احسب تردد الحد الأقصى للزنك بالهرتز ودالة العمل بوحدات EV إذا كان الطول الموجي العتبة للزنك هو 310 نانومتر، حيث أن الإجابة على هذا السؤال تعتمد على حسابات وقوانين الظاهرة الكهروضوئية، وفي هذه المقالة سنتحدث في تفاصيل حول الظاهرة الكهروضوئية، وسنشرح كيفية حساب تردد عتبة المعادن.

ما هي الظاهرة الكهروضوئية

التأثير الكهروضوئي هو ظاهرة فيزيائية تحدث عندما تنبعث الإلكترونات عندما يصطدم الإشعاع الكهرومغناطيسي، مثل الضوء، بمادة فوق بنفسجية، أو أشعة سينية، أو حتى أشعة جاما، والمواد التي تحدث فيها هذه الظاهرة يمكن أن تكون صلبة، سائلة، أو غاز، والجسيمات المنبعثة يمكن أن تكون أيونات على شكل ذرات أو جسيمات مشحونة كهربائيًا، أو يمكن أن تكون إلكترونات، وقد تم اكتشاف التأثير الكهروضوئي في عام 1887 م، بواسطة الفيزيائي الألماني هاينريش رودولف هيرتز، عندما كان يدرس الراديو موجات، حيث لاحظ هيرتز أنه عندما يضيء الضوء فوق البنفسجي على قطبين معدنيين بجهد مطبق عبرهما، يغير الضوء الجهد الذي تحدث عنده شرارة، وقد تم شرح ذلك لاحقًا العلاقة بين الضوء والكهرباء من خلال الكهروضوئية.

في الواقع، هذه الظاهرة مهمة بشكل أساسي في تطور الفيزياء الحديثة بسبب الأسئلة المحيرة التي أثارتها حول طبيعة الضوء، حيث أظهر الضوء سلوك الجسيمات والموجات في ظل تجارب مختلفة، وقد شرح هذه الظاهرة الفيزيائي ألبرت أينشتاين. في عام 1905 م، واليوم تقول النظرية العلمية الحالية أن للضوء طبيعة مزدوجة كجسيم وكموجة.

ما هو تردد العتبة ودالة العمل

تردد العتبة (بالإنجليزية Threshold Frequency)، هو أدنى تردد للضوء الساقط الذي يمكن أن يطلق الإلكترونات من سطح المعدن، حيث افترض أينشتاين أن الضوء ينبعث على شكل كمات طاقة تسمى الفوتونات، وعندما تسقط الفوتونات على سطح المعدن. يتخلى سطح المعدن عن كل طاقته للإلكترون، وتتنوع الإلكترونات، وتعتمد الطاقة الحركية المنبعثة على مكان إطلاقها، على سبيل المثال، تتمتع الإلكترونات المنبعثة من سطح المعدن بطاقة حركية أعلى من الإلكترونات التي تنطلق من عمق المعدن، لأنها تصطدم بذرات المعدن نفسه، وافترض أينشتاين أن الإلكترونات لا تنطلق من سطح المعدن إلا إذا كانت طاقة الفوتون الساقط مساوية لقيمة معينة من الطاقة، وهذا تسمى وظيفة العمل أو عمل الاقتران، لأن وظيفة العمل هي الحد الأدنى من الطاقة المطلوبة لتحرير الإلكترون من سطح المعدن دون إعطائه طاقة. a حركية، ويمكن حساب دالة العمل بضرب ثابت بلانك بتردد عتبة المعدن، وفيما يلي شرح للقوانين الرياضية المستخدمة في حساب تردد الحد ودالة العمل، وهي كالتالي

قانون حساب التردد

فيما يلي القانون الفيزيائي المستخدم لحساب عتبة تكرار المعادن

تردد الحد = سرعة الضوء ÷ عتبة الطول الموجي ƒ = ج ÷ λ

في حين

  • ƒ → تردد الحد، مُقاسًا بالهرتز.
  • c → سرعة الضوء، مقاسة بالأمتار في الثانية، تساوي 3.00 × 810 مترًا في الثانية
  • λ → طول موجة العتبة ويقاس بالأمتار.

قانون حساب وظيفة العمل

فيما يلي القانون الفيزيائي المستخدم لحساب دالة الشغل للمعادن

وظيفة العمل = ثابت بلانك تردد عتبة × ω = ح × ƒ

في حين

  • ω هي دالة الشغل وتقاس بالجول.
  • ƒ → تردد الحد، مُقاسًا بالهرتز.
  • h ← ثابت بلانك، المُقاس بالجول / هرتز، هو 6.63 × 3410 جول / هرتز.

