التصنيف: الفيزياء

• إنطلاق الليزر:

يؤدي التفريغ الكهربي إلى تسارع إلكترونات وأيونات (الإلكترونات على الأخص لأنها أخف من الأيونات) غاز الهيليوم، بصفته الوسط الليزري الأساس، بين القطبين وبشكل مناسب، بينما لا تتأثر ذرات النيون بالتصادم الإلكتروني هذا. يصبح الهيليوم بعدئذ مالكاً لمستويات طاقة مثارة وشبه مستقرة.

كنتيجة لتسارع الإلكترونات والأيونات فإن الإلكترونات المتحركة تصطدم بذرات وأيونات أخرى من الهليوم مسببة زيادة في طاقتها ورفعها إلى مستوى أعلى، كما بالشكل، حيث تم ترقيم المستويات كما يلي 1 للمستقر، 2 و 2" للهيليوم، 3 و 3" و 4 و 4" للنيون.

ويُلاحظ وجود تقارب في المستويات (2،2") وتلك المثارة (3،3") للنيون، ونتيجة لذلك عندما تتنتقل ذرة الهليوم إلى المستويين (2،2") ستكون فرصة جيدة لذرات الهليوم أن تتصادم أو على الأقل تحتك مارة بذرة نيون غير مثارة.

إذا ما حدث ذلك، ستكون الفرصة مؤاتية وجيدة لحدوث إنتقال للطاقة بين ذرات الهليوم والنيون، أي أن ذرة الهليوم ستهبط للحالة الأرضية (1) متخليةً عن طاقة إثارة تابعة لها، بينما، وفي نفس الوقت، تمتص ذرة النيون هذه الطاقة لترتفع إلى المستوى الأعلى.

يحدث هذا الإنتقال بكفاءة عالية فقط إذا كان المستويين متقابلين تماماً، وهذا وارد جداً حيث نجد أن المستويين (2 ، 2") هما 19.82 و 20.61 إلكترون فولت بينما المستويين (3 ، 3") هما 19.78 و 20.66 إلكترون فولت.

ضمن هذه السلسلة من الأحداث، فإن الإلكترونات تضخ ذرات الهيليوم ومن ثم ذرات الهيليوم المثارة تضخ ذرات النيون، مما ينتج عن ذلك سيل مستمر من ذرات النيون منصبة في المستويين (3 ، 3") وكنتيجة لذلك فإن هذه المستويات سيحدث فيها حالة إسكان مستقرة رغم أنها صغيرة ولكن بمقدورها أن تكون أكبر بكثير من إشغال عدد كبير من المستويات الدنيا (lower).

الخلية الشمسية هي أداة لتحويل الطاقة الشمسِية إلى كهربائية. الخلايا الشمسية العالية الكفاءة المصنعة من السيلكون تتطلّب

مصانع ضخمة، درجات حرارة عالية والكثير من المالِ.

في هذا المشروع سنسعى لصنع خلية شمسية بإمكانيات جداً بسيطة و متوفرة. خليتنا الشمسية ستصنع من أكسيد النحاسوز

بدلاً من السيلكون. حيث يعد أكسيد النحاسوز من أول المواد التي عُرفت لعرض التأثيرِ الكهروضوئيِ.

لصنع الخلية الشمسية تحتاج المواد التالية:

صفيحة من النحاس أبعادها تقريباً 7سم × 15سم.

أسلاك توصيل (تمساح).

ميكروأميتر يمكن أَن يقرأَ التياراتَ بين( 0 -100 ) ميكروامبير.

سخان كهربائي( hotplate ) .

أي قنينة بلاستيكية واضحة وكبيرة بحيث يمكن قطع قمتها بسهولة. ( مثل تلك الخاصة بالمياه المعدنية سعة 2 لتر)

ملعقتا طعام من ملح المائدة.

ماء حنفية.

ورق صنفرة.

مقص معدني لقطع لوح الصفيحة النحاسية.

