خلية ضوئية حقيقية: دالة شغل الصوديوم

1 · توقّع

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؟

• 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.

2 · التجهيز

1. افتح تجربة خلية الصوديوم واضغط إعادة. دالة شغل الصوديوم 2.28 eV.
2. فعّل قراءتي طاقة الفوتون وحالة الانبعاث الكهروضوئي.
3. اضبط طول موجة الضوء لكل تجربة وسجل أقصى طاقة حركية (0 إن كانت دون العتبة).

3 · اجمع البيانات

ارسم K_max (المحور y) مقابل الطول الموجي λ (المحور x) لتجاربك الثلاث. عند أي طول موجي تبلغ K_max الصفر؟

4 · حلّل

1. 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.
2. 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.

5 · وسّع

1. 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.
2. 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؟

الفيزياء خلف هذه التجربة

← عودة إلى التجربة