يمكن دراسة ظاهرة التأثير الكهروضوئي باستخدام

ويمكن دراسة ظاهرة التأثير الكهروضوئي باستخدام:

1. جهاز ملليكان لقياس شحنة الإلكترون

وضع العالم ملليكان هذا الجهاز لدراسة التأثير الكهروضوئي، ويعتمد هذا الجهاز على مبدأ تعادل الوزن الكهربائي للقطرة الزيتية، حيث يتم شحن قطرة زيتية بشحنة موجبة أو سالبة من خلال الأشعة السينية، ثم يتم تعريض القطرة الزيتية لحقل كهربائي بين لوحين أفقيين.

فإذا كانت قوة المجال الكهربائي أكبر من قوة الجاذبية الأرضية فإن القطرة الزيتية ستتحرك لأعلى، وإذا كانت قوة المجال الكهربائي أقل من قوة الجاذبية الأرضية فإن القطرة الزيتية ستتحرك لأسفل، أما إذا كانت قوة المجال الكهربائي مساوية لقوة الجاذبية الأرضية فإن القطرة الزيتية ستظل معلقة.

{

|}

ومن خلال قياس السرعة النهائية للقطرة الزيتية وقوة المجال الكهربائي وحساب قوة الجاذبية الأرضية يمكن تحديد شحنة القطرة الزيتية وبالتالي شحنة الإلكترون.

2. جهاز فرانك هرتز

استخدم هذا الجهاز لدراسة التأثير الكهروضوئي، ويعتمد هذا الجهاز على مبدأ الاصطدامات غير المرنة بين الإلكترونات وذرات الغاز.

حيث يتم تسريع الإلكترونات من خلال تسليط جهد كهربائي بين مصعدين، ثم تمر الإلكترونات من خلال أنبوب مملوء بغاز، وتصطدم الإلكترونات بذرات الغاز، مما يؤدي إلى إثارة ذرات الغاز أو تأينها.

ويمكن قياس طاقة الإلكترونات التي فقدتها في الاصطدامات من خلال تحليل طيف الضوء المنبعث من ذرات الغاز، وبالتالي يمكن تحديد طاقة فوتونات التأثير الكهروضوئي.

{|}

3. جهاز كومبتون

استخدم هذا الجهاز لدراسة التأثير الكهروضوئي، ويعتمد هذا الجهاز على مبدأ تشتت الأشعة السينية عن طريق الإلكترونات.

{|}

حيث يتم تسليط شعاع من الأشعة السينية على عينة من مادة ما، وتتشتت الأشعة السينية عن طريق الإلكترونات الحرة في المادة، وتتغير طاقة الأشعة السينية المشتتة بسبب الاصطدامات مع الإلكترونات.

ومن خلال قياس فرق الطاقة بين الأشعة السينية الساقطة والأشعة السينية المشتتة يمكن تحديد طاقة فوتونات التأثير الكهروضوئي.

{|}

4. الخلايا الشمسية

والتي تستخدم التأثير الكهروضوئي لتحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية، وتتكون الخلايا الشمسية من أشباه موصلات مثل السيليكون.

عندما يسقط ضوء الشمس على الخلية الشمسية تمتص أشباه الموصلات الفوتونات، مما يؤدي إلى إثارة الإلكترونات في أشباه الموصلات، وتنتقل الإلكترونات المثارة إلى موصل خارجي، مما يؤدي إلى تدفق التيار الكهربائي.

وتعتمد كفاءة الخلايا الشمسية على عدة عوامل، مثل نوع أشباه الموصلات المستخدم والمساحة السطحية للخلية الشمسية وشدة ضوء الشمس.

5. أجهزة الاستشعار الضوئية

{|}

والتي تستخدم التأثير الكهروضوئي للكشف عن الضوء، وتتكون أجهزة الاستشعار الضوئية من أشباه موصلات مثل السيلينيوم أو الكادميوم سيلينيد.

عندما يسقط الضوء على أجهزة الاستشعار الضوئية تمتص أشباه الموصلات الفوتونات، مما يؤدي إلى إثارة الإلكترونات في أشباه الموصلات وتغير المقاومة الكهربائية لأشباه الموصلات.

ويمكن قياس تغير المقاومة الكهربائية باستخدام دائرة كهربائية، وبالتالي يمكن الكشف عن الضوء.

6. أجهزة الليزر

والتي تعتمد على التأثير الكهروضوئي لإنتاج شعاع من الضوء المترابط، وتتكون أجهزة الليزر من وسط ليزري، مثل كريستال أو غاز، ومصدر طاقة، ومرايا.

عندما يزود مصدر الطاقة الوسط الليزري بالطاقة يتم إثارة الإلكترونات في الوسط الليزري، وتنتقل الإلكترونات المثارة إلى حالة طاقة أعلى، ثم تعود الإلكترونات المثارة إلى حالة طاقة أقل، مما يؤدي إلى إصدار فوتونات.

وتتفاعل الفوتونات المنبعثة مع المرايا، وتتضخم الفوتونات وتصبح مترابطة، مما ينتج عنه شعاع من الضوء المترابط.

7. تطبيقات التأثير الكهروضوئي

للتأثير الكهروضوئي العديد من التطبيقات، منها:

• الخلايا الشمسية
• أجهزة الاستشعار الضوئية
• أجهزة الليزر
• أجهزة الكشف عن الأشعة فوق البنفسجية
• الأجهزة الطبية

ويعتبر التأثير الكهروضوئي من أهم الظواهر الفيزيائية التي ساهمت في تطوير العديد من التقنيات الحديثة.