سؤال في نظرية الكهروضوئية والخلايا الشمسية

[.:مغترب:.]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته


بسم الله الرحمن الرحيم




أخواني الكرام،، أردت أن أسألكم في موضوع جال في بالي !!

بعد دراسة الكهروضوئية في المدرسة


الأستاذ علمنا أنّ الإلكترونات تتحر من على المهبط عند سقوط إشعاع ذو تردد يساوي أو أعلى من تردد العتبة، وحين سقوط هذا الإشعاع وتحرر الإلكترونات عندها تكتمل الدائرة الإلكترونية

مع ملاحظة أنّ الدائرة اللتي شرحها كان فيها بطارية وهي اللتي أطلقت الإلكترونات للمهبط

وقال بعدها هكذا تعمل الألواح الشمسية المستخدمه في إنتاج الطاقة الكهربائية


فسألت نفسي : " هيه! لحظة! "،، كيف هذه هي طريقة توليد الطاقة الشمسية بالضبط !! ليس من البديهي أنّ نحتاج كهرباء لكي ننتج كهرباء ،، فبدأت بالسؤال ماهي الآلية الحقيقية لعمل الألواح الشمسية !!


والسؤال هنا، كيف يتم توليد الكهرباء عن طريق تحرير الإلكترونات من المهبط دون الحاجة لبطارية تشحن المهبط بالإلكترونات ؟

هل الفوتونات تتحول لإلكترونات ؟ << ربما هو سؤال غريب ولكن بصراحة لا أعلم ماهو الموضوع ههه !



فهل من أحد يشرح بالصور لي هذه الآلية؟




وشكراً على إصغائكم أخواني


وبارك الله فيكم ،،

[م.وليد الفرا]

اخي انت فهمت غلط
وجود البطارية في موضوعك المدرسي ليس لان الخلية لا تولد تيار كهروضوئي الا بوجودها
البطارية موجودة لايضاح بعض النظريات،، تابع معي:
1- لو كانت الخلية الكهرو موجوده لوحدها دون بطارية ووصلت بين طرفيها جلفانومتر (أميتر حساس للتيارات الضعيفة)، ثم سلطت الضوء على الخلية ستشاهد قراءة على الجلفانو متر مما يدل انها انتجت تيار
2- عند ايصال طرفي بطارية بالخلية بحيث ان القطب الموجب للبطارية متصل بالمصعد والسالب بالمهبط ستلاحظ زيادة التيار الكهروضوئي لان هناك من يساعد على اجتذاب الالكترونات المتحررة من المهبط نحو المصعد
3- لو قلبنا البطارية بحيث ان طرفها السالب متصل بالمصعد وكان الجهد السالب للبطارية صغير نسبيا ستلاحظ ان التيار الكهروضوئي لازال يستطيع المرور (لان الطاقة الحركية للالكترونات تستطيع التغلب على قوى التانفر مع المصعد)،، بزيادة الجهد السالب للمصعد الى درجة معينة يصبح الجهد السالب قادر على منع جميع الالكترونات المنطلقة من المهبط ونصل الى ما يسمى جهد القطع او الايقاف

الشاهد من كل ماذكرت ان الخلية في الاصل تم اختراعها لتحويل الطاقة الضوئية الى كهربائيية بدون بطارية،، ووجود البطارية في تجربتك في الكتاب المدرسي الغرض منه ايضاح بعض المفاهيم مثل تيار التشبع وجهد القطع الخ

انا مستعجل شوي وبكتبلك بسرعه وبالليل ان شاء الله لو في شي مش فاهمو بفهمك اياه بهدوء
تحياتي

[.:مغترب:.]

