طبيعة الضوء وطاقة الكم

يحتوي هذا الموضوع على:

   لقد كان تصور رذرفورد للذرة على انها متعادلة الشحنة وكتلتها متركزة في النواة الموجبة الشحنة  المحاطة بالكترونات سالبة الشحنة سريعة الحركة تصورا قاصرا لانه عجز عن الاجابة على هذه التساؤلات :
1 - كيف تترتب هذه الالكترونات في الفراغ حول النواة ؟
2- لماذا لا تنجذب الالكترونات السالبة الشحنة للنواة الموجبة الشحنة ؟ 
3- كيف يمكن تفسير الاختلاف والتشابه في السلوك الكيميائي للعناصر ؟ 
الضوء وطاقة الكم
الضوء وطاقة الكم 

وفي اوائل القرن التاسع عشر بدأ العلماء كشف لغز السلوك الكيميائي ، اذ لاحظوا انبعاث ضوء مرئي من عنااصر معينة عند تسخينها بواسطة  اللهب ، واظهر تحليل هذا الضوء المنبعث ارتباط سلوك العنصر الكيميائي ، بتوزيع الالكترونات في ذراته . 

طبيعة الضوء the nature of light 

الطبيعة الموجية للضوء the wave nature of light

الاشعاع الكهرومغناطيسي : 

     الضوء المرئي نوع من الاشعة الكهرومغناطيسية ، والشعاع الكهرومغناطيسي (شكل من اشكال الطاقة يسلك السلوك الموجي اثناء انتقاله في الفضاء ) ، ومن الامثلة على الشعاع الكهرومغناطيسي أمواج : الضوء ، الميكروويف ، الاشعة السينية ، الراديو والتلفزيون ، والدليل ان الضوء موجه هو امتلاكه لخواص الموجات من : طول موجي تردد ، سعة موجية ، سرعة الموجه .
الطول الموجي wavelength : اقصر مسافة بين قمتين متتاليتين او قاعين متتاليين ) ، له الرمز (lambda (λ) ، ويقاس بوحدة المتر او السنتيمتر اوالنانو متر  1nm = 1x10-9m .

التردد frequency : عدد الموجات التي تعبر نقطة محددة خلال الثانية الواحدة ، له  الرمز nu (ν) ، ويقاش عالميا بوحدة الهيرتز Hz ، (موجة واحدة في الثانية = Hz) ،اما حسابيا فيعبر عنه بوحدة 1/S اي: 
s-1 (موجة لكل ثانية = s-1 )  

    سعة الموجه width of the wave : الارتفاع من اصل الموجة الى القمة او الانخفاض من اصل القموجة الى القاع . 
سرعة الموجه speed of the wave : تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية بسرعة قابنة في الفراغ تساوي سرعة الضوء والذي يرمز له بالرمز C ويساوي 3x108m/s

 ملاحظات مهمة :

  1. الطول الموجي والتردد لا يؤثران في سعة الموجة .
  2. يتناسب الطول الموجي والتردد عكسيا احدهما مع الاخر . 
  3. تتناسب طاقة الشعاع الكهرومغاطيسي طرديا مع التردد وعكسيا مع الطول الموجي . 

الطيف الكهرومغناطيسي: 

   المدى الكلي للاشعاعات الكهرومغناطيسية بجميع تردداتها ، وهو عبارة عن التمثيل العام للأمواج الكهرومغاطيسية بجميع تردداتها واطوالها الموجية . 
الطيف الكهرومغناطيسي
الطيف الكهرومغناطيسي

ويتكون الطيف الكهرومغاطيسي من امواج : الراديو ، الميكروويف ، الاشعة تحت الحمراء ، الضوء المرئي (الطيف المرئي) ، الاشعة فوق البنفسجية ، الاشعة السينية (X) ، وأشعة جاما . 
العلاقات الرياضية المستخدمة في حل المسائل : 
C= λ Vm/s
ν= C/ λ Hz or s-1

λ=C/V m or cm or nm

الطبيعة المادية للضوء the particle nature of light

   فشلت الطبيعة الموجية للضوء من تفسير العديد من الصفات المهمة للضوء كتفاعله مع المادة ، كما لم تفسر الطبيعة الموجية للضوء لماذا تطلق الاجسام الساخنة فقط بعض الترددات الضوئية عند درجة حرارة معينة ، ولماذا نطلق بعض المعادن الكترونات عندما يسقط عليها ضوء ذو تردد معين ، او اعلى منه (ظاهرة التاثير  الكهروضوئي) ولماذا تطلق الذرات طيفا عند اثارتها بطاقة او ضوء او فوتونات ذات قيمة محددة او اعلى منها (طيف الانبعاث الحراري ) .
لماذا يتغير لون الاجسام الساخنة تبعا لدرجة حرارتها ؟! 
    تعد درجة حرارة الجسم مقياسا للطاقة الحركية للدقائق المكونة له ، فكلما سخن الجسم اصبحت طاقته اكبر ويبعث ألواناً مختلفة من الضوء تتوافق مع ترددات أمواج  الضوء المختلفة ، لم يستطع النموذج الموجي تفسير هذه الاطوال الموجية المختلفة . 
 في عام 1900 بدأ الفيزيائي الالماني ماكس بلانك  بالبحث عن تفسير ظاهرة تغير لون الاجسام الساخنة تبعا لدرجة حرارتها عندما كان يدرس الضوء المنبعث من الاجسام التي سُخِّنت ، ولقد قادته هذه الدراسة الى استنتاج مدهش مفاده أنه يمكن للمادة ان تكتسب أو تخسر طاقة على دفعات صغيرة محددة تسمى "الكم" (أقل قيمة يمكن للمادة أن تكتسبها أو تفقدها) ، واقترح بلانك ان الطاقة المنبعثة من الاجسام مكمَّاة ، ثم برهن رياضيا على وجود علاقة بين طاقة الكم وتردد الاشعاع المنبعث : 
E quantum = h ν J
حيث h ثابت بلانك وهو " ثابت فيزيائي له الرمز h يستخدم لوصف الكم ، وقيمته =6.626x10-34

التاثير الكهروضوئي The Photoelectric Effect   

هو : انبعاث الإلكترونات من سطح المعدن عند سطوع ضوء بتردد معين أو أعلى منه على سطح ذلك المعدن ، ولتوضيح التاثير الكهروضوئي افترض البرت انشتاين أن للضوء طبيعة ثنائية ، إذ تمتلك حزمة الضوء خواصا موجية واخرى مادية ، ويمكن التفكير فيها على أنها حزمة أشعة من الطاقة تسمى الفوتونات ، الفوتون هو جسيم لا كتلة له يحمل كما من الطاقة ) .
هذا وقد منح انشتاين جائزة نوبل في الفيزياء عام 1921م لقيامه بهذا البحث . 
التاثير الكهروضوئي The Photoelectric Effect
التاثير الكهروضوئي The Photoelectric Effect

طيف الانبعاث الذري  atomic emission spectra 

وتعريفه : هو عبارة عن مجموعة من ترددات الموجات الكهرومغناطيسية المنطلقة من الذرات ، ولكل عنصر طيف ذري  مميز وفريد يستخدم للتعرف على العنصر او تحديد ما اذا كان ذلك العنصر جزء من مركب غير معروف ، فعند اثارة العنصر يمتص الإلكترون في مداره الأخير جزءاَ كافيا من هذه الطاقة لينتقل الى مدار اعلى طاقة (طيف الامتصاص) ، ولكن الذرة لن تستمر في وضعها المثار لذلك يفقد الالكترون هذا الكم من الطاقة ليعود الى مداره الاصلي فيطلق الالكترون الطاقة الزائدة على صور طيف (طيف انبعاث) . 
طيف الانبعاث الذري  atomic emission spectra
طيف الانبعاث الذري atomic emission spectra

كيف ينشأ الضوء  في مصابيح النيون المتوهجة ؟!
عند مرور الكهرباء خلال أنبوب مليئ بغاز النيون تمتص ذرات النيون الطاقة وتكون في  حالة عدم استقرار ، وحتى تعود لحالة الاستقرار ينبغي ان تطلق الطاقة التي امتصتها ، وعند مرور ضوء النيون من خلال منشور زجاجي ينتج عن ذلك طيف الانبعاث الذري للنيون . 

عن الكاتب: author بسام حسين محمد 25 سنة مهتم بجمع البحوث العلمية وترجمتها وتلخيص وحل كتب المقررات المدرسية والجامعية بشكل دوري ومستمر

تابعني على جوجل بلس |

إشترك ليصلك جديد برامجنا وتطبيقاتنا


0 التعليقات:

إرسال تعليق