احسب تردد العتبة للزنك بالهرتز

يمكن حساب تردد الحد الأقصى للزنك بوحدة هرتز ووظيفة العمل في إلكترون فولت إذا كان الطول الموجي العتبة للزنك هو 310 نانومتر من خلال الخطوات الحسابية الفيزيائية التالية

سرعة الضوء = 3.00 × 810 م / ثانية الطول الموجي العتبة = −310 × 910 م / ثانية ثابت بلانك = 6.63 × 3410 جول / هرتز

تردد الحد = سرعة الضوء ÷ الحد الأقصى لطول الموجة تردد العتبة = 3.00 × 810 310 × 910 – تردد الحد = 9.7 × 1410 هرتز

دالة العمل = تردد حد x ثابت بلانك دالة العمل = 6.63 × 3410 – × 9.7 × 1410 وظيفة العمل = 6.4311 × 1910 جول

1 إلكترون فولت = 1.6 × 1910 جول 6.4311 × 1910 جول × 4 إلكترون فولت

أمثلة على حساب تردد العتبة ووظيفة العمل

فيما يلي بعض الأمثلة العملية لكيفية حساب تردد العتبة ووظيفة العمل

  • المثال الأول حساب عتبة التردد للنحاس بالهرتز ودالة العمل في الفولتات الإلكترونية بالقيمة الكهربية، إذا كان الطول الموجي العتبة للنحاس 120 نانومتر. طريقة الحل سرعة الضوء = 3.00 × 810 م / ثانية. الطول الموجي للعتبة = −120 × 910 م / ث. ثابت بلانك = 6.63 × 3410 J / هرتز. تردد العتبة = سرعة الضوء ÷ عتبة الطول الموجي. تردد الحد = 3.00 × 810 120 × 910 -. تردد الحد = 2.5 × 1510 هرتز دالة العمل = تردد بلانك الثابت x العتبة. دالة العمل = 6.63 × 3410 × 2.5 × 1510. دالة العمل = 1.65 × 1810 جول. 1 إلكترون فولت = 1.6 × 1910 جول. 1.65 × 1810 جول = 1.03 إلكترون فولت.
  • المثال الثاني حساب تردد عتبة الحديد بالهرتز ودالة الشغل بالإلكترون فولت إذا كان الطول الموجي العتبة للحديد 473 نانومتر. طريقة الحل سرعة الضوء = 3.00 × 810 م / ثانية. الطول الموجي للعتبة = −473 × 910 م / ثانية. ثابت بلانك = 6.63 × 3410 J / هرتز. تردد العتبة = سرعة الضوء ÷ عتبة الطول الموجي. تردد الحد = 3.00 × 810 473 × 910 -. تردد الحد = 6.3 × 1410 هرتز دالة العمل = تردد بلانك الثابت x العتبة. دالة العمل = −6.63 × 3410 × 6.3 × 1410. دالة العمل = −4.1769 × 1910 جول. 1 إلكترون فولت = 1.6 × 1910 جول. 4.1769 × 1910 جول × 2.610 إلكترون فولت.
  • المثال الثالث حساب تردد العتبة للمعدن بالهرتز ودالة الشغل في الفولت الإلكتروني إذا كان الطول الموجي العتبة للمعدن 960 نانومتر. طريقة الحل سرعة الضوء = 3.00 × 810 م / ثانية. الطول الموجي للعتبة = 960 × 910 م / ثانية. ثابت بلانك = 6.63 × 3410 J / هرتز. تردد العتبة = سرعة الضوء ÷ عتبة الطول الموجي. تردد الحد = 3.00 × 810 960 × 910 -. تردد الحد = 3.1 × 1410 هرتز دالة العمل = تردد بلانك الثابت x العتبة. دالة العمل = −6.63 × 3410 × 3.1 × 1410. دالة العمل = −2.0553 × 1910 جول. 1 إلكترون فولت = 1.6 × 1910 جول. 2.0553 × 1910 جول × 1.28 إلكترون فولت.
  • المثال الرابع حساب تردد عتبة معدن بالهرتز ودالة الشغل بالإلكترون فولت إذا كان الطول الموجي العتبة للمعدن 30 نانومتر. طريقة الحل سرعة الضوء = 3.00 × 810 م / ثانية. الطول الموجي للعتبة = -30 × 910 م / ثانية. ثابت بلانك = 6.63 × 3410 J / هرتز. تردد العتبة = سرعة الضوء ÷ عتبة الطول الموجي. تردد الحد = 3.00 × 810 30 × 910 -. تردد الحد = 1 × 1610 هرتز دالة العمل = تردد بلانك الثابت x العتبة. دالة العمل = 6.63 × 3410 × 1 × 1610. دالة العمل = 6.63 × 1810 جول. 1 إلكترون فولت = 1.6 × 1910 جول. 6.63 × 1810 جول 4.143 إلكترون فولت.

في نهاية هذا المقال عرفنا إجابة أحد الأسئلة، احسب تردد الحد الأقصى للزنك بالهرتز ودالة العمل في الفولت الإلكتروني، إذا كان الطول الموجي العتبة للزنك هو 310 نانومتر، كما أوضحنا بالتفصيل ما هو الظاهرة الكهروضوئية، وما هي عتبة التردد ووظيفة العمل، ونذكر الخطوات التفصيلية للطريقة حساب تردد عتبة ودالة العمل لأي معدن.