هو كذلك إذاً


فهمت عليك أستاذ ،، إتضح لي الموضوع ،، لكن سؤال أخير لا أعلم لربما بسبب نقص علمي في هذا العلم

الآن عند تحرير الإلكترونات من المهبط بعدم وجود بطارية ،، لماذا سيظل المهبط يحرر الإلكترونات ؟

ألا يجب أن تكون طاقة تحرير الإلكترون الثاني وما بعده أكبر من الطاقة اللازمة لتحرير الإلكترون الأوّل، أي تردد عتبة أكبر في كل مره ؟

[م.وليد الفرا]

اترك تردد العتبة جانبا لان تردد العتبه هو الشرط الرئيسي للتحرير
ولو كان تردد الضوء الساقط اقل من تردد العتبة لن تبدأ الالكترونات اصلا بالتحرر

شوف يا اخي،،، الضوء كما تعرف عبارة عن فوتونات وكل فوتون له طاقة تعتمد على تردد الضوء، طاقة الفوتون = ثابت بلانك × التردد

الان الالكترونات الموجودة ضمن ذرات مادة المهبط تكون مرتبطة بنواة ذراتها. وانت تحتاج الى طاقة لتحريرها،، كذلك انت تحتاج الى اعطاءها طاقة حركة لتنطلق الى المصعد وتصل اليه،، من هنا فان طاقة الفوتون الساقط مثلا لو كانت 10 الكترون فولت فان جزء منها يستهلك في نزع الالكترون من ارتباطه مع الذرة ولنقل اننا صرفنا 3 الكترون فولت ويبقى لدينا 7 الكترون فولت نعطيها للالكترون المُحرر كطاقة حركة لينطلق بها نحو المصعد

الان تحرير الالكترونات في الصف الاول (على السطح) يحتاج طاقة اقل من تلك التي في العمق وهذا صحيح لكن ليس لذلك اي علاقة بتردد العتبه
لان تردد العتبة لو لم يكن مناسبا فان عملية تحرير الالكترونات لن تتم لماذا؟؟ لان طاقة الفوتونات الساقطة ضعيفة لا تقوى على نزع الالكترون من ذرته فمن اين ستعطيه طاقة ليتحرك نحو المصعد.

ضروري تفهم اذا ما فهمت اسئل تاني وتالت وكن لحوحا في طلب العلم
تحياتي

[.:مغترب:.]

شكراً أستاذ وليد على الشرح المبسط والوافي


لكنك ربما فهمت قصدي خطأً ،، لا أقصد إلكترونات الذرات اللتي أسفل الذرات الأولية على سطح المهبط

بل أقصد الذرات اللتي فقدت إلكترون بسبب تحرير أحد الفوتونات لها ،، لكي تفهم قصدي دعني أتسلسل في العملية :-


لدي ذرات بوتاسيوم وأسقطت عليها فوتونات ذات تردد مناسب وثابت
تم تحرير الإلكترونات من كل ذرات المادة اللتي سلطت عليها الفوتونات
الآن كيف يمكن للفوتونات ذات التردد الثابت أنّ تحرر إلكترونات المادة مرة أخرى ؟


**تعلمت سابقاً أنّ طاقة التأين تزداد مع إزدياد الإلكترونات المأخوذة من الذرة ،، خصوصاً إذا أصبحت الذرة ذات توزيع إلكتروني شبيه بغاز نبيل وهو المفترض اللذي سيحدث لذرات البوتاسيوم حيث ستصبح ذات توزيع إلكتروني شبيه بالأراجون ،، ومن ضوء ذلك فرضت أنّنا نحتاج لتردد أكبر لأن تردد العتبة من المفترض أن يزداد أم ماذا ؟

فهل الخلايا الشمسية يتم تغييرها بشكل دوري لهذا السبب ؟



تحيات طيبة مني لك أستاذي القدير

[م.وليد الفرا]

اسئلك تقلق مضجع الكثير من طلاب العلم
وانت تتميز بانك حريص على المعرفة

اولا انت لديك لبس في قضية تردد العتبه ولكنني سأترك ذلك لمشاركة اخرى وساركز على قضية الالكترونات

فهمت من كلامك الاخير في الجزء الاول كأنك تريد ان تقول: هيا الالكترونات بتخلصش،، انو ستأتي لحظة على مادة البوتاسيوم انها تكون فقدت كل الكتروناتها؟؟ اذا كان هذا قصدك فسأجيبك الان:

