مدونة التربية و التعليم في الجزائر – دروس، فروض، نتائج امتحانات مدونة التربية والتعليم في الجزائر | تحضير الدروس، فروض واختبارات، نتائج البكالوريا وBEM، مسابقات التوظيف، والتوجيه المدرسي للطلاب وأولياء الأمور.
📖 بطاقة تعريفية
| المادة: | العلوم الفيزيائية (فيزياء) |
| المستوى: | الثالثة ثانوي (بكالوريا) — جميع الشعب |
| الوحدة: | الظواهر الكهروضوئية والفيزياء الحديثة |
🎯 أهداف التعلم
- فهم مفهوم الظاهرة الكهروضوئية وآلية حدوثها
- التعرف على مفاهيم الطاقة الكمومية وكمية الضوء (الفوتون)
- حل تمارين باستعمال قانون أينشتاين للتأثير الكهروضوئي
- تطبيق العلاقات: E = hν و Ec = hν − W
📝 I. مقدمة — اكتشاف الظاهرة الكهروضوئية
الظاهرة الكهروضوئية (المفعول الكهروضوئي) هي انبعاث إلكترونات من سطح فلزي عند سقوط إشعاع ضوئي مناسب (تردد كافٍ) على سطحه. اكتشفها هيرتز عام 1887 وفسرها أينشتاين عام 1905 باستخدام فرضية الكم مما أكسبه جائزة نوبل.
📚 II. المفاهيم الأساسية
1. طاقة الفوتون (الكم الضوئي)
ينتقل الضوء على شكل كمات (جسيمات) تدعى الفوتونات. طاقة كل فوتون تعطى بالعلاقة: E = h × ν
حيث: E طاقة الفوتون (J)، h = 6.62 × 10⁻³⁴ J·s ثابت بلانك، ν تواتر الإشعاع (Hz).
كما يمكن كتابة: E = h × c / λ حيث c = 3 × 10⁸ m/s سرعة الضوء، λ طول الموجة (m).
2. طاقة الخروج (عمل الخروج) W
هي الطاقة الدنيا اللازمة لتحرير إلكترون من سطح الفلز. تختلف حسب نوع الفلز وتُعبر عنها بـ (J) أو (eV) حيث 1 eV = 1.6 × 10⁻¹⁹ J.
3. قانون أينشتاين للتأثير الكهروضوئي
طاقة الفوتون الساقط = طاقة تحرير الإلكترون + الطاقة الحركية العظمى للإلكترون المنبعث:
E = W + Ec,max
hν = W + ½ mvmax²
📋 III. الشروط اللازمة لحدوث الظاهرة
- يجب أن يكون تواتر الإشعاع الساقط أكبر من تواتر العتبة ν₀ حيث hν₀ = W
- إذا كان ν < ν₀، لا تنبعث إلكترونات مهما زادت شدة الضوء
- الطاقة الحركية العظمى تعتمد فقط على تواتر الإشعاع وليس على شدته
- عدد الإلكترونات المنبعثة يتناسب مع شدة الإشعاع (عدد الفوتونات)
فلز له عمل خروج W = 2.0 eV. أحسب:
1. تواتر العتبة ν₀.
2. الطاقة الحركية العظمى لإلكترون إذا سقط عليه إشعاع تواتره ν = 1.0 × 10¹⁵ Hz.
الحل:
1. W = 2.0 eV = 2.0 × 1.6 × 10⁻¹⁹ = 3.2 × 10⁻¹⁹ J
ν₀ = W/h = 3.2 × 10⁻¹⁹ / 6.62 × 10⁻³⁴ = 4.83 × 10¹⁴ Hz
2. E = hν = 6.62 × 10⁻³⁴ × 1.0 × 10¹⁵ = 6.62 × 10⁻¹⁹ J
Ec,max = hν − W = 6.62 × 10⁻¹⁹ − 3.2 × 10⁻¹⁹ = 3.42 × 10⁻¹⁹ J = 2.14 eV
✏️ IV. تمرين بكالوريا محلول
1. أحسب تواتر الإشعاع ν.
2. أحسب طاقة الفوتونات الساقطة بـ (J) ثم بـ (eV).
3. هل تحدث الظاهرة الكهروضوئية؟ علل.
4. أحسب الطاقة الحركية العظمى للإلكترونات المنبعثة.
الحل:
1. ν = c/λ = 3×10⁸ / 400×10⁻⁹ = 7.5 × 10¹⁴ Hz
2. E = hν = 6.62×10⁻³⁴ × 7.5×10¹⁴ = 4.965 × 10⁻¹⁹ J
E = 4.965×10⁻¹⁹ / 1.6×10⁻¹⁹ = 3.1 eV
3. E = 3.1 eV > W = 1.8 eV ← نعم، تحدث الظاهرة لأن طاقة الفوتون أكبر من عمل الخروج.
4. Ec,max = E − W = 3.1 − 1.8 = 1.3 eV = 2.08 × 10⁻¹⁹ J
📌 V. خلاصة
- الظاهرة الكهروضوئية: انبعاث إلكترونات من سطح فلز بفعل الضوء
- طاقة الفوتون: E = hν = hc/λ
- قانون أينشتاين: hν = W + Ec,max
- تواتر العتبة: ν₀ = W/h — شرط أساسي لحدوث الظاهرة
- تطبيقات: الخلايا الكهروضوئية، أجهزة الاستشعار، الألواح الشمسية
📍 دروس مشابهة:
- الاستطاعة الكهربائية في التيار المتناوب الجيبي: القدرة الفعالة ومعامل القدرة
- التوازن الكيميائي: حالة التوازن الديناميكي وثابت التوازن Kc وقاعدة لو شاتيليه