طريقة العمل و الملاحظات:

السخان الكهربائي المستخدم له الشكل التالي:

اقطع قطعة نحاسية مناسبة لمساحة السخان الكهربائي,ثم اغسل يديك جيداً للتأكد من عدم وجود أي كريمات أو ما شابهها

و كذلك اغسل الصفيحة النحاسية بالصابون أَو المطهّرِ للتخلص من أي دهن. استعمل ورق الصقل (ورق الصنفرة) لتنظيف

الصفائح النحاسية كليَّاً، وبالتالي تتأكد من إزالة أيّ كبريتيد أَو تآكل خفيف.

الآن، ضع الصفيحة النحاسية المُنَظَّفة والمُجَفَّفة على السخان.

عندما يسخن النحاس ، سترى أنماط الأكسدةِ الجميلةِ تبدأُ بالتَشكيل. (اللون البرتقالي، الأرجواني، والاحمر سيغطّي النحاس).

كلما ازداد التوهج تزداد درجة حرارة النحاس ،و تَختفي الألوان تدريجياً حيث تستبدل الألوان السابقة بطلاء أسود من الأكسيدِ النحاسي.

بعد نِصْف ساعةِ ، أطفئ السخان و اترك النحاسَ الحارَ على السخان ليبرد ببطئ. (تجنب تبريده بسرعة، حتى لاَ يبْقى

الأكسيد الأسود متَمسّكَاً بالنحاسِ).

عندما يبرد النحاس ، (هذا يَأْخذُ حوالي 20 دقيقةَ), ينكمش هو و الأكسيد النحاسيُ الأسود أيضاً و لَكنَّ بنسب مختلفةِ، مما

يؤدي إلى سهولة التخلص من رقاقةَ الأكسيدِ النحاسيةِ السوداءِ ." أي حك خفيف بيديك تحت الماء الجاري سيزيل أغلب القطعِ

الصغيرة". ( لا تستخدم القوة في إزالة كل البقعِ السوداءِ بالحَكّ الصعبِ أَو باستخدام سلك النحاس الناعمِ فقد يؤدي ذلك لأن

تُتلفُ طبقة أكسيد النحاسوز الحمراء الحسّاسة و التي نَحتاجهاُ لعملِ الخليةِ الشمسيِة).

اقطع صفيحة ثانية جديدة (لها نفس مساحة الأولى).

أحنِ كلتا القطعتان بلطف، بحيث يلائمون القنينةِ البلاستيكيةِ بدون لمس أحدهما الآخر. (اجعل وجه طلاء أكسيدِ النحاسوز

الذي كان فوق المشعلِ خارج القنينة).

أربط سلكي التوصيل(التمساح)، واحد إلى الصفيحة النحاسيِة الجديدة، وواحد إلى أكسيدِ النحاسوز. أوصل الصفيحةِ

النحاسيِة النظيفِة بالطرف الموجب للميكرواميترِ, أوصل صفيحة أكسيد النحاسوز بالطرف السالب للميكرواميتر.

ذوب ملعقتان من ملح الطعام في ماء حار. ثمّ صْبُّ الماء المالحَ بعناية إلى القنينة. يجِب أَن لا يغطي الماء المالح الصفائح

بالكامل,( اترك حوالي بوصة من الصفيحة فوق الماء).

النتيجة:
ستكون قراءة التيار في الظل حوالي 20 ميكرواميتر اما تحت الشمس فهي 70 ميكرواميتر.

يمكن اختبار تاثير تركيز المحلول الملحي على التيار الناتج.

التفسير:

أكسيد النحاسوز نوع المواد شبه الموصلة, التي تقع بين المواد العازلة( لا توصل التيار) و المواد الموصلة.

عندما يضرب نور الشمس الالكترونات في أكسيدِ النحاسوز، تكتسب بعضاً مِن الالكترونات الطاقة الكافية من نورِ الشمس

لتصبح حرة الحركة (الكهرباءِ).

تتحرك الالكترونات الحرةُ إلى الماء المالحِ، ثمّ إلى الصفيحة النحاسيِة النظيفِة، إلى السلكِ، خلال الميكرواميترِ، ويعود إلى

صفيحة أكسيد النحاسوز.