لنبتعد قليلا عن قضية الظاهرة الكهروضوئية ونأتي للموصلات،،،، النحاس على سبيل المثال مادة موصلة، لماذا؟ لان ذرات النحاس تتميز بوجود الكترونات في مدارها الاخير وهذه الالكترونات حرة الحركة، بمعنى ان اي فرق جهد مهما كان بسيطا بامكانه تحريكها،، واذا تحركت الالكترونات يصبح لدينا تيار كهربائي،، كل هذا الكلام انت تعرفه بالطبع،، ولكن السؤال الا تنتهي هذه الالكترونات،، الا يأتي يوم يصبح لدينا سلك نحاسي لا يحتوي على الكترونات حره وبالتالي اصبح غير موصل للكهرباء؟؟؟!!!!!!! هل يحتاج الناس الى استبدال اسلاك شبكة الكهرباء المنزليه كل 10 سنوات مثلا؟ بالطبع لا
سلك النحاس يبقى موصلا محتويا على الكترونات حرة مدى الحياة طالما بقي نحاسا (اي طالما لم تتغير خصائصة الكيميائية والفيزيائية)

اذن كيف يعوض سلك النحاس الكتروناته التي تذهب في التيار الكهربائي؟؟

تخيل معي خرطوم ماء طوله 3 متر مليء بكرات صغيرة من اوله الى آخره، بحيث لو احتجت ادخال كرة جديدة من احد طرفية يجب ان تخرج كرة مماثلة من الطرف الاخر
الان التيار الكهربائي لا يسير الا في دارات مغلقة
السلك النحاسي والكتروناته الحره يمثل ذلك الخرطوم الممتلئ بالكرات
لو كانت البطارية هي مصدر يعطيني تدفق من الكرات وكانت تلك البطارية متصله بذلك الخرطوم في دائرة مغلقة فان اي كرة لن تخرج من الخرطوم الا اذا دفعت البطارية كره مماثلة في بدايته
اذن الكترونات سلك النحاس لا تضيع،، هي ببساطة تدور

لو لدينا خلية كهروضوئية مهبطها من مادة السيزيوم او لنقل البوتاسيوم
في البداية وقبل ايصال اي جهاز مثل لمبة بالخلية، يعني دائرة الخلية مفتوحة بلا حمل) لو سقط ضوء على المهبط ستتراكم سحابة الكترونية بالقرب من المصعد، هذه السحابة لا تستطيع مغادرة الخلية لان الدائرة مفتوحة
لو وصلنا لمبة صغيرة بالخلية فان هذه السحابة ستمر عبر المصباح عائدة الى المهبط (البوتاسيوم)

تغيير الالواح ليس بسبب نقص الالكترونات،، بل السبب هو ضعف كفاءتها لاسباب جوية وحرارية، لان تعرض الالواح خاصة تلك المعرضة لضوء الشمس وحرارتها تجعل الخصائص المطلوبة للمهبط اقل جودة،، لكن تلك الالواح الصغيرة المستخدمة في الالات الحاسبة على سبيل المثال لا يتم تغييرها لو بعد 100 سنه لانها لا تفقد خصائصها

لا يمكن ان يتحول عنصر الى اخر الا بالانشطار النووي او الاندماج النووي
الالكترونات تدور ولا تذهب الى مكان آخر
تذكر قانو كيرشوف الاول: مجموع التيارات الداخلة = مجموع التيارات الخارجة

لازال النقاش بيننا مفتوحا وانا سهران لو حابب تستفسر اكتر خود راحتك

[.:مغترب:.]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة م.وليد الفرا

اسئلك تقلق مضجع الكثير من طلاب العلم
وانت تتميز بانك حريص على المعرفة

اولا انت لديك لبس في قضية تردد العتبه ولكنني سأترك ذلك لمشاركة اخرى وساركز على قضية الالكترونات

