آشتياق
06-26-2017, 04:55 PM
الظاهرة الكهروضوئية ودرجة الحرارة
المقدمة
الظاهرة الكهروضوئية هي احدى الظواهرالعديدة التي يمكن منها انبعاث الكترونات من سطح مادة ، فمن هذه الظواهر الإنبعاثالحراري ن والانبعاث الثانوي ، والانبعاث الكهربائي ، والانبعاث الكهروضوئي. وسوفنتناول في هذا التقرير بشكل تفصيلي عن الظاهرة
الكهروضوئي,و درجة حرارة جسم هي مقياس لدرجة سخونته . تقاس باستخدام موازينالحرارة التي يمكن معايرتها لاظهار تدريجات مختلفة لدرجات الحرارة . و السلمانالمقبولان دولياً هما سلم درجة الحرارة المطلقة و سلم سلزيوس.
العرض
الظاهرة الكهروضوئية تحدث عند سقوط اشعاعكهرومغناطيسي على سطح معدن ، فينتج عنه تحرير الكترونات من سطح المعدن ، ولتفسير مايحدث هو ان جزء من طاقة الشعاع الكهرومغناطيسي يمتصها الإلكترون المرتبط بالمعدنيتحرر منه ويكتسب طاقة حركة. وهذه العملية تعتمد على العديد من المتغيرات وهي
تردد الشعاع الكهرومغناطيسي ، شدة الشعاع الكهرومغناطيسي ، التيار الفوتوضوئي، طاقة حركة الألكترون المتحرر من سطح المعدن ، نوع المعدن.
يعود اكتشاف الأثرالكهروضوئية الى القرن الماضي الميلادي عندما قام العالم بكيرل في عام 1839 بدراسةتأثيرالضوء على بعض المعادن والمحاليل وخصائص التيار الكهربائي الناتجعنها.
وأدخل العالمان آدم وسميث مفهوم الناقلية الكهربائية الضوئية لأول مرة عام 1877 وتم تركيب أول خلية شمسية من مادة السيلينيوم من قبل العالم فريتز عام 1883حيث توقع لها ان تساهم في انتاج الكهرباء مستقبلاً.
ومن جهة أخرى فقد ساعد تطويرنظريات ميكانيكا الكم على تفسير الكثير من الظواهر الفيزيائية ، وخاصة المرتبطةبالكهرباء الضوئية في فترة الثلاثينات و الأربعينات من القرن الحالي.
أما الفترةالهامة للخلايا الكهروضوئية فقد حدثت في عقدي السبعينات وخاصة بعد تطور علومالتركيب المجهرية الدقيقة لأشباه الموصلات ، وقد اعتبرت الخلايا الكهروضوئية حينئذبأنها احدى الطرق العلمية الطموحة لتوليد الكهرباء في المصادر المتجددةالطاقة.
وقد ساعد ازدياد الطلب على استخدام مجمعات الخلايا الكهروضوئية الىانخفاض تكلفة انتاجها نسبياً ، مما يساعد على التوسع في انتاج هذا النوع من الطاقةوالذي يؤدي بدوره الى خفض التلوث البيئي ، وقد بدأت نظم الخلايا الكهروضوئية تنتشرتدريجياً في تطبيقات الانارة والاتصالات وضخ المياه وغيرها.
العناصرالكهروضوئية
قبل ان نتعرف على العناصر الكهروضوئية لابد لنا ان نعرف ماهوالضوء ؟ فمن حيث المبدأ يعتبر الضوء شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي يرىبالعين المجردة وهو لا يختلف عن بقية أصناف الإشعاعات الكهرومغناطيسية مثل الأشعةالكونية و أشعة جاما و أشعة اكس والترددات الراديوية إلا من حيث قيمة التردد ويمتدالتردد الضوئي من 300GHz الى 300 مليون GHz (غيغا هيرتز) يبدا من الأشعة تحتالحمراء وينتهي بالأشعة فوق البنفسيجية ، أما الضوء الذي تراه العين البشرية ،ويقصد هنا ضوء الشمس و مكون من عدة ألوان ( أحمر – برتقالي – أصفر – أخضر – سماوي – أزرق – بنفسجي) يقع مجال تردده ما بين حوالي 400GHz الى ما يقارب 750 GHz .
