مراجعة فيزياء الصف الثالث الثانوي 2018

[Eng_Muhammed]

بسم الله الرحمن الرحيم

ان شاء الله هراجع معاكم باب الفيزياء الحديثة 2017-2018
والي عندة سؤال يترك تعليق وان شاء الله اقدر اجاوب علية


الفصل الخامس
ازدواجية الموجة والجسيـــــــــيم


العناوين الرئيسية للفصل كالاتي
1- اشعاع الجسم الاسود 2- الانبعاث الحراري والتأثير الكهروضوئي 3- ظاهرة كومتون(الطبيعة الجسيمية للضوء) 4- عكس كومتون الي هي الطبيعة الموجية للجسيم
5- تطبيق مهم جدا علي الطبيعة الموجية للجسيم وهو الميكرسكوب الالكتروني
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــ

مقدمة : الفرق بين الفيزياء الكلاسيكية والفيزياء الحديثة

كل ما تم دراستة من قوانين نيوتن و الكهربية والمغناطيسية والصوت تعتبر فيزياء كلاسيكية
الي هي ف الاصل تختص بدراسة الظــــــــــــــاهرة علي مستوي المشاهدة العملية والتجارب العادية



اما الفيزياء الحديثة او فيزياء الكم تختص بتفسير الظاهرة علي المستوي الذري والدون ذري



اذا هناك بعض الظواهر علي مستوي الذرة فشلت الفيزياء الكلاسيكية في تفسيرها لا يعني ذلك انها غير مستعملة ولكن يمكن تطبيقها فقط علي المستوي الماكروسكوبي (الكبير ) وليس الميكروسكوبي
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
اولا : اشعاع الجسم الاسود

هنتكلم عن اول كلمة في العنوان الي هي " اشعــــــــــــــــاع" ..
اي جسيم في الكون درجة حرارة اكبر من الصفر كلفن بيصدر عنة اشعاع حـراري (يعني انا وانت وجهاز الابتوب وكل شيء حوالينا بيشـــــــــــع حرارة )
اشعـــاع معناه : موجة كهرومغناطيسية تنتشر في الفراغ بسرعة الضـــــــوء الي هي تساوي 300 الف كيلومتر ف الثانية ..
وطبعا عارفين ان الموجة يتم توصيفها بثلات كميات ( الطول الموجي والتردد والسرعة ) والعلاقة بين التلات كميات دول هي λ ν = V (سرعة انتشار الموجة = ترددها مضروب في طولها الموجي ) لكن دي حالة عامة انما لو بتتكلم عن حالة اشعاع موجة كهرومغناطيسية هيكون تعاملنا مع سرعة الضوء (C)
اذا العلاقة هتكون بالشكل دا ((((((( λν = c )))))) ايوة يعني λν =300000000
من العلاقة دي نقدر نطلع بعدد من الاشعة الكهرومغناطيسية باطوال موجية وترددات مختلفة ( الي هي اسمها طيف كهرومغناطيسي ).... معني كلمة طيف هو عدد من الاطوال الموجية المختلفة تمام زي الي في الصورة



ملحوظة هامة جدا جدا جدا : تردد الموجة هو مقياس لشدتها او بمعني اخر يعبر عن طاقتها ( تردد كبير طاقة عالية والعكس )
وبالتالي هتلاحظ ف الصورة اقصي اليمين اقل طول موجي (يعني اعلي تردد وبالتالي اعلي طاقة ) نطاق اشعة اكس وجــــــــــــــاما X-Ray و Gamma Ray واقعة بين اطوال موجية 10 اس سالب 8 و 10 اس سالب 11 واحفظ الارقام دي لو سمحت عشان وانت بتحل مسألة وطلع معاك الطول الموجي برقم معين مثلا في حدود 10 اس سالب 6 تبقي عارف ان دا بتاع الضوء والمرئي وهكذا ..
والعكس تماما اقصي اليسار موجات الراديوية والميكروويف اعلي طول موجي (اقل تردد واقل طاقة ) .
لاحظ ايضا منطقة الضوء المرئي (visible light ) ومعروف بردك ان الضوء الابيض مكون من الوان الطيف السبعة (ولكل لون طول موجي محدد ) وبالتالي الالوان دي ليها ترتيب معين علي حسب الطول الموجي يعني الاحمر عند 700 نانومتر اقل طول موجي والبنفسجي عند 400 نانومتر اكبر طول موجي وهكذا
لاحظ ايضا : منطقة الاشعة تحت الحمراء (Ultra violet ) الي هي منطقة الاشعــــــاع الحراري زي الاشعاع الصادر من جسم الانسان والاشعاع الصادر من الارض .