فهمت من كلامك الاخير في الجزء الاول كأنك تريد ان تقول: هيا الالكترونات بتخلصش،، انو ستأتي لحظة على مادة البوتاسيوم انها تكون فقدت كل الكتروناتها؟؟ اذا كان هذا قصدك فسأجيبك الان:

لنبتعد قليلا عن قضية الظاهرة الكهروضوئية ونأتي للموصلات،،،، النحاس على سبيل المثال مادة موصلة، لماذا؟ لان ذرات النحاس تتميز بوجود الكترونات في مدارها الاخير وهذه الالكترونات حرة الحركة، بمعنى ان اي فرق جهد مهما كان بسيطا بامكانه تحريكها،، واذا تحركت الالكترونات يصبح لدينا تيار كهربائي،، كل هذا الكلام انت تعرفه بالطبع،، ولكن السؤال الا تنتهي هذه الالكترونات،، الا يأتي يوم يصبح لدينا سلك نحاسي لا يحتوي على الكترونات حره وبالتالي اصبح غير موصل للكهرباء؟؟؟!!!!!!! هل يحتاج الناس الى استبدال اسلاك شبكة الكهرباء المنزليه كل 10 سنوات مثلا؟ بالطبع لا
سلك النحاس يبقى موصلا محتويا على الكترونات حرة مدى الحياة طالما بقي نحاسا (اي طالما لم تتغير خصائصة الكيميائية والفيزيائية)

اذن كيف يعوض سلك النحاس الكتروناته التي تذهب في التيار الكهربائي؟؟

تخيل معي خرطوم ماء طوله 3 متر مليء بكرات صغيرة من اوله الى آخره، بحيث لو احتجت ادخال كرة جديدة من احد طرفية يجب ان تخرج كرة مماثلة من الطرف الاخر
الان التيار الكهربائي لا يسير الا في دارات مغلقة
السلك النحاسي والكتروناته الحره يمثل ذلك الخرطوم الممتلئ بالكرات
لو كانت البطارية هي مصدر يعطيني تدفق من الكرات وكانت تلك البطارية متصله بذلك الخرطوم في دائرة مغلقة فان اي كرة لن تخرج من الخرطوم الا اذا دفعت البطارية كره مماثلة في بدايته
اذن الكترونات سلك النحاس لا تضيع،، هي ببساطة تدور

لو لدينا خلية كهروضوئية مهبطها من مادة السيزيوم او لنقل البوتاسيوم
في البداية وقبل ايصال اي جهاز مثل لمبة بالخلية، يعني دائرة الخلية مفتوحة بلا حمل) لو سقط ضوء على المهبط ستتراكم سحابة الكترونية بالقرب من المصعد، هذه السحابة لا تستطيع مغادرة الخلية لان الدائرة مفتوحة
لو وصلنا لمبة صغيرة بالخلية فان هذه السحابة ستمر عبر المصباح عائدة الى المهبط (البوتاسيوم)

تغيير الالواح ليس بسبب نقص الالكترونات،، بل السبب هو ضعف كفاءتها لاسباب جوية وحرارية، لان تعرض الالواح خاصة تلك المعرضة لضوء الشمس وحرارتها تجعل الخصائص المطلوبة للمهبط اقل جودة،، لكن تلك الالواح الصغيرة المستخدمة في الالات الحاسبة على سبيل المثال لا يتم تغييرها لو بعد 100 سنه لانها لا تفقد خصائصها

لا يمكن ان يتحول عنصر الى اخر الا بالانشطار النووي او الاندماج النووي
الالكترونات تدور ولا تذهب الى مكان آخر
تذكر قانو كيرشوف الاول: مجموع التيارات الداخلة = مجموع التيارات الخارجة

لازال النقاش بيننا مفتوحا وانا سهران لو حابب تستفسر اكتر خود راحتك

ههه أحب السؤال ما باليد حيلة أستاذ وليد.

ما شاء الله كفيت ووفيت


جزاك الله الجنة