ما يُفهم من التأثير الكهروضوئي أو التأثير الكهروضوئي أو التأثير الكهروضوئي أو الظاهرة الكهروضوئية هو انبعاث الإلكترونات من بعض الموصلات عند سقوط الضوء عليها. وأوضح العالم Huygens الضوء على أنه موجات لكن خواص الضوء لا تفعل ذلك. بتطبيق انبعاث الجسيمات عليها إذا سقطت على موصلات، جاء أينشتاين وعرّف الضوء على أنه فوتونات، أي موجة لها كتلة في حالة السكون. أكدت هذه النسخة الطبيعة الجسيمية للضوء (الفوتون) وحثت على تطوير مبدأ الازدواجية بين الموجة وجسيم مكونات المادة، وهو أساس ميكانيكا الموجة أو ميكانيكا الكم، وحصل أينشتاين على جائزة نوبل لـ عمله الذي تضمن البصريات الكهربية وتفسيره يقوم على امتصاص الضوء في صورة جسيمات منفصلة تسمى فوتونات، والآن سنجيب على السؤال السابق وهو “ما المقصود بالتأثير الكهروضوئي”.
ما المقصود بالتأثير الكهروضوئي
على مستوى الجسيمات، ترتبط الكهروضوئية بالتفاعل بين الفوتون والإلكترون الحر في المعدن، على سبيل المثال. يمكن أن تنتقل طاقة الفوتونات الواردة نتيجة هذا التفاعل مع الإلكترونات، مما يؤدي إلى تجريدها من المعدن (انبعاث كهروضوئي)، وفي هذه الحالة تكون الإلكترونات المنبعثة قريبة من السطح، أو يؤدي التفاعل إلى الخلق. من أزواج ناقلات الشحن المجاني في حجم أشباه الموصلات بدون ناقلات الشحنة هذه يتم تحريرها من المادة ويمر التيار عبر منتصف الموصل إذا تم تطبيق فرق محتمل بين طرفيه.
سمحت الكهروضوئية، القائمة على أشباه الموصلات، بتصنيع أجهزة استشعار بصرية موثوقة، بأبعاد صغيرة يمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية والبحثية، والآن سنقدم لك إجابة السؤال “ما المقصود بالتأثير الكهروضوئي “
الجواب هو/
تتكون الخلية الكهروضوئية من غلاف شفاف به فراغ بداخله، وكاثود بسطح كبير غير مدفأ مصنوع من مادة حساسة للضوء وأنود محمول بجهد كهربائي موجب فيما يتعلق بالكاثود.
يسقط الضوء من خلال غلاف الكاثود الشفاف ويؤدي إلى إطلاق الإلكترونات التي تنجذب بفرق الجهد المطبق على القطب الموجب وتساهم في توليد تيار كهربائي عند الأنود. ترتبط شدة تيار الأنود بكثافة الضوء الساقط ولونه وفرق الجهد المطبق بين الأنود والكاثود.
إذا كان الضوء أحادي اللون، فإن شدة تيار الأنود تتناسب مع شدة الضوء الوارد وبالتالي عدد الفوتونات الواردة بمجرد اصطدامها بالكاثود. الشرح بسيط. كلما زاد عدد الفوتونات الواردة في وقت واحد، زاد عدد الإلكترونات المستخرجة في النفس، وبالتالي، زاد تيار الأنود.
تكون الخلية الكهروضوئية حساسة فقط لترددات الضوء فوق حد معين. تعتمد قيمة هذا التردد على طبيعة المادة الحساسة للضوء التي تشكل الكاثود. يفسر ذلك حقيقة أن الإلكترون يحتاج إلى طاقة w ليتم تجريدها من مادة الكاثود، وبالتالي يجب أن تكون الطاقة التي يحصل عليها الإلكترون من الفوتون أكبر من أو مساوية لعمل التجريد w. أي أن طاقة الفوتون يجب أن تكون أكبر من w، وبما أن التعبير عن طاقة الفوتون بدلالة تردده هو hf حيث h هو ثابت بلانك، يجب أن يكون تردد الفوتون أكبر من تردد معين يسمى العتبة الخامسة. التردد ويعطى بواسطة w = h.fth. غالبًا ما يستخدم الطول الموجي للضوء بدلاً من التردد البصري، وبسبب العلاقة بين التردد وطول الموجة، حيث c هي سرعة الضوء في الفراغ، وعند التعبير عن طول الطول الموجي في نانومتر وعمل استخلاص الإلكترونات لكل فولت، نسبة طول موجة العتبة هي،
بالنسبة للسيزيوم، على سبيل المثال w = 1.9ev ثم th = 650 نانومتر (ضوء أحمر).
في حالة أن تردد الضوء الساقط على الكاثود أكبر من تردد العتبة، أو كان طوله الموجي أقل من طول موجة العتبة، يصبح الفرق بين طاقة الفوتون وعمل الاستخراج جزئيًا في الطاقة الحركية المكتسبة بواسطة الإلكترون، ويسافر بسرعة v، حيث m هي كتلة الإلكترون.
لا يوجد تيار كهربائي إذا تم تطبيق فرق جهد سلبي u0 = va-vk، تزداد قيمته مع تواتر الضوء الوارد f ؛ هذا يرجع إلى السرعة الأولية للإلكترونات المسحوبة من الكاثود، والتي تزداد مع التردد f.