وللضوء خاصية مزدوجة فهو ينتشر في الفضاء كالأمواج الراديوية و يسلك كما لو كانمكوناً من العديد من الحسيمات الدقيقة.
المقاومة الكهروضوئية
تعتبرواحدة من اقدم العناصر الكهروضوئية ، وهذه المقاومة تتناقص قيمتها بازدياد شدةالضوء الساقط عليها ، وتصنع المقاومة الكهروضوئية من مواد حساسة للضوء مثل سلفيدالكاديوم (Cds) أو سليتد الكاديوم (Cdse) ، بالرغم من ان مواد أخرى مثل سلفيدالرصاص قد استخدمت. كما يمكن لهذه المواد ان تطعم بمواد اخرى كالنحاس أو الكلوروذلك لتحسين عمل المقاومة الكهروضوئية ، وذلك لضبط الطريقة الصحيحة التي تتغير بهاقيمة المقاومة وفقاً لشدة الضوء.
ان معظم المقاومات الكهروضوئية تستطيع ان تتحملفولت يتراوح بينV 100 وV 200 و 300 فولت ، ولكن استهلاك الواط (W) القدرة العظمىلهذه العناصر يترواح بين 30 ملي واط و 300 ملي واط.
تطبيقات المقاومةالكهروضوئية
تطبق في مجال الالكترونيات فعلى سبيل المثال تستعمل غالبا في أجهزةالإنذار وفاتح الأبواب الآلية حيث يتطلب الأمر الاحساس بوجود ضوء أو غيابه. ومعتطور العلوم الالكترونية تم تصنيع عنصر كهروضوئي من مادة السيليكون تشبه من حيثالتركيب الترانزيستور.
استخداماته
يستخدم في اجهزة الانذار ، فاتحالأبواب الآلي ، دوائر اغلاق الستائر عند غياب الشمس او العكس ، ودوائر اخرى يتطلبعملها الاحساس بالضوء. كما أنه يستخدم في اجهزة التلفزيون كوحدة استقبال لجهازالتحكم. ويمتاز الترانزيستور بامكانية عمله مع الضوء الغير مرئي مثل الأشعة تحتالحمراء ، حيث يمكن استخدامه ي أجهزة انذار ضد اللصوص.
درجة الحرارة
• بعضالتعريفات المتعلقة بالحرارة
النقطة الثابتة
درجة حرارة تحدث عندها تغيراتملحوظة (في شروط محددة ) ، و من ثم يمكن إعطاؤها قيمة تقاس بالنسبة لها درجاتالحرارة الأخرى كافة . من امثلتها نقطة الجليد ( درجة الحرارة التي ينصهر عندهاالجليد النقي ) و نقطة البخار ( درجة حرارة البخار فوق الماء المغلية تحت الضغطالجوي ).
و تستخدم نقطتان ثابتتان لمعايرة ميزان الحرارة ( نقطة ثابتة دنيا ونقطة ثابتة عليا ). و تمثل المسافة بين هاتين النقطتين المدى الاساسي.
سلم درجةالحرارة المطلقة أو الدينامية الحرارية -
سلم معياري لدرجات الحرارة يستخدموحدة تسمى كلفن (ك) .
تعطى قيمة الصفر لأدنى درجة حرارة يمكن تحقيقها نظرياً ، وتسمى الصفر المطلق. و يتعذر الوصول إلى درجة حرارة أدنى لأن ذلك يتطلب حجماً سالباًو هو أمر متعذر الوجود .
سلم سلزيوس
سلم معياري لدرجات الحرارة مماثل فيتدريجه لسلم درجة الحرارة المطلقة، لكن يعطي الصفر لنقطة الجليد و درجة المئة لنقطةالبخار .
سلم فهرنهايت
سلم قديم تعطى فيه درجة 32 ف لنقطة الجليد و 212 فلنقطة البخار .
و قلما يستعمل هذا السلم في الاغراض العلمية .
