الفوتونات وتكمية الطاقة - كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

يكون الإشعاع الساقط على فلز غير قادر على تحرير إلكترونات منه مهما كانت شدة هذا الإشعاع إذا كان تردده أقل من f. في حين يؤدي سقوط إشعاع شدته قليلة جداً وتردده مساوٍ أو أكبر من تردده العتبة إلى تحرير إلكترونات من الفلز مباشرة. عندما يكون تردد الإشعاع الساقط مساوياً أو أكبر من تردده العتبة فإن زيادة شدة هذا الإشعاع تؤدي إلى زيادة تدفق الإلكترونات من الفلز.

كيف تفسر نظرية الموجات الكهرومغناطيسية التأثير الكهروضوئي ؟ إنها غير قادرة على ذلك؛ فبناءً على نظرية الموجات الكهرومغناطيسية فإن المجال الكهربائي يحرر الإلكترونات من الفلز ويسرّعها، وترتبط شدة الإشعاع (لا مع تردده). ولذلك فإن الإلكترونات في الفلز يمكن أن تمتص طاقة من مصدر ضوء خافت طويلة جداً لتكتسب طاقة كافية لتحررها. لكن كما درست قبل قليل فإن ما يحدث على الفلز هو انطلاق مباشرة حتى عندما يسقط على الفلز إشعاع ذو شدة منخفضة وتردده مساوٍ أو أكبر من تردد العتبة.

نشر العالم أينشتاين في عام 1905م نظرية جريئة تفسر التأثير الكهروضوئي. وبناءً على نظرية أينشتاين، يتكون الضوء والأشكال الأخرى من الإشعاع الكهرومغناطيسي من حزم مكثّفة ومنفصلة من الطاقة، سمّي كل منها فيما بعد فوتون. وتعتمد طاقة الفوتون على تردده.

طاقة الفوتون تساوي حاصل ضرب ثابت بلانك في تردد الفوتون.

E = hf

في المعادلة أعلاه تمثل f التردد بوحدة Hz، و h ثابت بلانك. ولأن s/1 = Hz، فإن Hz/J فإن وحدة التردد هي s. ولأن وحدة الجول وحدة طاقة كبيرة جداً لاستخدامها في الأنظمة ذات الحجم الذري، لذا فالوحدة الأكثر شيوعاً للطاقة هي وحدة الإلكترون فولت (eV). وكل إلكترون فولت يساوي طاقة إلكترون يتسارع عبر فرق جهد مقداره فولت واحد.

1 eV = (1.60×10⁻¹⁹ C)(1 V) =1.60×10⁻¹⁹ C.V =1.60×10⁻¹⁹ J

يسمح استخدام تعريف الطاقة للفوتون بإعادة كتابة معادلة طاقة الفوتون، كما هو موضح أدناه.

تساوي طاقة الفوتون حاصل قسمة 1240 eV.nm على الطول الموجي للفوتون.

E = hc / λ (1240 eV.nm / λ)

يكون الإشعاع الساقط على فلز غير قادر على تحرير إلكترونات منه مهما كانت شدة هذا الإشعاع إذا كان تردده أقل من f. في حين يؤدي سقوط إشعاع شدته قليلة جداً وتردده مساوٍ أو أكبر من تردده العتبة إلى تحرير إلكترونات من الفلز مباشرة. عندما يكون تردد الإشعاع الساقط مساوياً أو أكبر من تردده العتبة فإن زيادة شدة هذا الإشعاع تؤدي إلى زيادة تدفق الإلكترونات من الفلز. كيف تفسر نظرية الموجات الكهرومغناطيسية التأثير الكهروضوئي ؟ إنها غير قادرة على ذلك؛ فبناءً على نظرية الموجات الكهرومغناطيسية فإن المجال الكهربائي يحرر الإلكترونات من الفلز ويسرّعها، وترتبط شدة الإشعاع (لا مع تردده). ولذلك فإن الإلكترونات في الفلز يمكن أن تمتص طاقة من مصدر ضوء خافت طويلة جداً لتكتسب طاقة كافية لتحررها. لكن كما درست قبل قليل فإن ما يحدث على الفلز هو انطلاق مباشرة حتى عندما يسقط على الفلز إشعاع ذو شدة منخفضة وتردده مساوٍ أو أكبر من تردد العتبة. --- SECTION: الفوتونات وتكمية الطاقة --- نشر العالم أينشتاين في عام 1905م نظرية جريئة تفسر التأثير الكهروضوئي. وبناءً على نظرية أينشتاين، يتكون الضوء والأشكال الأخرى من الإشعاع الكهرومغناطيسي من حزم مكثّفة ومنفصلة من الطاقة، سمّي كل منها فيما بعد فوتون. وتعتمد طاقة الفوتون على تردده. --- SECTION: طاقة الفوتون --- طاقة الفوتون تساوي حاصل ضرب ثابت بلانك في تردد الفوتون. E = hf في المعادلة أعلاه تمثل f التردد بوحدة Hz، و h ثابت بلانك. ولأن s/1 = Hz، فإن Hz/J فإن وحدة التردد هي s. ولأن وحدة الجول وحدة طاقة كبيرة جداً لاستخدامها في الأنظمة ذات الحجم الذري، لذا فالوحدة الأكثر شيوعاً للطاقة هي وحدة الإلكترون فولت (eV). وكل إلكترون فولت يساوي طاقة إلكترون يتسارع عبر فرق جهد مقداره فولت واحد. 1 eV = (1.60×10⁻¹⁹ C)(1 V) =1.60×10⁻¹⁹ C.V =1.60×10⁻¹⁹ J يسمح استخدام تعريف الطاقة للفوتون بإعادة كتابة معادلة طاقة الفوتون، كما هو موضح أدناه. --- SECTION: طاقة الفوتون --- تساوي طاقة الفوتون حاصل قسمة 1240 eV.nm على الطول الموجي للفوتون. E = hc / λ (1240 eV.nm / λ)