الظاهرة الكهروضوئية

المقدمة:

الظاهرة الكهروضوئية هي احدى الظواهر العديدة التي يمكن منها انبعاث الكترونات من سطح مادة ، فمن هذه الظواهر الإنبعاث الحراري ن والانبعاث الثانوي ، والانبعاث الكهربائي ، والانبعاث الكهروضوئي. وسوف نتناول في هذا التقرير بشكل تفصيلي عن الظاهرة
الكهروضوئية.

العرض:

الظاهرة الكهروضوئية : تحدث عند سقوط اشعاع كهرومغناطيسي على سطح معدن ، فينتج عنه تحرير الكترونات من سطح المعدن ، ولتفسير ما يحدث هو ان جزء من طاقة الشعاع الكهرومغناطيسي يمتصها الإلكترون المرتبط بالمعدن يتحرر 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 الأثر الكهروضوئية الى القرن الماضي الميلادي عندما قام العالم بكيرل في عام 1839 بدراسة تأثير الضوء على بعض المعادن والمحاليل وخصائص التيار الكهربائي الناتج عنها.
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 1883 حيث توقع لها ان تساهم في انتاج الكهرباء مستقبلاً.
ومن جهة أخرى فقد ساعد تطوير نظريات ميكانيكا الكم على تفسير الكثير من الظواهر الفيزيائية ، وخاصة المرتبطة بالكهرباء الضوئية في فترة الثلاثينات و الأربعينات من القرن الحالي.
أما الفترة الهامة للخلايا الكهروضوئية فقد حدثت في عقدي السبعينات وخاصة بعد تطور علوم التركيب المجهرية الدقيقة لأشباه الموصلات ، وقد اعتبرت الخلايا الكهروضوئية حينئذ بأنها احدى الطرق العلمية الطموحة لتوليد الكهرباء في المصادر المتجددة الطاقة.
وقد ساعد ازدياد الطلب على استخدام مجمعات الخلايا الكهروضوئية الى انخفاض تكلفة انتاجها نسبياً ، مما يساعد على التوسع في انتاج هذا النوع من الطاقة والذي يؤدي بدوره الى خفض التلوث البيئي ، وقد بدأت نظم الخلايا الكهروضوئية تنتشر تدريجياً في تطبيقات الانارة والاتصالات وضخ المياه وغيرها.

العناصر الكهروضوئية:

قبل ان نتعرف على العناصر الكهروضوئية لابد لنا ان نعرف ماهو الضوء ؟ فمن حيث المبدأ يعتبر الضوء شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي يرى بالعين المجردة وهو لا يختلف عن بقية أصناف الإشعاعات الكهرومغناطيسية مثل الأشعة الكونية و أشعة جاما و أشعة اكس والترددات الراديوية إلا من حيث قيمة التردد ويمتد التردد الضوئي من 300GHz الى 300 مليون GHz (غيغا هيرتز) يبدا من الأشعة تحت الحمراء 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 .
و للضوء خاصية مزدوجة فهو ينتشر في الفضاء كالأمواج الراديوية و يسلك كما لو كان مكوناً من العديد من الحسيمات الدقيقة.

المقاومة الكهروضوئية:
تعتبر واحدة من اقدم العناصر الكهروضوئية ، وهذه المقاومة تتناقص قيمتها بازدياد شدة الضوء الساقط عليها ، وتصنع المقاومة الكهروضوئية من مواد حساسة للضوء مثل سلفيد الكاديوم (Cds) أو سليتد الكاديوم (Cdse) ، بالرغم من ان مواد أخرى مثل سلفيد الرصاص قد استخدمت. كما يمكن لهذه المواد ان تطعم بمواد اخرى كالنحاس أو الكلور وذلك لتحسين عمل المقاومة الكهروضوئية ، وذلك لضبط الطريقة الصحيحة التي تتغير بها قيمة المقاومة وفقاً لشدة الضوء.
ان معظم المقاومات الكهروضوئية تستطيع ان تتحمل فولت يتراوح بينV 100 وV 200 و 300 فولت ، ولكن استهلاك الواط (W) القدرة العظمى لهذه العناصر يترواح بين 30 ملي واط و 300 ملي واط.

تطبيقات المقاومة الكهروضوئية:
تطبق في مجال الالكترونيات فعلى سبيل المثال تستعمل غالبا في أجهزة الإنذار وفاتح الأبواب الآلية حيث يتطلب الأمر الاحساس بوجود ضوء أو غيابه. ومع تطور العلوم الالكترونية تم تصنيع عنصر كهروضوئي من مادة السيليكون تشبه من حيث التركيب الترانزيستور.