• طرق انتقالالحرارة
التوصيل او أو النقل الحراري
الطريقة التي تنتقل فيها الحرارة فيالأجسام الصلبة (و كذلك في السوائل ، و الغازات ، على نطاق أضيق). تنتقل الطاقةفي النواقل الجيدة بسرعة ، و يحدث ذلك أساساً بحركة الالكترونات الحرة . فضلاًايضاً عن اهتزاز الذرات .
الحمل
طريقة تنتقل بها الطاقة في السوائل والغازات . إذا سخن غاز أو سائل فإنه يتمدد فتقل كثافته و يرتفع ، و ينخفض الغاز أوالسائل الأبرد ليحتل مكانه . و هكذا ينشأ تيار الحمل .
الإشعاع
طريقةلانتقال الطاقة من مكان ساخن الى مكان بارد دون ان يكون للوسط أي دور. يمكن ان يحصلذلك داخل الخلاء ، على عكس النقل و الحمل . و يستخدم مصطلح (( الإشعاع)) كثيراًللإشارة إلى الطاقة الحرارية نفسها التي تسمى بخلاف ذلك الطاقة الحرارية المشعة. يأخذ الإشعاع شكل موجات كهرومغناطيسية ، و خصوصاً الإشعاع تحت الأحمر .
الخاتمة
س1ماذا يحدث عند سقوط اشعاع كهرومغناطيسي على سطح معدن؟
ج1 تحدث الظاهرة الكهروضوئية
س2 ماهي عناصر الكهروضوئية؟
ج2 الأشعةالكونية و أشعة جاما و أشعة اكس والترددات الراديوية
س3 ماهي استخدامات الكهروضوئية؟
ج3 يستخدم في اجهزة الانذار ، فاتحالأبواب الآلي ، دوائر اغلاق الستائر عند غياب الشمس او العكس ، ودوائر اخرى يتطلبعملها الاحساس بالضوء
س4 اذكري التعريفات المتعلقة بالحرارة؟
ج4 1- درجة الحرارة التي ينصهر عندهاالجليد النقي
2- درجة حرارة البخار فوق الماء المغلية تحت الضغطالجوي
3- نقطة ثابتة دنيا ونقطة ثابتة عليا
س5 اذكري طرق انتقال الحرارة؟
ج5 1- طريقة التوصيل او أو النقل الحراري
المقدمة
الظاهرة الكهروضوئية هي احدى الظواهرالعديدة التي يمكن منها انبعاث الكترونات من سطح مادة ، فمن هذه الظواهر الإنبعاثالحراري ن والانبعاث الثانوي ، والانبعاث الكهربائي ، والانبعاث الكهروضوئي. وسوفنتناول في هذا التقرير بشكل تفصيلي عن الظاهرة
الكهروضوئي,و درجة حرارة جسم هي مقياس لدرجة سخونته . تقاس باستخدام موازينالحرارة التي يمكن معايرتها لاظهار تدريجات مختلفة لدرجات الحرارة . و السلمانالمقبولان دولياً هما سلم درجة الحرارة المطلقة و سلم سلزيوس.
العرض
الظاهرة الكهروضوئية تحدث عند سقوط اشعاعكهرومغناطيسي على سطح معدن ، فينتج عنه تحرير الكترونات من سطح المعدن ، ولتفسير مايحدث هو ان جزء من طاقة الشعاع الكهرومغناطيسي يمتصها الإلكترون المرتبط بالمعدنيتحرر منه ويكتسب طاقة حركة. وهذه العملية تعتمد على العديد من المتغيرات وهي
تردد الشعاع الكهرومغناطيسي ، شدة الشعاع الكهرومغناطيسي ، التيار الفوتوضوئي، طاقة حركة الألكترون المتحرر من سطح المعدن ، نوع المعدن.
يعود اكتشاف الأثرالكهروضوئية الى القرن الماضي الميلادي عندما قام العالم بكيرل في عام 1839 بدراسةتأثيرالضوء على بعض المعادن والمحاليل وخصائص التيار الكهربائي الناتجعنها.
وأدخل العالمان آدم وسميث مفهوم الناقلية الكهربائية الضوئية لأول مرة عام 1877 وتم تركيب أول خلية شمسية من مادة السيلينيوم من قبل العالم فريتز عام 1883حيث توقع لها ان تساهم في انتاج الكهرباء مستقبلاً.
