ملخص الفيزياء – الوحدة الرابعة

             الضوء                                 

 

هنالك نوعان من المصادر الضوئية :
           1 –  مصادر ضوئية ذاتية ( مضيئه ) مثل الشمس ، المصباح الكهربي
           2 – مصادر ضوئية غير ذاتية (غير مضيئة ) هذه المصاد ر تعكس الضوء او ينفذ من خلالها مثل القمر ، المرآة
يمكن تحويل بعض المصادر غير الذاتية ( المضاءة ) الى مصادر ( مضيئه ) عن طريق تسخينها الى درجات حرارة مرتفعة
 مفهوم الضوء :-
        كان الاعتقاد السائد عند العلماء الاغريق ان الضوء يصدر من العين فنرى الاشياء من حولنا ثم جاء الحسن اين الهيثم ليفند هذا الزعم وليبرهن ان رؤية الاجسام تتم عندما تنعكس اشعة الضوء الصادرة من المصادر المضيئة من على هذه الاجسام فتصل الى العين وقد الف كتابا سماه ( المناظير ) تحدث فية عن انكسار الضوء وانعكاس الضوء في المرايا الكرية
 النظرية الجسيمية ( لنيوتن ):-
     النص ( الضوء عبارة عن فيض من الجسيمات الدقيقة المتناهية في الصغر تنبعث من المصدر الضوئي وتسير في خطوط مستقيمة )
استطاعت هذه النظرية تفسير ظاهرتي الانعكاس والأنكسار ولكنها فشلت في تفسير ظواهر اخرى مثل ظاهرة الحيود ( هي انحراف الضوء عن مساره المستقيم عند سوطه على حواف الاجسام
 النظرية الموجية ( لهايجنز ):-
     النص ( الضوء عبارة عن موجات مثل موجات البحر تنتشر في بحر الاثيرفي الاتجاه العمودي على صدر الموجة )
استطاعت هذه النظرية تفسير بعض خواص الضوء مثل الانعكاس والانكسار والتداخل والحيود ولكنها فشلت في تفسير بعض الظواهر الاخرى مثل الظاهرة الكهروضوئية واشعاع الجسم الاسود
  قاعدة هايجنز ( اي نقطة على صدر الموجة القديم يمكن اعتبارها مصدرا ضوئيا يقوم باشعاع مويجات ثانوية )
جبهة ( صدر) الموجة :-

              هو الخط الدائري الذي توجد به كل القمم التي على نفس البعد من مركز التذبذب في لحظة زمنية معينه
سرعة الضوء = الطول الموجي للشعاع × تردده
                             ع   =  λ × ذ

 ملاحظات
            عند انتقال الضوء من وسط الى اخر مختلف عنه في الكثافة الضوئية فإن سرعة واتجاه وطول موجة الشعاع تتغير ويظل التردد ثابتا ، السبب في تغير سرعة الضوء في الاوساط المادية هو عمليتي الامتصاص والاشعاع التي تقوم بها الذرات التي تقع في مسار الشعاع الضوئي
  نظرية الكم ( لبلانك )
          النص ( طاقة الضوء تكون في صورة دفعات صغيره من الطاقة المنفصلة عن بعضها البعض )
 تعرف كل دفعة من الطاقة بالكمة او الفوتون وتتناسب طاقة الكمة الواحدة ( الفوتون الواحد ) (ط ) طرديا مع تردد الضوء او الاشعاع (ذ )
                                         ط  α  ذ
                                         ط  =  هـ ذ        ذ = عـ
                                                                       λ
                                    اذا                ط = هـ × عـ
                                                                     λ
حيث  :  ط ≡ طاقة الفوتون الواحد ( جول )
             هـ ≡ ثابت بلانك = 6.625 × 10 -34 ( جول 0ث )
             ذ ≡ تردد الضوء ( هيرتز )
             عـ ≡ سرعة الضوء في الفراغ ( الهواء ) = 3 × 10 8 متر /ث
             λ ≡ طول موجة الشعاع ( متر )
شدة الاشعاع ( شع ) او قدرة الاشعاع :-
      هو طاقة الفوتون الواحد مضروبا في عدد الفوتونات التي تعبر وحدة المساحة في الثانية
                شع = ط × عد
                شع = هـ × ذ × عد
                شع = عد × هـ × عـ
                                  λ
 الالكترون فولت :-
           هو الشغل اللازم لنقل الالكترون واحد بين نقطتين فرق الجهد بينهما 1فولت
                       1 الكترون فولت = 1.6 ×10 -19 جول
 الظاهرة الكهروضوئية
           هي ظاهرة انبعاث الكترونات من اسطح بعض الفلزات عند سقوط ضوء عليها بتردد معين
تفسير انشتاين للظاهرة
            عند سقوط فوتون واحد طاقته (هـ ×ذ ) على سطح معدن يقوم الكترون واحد بإمتصاص طاقة الفوتون لستنفذ جزء منها في تحرير الكترون من سطح المعدن اما الجزء الباقي من طاقة الفوتون فيذهب في اكساب الالكترون طاقة حركية وتعرف هذه الاكترونات بالاكترونات الضوئية وتعريفها هي الالكترونات المنبعثة من سطح المعدن عند سقوط اشعة ضوئية عليها