استخداماته:
يستخدم في اجهزة الانذار ، فاتح الأبواب الآلي ، دوائر اغلاق الستائر عند غياب الشمس او العكس ، ودوائر اخرى يتطلب عملها الاحساس بالضوء. كما أنه يستخدم في اجهزة التلفزيون كوحدة استقبال لجهاز التحكم. ويمتاز الترانزيستور بامكانية عمله مع الضوء الغير مرئي مثل الأشعة تحت الحمراء ، حيث يمكن استخدامه ي أجهزة انذار ضد اللصوص.

الخاتمة:
من خلال العرض لموضوع الظاهرة الضوئية يتبين لنا بانها تحدث عند سقوط اشعاع كهرومغناطيسي على سطح معدن ، وتكمن أهمية اكتشاف وتطوير الخلايا الكهروضوئية قد ساعد في توليد الطاقة الكهربائية من اشعة الشمس ، والتي تعتبر من الطاقات النظيفة التي لا تسبب تلوث بيئي ، كما تم الاستفادة من هذه الطاقة في مجالات تكنولوجية دقيقة و عديدة ، وفي اغراض متعددة. وآمل أن يكون بحثي قد ألم بما هو مفيد . والسلام عليكم ورحمة الله وبركاته
القوة

المقدمة:
ان حركة الاجسام تعتمد على القوى الخارجية معينة تؤثر فيها، فحركة الطائرات والمركبات الفضائية سببها قوى خارجية فيها، وكذلك حركة الاشجار التي تسببها الرياح فيها. فمن المؤكد ان قوة الجاذبية الارضية واهميتها في حياتنا فمن القوة نتمكن الوقوف بثبات على سطح الارض.

العرض:
القوة هي المؤثر الذي يغير أو يحاول ان يغير من ابعاد الجسم او شكله او حالته الحركية تعتبر القوة احدى الكميات المتجهة وهي تقاس بوحدة نيوتن. يمكن للقوة اداء ثلاثة اعمال وهي: تغيير حجم او شكل الاشياءمثل ضغط ققطعة اسفنج، تغيير سرعة الاجسام المتحركة او جعلها تتحرك، تغيير اتجاه حركة الاجسام. وهناك عدة انواع من القوى وهي القوى ميكانيكية وقوى كهربائية وقوى مغناطيسية وقوى نووية.

الخاتمة:
فمن المؤكد ان قوة الجاذبية الارضية واهميتها في حياتنا فمن القوة نتمكن الوقوف بثبات على سطح الارض وهي تجذب الاجسام والغلاف الجوي وتحافظ على وجود نسبة الغازات في الجو لانه بدون القوة تتشت الغازات وغيرها من الفوائد.
الكميات الفيزيائية العددية والمتجهة

--------------------------------------------------------------------------------

المقدمة:
التعامل بالكميات الفيزيائية في كل امر من امور حياتنا يوحي المرء باننا نعيش في عالم كل ما به فيزياء.فبمجرد ان يولد الطفل فان اول ما يفعله الطبيب هو تعين الوزن والطول واول ما يذهب الشخص وهو مريض يفحص الطبيب درجه حرارته والضغط وغيره من الاشياء.

العرض:
قسم الكميات الفيزيائية الى نوعين :
1- الكميات العددية
وهذه الكميات يلزم لتعريفها مقدار عددي ( عدد حقيقي ، رقم ) ووحدة فيزيائية . ومن هذه الكميات :
الحجم , الكتلة , الزمن , الشغل والطاقة .
فمثلاً نقول : حجم المخبار = 200 سم3 , كتلة الكرة = 80 غم .

2-الكميات المتجهة
وهي الكميات التى يلزم لتعريفها مقدار عددي (عدد حقيقي موجب) ووحدة فيزيائية واتجاه . ولا يتم تعريفها الا اذا اكتملت هذه العناصر .
ومن الامثلة على الكميات المتجهة : السرعة , القوة , التسارع و الازاحة .
فمثلاً ، إذا قلنا تحركت سيارة بسرعة 60 كم/ ساعة فقط , فهذا لايتم المعنى , لأن تحركها قد يكون شمالاً أو جنوباً أو في أي اتجاه، وفي كل حالة تكون النتيجة مختلفه.
كل كمية فيزيائية متجهة يمكن تمثيلها بمتجه "vector" معين ، والمتجه هو:
" تمثيل رياضي يُعبر عن الكمية الفيزيائية المتجهة مقداراً واتجاهاً وهو عبارة عن خط مستقيم في نهايته سهم ، وطول الخط المستقيم يتناسب مع مقدار الكمية الفيزيائية ، في حين أن اتجاه السهم يدل على اتجاه الكمية الفيزيائية المتجهة".

