ما هي حاسبة الظاهرة الكهروضوئية؟
تعتمد هذه الحاسبة على معادلة أينشتاين للظاهرة الكهروضوئية لتحديد الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات المنبعثة من سطح معدني عندما يسقط عليه ضوء بتردد معيّن. فعندما يصطدم فوتون طاقته \(hf\) بالمعدن، يُستهلك جزء من هذه الطاقة (وهو دالة الشغل \(\varphi\)) في تحرير الإلكترون، ويتحول الباقي إلى طاقة حركية للإلكترون.
طريقة الاستخدام
أدخل تردد الضوء الساقط بوحدة الهرتز (يُقبل الترميز العلمي مثل 1.0e15)، ودالة الشغل للمعدن بوحدة الإلكترون فولت (eV). تعطيك الأداة الطاقة الحركية القصوى بوحدتي الإلكترون فولت والجول، إضافةً إلى طاقة الفوتون والتردد العتبي الذي لا تنبعث تحته أي إلكترونات.
شرح المعادلة
المعادلة الحاكمة هي
$$KE_{max} = \frac{h \cdot \text{Frequency (Hz)}}{e} - \text{Work function }\varphi\text{ (eV)}$$أو ببساطة \(KE_{max} = hf - \varphi\)، حيث \(h = 6.62607015\times10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}\) هو ثابت بلانك، و\(f\) تردد الضوء، و\(\varphi\) دالة الشغل. وللحصول على النتيجة بوحدة الإلكترون فولت، تُقسَّم طاقة الفوتون بالجول على الشحنة الأولية \(1.602176634\times10^{-19}\ \text{J/eV}\). ويُحسب التردد العتبي \(f_0 = \varphi/h\) بجعل الطاقة الحركية القصوى مساوية للصفر.
مثال محلول
لضوء تردده \(f = 1.0\times10^{15}\ \text{Hz}\) يسقط على معدن دالة شغله \(\varphi = 2.3\ \text{eV}\): تكون طاقة الفوتون
$$hf = 6.62607015\times10^{-19}\ \text{J} \approx 4.136\ \text{eV}$$ومن ثَمّ
$$KE_{max} = 4.136 - 2.3 \approx 1.836\ \text{eV}$$أما التردد العتبي فهو
$$f_0 = \frac{2.3 \times 1.602176634\times10^{-19}}{6.62607015\times10^{-34}} \approx 5.56\times10^{14}\ \text{Hz}$$الأسئلة الشائعة
ماذا لو كانت KE_max سالبة؟ القيمة السالبة تعني أن طاقة الفوتون أقل من دالة الشغل، وبالتالي لا تنبعث أي إلكترونات.
هل تؤثر شدة الضوء؟ لا تؤثر في الطاقة الحركية — التردد وحده هو المؤثر. فزيادة الشدة تطرد عدداً أكبر من الإلكترونات لكنها لا تزيد من طاقتها.
ما هو التردد العتبي؟ هو أدنى تردد قادر على طرد إلكترون؛ والضوء الذي يقل تردده عنه لا ينتج أي إلكترونات ضوئية مهما بلغت شدته.
