الفيزياء الحديثة
خلية صوديوم ضوئية
الفوتونات المهيأة 500 nm (2.48 eV) تتجاوز 2.28 eV؛ فوتونات خط الصوديوم D عند 589 nm (~2.1 eV) لا تنبعث في هذا النموذج.
خلية صوديوم ضوئية — محاكاة الفيزياء الحديثة تفاعلية. الفوتونات المهيأة 500 nm (2.48 eV) تتجاوز 2.28 eV؛ فوتونات خط الصوديوم D عند 589 nm (~2.1 eV) لا تنبعث في هذا النموذج. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
I–V الخلية الضوئية
500 nm (2.48 eV) تُصدر؛ و589 nm (~2.1 eV) لا تصدر.
الفوتونات المهيأة 500 nm (2.48 eV) تتجاوز 2.28 eV؛ وفوتونات خط الصوديوم D عند 589 nm (~2.1 eV) لا تنبعث في هذا النموذج.
- φ للصوديوم
- λ الخط الأصفر
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
دالة شغل الصوديوم 2.28 eV، وتقابلها طول موجة عتبة نحو 544 nm (ضوء أصفر-أخضر). هل يقذف الضوء الأحمر (نحو 650 nm) أي كهروضوئيات من الصوديوم، مهما بلغ سطوعه؟
توقعات للموازنة
- نعم، إن كان الضوء ساطعًا بما يكفي.
- يتوقف ذلك على مدة سطوع الضوء.
- لا — طاقة فوتون الأحمر دون دالة شغل الصوديوم، فلا تُقذف إلكترونات مهما كانت الشدة.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- الطول الموجي λ (nm)
ما تقيسه:
- طاقة الفوتون E_γ (eV)
- أقصى طاقة حركية K_max (eV)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة خلية الصوديوم واضغط إعادة. دالة شغل الصوديوم 2.28 eV.
- فعّل قراءتي طاقة الفوتون وحالة الانبعاث الكهروضوئي.
- اضبط طول موجة الضوء لكل تجربة وسجل أقصى طاقة حركية (0 إن كانت دون العتبة).
المعادلة الحاكمة
سلوك العتبة — K_max = E − φ
K_max = max(0, E_γ − φ): تحت دالة الشغل لا تنبعث إلكترونات ضوئية مهما كانت الشدة — عتبة حادة لا تستطيع الصورة الكلاسيكية (الموجية) البحتة للضوء تفسيرها.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب E_γ = hc/λ، ثم K_max = max(0, E_γ − φ) باستخدام φ = 2.28 eV. قارن بالجدول — أكد أن محاولة الطول الموجي الأطول تعطي K_max = 0.
- الطول الموجي العتبي للصوديوم هو λ_threshold = hc/φ ≈ 544 nm. اشرح لماذا أي طول موجي أطول من هذا (طاقة فوتون أدنى) لا يستطيع قذف إلكترون من الصوديوم أبدًا، مهما كانت شدة الضوء.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- تُختار مواد الخلايا الكهروضوئية المختلفة لتكون دوال شغلها موافقة لطيف الشمس. اشرح لماذا يهدر مادةٌ بدالة شغل عالية جدًا معظمَ ضوء الشمس المرئي بدل تحويله كهرباء.
- تُظهر هذه التجربة أن K_max تعتمد على الطول الموجي (اللون) لا السطوع. أي خاصية فيزيائية للضوء تتغير فعلًا إن رفعت السطوع عند طول موجي ثابت فوق العتبة؟
- AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
- IB Physics — E.2 Quantum physics
- General High School Physics — Modern physics intro
- NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light
- أهلًا بك في خلية الصوديوم
- حدد الخلية
- اضغط تشغيل
- دالة شغل الصوديوم
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.