                    الطاقة المفقودة بواسطة بواسطة الفوتون = الطاقة المكتسبة بواسطة الالكنرون

            هـ × ذ = الطاقة اللازمة للتحرير الالكترون من سطح المعدن + طاقة حركة الالكترون
           هـ × ذ = ط = ϕ + ط ح
 ϕ ≡ طاقة الربط ( دالة الشغل او دالة الجهد )      
               وهي الحد الادني من الطاقة اللازمة لتحرير الالكترون من سطح المعدن ( بالجول )
       ط ح ≡ طاقة حركة الالكترون (وهي اقصى طاقة حركة للالكترون المنبعث من سطح المعدن ( بالجول ) )
              طح = ½ ك ع2
 حيث      ك ≡ كتلة الالكترون =9.1 ×10 -31 كجم
             ع ≡ اقصى سرعة للالكترون ( متر /ث )
            هـ × ذ = ϕ + 1 ك ع2
                         2
التردد الحرج ( تردد العتبة ) ذ ح :
          هو اقل تردد يكفي لتحرير الالكترون من سطح المعدن دون اكساية طاقة حركة
                     هـ × ذ ح = ϕ + ط ح ، طح = صفر
            إذا     ϕ = هـ × ذ ح
             ذ ح= ϕ
                     هـ
الطول الموجي الحرج ( λ ح ) :-
           هو اطول طول موجي يكفي فقط لتحرير الالكترون من سطح المعدن دون اكسابه طاقة حركة
   اذا     λ ح = هـ × عـ
                        ϕ
الشروط تحرير انبعاث فوتو الكترون من سطح المعدن :
            1 – ان تكون طاقة الفوتون الساقط اكبر من طاقة الربط ط > ϕ
            2 – ان يكون تردد الفوتون الساقط اكبر من التردد الحرج
            3 –  ان يكون الطول الموجي للشعاع الساقط اقل من الطول الموجي الحرج
عندما
       ط > ϕ تتحرر الكترونات وتنبعث
       ط = ϕ تحرر الكترونات فقط دون ان تتحرك
        ط < ϕ لا تتحرر الكترونات
الخلية الكهرو ضوئية : 
          هي اداة يتم فيها تحويل الطاقة الضوئية الى طاقة كهربية ولها عدة اشكال
التركيب :-
    1 –  المهبط لوح معدني نصف اسطواني طلي سطحه الداخلي بطبقة من مادة السيزيوم ويتصل اللوح بمسمار توصيل ويوصل هذا اللوح بالقطب السالب للبطارية ليشع الالكترونات
    2 – المصعد قضيب معدني موضوع امام المهبط يتصل بمسمار توصيل ويوصل بالقطب الموجب بالبطارية ليجذب الالكترونات
    3 – الغلاف الزجاجي غلاف زجاجي يوضع بداخلة كل من المصعد والمهبط ويكون هذا الغلاف مفرغ من الهواء ومثبت بقاعدته مسماري التوصيل
كيفية عمل الخلية الكهرو ضوئية :
  عند سقوط ضوء على المهبط تنبعث منه الكترونات فيجذبها المصعد ليمر تيار في الدائره , يعتمد تيار الخلية الكهروضوئية على : 
          1 –  تردد الضوء الساقط
          2 – شدة الضوء
          3 – فرق الجهد بين طرفي البطارية
استخداماتها :
          1 –  في اجهزة التصوير ( تعمل على تحويل اجزاء الصورة الى تيار كهربي )
          2 – التحكم في فتح المداخل ( حيث يتم توصيل دائرة المدخل بالخلية الكهروضوئية وعند مرور شخص يقوم بقطع الضوء الساقط على الخلية فتفتح دائرة المدخل ليفتح المدخل 
          3 – انتاج الطاقة الكهربائية ( وذلك بتحويل الطاقة الشمسية الى طاقة كهربية )
         4 – في نقل المكالمات الهاتفية ) حيث يعمل على تحويل الاشارات الضوئية في الالياف الضوئية المستخدمة في الاتصالات الى تيارات كهربية )

الردود

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *