين نظرية لشرح هذه الظاهرة ، معتقدين أن الضوء يتكون من سلسلة من حزم الطاقة ، كل منها تحمل طاقة تتناسب مع التردد.هذه الصيغة البسيطة لا تشرح فقط ظاهرة التأثيرات الكهروضوئية ، ولكن لها أيضًا تأثير عميق على تطوير ميكانيكا الكم.
لا ترتبط الطاقة الحركية للإلكترون الضوئي فقط بتواتر الضوء ، ولكنها تعكس أيضًا طاقات الربط المختلفة للإلكترونات في مختلف الأنظمة الذرية أو الجزيئية أو البلورية.
على الرغم من أن تاريخ التأثيرات الكهروضوئية يمكن إرجاعه إلى القرن التاسع عشر ، بدءًا من تأثير بيكرل الكهروضوئي إلى التأثير الكهروضوئي الذي لاحظته هيرتز ، وضعت هذه الاكتشافات المبكرة الأساس لنظرية الكم اللاحقة.في تجربة هيرتز ، لاحظ أنه عندما يضرب ضوء الأشعة فوق البنفسجية سطح المعدن ، سينخفض الحد الأقصى لطول الشرارة ، مما دفع العلماء اللاحقين إلى إجراء البحوث المتعمقة واكتشاف الخواص الإلكترونية للضوء.
في النهاية ، من خلال هذه الدراسات ، لدينا فهم أعمق لطبيعة التفاعل بين الضوء والمادة.ومع ذلك ، مع تقدم العلوم والتكنولوجيا ، هل يمكننا حل المزيد من جوانب هذا اللغز العلمي؟
