الظاهرة الكهروضوئية

الظاهرة الكهروضوئية

الظاهرة الكهروضوئية أو المفعول الكهروضوئي هي ظاهرة تحدث نتيجة إطلاق الأجسام الصلبة والسائلة والغازية لإلكترونات عند بدء امتصاصها للصاقة المستمدة من الضوء، كما تُعرف بأنّها ظاهرة إطلاق السطوح الفلزية لإلكترونات عند تعرضها لموجات كهرمغناطيسية أو أشعة ضوئية ومن الأمثلة على هذه الظواهر: الانبعاث الحراري، والانبعاث الثانوي، والكهربي، والكهروضوئي.

اكتشاف الظاهرة الكهروضوئية

يرجع تاريخ اكتشاف هذه الظاهرة غلى سنة 1877م على يد العالم هيرتز وهالفاخس الذي لاحظ تولّد شرر كهربائي بكل سهولة فور تعرض سطح من مادة موصلة لشعاع فوق بنفسجي، إلا أنّه تم الإعلان عنها رسمياً سنة 1900م من قِبل العالم لينارد، ومع حلول عام 1905م كان العالم آينشتاين قد فنّد هذه الظاهرة الكهروضوئية مُقدماً ورقة أبحاث تشمل تفسيراً للنتائج العملية للظاهرة، وقال إنّ طاقة الضوء تتكدس على شكل كمات من الطاقة تعرف بالفوتونات، وترك هذا الاكتشاف أثراً عظيماً من بينها ثورة في علم فيزياء الكم، وبناءً على ذلك حاز الأخير على جائزة نوبل في الفيزياء سنة 1921م وفقاً لتفسيره لتأثير الكهروضوئي.

كيفية حدوث ظاهرة كهروضوئية

تحدث الظاهرة الكهروضوئية عند انبعاث أشعة كهرومغناطيسية فوق سطح معدني، فينجم عن ذلك تحريراً للإلكترونات الموجودة فوق السطح ويحدث ذلك نتيجة امتصاص جزء من الأشعة الكهرومغناطيسية للإلكترون المرتبط بالمعدن، فيتحرر منه بإكسابه طاقة حركية، وتعتمد الظاهرة لتحدث على عدد من المتغيرات هي:

• تردد الشعاع الكهرومغناطيسي.
• شدة الشعاع الكهرومغناطيسي.
• التيار الفوتوضوئي الناتج.
• طاقة حركة الإلكترون المتحرر من سطح المعدن.
• نوع المعدن.

إنّ التأثير الكهروضوئي يحتاج إلى وجود فوتونات لها طاقة متعادلة تساوي نحو 1 ميجا إلكترون فولت في العناصر ذات العدد الذري الكبير، ويذكر أنّ لهذه الظاهرة أهمية كبيرة في الكشف عن الطبيعة الكمية للضوء والإلكترونات وفهمها عن كثب.

خصائص الظاهرة الكهروضوئية

• تقع الظاهرة في حال كانت قيمة تردد الموجات الساقطة أكبر من تردد ما يعرف بتردد العتبة، وهو التردد الضوئي الأقل الكافي لإرسال الإلكترونات من فوق سطح الفلز دون منحها طاقة حركية.
• تتحقق الظاهرة فور سقوط الموجات الكهرومغناطيسية ذات التردد الملائم فوق سطح ما بغض النظر عن شدة الموجات.
• ترتكز الظاهرة على عدد الإلكترونات المنبعثة من سطح الكاثود نحو شدة الضوء الساقط؛ أي أنّ شدة التيار العابر في دائرة الخلية الكهروضوئية تزداد فور ارتفاع شدة الضوء الساقط.
• ترتبط طاقة حركة الالكترونات المنبعثة مع تردد الضوء الساقط بعلاقة طردية؛ إذ في حال ازدياد القيمة العظمى للأولى تزداد الأخرى.