الخاتمة:
وفي الختام ان هناك نوعين من الكميات الفيزيائية والعددية والمتجهة وفالكتلة والزمن والشغل لها مقدار ععدي فيها الكميات الفيزيائية عددية والسرعة والقوة والازاحة هي كميات متجهة فهي من الكميات المتجهة.
الطاقة الشمسية واستخدماتها

خلق الله الشمس والقمر كآيات دالة على كمال قدرته وعظم سلطانه وجعل شعاع الشمس مصدراً للضياء على الأرض وجعل الشعاع المعكوس من سطح القمر نوراً . قال الله تعالى في كتابه العزيز ( هو الذي جعل الشمس ضياء والقمر نوراً وقدره منازل لتعلموا عدد السنين والحساب ما خلق الله ذلك إلا بالحق يفصل الآيات لقوم يعلمون ) سورة يونس الآية(5) فالشمس تجري في الفضاء الخارجي بحساب دقيق حيث يقول الله سبحانه وتعالى في سورة الرحمن ( الشمس والقمر بحسبان ) الآية(5) . أي أن مدار الأرض حول الشمس محدد وبشكل دقيق ، وآي اختلاف في مسار الأرض سيؤدي إلى تغيرات مفاجئة في درجة حرارتها وبنيتها وغلافها الجوي ، وقد تحدث كوارث إلى حد لآيكن عندها بقاء الحياة فقدرة الله تعالى وحدها جعلت الشمس الحارقة رحمة ودفئاً ومصدراً للطاقة حيث تبلغ درجة حرارة مركزها حوالي (8ْ-40ْ) x 10 درجة مطلقة ( كفن ) ثم تتدرج درجة حرارتها في الانخفاض حتى تصل عند السطح إلى 5762ْ مطلقة ( كفن ) .

استخدام الطاقة الشمسية

استفاد الإنسان منذ القدم من طاقة الإشعاع الشمسي مباشرة في تطبيقات عديدة كتجفيف المحاصيل الزراعية وتدفئة المنازل كما استخدمها في مجالات أخرى وردت في كتب العلوم التاريخية فقد أحرق أرخميدس الأسطول الحربي الرماني في حرب عام 212 ق م عن طريق تركيز الإشعاع الشمسي على سفن الأعداء بواسطة المئات من الدروع المعدنية . وفي العصر البابلي كانت نساء الكهنة يستعملن آية ذهبية مصقولة كا لماريا لتركيز الإشعاع الشمسي للحصول على النار . كما قام علماء أمثال تشرنهوس وسويز ولافوازييه وموتشوت وأريكسون وهاردنج وغيرهم باستخدام الطاقة الشمسية في صهر المواد وطهي الطعام وتوليد بخار الماء وتقطير الماء وتسخين الهواء . كما أنشئت في مطلع القرن الميلادي الحالي أول محطة عالمية للري بوساطة الطاقة الشمسية كانت تعمل لمدة خمس ساعات في اليوم وذلك في المعادي قرب القاهرة . لقد حاول الإنسان منذ فترة بعيدة الاستفادة من الطاقة الشمسية واستغلالها ولكن بقدر قليل ومحدود ومع التطور الكبير في التقنية والتقدم العلمي الذي وصل إليه الإنسان فتحت آفاقا علمية جديدة في ميدان استغلال الطاقة الشمسية .

بالإضافة لما ذكر تمتاز الطاقة الشمسية بالمقارنة مع مصادر الطاقة الأخرى بما يلي :-

إن التقنية المستعملة فيها تبقى بسيطة نسبياً وغير معقدة بالمقارنة مع التقنية المستخدمة في مصادر الطاقة الأخرى .
توفير عامل الأمان البيئي حيث أن الطاقة الشمسية هي طاقة نظيفة لا تلوث الجو وتترك فضلات مما يكسبها وضعاً خاصا في هذا المجال وخاصة في القرن القادم.
تحويل الطاقة الشمسية

يمكن تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية وطاقة حرارية من خلال آليتي التحويل الكهروضوئية والتحويل الحراري للطاقة الشمسية ، ويقصد بالتحويل الكهروضوئية تحويل الإشعاع الشمسي أو الضوئي مباشرة إلى طاقة كهربائية بوساطة الخلايا الشمسية ( الكهروضوئية ) ، وكما هو معلوم هناك بعض المواد التي تقوم بعملية التحويل الكهروضوئية تدعى اشتباه الموصلات كالسيليكون والجرمانيوم وغيرها . وقد تم اكتشاف هذه الظاهرة من قبل بعض علماء الفيزياء في أواخر القرن التاسع عشر الميلادي حيث وجدوا أن الضوء يستطيع تحرير الإلكترونات من بعض المعادن كما عرفوا أن الضوء الأزرق له قدرة أكبر من الضوء الأصفر على تحرير الإلكترونات وهكذا . وقد نال العالم اينشتاين جائزة نوبل في عام 1921م لاستطاعته تفسير هذه الظاهرة .