كل الي فات دا يعتبر مقدمة ... نبدأ الشرح باذن الله
الفرق بين الجسم المتوهج والغير متوهج ؟
لاحظ ان اي جسم يشع باطوال موجية تقع في نطاق الضوء المرئي يعتبر مصـــــــــــــــــــدر ضــــــــــوء
واي جسم يشع باطوال موجية تقع في نطاق الاشعة تحت الحمراء يعتبر مصــــــــــــــدر حـــــــــرارة .
طيب الجسم الي بيشع في نطاق الاشعة تحت الحمراء والضوء المرئي دا يعتبر اية
مصدر ضــــــوء + مصــــــــــدر حرارة ( يعني جســم متوهج ) زي اية بقا .... زي الشمس والمصباح الكهربي وقطعة الفحم المتقدة
اذا الجسم المتوهج ...... هو الجسم الي بيشع ضوء وحرارة
طب والجسم غير المتوهج ....... هو الجسم الي بيشع حرارة فقط زي اية ؟؟
زي الارض والكائنات الحية .
خد بالك كمان ان الطول الموجي للاشعاع الصادر من الارض حوالي 10 ميكرون يعني في منطقة الاشعة تحت الحمراء يعني مصدرحرارة فقط ( جسم غير متوهج )
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ــــــ
هو لية ضوء الشمس بيظهرلنا باللون الاصفر ؟؟
لان الشمس تمتص الاطوال الموجية لكل الالوان وبتشع فقط اللون اللاصفر الي هو طول موجي 600 نانومتر . راجع الطيف المرئي وشوف اللون الاصفر عند طول موجي كام
تخيل كده معايا لو في جسم افتراضي (مثالي ) غير موجود في الطبيعة يمتص كل الاطوال الموجية الساقطة علية هيكون شكلة عامل ازاي .. اكيد اســـــود .. مش كده وبس لا دا الجسم دا كمان بيشع كل الاطوال الموجية الساقطة علية ( يعني ممتــــص مثالي وباعث مثالي)
اذا في دراستنا هنركز علي الاشعاع الصادر من جسم مثالي ( الحالة المثالية عن كل الاجسام المشعة ) لايوجد جسم لية نفس الاشعاعية بتاعة الجسم الاسود او الامتصاصية للجسم الاسود .

تعريف ... الجسم الاسود هو الجسم الذي يمتص كل الاطوال الموجية الساقطة علية بلا استثناء ثم يعيد اشعاعها مرة اخري

عشان تتخيل يعني اية جسم اسود
تخيل ان في تجويف مغلق بة ثقب صغير

كما بالشكل
نلاحظ ان ما بداخل التجويف يبدو اسـود ؟؟ دليل علي امتصاص كل الاطوال الموجية (ممتص مثالي)
لماذا يبدو اسود ؟ لان الشعاع يظل محصورا بداخلة من كثرة الانعكاسات ولا يخرج الا جزء ضئيل جدا
هل الجزء اليسير يحمل معه كل الاطوال الموجية (باعث مثالي) وهو ما يسمي باشعاع الجسم الاسود
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ــــ
تفسير ظاهرة اشعاع الجسم الاسود
رأي الفيزياء الكلاسيكية

