بحوث في الكيمياء | الكيمياء | نموذج كتابة بحث في الكيمياء | أحسن بحث في الكيمياء
بحوث في الكيمياء | الكيمياء | نموذج كتابة بحث في الكيمياء | أحسن بحث في الكيمياء
(( كيمياء ))
[gdwl]
[/gdwl]
المقدمة:
الظاهرة الكهروضوئية هي إحدى الظواهر العديدة التي يمكن منها انبعاث الكترونات من سطح مادة ، فمن هذه الظواهر الانبعاث الحراري ن والانبعاث الثانوي ، والانبعاث الكهربائي ، والانبعاث الكهروضوئي. وسوف نتناول في هذا التقرير بشكل تفصيلي عن الظاهرة
الكهروضوئية.
الظاهرة الكهروضوئية :
تحدث عند سقوط إشعاع كهرومغناطيسي على سطح معدن ، فينتج عنه تحرير الكترونات من سطح المعدن ، ولتفسير ما يحدث هو إن جزء من طاقة الشعاع الكهرومغناطيسي يمتصها الإلكترون المرتبط بالمعدن يتحرر منه ويكتسب طاقة حركة. وهذه العملية تعتمد على العديد من المتغيرات وهي :
تردد الشعاع الكهرومغناطيسي ، شدة الشعاع الكهرومغناطيسي ، التيار الفوتوضوئي ، طاقة حركة الإلكترون المتحرر من سطح المعدن ، نوع المعدن.
يعود اكتشاف الأثر الكهروضوئية إلى القرن الماضي الميلادي عندما قام العالم بكيرل في عام 1839 بدراسة تأثير الضوء على بعض المعادن والمحاليل وخصائص التيار الكهربائي الناتج عنها.
وأدخل العالمان آدم وسميث مفهوم الناقلية الكهربائية الضوئية لأول مرة عام 1877 وتم تركيب أول خلية شمسية من مادة السيلينيوم من قبل العالم فريتز عام 1883 حيث توقع لها إن تساهم في إنتاج الكهرباء مستقبلاً.
ومن جهة أخرى فقد ساعد تطوير نظريات ميكانيكا الكم على تفسير الكثير من الظواهر الفيزيائية، وخاصة المرتبطة بالكهرباء الضوئية في فترة الثلاثينات و الأربعينات من القرن الحالي.
أما الفترة الهامة للخلايا الكهروضوئية فقد حدثت في عقدي السبعينات وخاصة بعد تطور علوم التركيب المجهرية الدقيقة لأشباه الموصلات ، وقد اعتبرت الخلايا الكهروضوئية حينئذ بأنها إحدى الطرق العلمية الطموحة لتوليد الكهرباء في المصادر المتجددة الطاقة.
وقد ساعد ازدياد الطلب على استخدام مجمعات الخلايا الكهروضوئية إلى انخفاض تكلفة إنتاجها نسبياً ، مما يساعد على التوسع في إنتاج هذا النوع من الطاقة والذي يؤدي بدوره إلى خفض التلوث البيئي ، وقد بدأت نظم الخلايا الكهروضوئية تنتشر تدريجياً في تطبيقات الإنارة والاتصالات وضخ المياه وغيرها.
العناصر الكهروضوئية:
قبل أن نتعرف على العناصر الكهروضوئية لابد لنا أن نعرف ما هو الضوء ؟ فمن حيث المبدأ يعتبر الضوء شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي يرى بالعين المجردة وهو لا يختلف عن بقية أصناف الإشعاعات الكهرومغناطيسية مثل الأشعة الكونية و أشعة جاما و أشعة اكس والترددات الراديوية إلا من حيث قيمة التردد ويمتد التردد الضوئي من 300GHz إلى 300 مليون GHz (جيجا هيرتز) يبدأ من الأشعة تحت الحمراء وينتهي بالأشعة فوق البنفسجية ، أما الضوء الذي تراه العين البشرية ، ويقصد هنا ضوء الشمس و مكون من عدة ألوان ( أحمر – برتقالي – أصفر – أخضر – سماوي – أزرق – بنفسجي) يقع مجال تردده ما بين حوالي 400GHz إلى ما يقارب 750 GHz .
و للضوء خاصية مزدوجة فهو ينتشر في الفضاء كالأمواج الراديوية و يسلك كما لو كان مكوناً من العديد من الجسيمات الدقيقة.
المقاومة الكهروضوئية:
تعتبر واحدة من أقدم العناصر الكهروضوئية ، وهذه المقاومة تتناقص قيمتها بازدياد شدة الضوء الساقط عليها ، وتصنع المقاومة الكهروضوئية من مواد حساسة للضوء مثل سلفيد الكاديوم (Cds) أو سليتد الكاديوم (Cdse) ، بالرغم من أن مواد أخرى مثل سلفيد الرصاص قد استخدمت. كما يمكن لهذه المواد أن تطعم بمواد أخرى كالنحاس أو الكلور وذلك لتحسين عمل المقاومة الكهروضوئية ، وذلك لضبط الطريقة الصحيحة التي تتغير بها قيمة المقاومة وفقاً لشدة الضوء.
ان معظم المقاومات الكهروضوئية تستطيع أن تتحمل فولت يتراوح بينV 100 وV 200 و 300 فولت ، ولكن استهلاك الواط (W) القدرة العظمى لهذه العناصر يتراوح بين 30 ملي واط و 300 ملي واط.
تطبيقات المقاومة الكهروضوئية:
تطبق في مجال الالكترونيات فعلى سبيل المثال تستعمل غالبا في أجهزة الإنذار وفاتح الأبواب الآلية حيث يتطلب الأمر الإحساس بوجود ضوء أو غيابه. ومع تطور العلوم الالكترونية تم تصنيع عنصر كهروضوئي من مادة السيليكون تشبه من حيث التركيب الترانزيستور.
استخداماته:
يستخدم في أجهزة الإنذار ، فاتح الأبواب الآلي ، دوائر إغلاق الستائر عند غياب الشمس أو العكس ، ودوائر أخرى يتطلب عملها الإحساس بالضوء. كما أنه يستخدم في أجهزة التلفزيون كوحدة استقبال لجهاز التحكم. ويمتاز الترانزيستور بإمكانية عمله مع الضوء الغير مرئي مثل الأشعة تحت الحمراء ، حيث يمكن استخدامه ي أجهزة إنذار ضد اللصوص.
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 )
الخاتمة:
من خلال العرض لموضوع الظاهرة الضوئية يتبين لنا بأنها تحدث عند سقوط إشعاع كهرومغناطيسي على سطح معدن ، وتكمن أهمية اكتشاف وتطوير الخلايا الكهروضوئية قد ساعد في توليد الطاقة الكهربائية من أشعة الشمس ، والتي تعتبر من الطاقات النظيفة التي لا تسبب تلوث بيئي ، كما تم الاستفادة من هذه الطاقة في مجالات تكنولوجية دقيقة و عديدة . ، وفي أغراض متعددة.
رد مع اقتباس
