هل تظهر الفلزات التأثير الكهروضوئي – كيف تعرض المعادن الكهربائية إمكاناتها القصوى

المعادن مثل النحاس, فضة, من المعروف أن الذهب والألومنيوم يحملان التأثير الكهروضوئي. التأثير الكهروضوئي هو ظاهرة تنبعث فيها الإلكترونات من موصل عندما يتعرض للضوء. هذا يمكن أن يسبب تيارًا كهربائيًا إذا تم بالطريقة الصحيحة.

الفلزات (المعادن مع أكثر من نوع واحد من إلكترون التكافؤ) يمكن استخدامها كأشباه موصلات للأجهزة الإلكترونية لأن هذه المعادن تطلق إلكترونات يمكن حصادها للكهرباء أو الإلكترونيات.

تم اكتشاف أشباه فلزات في 1869 بواسطة السير ويليام كروكس ثم درس بدقة من قبل جان بيرين وج. طومسون في 1912 و 1913 على التوالي.

التأثير الكهروضوئي هو انبعاث الإلكترونات من مادة نتيجة الإضاءة بالفوتونات. لوحظ هذا التأثير لأول مرة عندما اكتشف ألكسندر إدموند بيكريل معادن مختلفة, أشباه الموصلات, والموصلات تظهر التأثير.

يبدو أن المعادن تعرض ثلاثة أنواع مختلفة من التأثيرات الكهروضوئية: إيجابي, نفي, والاحتمال الصفري. يعتمد نوع الكائن الذي يعرضه على الطول الموجي للضوء الساقط. تعرض جزيئات معينة أيضًا تأثيرات كهروضوئية, ولكن تم فقدان مصداقيته في الغالب منذ اكتشاف المجهر الإلكتروني في 1931.

في 1891, نشر ماكسويل نظرية حول كيفية تفاعل الضوء مع المادة واقترح أن الموجات الكهرومغناطيسية يجب أن تحتوي على مجالات كهربائية ومغناطيسية لشرح ما يحدث عندما يمر الضوء عبر منشور وينكسر إلى ألوان مختلفة.

ما هو التأثير الكهروضوئي وما علاقته بالمعادن?

التأثير الكهروضوئي هو ظاهرة تحدث عندما يتم امتصاص الطاقة بواسطة مواد معينة وتنبعث الطاقة على شكل ضوء. يتعلق بالمعادن لأنه يمكن استخدامها مع الضوء لصنع الأجهزة الإلكترونية.

يحدث التأثير الكهروضوئي عندما يمتص المعدن الطاقة من موجات الضوء ثم ينبعث منها في أشكال أخرى من الطاقة, مثل الحرارة. هذه العملية هي التي تمكننا من استخدام المعادن السائلة أو أشباه الموصلات أو حتى المواد الكهروحرارية في الإلكترونيات.

تعتبر المعادن موصلات جيدة للكهرباء وقد ساعد التأثير الكهروضوئي الباحثين على فهم كيفية توصيل المعادن للكهرباء.

الإلكترونات التي تسبب التوصيل في المعادن, يُعرف أيضًا باسم تدفق الإلكترون, كلها من إنتاج الشمس.

التأثير الكهروضوئي هو ظاهرة فيزيائية تنبعث فيها الإلكترونات من مادة عندما تتعرض للإشعاع الكهرومغناطيسي مثل الضوء أو الأشعة السينية.

ما هي الاختلافات الرئيسية بين سلوك المعدن والموصل في الضوء?

نظرا لاختلافهم في السلوك واختلاف أشكال المعدن والموصل, هناك العديد من الاختلافات بين كيفية تفاعل هذين الكائنين مع الضوء.

يتكون الضوء من فوتونات وهي جسيمات تحمل زخمًا. عندما يضرب فوتون موصل أو معدن, تمتصه المواد ثم تنبعث كإلكترونات ضوئية.

هناك فرق بين الطريقة التي يتصرف بها هذان الجسمان عند اصطدامهما بالضوء لأن المعادن بها إلكترونات أكثر من تلك الموجودة في الموصلات. يؤدي هذا إلى إصدار المعادن للإلكترونات من جميع الاتجاهات الثلاثة بينما تصدر الموصلات الإلكترونات من اتجاه واحد فقط.

هناك الكثير من الاختلافات الرئيسية بين سلوك المعدن والموصل في الضوء. يتمثل أحد الاختلافات الرئيسية في كيفية استجابتها للمجال الكهربائي. يولد الموصل مجالًا كهربائيًا يمكن استخدامه لتوليد الكهرباء ولكن عندما يتعلق الأمر بالمعادن, لا يولدونه.

يتصرف المعدن والموصل بشكل مختلف في الضوء بسبب اختلاف التوصيل بينهما. يمتص المعدن الضوء بينما يعكسه الموصل.

الموصلات غير المعدنية مثل البوليمرات, سيراميك, أو المطاط يتصرف بشكل مختلف في الضوء بسبب تركيبته الجزيئية حيث يتم فصل الإلكترونات. في المعدن, تتفاعل ذرات المعدن لتشكل مدارات رابطة غير متمركزة مسؤولة عن سلوك المعدن في الضوء.

ما هو الفرق بين الموصل والمعدن?

الموصلات والمعدن نوعان مختلفان من المواد التي يستخدمها الناس لتوليد الكهرباء. الفرق بينهما في خصائصهم. الموصلات ناعمة ويمكن تشكيلها بسهولة, بينما المعادن صلبة, هش وأقل مرونة.

