الظاهره الكهروضوئية

الظاهره الكهروضوئية


بسم الله الرحمن الرحيم

مقدمـــــــــــة



الظاهره الكهروضوئية هي احدى الظواهر العديدة التي يمكن منها انبعاث الكترونات من سطح مادة فمن هذه الظواهر الانبعاث الحراري والانبعاث الثانوي والانبعاث الكهربائي والانبعاث الكهروضوئي لذلك اتخذت من هذه الظاهرة عنوانا لتقريري لكي تتضح بعض المصطلحات الفيزيائية.وسوف نتناول في هذا التقرير بشكل تفصيلي عن الظاهرة الكهروضوئية.



الظاهرة الكهروضوئية:تحدث عند سقوط اشعاع كهرومغناطيسي على سطح معدن,فينتج عنه تحرير الكترونات من سطح المعدن,ولتفسير ما يحدث هو ان جزء من طاقه الشعاع الكهرومغناطيسية يمتصها الالكترون المرتط بالمعدن يتحرر منه ويكتسب طاقة حركة.وهذه العملية تعتمد على
العديد من المتغيرات وهي:
تردد الشعاع الكهرومغناطيسي,شدة الشعاع الكهرومغناطيسي,التيار الفوتوضوئي,طاقة حركة الاكترون المتحرر من سطح المعدن.نوع المعدن. يعود اكتشاف الاثر الكهروضوئي الى القرن الماضي الميلادي عندما قام العالم بكيرل في عام 1839 بدراسة تأثير الضوء على بعض المعادن والمحاليل وخصائص التيار الكهربائي الناتج عنها. وادخل العالمان آدم وسميث مفهوم الناقلية الكهربائية الضوئية لاول مرة عام 1877 وتم تركيب اول خلية شمسية من مادة السيلينيوم من قبل العالم فريتز عام 1883 حيث توقع لها ان تساهم في انتاج الكهرباء مستقبلا.ومن جهة اخرى فقد ساعد تطوير نظريات ميكانيكا الكم على تفسير الكثير من الظواهر الفيزيائية,وخاصة المرتبطة بالكهرباء الضوئية في فترة الثلاثينات والاربيعينات من القرن الحالي.
اما الفترة الهامة للخلايا الكهروضوئية فقد حدثت في عقدي السبعينات وخاصة بعد تطور علوم التركيب المجهرية الدقيقة لاشباه الموصلات.وقد اعتبرت الخلايا الكهروضوئية حينئذ بأنها احدى الطرق العلمية الطموحة لتوليد الكهرباء في المصادر المتجددة الطاقة.
وقد ساعد ازدياد الطلب على استخدام مجمعات الخلايا الكهروضوئية الى انخفاض تكلفة انتاجها نسبيأً,مما يساعد على التوسع في انتاج هذا النوع من الطاقة والذي يؤدي بدوره الى خفض التلوث البيئي,وقد بأت نظم الخلايا الكهروضوئية تنتشر تدريجيا في تطبيقات الانارة والاتصالات وضخ المياه وغيرها.




العناصر الكهروضوئية:

قبل ان نتعرف على العناصر الكهروضوئية لابد بنا انا نعرف ماهو الضوء؟
فمن حيث المبدأ يعتبر الضوء شكل من اشكال الاشعاع الكهرومغناطيسي يرى بالعين المجرده وهو لايختلف عن بقية أصناف الاشعاعات الكهرومغناطيسية مثل الاشعة الكونية ةاشعة جاما واشعة اكس والترددات الراديوية الا من حيث قيمة التردد ويمتد التردد الضوئي من GHz 300 الى 300 مليون)جيجا هيرتز يبدأ من الاشعة تحت الحمراء وينتهي بالاشعة فوق البنفسجية,انا الضوء الذي تراه العين البشرية, ويقصد هنا ضوء الشمس ومكون من عدة الوان( احمر- برتقالي- اصفر- اخضر- سماوي- ازرق- بنفسجي)يقع مجال تردده مابين حوالي GHz 300 الى مايقارب GHz .750 وللضوء خاصية مزدوجة فهو ينتشر في الفضاء كالامواج الراديوية ويسلك كما لو كان مكونا من العديد من الجسيمات الدقيقة.

