الظاهرة الكهروضوئية2

التفسير الفيزيائي لنتائج التجارب العملية السابقة( للظاهرة الكهروضوئية)
لم يتمكن العلماء من ايجاد تفسير لنتائج التجارب العملية للظاهرة الكهروضوئية إلا بعد ان قام العالم ألبرت اينشتاين بتطبيق نظرية الكم Quantum theory على الاشعاع الكهرومغناطيسي في عام 1905.
طبقا لنظرية الكم فإن الأشعة الكهرومغناطيسية التي تعاملنا معها في الفيزياء الكلاسيكية على إنها موجات تنتشر في الفراغ تم اعتبارها في نظرية الكم على إنها جسيمات تسمى فوتونات photons كل فوتون يحمل طاقة E تعتمد على تردده من خلال المعادلة التالية:
E = hn = hc/l (5)
حيث ان الثابت h هو ثابت بلانك Planck constant
h=6.626´10-34 J.s
من وجهة نظر ميكانيكا الكم فإن الشعاع الضوئي ذو التردد n يحتوي على عدد من الفوتونات طاقة كل فوتون هي hn. يتعامل كل فوتون مع إلكترون مرتبط بسطح المعدن فإذا كانت طاقة الفوتون هذه اكبر من طاقة ربط الإلكترون بالمعدن فإنه يتحرر من سطح المعدن وباقي طاقة الفوتون يكتسبها الإلكترون المتحرر على شكل طاقة حركة تمكنه من الوصول إلى الكاثود.
وبناء على ما سبق يمكن تفسير نتائج التجارب العملية للظاهرة الكهروضوئية على النحو التالي:
النتيجة (4)
توضح المعادلة (4) مفهوم الطاقة المتبادلة بين الفوتون والإلكترون الذي يعطي التيار الكهروضوئي.
hn = 1/2mv2max + hno (4)
حيث يمثل الطرف الأيسر من المعادلة الطاقة التي يحملها الفوتون الساقط على سطح المعدن والتي يكتسبها الإلكترون المرتبط بسطح المعدن. يتحرر الإلكترون الأقل ارتباطاً بسطح المعدن مكتسباً طاقة حركية kinetic energy. أما الطرف الأيمن من المعادلة يعطي طاقة الإلكترون التي يكتسبها من الفوتون على صورة طاقة حركية وطاقة ربط. ويعبر عن طاقة ربط الإلكترون بسطح المعدن بالرمز j والذي يعرف على انه دالة الشغل work function والتي تعرف على إنها الشغل اللازم لتحرير الإلكترون الأقل ارتباطا بسطح المعدن. وتعتمد دالة الشغل على نوع المعدن.
j = hno (6)
ولهذا فإن تردد الأشعة الكهرومغناطيسية للحصول على تيار كهربي يجب أن يكون طاقته اكبر من دالة الشغل.