"شدة الاشعاع تتناسب تناسبا طرديا مع تردده "
يعني عند الاطوال الموجية القصيرة جدا (اعلي تردد) تكون شدة الاشعاع مالانهاية ودا تفسير غير منطقي بالمره ويسمي " بالكارثة فوق البنفسيجية " . لاحظ الصورة التالية

كل ما التردد يزيد (يعني الطول الموجي يقل ) شدة الاشعاع بتزيد الي مالانهاية (تفسير خاطيء تماما)
رأي المشاهدة العملية
بعد فترة زمنية من تفسير الكلاسيكية لظاهرة اشعاع الجسم الاسود اقتنع علماء الفيزياء ان هذا التفسير غير صحيح و قاموا باجراء تجربة عملية لتوضيح ظاهرة اشعاع الجسم الاسود نتائج التجربة كالاتي :
1- جزء من تفسير الكلاسيكية صحيح وهو ان شدة الاشعاع فعلا بتزيد مع زيادة التردد ولــــــــــكن ليس الي مالا نهاية .. انما شدة الاشعاع بتزيد مع التردد (نقصان الطول الموجي) لحــــد قيمة معينة للطول الموجي بيبدأ بعدها شدة الاشعاع تقـــــــــــل ... لاحظ الصورة التالية



هو فعلا شدة الاشعاع بتزيد لكن لغاية قيمة معية للطول الموجي يبدأ عندها المنحي يتقلــب ويتتغير العلاقة . يعني نقدر نستنتج ان كلما زاد الطول الموجي جدا او او قصر جدا فان شدة الاشعاع تقترب من الصفر
الطول الموجي الي عندة حصل انقلاب للمنحني اسمــة (λ m ) وحرف m اختصار maximum عظمي .. يعني الطول الموجي المصاحب لاقصي شدة اشعاع .

. الخلاصة ..
طالما شدة الاشعاع بتزيد بزيادة التردد .. لية بتقل شدة الاشعاع عند الترددات العالية ؟؟؟

انتظروا باقي الشرح
يارب يعجبكم
اخوكم في الله/ محمد

[Eng_Muhammed]

عرفنا ان التجربة العملية اثبتت انه عند قيمة معينة للطول الموجي شدة الاشعاع بتوصل اقصي قيمة وبعدها المنحني بيتقلب وتبدأ شدة الاشعاع تقل مع زيادة التردد .. كما في الشكل التالي

اذا عند الاطوال الموجية الكبيرة جدا والاطوال الموجية القصيرة جدا شدة الاشعاع تقترب من الصفر
سؤال : هل شكل المنحني دا ثابت لكل الاجسام المشعــــة زي الشمس والارض والمصباح الكهربي قطعة الفحم المتقدة ؟
الحقيقة ان شكل المنحني مش ثابت وانما بيتغير تبعا لدرجة الحرارة
يعني شكل المنحني عند درجة حرارة 6000 كلفن غير شكل المنحني عند 5000 كلفن غير 4000 كلفن وهكذا كما بالشكل

ايضا نلاحظ ان قمة المنحني تزاح ناحية الطول الموجي الاقصر مع زيادة درجة الحرارة وهذا يعرف بقانون فين " الطول الموجي المصاحب لأقصي شدة اشعاع يتناسب عكسيا مع الطول الموجي "
نلاحظ انة عند درجة حرارة سطح الشمس 6000 كلفن اقصي شدة اشعاع (قمة المنحني) تقع في منطقة الضوء المرئي عند طول موجي(λm )حوالي 0.5 ميكرون
ونلاحظ ان منحني 6000 كلفن يغطي ثلاث مناطق للطيف(اشعة تحت حمراء وضوء مرئي واشعة فوق بنفسيجية ) بالنسب الاتية
50 % من اشعاع الشمس حرارة (تحت حمراء) و40 % ضوء مرئي و 10 % باقي مناطق الطيف
بينما في حالة المصباح الكهربي 3000 كلفن 80 % حرارة و 20% ضوء مرئي وقمة المنحني تقع عند طول موجي 1 ميكرون .
مثال : الاشعاع الحراري الصادر من جسم الانسان عند درجة حرارة 37 سليزيوس