ومن جهة أخرى فقد ساعد تطويرنظريات ميكانيكا الكم على تفسير الكثير من الظواهر الفيزيائية ، وخاصة المرتبطةبالكهرباء الضوئية في فترة الثلاثينات و الأربعينات من القرن الحالي.
أما الفترةالهامة للخلايا الكهروضوئية فقد حدثت في عقدي السبعينات وخاصة بعد تطور علومالتركيب المجهرية الدقيقة لأشباه الموصلات ، وقد اعتبرت الخلايا الكهروضوئية حينئذبأنها احدى الطرق العلمية الطموحة لتوليد الكهرباء في المصادر المتجددةالطاقة.
وقد ساعد ازدياد الطلب على استخدام مجمعات الخلايا الكهروضوئية الىانخفاض تكلفة انتاجها نسبياً ، مما يساعد على التوسع في انتاج هذا النوع من الطاقةوالذي يؤدي بدوره الى خفض التلوث البيئي ، وقد بدأت نظم الخلايا الكهروضوئية تنتشرتدريجياً في تطبيقات الانارة والاتصالات وضخ المياه وغيرها.
العناصرالكهروضوئية
قبل ان نتعرف على العناصر الكهروضوئية لابد لنا ان نعرف ماهوالضوء ؟ فمن حيث المبدأ يعتبر الضوء شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي يرىبالعين المجردة وهو لا يختلف عن بقية أصناف الإشعاعات الكهرومغناطيسية مثل الأشعةالكونية و أشعة جاما و أشعة اكس والترددات الراديوية إلا من حيث قيمة التردد ويمتدالتردد الضوئي من 300GHz الى 300 مليون GHz (غيغا هيرتز) يبدا من الأشعة تحتالحمراء وينتهي بالأشعة فوق البنفسيجية ، أما الضوء الذي تراه العين البشرية ،ويقصد هنا ضوء الشمس و مكون من عدة ألوان ( أحمر – برتقالي – أصفر – أخضر – سماوي – أزرق – بنفسجي) يقع مجال تردده ما بين حوالي 400GHz الى ما يقارب 750 GHz .
وللضوء خاصية مزدوجة فهو ينتشر في الفضاء كالأمواج الراديوية و يسلك كما لو كانمكوناً من العديد من الحسيمات الدقيقة.
المقاومة الكهروضوئية
تعتبرواحدة من اقدم العناصر الكهروضوئية ، وهذه المقاومة تتناقص قيمتها بازدياد شدةالضوء الساقط عليها ، وتصنع المقاومة الكهروضوئية من مواد حساسة للضوء مثل سلفيدالكاديوم (Cds) أو سليتد الكاديوم (Cdse) ، بالرغم من ان مواد أخرى مثل سلفيدالرصاص قد استخدمت. كما يمكن لهذه المواد ان تطعم بمواد اخرى كالنحاس أو الكلوروذلك لتحسين عمل المقاومة الكهروضوئية ، وذلك لضبط الطريقة الصحيحة التي تتغير بهاقيمة المقاومة وفقاً لشدة الضوء.
ان معظم المقاومات الكهروضوئية تستطيع ان تتحملفولت يتراوح بينV 100 وV 200 و 300 فولت ، ولكن استهلاك الواط (W) القدرة العظمىلهذه العناصر يترواح بين 30 ملي واط و 300 ملي واط.
تطبيقات المقاومةالكهروضوئية
تطبق في مجال الالكترونيات فعلى سبيل المثال تستعمل غالبا في أجهزةالإنذار وفاتح الأبواب الآلية حيث يتطلب الأمر الاحساس بوجود ضوء أو غيابه. ومعتطور العلوم الالكترونية تم تصنيع عنصر كهروضوئي من مادة السيليكون تشبه من حيثالتركيب الترانزيستور.
استخداماته
يستخدم في اجهزة الانذار ، فاتحالأبواب الآلي ، دوائر اغلاق الستائر عند غياب الشمس او العكس ، ودوائر اخرى يتطلبعملها الاحساس بالضوء. كما أنه يستخدم في اجهزة التلفزيون كوحدة استقبال لجهازالتحكم. ويمتاز الترانزيستور بامكانية عمله مع الضوء الغير مرئي مثل الأشعة تحتالحمراء ، حيث يمكن استخدامه ي أجهزة انذار ضد اللصوص.