ومع ذلك, كلاهما موصل بطبيعته. لذلك إذا قمت بإلقاء موصل على لوحة معدنية, سيبدأ توصيل الكهرباء! يمكن أيضًا استخدام الموصل لتوليد الكهرباء, لكن اللوح المعدني مطلوب لهذا الغرض أيضًا.

تتناول هذه المقالة كيفية عمل الموصلات والمعادن معًا لإنشاء دائرة كهربائية بالإضافة إلى الاختلاف بينهما من حيث الخصائص.

الموصلات عبارة عن مواد تنقل الكهرباء من مصدر الطاقة إلى الحمولة. يمكن صنع الموصل من النحاس, الألومنيوم, أو معادن أخرى. تكون هذه الموصلات إما في سلك معزول أو في سائل موصل.

المعدن هو المصطلح العام لسبائك أي عنصر فلزي تقريبًا مع عنصر غير معدني مثل الكربون, السيليكون, أو الأكسجين. هناك أنواع عديدة من المعادن بما في ذلك النحاس, الألمنيوم والحديد اللذان يستخدمان في عمليات تصنيع الصلب.

ستشرح هذه المقدمة عن الموصلات مقابل المعدن اختلافاتهم بشكل أفضل حتى يكون لديك فهم أفضل لما هي عليه وكيف تعمل.

لماذا تعرض مواد الموصل سلوك المقاومة الكهربائية في درجات حرارة عالية وأحجام منخفضة?

هذا سؤال مهم لنا جميعاً ، فمعرفة الإجابة تساعد في تفسير ظاهرة المقاومة.

من أكثر المشكلات شيوعًا التي تواجهها المعادن أنها ليست موصلاً مثاليًا. عندما يتعرضون لدرجات حرارة عالية, يطورون مقاومة عالية. يحدث هذا عندما يتم إعادة ترتيب ذراتهم وتصبح الإلكترونات حرة في توصيل الكهرباء.

الموصلات هي تلك السبائك المعدنية أو المعدنية التي تسمح بتدفق الكهرباء, بينما المقاومات هي مواد تعمل كحاجز للكهرباء.

الكهرباء هي شكل من أشكال الطاقة التي تتكون من جزيئات مشحونة – الإلكترونات والبروتونات. تحدد كمية الشحنة التي تحملها هذه الجسيمات الموصلية الكهربائية, الذي يتناسب عكسيا مع المقاومة.

عند المرور عبر موصل معدني, شيئين يحدثان: ناقلات الشحنة الكهربائية تعبر المواد, ويتم التوصيل بسرعات عالية بسبب المجال الكهربائي الكبير داخل الموصل. بسرعات أعلى من حوالي 600 الآنسة, تبدأ الإلكترونات في فقدان طاقتها الحركية وتتوقف عن الحركة تمامًا; تُعرف هذه الظاهرة بانتشار الإلكترون. هذا يترك وراءه الإلكترونات الحرة في “بحر الإلكترون” داخل الموصل.

عادة ما تتصرف الموصلات كمعادن في درجة حرارة الغرفة. ومع ذلك, عند استخدام الموصلات في بيئات ذات درجة حرارة عالية أو منخفضة الحجم, تزداد مقاومتها وتزداد المقاومة بين أجزاء مختلفة من الموصل بسبب زيادة عدد الأيونات.

تُعرف هذه الظاهرة بالمقاومة ويتم قياسها عادةً بواسطة جهاز يُعرف باسم مسبار من أربع نقاط. يمكن لهذا الجهاز قياس المقاومة فيما يتعلق بنقطة واحدة على الموصل, والتي تُعطى بعد ذلك كقيمة مقاومة.

ما هو دور الجسيمات النانوية في الخلايا الشمسية?

الجسيمات النانوية هي اللبنات الأساسية للخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة. في هذه العملية, تملأ الجسيمات النانوية الفراغات في الأغشية الرقيقة المشبعة جزيئيًا, مما يساعد على زيادة كفاءة الخلايا الشمسية.

تتمثل الوظيفة الأساسية للجسيمات النانوية في هذه العملية في ربط أنواع مختلفة من المواد. إنها قادرة على توصيل الإلكترونات بين الجزيئات وتعمل كواجهة لكلتا المادتين. يمكن للجسيمات النانوية أن تقلل من العيوب وتساعد على تكوين فيلم موحد أعلى الركيزة / الخلية.

تتميز الأغشية الرقيقة للجسيمات النانوية بأنها مرنة أيضًا ويمكن استخدامها في تطبيقات أخرى مثل الطلاء أو الإلكترونيات.

الخلايا الشمسية هي في الأساس أداة لتحويل الضوء إلى كهرباء. تستخدم هذه الأجهزة مادة شبه موصلة, عادة السيليكون, لامتصاص أشعة الشمس وإطلاق الإلكترونات.

يتمثل دور الجسيمات النانوية في الخلايا الشمسية في زيادة فعالية عملية الخلايا الشمسية. إنها توفر مسارات لتدفق الإلكترونات من خلالها حتى تتمكن من الوصول إلى وجهاتها بشكل أسهل وأسرع.

تُستخدم الجسيمات النانوية أيضًا كطريقة لتحسين كفاءة عملية الخلايا الشمسية لأنها يمكن أن تساعد في احتجاز أطوال موجية مختلفة من ضوء الشمس وتقليل بعض المواد التي يمكن لولا ذلك أن تُهدر كطاقة حرارية.