علل: اللون الغالب علي الاشعاع الصادر من كل هذة المصادر وغيرها متغير ؟
لان المصدر المشع لايشع كل الاطوال الموجية بنفس القدر ولكن تختلف شدة الاشعاع مع الطول الموجي طبقا لمنحني بلانك .
مثلا الطول الموجي المصاحب لاقصي اشعاع في حالة الشمس 6000 كلفن يقع في منطقة الضوء المرئي (عند الطول الموجي للون الاصفر) وفي حالة قطعة الفحم المتقدة عند الطول الموجي للون الاحمر وهكذا ..
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ــــــــــ
نرجع لموضوع المرة الي فاتت وهو تفسير الكلاسيكية لظاهرة اشعاع الجسم الاسود وتعارضها مع التجربة العملية
العالم الي قدر يفسر لية شدة الاشعاع بتقل عند الترددات العـــــــــــــالية هو العالم ماكس بلانك عام 1900 بفرض غريب علي عصــرة وهو ان الاشعاع مكون من وحدات صغيرة من الطاقة تسمي كم (كوانتم ) أو فوتـــــــــــــــــــــون ..
للاطلاع فقط الصورة التالية

وعلي ذلك فان الاشعاع الصادر من الجسم المتوهج هو فيض هائل من هذه الفوتونات الصادرة من الجسم المتوهج , تزداد طاقتها كلما زاد ترددها ولكن عددها يتناقص كلما زادت هذه الطاقة .
توضيح : 'طاقة الفوتون E = hV
حيث ان h رقم ثابت من ثوابت الطبيعة يساوي 6.64*10^-34 اذا طاقة الفوتون تتناسب تناسبا طرديا مع ترددة (كلما زاد التردد تزداد الطاقة )
لماذا عدد الفوتونات يتناقص كلما زادات الطاقة ؟
هقولك ارجع لمنحني بلانك وبص علي النصف الايمن من المنحني هتلاحظ ان عند الترددات العالية جدا الي بيحصل لشدة الاشعاع .. بتقل طبقا لحدا ما تقترب من الصفر
طيب اصلا شدة الاشعاع دي بتعبر عن عدد الفوتونات وبالتالي عدد الفوتونات بيقل بزيادة الطاقة .
هذه الفوتونات تصدر عن تذبذب الذرات وطاقة هذه الذرات المتذبذبة ليست متصلة وانما مكماه Quantized او غير متصلة أ, منفصلة وتأخد مستويات الطاقة قيما E = nhV حيث h ثابت بلانك وV التردد .
توضيح : معني الذرة المتذبذبة انها مثارة في مستويات الطاقة العليا
اذا نستنتج من فرضية بلانك ان الاشعاع ما هو الا فرق مستويات طاقة داخل الذرة .
لا تشع الذرة طالما بقيت في مستوي واحد . ولكن كلما انتقلت الذرة المتذبذبة من مستوي طاقة عال الي مستوي طاقة اقل فانها تصدر فوتونا طاقتة E = hV .
توضيح : حركة الذرات او الالكترونات داخل الذرة بين مستويات الطاقة تصدر اشعاع . فعند تستخين المادة ترتفع درجة حرارتها وبالتالي تزداد معدل التصدمات والاهتزازات داخل الذرة مما يسببب اثارة الالكترونات الي مستويات الطاقة العليا هذة الالكترونات المثارة بعد زمن 10^-8 ثانية تعود الي مستوي الطاقة الاصلي وتفقد فرق الطاقة في شكل اشعاع فوتـــــــون .
س . اذكر فروض بلانك لتفسير ظاهرة اشعاع الجسم الاسود ؟
س. ما المقصود بمنحني بلانك ؟
ج- هو منحني يوضح العلاقة بين شدة الاشعاع والطول الموجي .

والله أعلم