الظاهرة الكهروضوئية: جهد الإيقاف
1 · توقّع
يُطبق جهد إيقاف لدفع الكهروضوئيات المقذوفة راجعةً نحو المعدن. ما الجهد اللازم لإيقاف أسرع الإلكترونات المقذوفة بالكاد؟
- لا يعتمد جهد الإيقاف على طاقة الفوتون.
- جهد الإيقاف (بالفولت) يساوي عدديًا أقصى طاقة حركية (بالإلكترون فولت) — يلزم شغل عكسي بذلك المقدار بالضبط لإيقاف أسرع الإلكترونات.
- يعتمد جهد الإيقاف على شكل الخلية لا على الضوء.
2 · التجهيز
- افتح تجربة جهد الإيقاف واضغط إعادة. دالة شغل الخلية مثبتة عند 2.0 eV.
- فعّل قراءة جهد الإيقاف.
- اضبط طول موجة الضوء لكل تجربة وسجل جهد الإيقاف اللازم لإيقاف أسرع الكهروضوئيات.
3 · اجمع البيانات
| الطول الموجي λ (nm) | طاقة الفوتون E_γ (eV) | جهد الإيقاف V_stop (V) |
|---|---|---|
| 300.00 | ||
| 350.00 | ||
| 450.00 |
ارسم V_stop (المحور y) مقابل طاقة الفوتون E_γ (المحور x) لتجاربك الثلاث.
4 · حلّل
- لمحاولة واحدة، احسب E_γ = hc/λ، ثم V_stop = K_max = E_γ − φ باستخدام φ = 2.0 eV (عدديًا، لأن 1 eV من الطاقة الحركية توقفه بالضبط 1 V من الجهد الكابح). قارن بالجدول.
- اشرح لماذا قياس جهد الإيقاف حيلة تجريبية ذكية: إنه يقرأ K_max مباشرة بالإلكترون فولت دون حاجة إلى قياس سرعات الإلكترونات مباشرة.
5 · وسّع
- لو رسمت V_stop مقابل تردد الضوء (لا طوله الموجي)، فميل ذلك الخط يساوي h/e — ثابت بلانك مقسومًا على شحنة الإلكترون. اشرح لماذا استُخدم هذا الرسم تاريخيًا لقياس ثابت بلانك تجريبيًا.
- ماذا يكون جهد الإيقاف لضوء طاقة فوتونه دون 2.0 eV؟ وهل تحتاج أصلًا إلى جهد إيقاف في تلك الحالة؟
الفيزياء خلف هذه التجربة
جهد الإيقاف
الجهد الكابح الذي يوقف أسرع الإلكترونات الضوئية بالكاد يساوي طاقتها الحركية القصوى بالإلكترون فولت: V_stop = K_max = E_γ − φ. هذا يعطي قراءة مباشرة سهلة القياس لطاقة الفوتون فوق العتبة.