المقاومة الكهروضوئية:

تعتبر واحد من احدى العناصر الكهروضوئية, وهذه المقاومة تتناقص قيمتها بازدياد شدة الضوء الساقط عليها,وتصنع المقاومة الكهروضوئية من مواد حساسة للضوء مثل سلفيد الكاديوم(Cds) او سليتد الكاديوم(Cdse), بالرغم من ان مواد اخرى مثل سلفيد الرصاص قد استخدمت.كما يمكن لهذه المواد ان تطعم بمواد اخرى كالنحاس او الكلور وذلك لتحسين عمل المقاومة الكهروضوئية,وذلك لضبط الطريقة الصحيحة التي تتغير بها قيمة المقاومة وفقا لشدة الضوء.ان معظم المقاومات الكهروضوئية تستطيع ان تتحمل فولت يتراوح بين100V و200V و 300V وفولت, ولكن استهلاك الواط(W) القدرة العظمى لهذه العناصر يتراوح بين 30ملي واط و 300 ملي واط.




تطبيقات المقاومة الكهروضوئية:

تطبق في مجال الالكترونيات فعلى سبيل المثال تستعمل غالبا في اجهزة الانذار وفاتح الابواب لالية حيث يتطلب الامر الاحساس بوجود ضوء او غيابه.ومع تطور العلوم الالكترونية تم تصنيع عنصر كهروضوئي من مادة السيليكون تشبه من حيث التركيب الترانزيستور.


استخداماته:

يستخدم في اجهزة الانذار,فاتح الابواب الالي,دوائر اغلاق التائر عند غياب الشمس او العكس,ودوائر اخرى عملها الاحساس بالضوء.وكما انه يستخدم في اجهزة التلفزيون كوحدة استقبال لجهاز التحكم.ويمتاز الترانزيستور بإمكانية عمله مع الضوء الغير مرئي مثل الاشعه تحت الحمراء, حيث يمكن استخدامه اجهزة إنذار ضد للصوص.



فروض نظرية آينشتين:

اعتمد العالم الفيزيائي ألبرت آينشتين على فروض نظرية بلانك السابقة في نظرية تفسير الظاهرة الكهروضوئية و كان من فروضه:
1.تنبعث الطاقة الضوئية من مصدرها على هيئة كمات من الطاقة تسمى فوتونات،و طاقة الفوتونة الواحد تتناسب طرديا مع تردد
الموجة الكهرومغناطيسية.و تسلك هذه الفوتونات سلوك الجسيمات عند اصطدامها بالإلكترونات.
2.إذا سقطت فوتونات الضوء على سطح فلز ،فإن بعض هذه الفوتونات تختفي بكاملها بواسطة الإلكترونات الحرة ،بحيث يمتص الإلكترون فوتونا واحدا فقط في كل عملية تصادم معه.
فإن كانت أقل طاقة لتحرير الإلكترون من سطح الفلز هي دالة الشغل
فإن الجزء المتبقي من طاقة الفوتونة يتحول إلى طاقة حركية عظمى للإلكترون تعطى بما يطلق عليه
حاليا معادلة آينشتين الكهروضوئية:



و تعلم أن:
إذا:

مقدرة نظرية آينشتين على تفسير الانبعاث الكهروضوئي:

o .تحدث ظاهرة الانبعاث الضوئي إذا كان تردد الإشعاع الساقط أكبر من تردد العتبة..و إذا كان تردد الإشعاع الساقط يساوي تردد العتبة فإن الإلكترونات تتحرر فقط دون إكسابها أي سرعة.
o .عدد الإلكترونات المتحررة خلال وحدة الزمن تتناسب طرديا مع شدة الضوء الساقط و بالتالي مع عدد الفوتونات الساقطة.(شدة التيار الضوئي يتناسب طرديا مع شدة الضوء الساقط).
o .الطاقة الحركية للإلكترونات لا تعتمد على شدة الضوء و ذلك لبقاء جهد القطع ثابتا بالرغم من تغير شدة الضوء.



hf = W + 1/2 mv2 معادلة اينشتاين لتفسير الظاهرة الكهروضوئية
W = h f o دالة الشغل
h ثابت بلانك
1 / 2 mv2 = h ( f - fo )


الخاتمــــــــــــــــــــــة:


ومن خلال موضوع الظاهرة الكهروضوئية انها تحدث عند سقوط اشعاع كهرومغناطيسي على سطح معدن,وتمكن أهمية اكتشاف وتطوير الخلايا الكهروضوئية في انها قد ساعدت في الطاقة الكهربائية من اشعة الشمس والتي تعتبر من الطاقات النظيفة التي لاتسبب تلوث بيئي كما تم الاستفادة من هذه الطاقة في مجالات تكنولوجية دقيقة وعديدة واغراض متعددة.


الاراء والتوصيات:
انا اوصي باستخدام هذه الظاهرة في مجالات صحيحة.