البحث عن الطاقة الضوئية والكمية، وهو موضوع مهم يبحث عنه الكثير من الطلاب في مختلف المراحل التعليمية، حيث ظهرت العديد من النظريات المتعلقة بهذا الموضوع نتيجة الدراسات المتعددة التي أجراها أينشتاين، خاصة بعد نشر نظريته النسبية التي تصف حركة الأجسام بسرعات عالية.
البحث في الضوء والطاقة الكمومية
وفيما يلي بحث مفصل عن الطاقة الضوئية والكمية:
مقدمة البحث: علاقة الضوء بالطاقة الكمية علاقة وثيقة جداً، حيث ارتبط مفهوم الضوء بالطاقة بأبسط مثال من حولنا وهو أن أكبر مصدر للضوء هو طاقة الشمس، فيمكن ربط الضوء مع الطاقة الكمومية والتي سنعرضها في البحث بعد التعرف على مفهوم كل من الطاقة الضوئية والكمية.
يبحث: يمكن تعريف الضوء بأنه نوع من أنواع الطاقة، ويسمى الضوء بالإشعاع الكهرومغناطيسي، وأهم مصدر للضوء هو الشمس، والضوء هو أسرع مادة في الكون، حيث تبلغ سرعته 186 ألف ميل في الثانية.
الطاقة الكمومية: ويعود سبب تسميتها إلى أهمية الكم في بنائها، وهو مصطلح يستخدم لوصف أقل طاقة يمكن تبادلها بين الجزيئات.
حيث تنص نظرية الكم على أن كلا من الضوء والمادة يتكونان من جسيمات صغيرة جدًا لها خصائص موجية مرتبطة بهما، حيث يتكون الضوء من جسيمات تسمى الفوتونات، والمادة تتكون من جسيمات تسمى الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات، وعندما تصبح كتلة الجسيم صغيرة بما يكفي لتظهر خصائصها الموجية، وبهذا المعنى، يُنظر إلى الضوء على أنه جسيم وكموجة.
وهنا يظهر كيف يتصرف الضوء كموجة، حيث تختلف السلوكيات الموجية للضوء بالحيود والتداخل، وكان جيمس كليرك ماكسويل هو الذي أظهر في القرن التاسع عشر أن الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية تنتقل عبر الفضاء بسرعة الضوء ، ويرتبط تردد الضوء بطول موجته حسب المعادلة التالية:
التردد = سرعة الضوء % الطول الموجي للضوء
سرعة الضوء هي 3*10^8 م/ث
وتتنوع الأطوال الموجية بين المرئي وغير المرئي، وتسمى الموجات المرئية بالطيف الكهرومغناطيسي، الذي تتراوح أطواله الموجية بين 400 إلى 750 نانومتر، وتختلف طاقة الموجة حسب سعة الموجة أو شدتها.
أما بالنسبة لكيفية تصرف الضوء كجسيم يسمى الفوتون، فإنوهو ما ينطبق على كمية طاقة الضوء، فمتى الضوء أكثر سطوعا، تنبعث منه إلكترونات كثيرة ولكنها جميعا لها نفس الطاقة الحركية، وكان يعتقد أن الطاقة الحركية للإلكترون المنبعث لا بد أن تعتمد على شيء ما، لذلك غيروا تردد الضوء وهذا ما تغير الطاقة الحركية للإلكترون المنبعث، وبالتالي فإن الطاقة الحركية تعتمد على تردد الضوء. ومع ذلك، هناك تردد حرج لأي مادة لا يسمح بانبعاث الإلكترونات إليها. ويشير هذا إلى أن الطاقة الحركية تساوي تردد الضوء مضروبًا في ثابت. ويسمى هذا الثابت ثابت بلانك ويرمز له بالرمز h.
هذه النتيجة لا تتفق مع الصورة التي تقول بأن الضوء يتصرف كموجة، بل التفسير المتوافق مع هذه الصورة هو أن الضوء يأتي في حزم منفصلة، تسمى الفوتونات، ويجب أن يمتلك كل فوتون طاقة كافية لإخراج إلكترون واحد، و طاقة الفوتون الواحد هي:
طاقة الفوتون = التردد * ح
استنتاج البحث: وتتمثل الخواص الموجية والجسيمية للضوء بأنواع التحولات المختلفة للإلكترونات التي تنبعث أو تمتص الضوء المرئي، عندما تتخيل أن هناك إلكترونًا يقفز بين مستويات الطاقة الذرية الكمومية، ويتم حساب طاقته بناءً على القانون الذي كان مذكور
تقرير عن الطاقة الضوئية والكمية
ترتبط ميكانيكا الكم بسلوك المادة والضوء، حيث تصف خصائص الجسيمات والذرات ومحتوياتها من البروتونات والإلكترونات والنيوترونات والجسيمات الأخرى. وتشمل هذه الخصائص تفاعلات الجزيئات مع بعضها البعض ومع الضوء والإشعاع الكهرومغناطيسي الناتج. الإشعاع والمادة لهما خصائص موجية وجسيمية. تتكون من جسيمات تنطلق في الفراغ ويطلقون عليها الفوتونات وهي نوع من الطاقة الإشعاعية تنشأ نتيجة قفز أحد الإلكترونات الموجودة في الذرة من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى طاقة أقل، وبعد ذلك يصدر الإلكترون طاقة إشعاعية لها موجة محددة وتكون هذه الموجة على شكل فوتونات ويحدث ذلك بعد إثارة الفوتون بتعريضه لنوع من الطاقة مثلا الطاقة الحرارية بحيث تكون الطاقة الضوئية والكمية مصاحبتين العمليات التي لا تتم إحداها دون الأخرى.
خصائص الضوء
تختلف خصائص الضوء، ونذكر ما يلي:
- انعكاس: يغير الميث اتجاه أشعة الضوء عند سقوطها على سطح ما، وينص قانون الانعكاس على أن زاوية الشعاع المنعكس تساوي زاوية الشعاع الساقط عند انعكاسه على سطح أملس.
- الانكساريحدث انكسار الضوء عندما يمر الضوء بين وسطين مختلفين مثل الهواء والماء، ومن ثم تتناقص سرعة الضوء، فينحنى الشعاع الساقط عن السطح، وتعتمد زاوية الانكسار على نوع المادة المتوسطة.
- الاستقطابإنه اهتزاز موجات الضوء في مستوى واحد.
- استيعابعندما يدخل الضوء إلى مادة شفافة، يتحرر بعض الطاقة على شكل طاقة حرارية، ويفقد الضوء بعضًا من كثافته.
- تشتتعندما يسقط الضوء على سطح خشن، يتبدد الضوء وينعكس في كل الاتجاهات.
وفي الختام قدم هذا المقال بحثاً عن الطاقة الضوئية والكمية، وتقريراً عن الطاقة الضوئية والكمية وعلاقتهما الوثيقة ببعضهما البعض، بالإضافة إلى خصائص الضوء.