درجة الحرارة
• بعضالتعريفات المتعلقة بالحرارة
النقطة الثابتة
درجة حرارة تحدث عندها تغيراتملحوظة (في شروط محددة ) ، و من ثم يمكن إعطاؤها قيمة تقاس بالنسبة لها درجاتالحرارة الأخرى كافة . من امثلتها نقطة الجليد ( درجة الحرارة التي ينصهر عندهاالجليد النقي ) و نقطة البخار ( درجة حرارة البخار فوق الماء المغلية تحت الضغطالجوي ).
و تستخدم نقطتان ثابتتان لمعايرة ميزان الحرارة ( نقطة ثابتة دنيا ونقطة ثابتة عليا ). و تمثل المسافة بين هاتين النقطتين المدى الاساسي.
سلم درجةالحرارة المطلقة أو الدينامية الحرارية -
سلم معياري لدرجات الحرارة يستخدموحدة تسمى كلفن (ك) .
تعطى قيمة الصفر لأدنى درجة حرارة يمكن تحقيقها نظرياً ، وتسمى الصفر المطلق. و يتعذر الوصول إلى درجة حرارة أدنى لأن ذلك يتطلب حجماً سالباًو هو أمر متعذر الوجود .
سلم سلزيوس
سلم معياري لدرجات الحرارة مماثل فيتدريجه لسلم درجة الحرارة المطلقة، لكن يعطي الصفر لنقطة الجليد و درجة المئة لنقطةالبخار .
سلم فهرنهايت
سلم قديم تعطى فيه درجة 32 ف لنقطة الجليد و 212 فلنقطة البخار .
و قلما يستعمل هذا السلم في الاغراض العلمية .
• طرق انتقالالحرارة
التوصيل او أو النقل الحراري
الطريقة التي تنتقل فيها الحرارة فيالأجسام الصلبة (و كذلك في السوائل ، و الغازات ، على نطاق أضيق). تنتقل الطاقةفي النواقل الجيدة بسرعة ، و يحدث ذلك أساساً بحركة الالكترونات الحرة . فضلاًايضاً عن اهتزاز الذرات .
الحمل
طريقة تنتقل بها الطاقة في السوائل والغازات . إذا سخن غاز أو سائل فإنه يتمدد فتقل كثافته و يرتفع ، و ينخفض الغاز أوالسائل الأبرد ليحتل مكانه . و هكذا ينشأ تيار الحمل .
الإشعاع
طريقةلانتقال الطاقة من مكان ساخن الى مكان بارد دون ان يكون للوسط أي دور. يمكن ان يحصلذلك داخل الخلاء ، على عكس النقل و الحمل . و يستخدم مصطلح (( الإشعاع)) كثيراًللإشارة إلى الطاقة الحرارية نفسها التي تسمى بخلاف ذلك الطاقة الحرارية المشعة. يأخذ الإشعاع شكل موجات كهرومغناطيسية ، و خصوصاً الإشعاع تحت الأحمر .
الخاتمة
س1ماذا يحدث عند سقوط اشعاع كهرومغناطيسي على سطح معدن؟
ج1 تحدث الظاهرة الكهروضوئية
س2 ماهي عناصر الكهروضوئية؟
ج2 الأشعةالكونية و أشعة جاما و أشعة اكس والترددات الراديوية
س3 ماهي استخدامات الكهروضوئية؟
ج3 يستخدم في اجهزة الانذار ، فاتحالأبواب الآلي ، دوائر اغلاق الستائر عند غياب الشمس او العكس ، ودوائر اخرى يتطلبعملها الاحساس بالضوء
س4 اذكري التعريفات المتعلقة بالحرارة؟
ج4 1- درجة الحرارة التي ينصهر عندهاالجليد النقي
2- درجة حرارة البخار فوق الماء المغلية تحت الضغطالجوي
3- نقطة ثابتة دنيا ونقطة ثابتة عليا
س5 اذكري طرق انتقال الحرارة؟
ج5 1- طريقة التوصيل او أو النقل الحراري