التفسير التقليدي وتفسير أينشتاين للظاهرة الكهروضوئية

التفسير الكلاسيكي وتفسير أينشتاين للتأثير الكهروضوئي

التفسير التقليدي وتفسير أينشتاين للظاهرة الكهروضوئية

التفسير التقليدي وتفسير أينشتاين للظاهرة الكهروضوئية ( المفعول الكهروضوئي )

أولاً : التفسير التقليدي( الكلاسيكي ) (النظرية التقليدية) :

*ـ ذكرنا سابقاً بأن التفسير التقليدي ( الكلاسيكي ) للظاهرة الكهروضوئية مبني على النظرية الموجية لماكسويل ، التي (ترى بأن الضوء عبارة عن موجات كهرومغناطيسية ذات طيف متصل) ، وكان تفسير النظرية التقليدية على النحو التالي :
1ـ تنبأت هذه النظرية بأن شدة تيار الخلية الكهروضوئية تتناسب طرياً مع الشدة الضوئية وهذا يتوافق مع النتيجة الأولى لتجربة مليكان ، ولكن بقية تنبؤاتها تتناقض مع النتائج التجريبية.
2ـ تنبأت هذه النظرية بأن الطاقة الحركية للإلكترونات المنطلقة تتناسب تناسبا طرديا مع شدة الضوء الساقط وليس مع تردده (وهذا مخالف للنتائج التجريبية).
3ـ لا تعترف هذه النظرية بالتردد الحرج(f0 ) (أي أن انبعاث الإلكترونات من سطح المعدن يمكن أن يحدث عند أي تردد وهذا مخالف للنتائج).
4ـ لا تعترف هذه النظرية بالانبعاث اللحظي وإنما تعتقد أن الإلكترونات تحتاج لوقت أطول لكي تنبعث إذا كانت شدة الضوء ضعيفة ( وهذا مخالف للنتائج التجريبية) .
5ـ لم تتنبأ هذه النظرية بالعلاقة بين الطاقة الحركية العظمى للإلكترونات المنبعثة وتردد الضوء الساقط.

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

ثانياً : تفسير اينشتاين ( النظرية الكمية ) :

فسر أينشتاين الظاهرة الكهروضوئية عام 1905م وذلك بتبنيه فرضية ( مبدأ ) بلانك في تكميم الطاقة مع الأخذ بـ (نظرية جسيمات الموجات) أي الطبيعة المزدوجة للضوء ، ( رأى اينشتاين أن الإلكترونات المنبعثة من سطح المعدن تنسجم مع النظرية الجسيمية للضوء) وكان تفسيره متطابق مع كل نتائج تجربة مليكان ، وتفسيره على النحو التالي :

1ـ ينبعث الضوء من مصادره على هيئة كمات صغيرة من الطاقة (جسيمات) تدعى " فوتونات " وكل فوتون له طاقة مقدارها ( hf ) .

2ـ يتصرف الفوتون كجسيم عندما يصطدم بإلكترون سطح المعدن فيحدث تصادم بين كل فوتون مع إلكترون ( واحد لواحد ) فيفنى الفوتون ويعطي طاقته ( hf ) للإلكترون ، وعندها يحدث أحد الأمور التالية :

أـ إذا كان تردد الضوء الساقط أقل من التردد الحرج ( f < f0)لا تنبعث إلكترونات من سطح المعدن (الفلز) (علل) وذلك لأن طاقة الفوتونات الضوئية الساقطة (طا) أقل من الطاقة اللازمة لانتزاع الإلكترونات من سطح المعدن (دالة الشغل w0 )

ب ـ إذا كان تردد الضوء الساقط مساويا للتردد الحرج (f = f0) تنبعث إلكترونات ولكن بدون طاقة حركية (طا= صفر) (علل) وذلك لأن طاقة الفوتونات الساقطة (طا) تكون كافية لانتزاع الإلكترونات فقط أي تساوي دالة الشغل (w0)

ج ـ إذا كان تردد الضوء الساقط  أكبر من التردد الحرج ( f0 < f) فإن جزء من طاقة الفوتون تستخدم لتحرير الإلكترون من طاقة ربطه بالمعدن (دالة الشغل w0= hf0 وهي مقدار ثابت للفلز الواحد) وبقية طاقة الفوتون والتي تساوي ( hf- hf0) تظهر على شكل طاقة حركية للإلكترون ( 1/2ك_e ع²)   ( كما في الشكل (11) أ ، ب )

أي أن : 

وبصورة أخرى يمكن القول أن :
طاقة الفوتون = طاقة حركة الإلكترون + دالة الشغل

وتدعى المعادلة السابقة بمعادلة أينشتاين وهي نفس المعادلة التجريبية التي تعرفنا عليها في تجربة مليكان.والشكلين السابقين يوضحان ذلك.
ملاحظة : ميل الخط المستقيم المائل يعطي قيمة ثابت بلانك أي أن

س : علل . اختلاف انبعاث الإلكترونات ، وكذلك طاقة حركتها حسب نوع الفلز .
جـ: لأن لكل فلز دالة شغل (w0 ) خاصة به ، وهي مقدار ثابت للفلز الواحد ، فيكون جزء من طاقة الفوتون الساقط لانتزاع الإلكترون وما تبقى عبارة عن طاقة حركية له .

*****************************************
تحميل ملزمة معلم الفريد في الفيزياء pdf

شرح بالفيديو : التفسير التقليدي وتفسير أينشتاين للظاهرة الكهروضوئية

الدرس السابق ... الدرس التالي

تعديل المقال