وقد تم تصنيع نماذج كثيرة من الخلايا الشمسية تستطيع إنتاج الكهرباء بصورة علمية وتتميز الخلايا الشمسية بأنها لا تشمل أجزاء أو قطع متحركة ، وهي لا تستهلك وقوداً ولا تلوث الجو وحياتها طويلة ولا تتطلب إلا القليل من الصيانة . ويتحقق أفضل استخدام لهذه التقنية تحت تطبيقات وحدة الإشعاع الشمسي ( وحدة شمسية ) أي بدون مركزات أو عدسات ضوئية ولذا يمكن تثبيتها على أسطح المباني ليستفاد منه في إنتاج الكهرباء وتقدر عادة كفاءتها بحوالي 20% أما الباقي فيمكن الاستفادة منه في توفير الحرارة للتدفئة وتسخين المياه . كما تستخدم الخلايا الشمسية في تشغيل نظام الاتصالات المختلفة وفي إنارة الطرق والمنشآت وفي ضخ المياه وغيرها .

أما التحويل الحراري للطاقة الشمسية فيعتمد على تحويل الإشعاع الشمسي إلى طاقة حرارية عن طريق المجمعات ( الأطباق ) الشمسية والمواد الحرارية .فإذا تعرض جسم داكن للون ومعزول إلى الإشعاع الشمسي فإنه يمتص لإشعاع وترتفع درجة حرارته . يستفاد من هذه الحرارة في التدفئة والتبريد وتسخين المياه وتوليد الكهرباء وغيرها . وتعد تطبيقات السخانات الشمسية هي الأكثر انتشاراً في مجال التحويل الحراري للطاقة الشمسية . يلي ذلك من حيث الأهمية المجففات الشمسية التي يكثر استخدامها في تجفيف بعض المحاصيل الزراعية مثل التمور وغيرها كذلك يمكن الاستفادة من الطاقة الحرارية في طبخ الطعام ، حيث أن هناك أبحاث تجري في هذا المجال لإنتاج معدات للطهي تعمل داخل المنزل بدلا من تكبد مشقة الجلوس تحت أشعة الشمس أثناء الطهي .

ورغم أن الطاقة الشمسية قد أخذت تتبوأ مكان هامة ضمن البدائل المتعلقة بالطاقة المتجددة ، إلا أن مدى الاستفادة منها يرتبط بوجود أشعة الشمس طيلة وقت الاستخدام أسوة بالطاقة التقليدية. وعليه يبدو أن المطلوب من تقنيات بعد تقنية وتطوير التحويل الكهربائي والحراري للطاقة الشمسية هو تقنية تخزين تلك الطاقة للاستفادة منها أثناء فترة احتجاب الإشعاع الشمسي . وهناك عدة طرق تقنية لتخزين الطاقة الشمسية تشمل التخزين الحراري الكهربائي والميكانيكي والكيميائي والمغناطيسي . وتعد بحوث تخزين الطاقة الشمسية من أهم مجالات التطوير اللازمة في تطبيقات الطاقة الشمسية وانتشارها على مدى واسع ، حيث أن الطاقة الشمسية رغم أنها متوفرة إلا نها ليست في متناول اليد وليست مجانية بالمعني المفهوم . فسعرها الحقيقي عبارة عن المعدات المستخدمة لتحويلها من طاقة كهرومغناطيسية إلى طاقة كهربائية أو حرارية . وكذلك تخزينها إذا دعت الضرورة . ورغم أن هذه التكاليف حالياً تفوق تكلفة إنتاج الطاقة التقليدية إلا أنها لا تعطي صورة كافية عن مستقبلها بسبب أنها أخذة في الانخفاض المتواصل بفضل البحوث الجارية والمستقبلية .
4_ ^__^ المغناطيـــــس ^_^



