تنبعث الألكترونات من مهبط خلية ضوئية عندما يكون

إجابة سؤال: تنبعث الألكترونات من مهبط خلية ضوئية عندما يكون: تردد الشعاع الساقط < تردد العتبة، تردد الشعاع الساقط = تردد العتبة، تردد العتبة < تردد الشعاع الساقط ؟

• الجواب: تنبعث الإلكترونات من المهبط فقط عندما يكون تردد الشعاع الساقط أكبر من تردد العتبة.

شرح الإجابة:

كل معدن في الخلية الضوئية يمتلك ما يُعرف بـ تردد العتبة، وهو أقل تردد كهرومغناطيسي يمكن أن يمتلكه الضوء حتى يستطيع تحرير الإلكترونات من سطح المهبط. إذا كان الضوء الساقط أقل من هذا التردد، فلا يحدث أي انبعاث للإلكترونات، حتى لو كانت شدة الضوء عالية جدًا، لأن طاقة الفوتونات تكون غير كافية لتجاوز طاقـة الارتباط بين الإلكترون والمعدن.

أما إذا كان تردد الشعاع مساويًا لتردد العتبة، فإن الإلكترونات بالكاد تتحرر، ولكنها تخرج دون طاقة حركية تقريبًا. الانبعاث الحقيقي والفعّال يحدث فقط عندما يكون تردد الضوء أعلى من تردد العتبة، لأن كل فوتون حينها يحمل طاقة أكبر من الحد المطلوب، فتتحرر الإلكترونات بطاقة حركية إضافية، ويمكن عندها رصدها في الدائرة الخارجية.

هذه الظاهرة تعرف بتأثير الكهروضوئي وهي دليل مباشر على أن الضوء يتصرف كجسيمات تسمى فوتونات، تحمل كل منها طاقة تتناسب مع ترددها حسب العلاقة:

الطاقة = ثابت بلانك × التردد.

إقرأ أيضا:لقد ابدع الفنانون و الحرفيون في زخرفة المعادن ولم يتأثروا في بداية الامر بالحضارات الأخرى في تكوين أساليبهم الفنية

إذا لم يكن تردد الضوء كافيًا، فإن زيادة شدة الشعاع الضوئي لن تُحدث فرقًا، لأن عدد الفوتونات قد يزيد، ولكن طاقتها تبقى غير كافية لإطلاق الإلكترونات، ما يجعل تردد الضوء هو العامل الحاسم في هذه الظاهرة الفيزيائية.

لذا فإن الخيار الصحيح هو: تردد العتبة < تردد الشعاع الساقط.