مقدمة
الإنبعاث الكهروضوئي، أو ما يعرف أيضًا بالتأثير الكهروضوئي، هو مفهوم فيزيائي يصف عملية انبعاث الإلكترونات من سطح مادة، سواء كانت صلبة أو سائلة أو غازية، عندما تمتص هذه المادة طاقة من الضوء. ببساطة، عندما يسقط الضوء على مادة معينة، قد تتسبب هذه الطاقة الضوئية في تحرير الإلكترونات من سطح المادة. هذه الظاهرة تعتبر من أهم الظواهر التي ساهمت في فهمنا للطبيعة الموجية والجسيمية للضوء.
البدايات الأولى لاكتشاف الظاهرة
تعود جذور اكتشاف هذه الظاهرة إلى عام 1877م، حيث لاحظ العالم هيرتز وهالفاخس شرارة كهربائية تتولد بسهولة عند تعريض سطح مادة موصلة للأشعة فوق البنفسجية. ومع ذلك، لم يتم الإعلان الرسمي عن الظاهرة إلا في عام 1900م من قبل العالم لينارد. وفي عام 1905م، قدم العالم آينشتاين تفسيراً مفصلاً للظاهرة الكهروضوئية في ورقة بحثية. اقترح آينشتاين أن طاقة الضوء تتكون من كميات منفصلة من الطاقة تسمى الفوتونات. كان لهذا الاكتشاف تأثير كبير على الفيزياء، وساهم في تطوير نظرية الكم. تقديرًا لعمله في تفسير التأثير الكهروضوئي، حصل آينشتاين على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1921.
آلية عمل الظاهرة الكهروضوئية
تحدث الظاهرة الكهروضوئية عندما تسقط أشعة كهرومغناطيسية على سطح معدني. هذا السقوط يؤدي إلى إطلاق أو تحرير الإلكترونات من السطح. هذه العملية تحدث نتيجة لامتصاص الإلكترونات الموجودة في المعدن لجزء من طاقة الأشعة الكهرومغناطيسية. عندما يمتص الإلكترون هذه الطاقة، فإنه يتحرر من المعدن ويكتسب طاقة حركية. هناك عدة عوامل تؤثر في هذه الظاهرة، بما في ذلك:
- تردد الإشعاع الكهرومغناطيسي.
- قوة الإشعاع الكهرومغناطيسي.
- التيار الكهروضوئي الناتج.
- طاقة حركة الإلكترونات المتحررة من سطح المعدن.
- نوع المادة المعدنية.
يتطلب التأثير الكهروضوئي وجود فوتونات ذات طاقة تعادل حوالي 1 ميجا إلكترون فولت في العناصر ذات العدد الذري الكبير. تلعب هذه الظاهرة دورًا حيويًا في الكشف عن الطبيعة الكمية للضوء والإلكترونات وفهمها بشكل أفضل.
سمات وخصائص الإنبعاث الكهروضوئي
تتميز الظاهرة الكهروضوئية بعدة خصائص رئيسية:
- تحدث الظاهرة إذا كان تردد الموجات الساقطة أكبر من تردد العتبة، وهو الحد الأدنى للتردد الضوئي اللازم لإخراج الإلكترونات من سطح المعدن دون إعطائها طاقة حركية.
- تحدث الظاهرة فورًا بمجرد سقوط الموجات الكهرومغناطيسية ذات التردد المناسب على السطح، بغض النظر عن شدة الموجات.
- عدد الإلكترونات المنبعثة من سطح الكاثود يتناسب طرديًا مع شدة الضوء الساقط. بمعنى آخر، تزداد شدة التيار في دائرة الخلية الكهروضوئية مع زيادة شدة الضوء الساقط.
- هناك علاقة طردية بين طاقة حركة الإلكترونات المنبعثة وتردد الضوء الساقط. كلما زادت القيمة العظمى لطاقة الحركة، زاد تردد الضوء الساقط.