حجر المغناطيس هو خام الحديد المغناطيس، وهو معدن واسع الانتشار في الطبيعة ومعروف منذ القدم ومكون أولي في الصخور النارية. وقد اهتم به علماء المسلمين وبينوا كثيرا من خواصه وأهمها جذبه لقطعة من الحديد إذا قربت منه، وخصص البيروني في كتابه: الجماهر في معرفة الجواهر فصلا عن المغناطيس، وأشار إلى الصفة المشتركة بين المغناطيس، والعنبر (الكهربا) وهي جذبهما للأشياء، وبين أن المغناطيس يتفوق على العنبر في هذه الصفة، وأشار البيروني إلى أن أكثر خامات المغناطيس موجودة في بلاد الأناضول وكانت تصنع منها المسامير التي تستخدم في صناعة السفن في تلك البلاد، أما الصينيون فكانوا يصنعون سفنهم بضم وربط ألواح الأخشاب إلى بعضها بحبال من ألياف النباتات، ذلك أن هناك جبالا من حجر المغناطيس مغمورة في مياه بحر الصين كانت تنتزع مسامير الحديد من أجسام السفن فتتفكك وتغرق في الماء.

وأشار البيروني إلى رواسب المغناطيس في شرقي أفغانستان وبين أن الأجزاء السطحية من تلك الرواسب ضعيفة المغناطيسية بالمقارنة مع الأجزاء الداخلية منها ، والسبب هو تعرض الأجزاء السطحية من تلك الرواسب للشمس. وشبه العلماء المسلمون الحديد وحجر المغناطيس بالعاشق والمعشوق، فالحديد ينجذب إلى المغناطيس كانجذاب العاشق إلى المعشوق

وبين العلماء المسلمون أن حجر المغناطيس يجذب برادة الحديد حتى لو كان هناك فاصل بينهما، بل إنه يجذب إبرة الحديد إليه، وهذه الإبرة تجذب بدورها إبرة أخرى إذا قربت منها وهكذا حتى لترى إبر الحديد مرتبطة مع بعضها بقوة غير محسوسة. وبجانب القوة الجاذبة للمغناطيس فإن له قوة طاردة أيضا، فإذا وضع مغناطيس فوق ربوة يسكنها النمل، هجرها النمل على الفور. وقد ذكر العلماء المسلمون ومنهم القزويني و شيخ حطين بعض عوامل فقدان المغناطيس لقوته الجاذبة ويكون ذلك إذا دلك بقطعة من الثوم أو البصل، وعندما ينظف المغناطيس من رائحة الثوم أو البصل، ويغمر في دم ماعز وهو دافئ عادت إليه خاصيته.
وبين العلماء المسلمون أن السكين أو السيف يكتسبان صفة المغناطيس إذا حُكا في حجر المغناطيس. ويحتفظ كل من السيف والسكين بخواصه المغناطيسية لفترة طويلة قد تصل إلى قرن من الزمان. ودرسوا الخواص المغناطيسية لحجر المغناطيس في الفراغ ومنهم الرازي الذي كتب رسالة بعنوان : علة جذب حجر المغناطيس للحديد ، وبين التيفاشي أن سبب انجذاب الحديد للمغناطيس هو اتحادهما في الجوهر (أي أن لهما تركيبا كيميائيا واحدا بلغة هذا العصر) . وتحدث العرب عن القوة الجاذبة وأوضحوا أن هناك علاقة بين بعض المعادن وبعضها الآخر فمثلا ذكر شيخ حطين في نخبة الدهر أن الذهب هو مغناطيس الزئبق. ولم يكن غريبا أن ينسج الإنسان في العصور القديمة بعض الأساطير حول حجر المغناطيس.

ومن هذه الأساطير أسطورة التمثال الحديدي المعلق في الفراغ في داخل قبة مصنوعة من حجر المغناطيس في دير الصنم بالهند ، وسبب تعلق هذا التمثال في الفضاء هو انجذابه لقبة المغناطيس وقد عرف سر ذلك حينما زار السلطان محمود بن سبكتين ذلك المعبد واقتلع أحد مرافقي السلطان حجرا من القبة المغناطيسية فاختل توازن التمثال المعلق وهوى إلى أرض القبة .


واستخدم المغناطيس في الطب القديم لإزالة البلغم ومنع التشنج، وأشار الأطباء المسلمون إلى أنه إذا أمسك المريض حجر المغناطيس زالت التقلصات العضلية من أطرافه، وكانوا يستخدمون حجر المغناطيس في تخليص الجسم من قطع الحديد التي تدخل فيه بطريق الخطأ وذلك بإمرار المغناطيس فوق جسم المصاب، وذكروا أن حجر المغناطيس يسكن أوجاع المفاصل والنقرس إذا وضع - بعد دعكه بالخل - فوق مواضع الألم.


الساعة الآن 08:47 .