النظرية الكمية للضوء The quantum theory of light

الحجم: px

بدء العرض من الصّفحة:

Download "النظرية الكمية للضوء The quantum theory of light"

نغم سبيع
منذ 5 سنوات سابقة
المشاهدات:

1 لم تستطع الفيزياء الكالسيكية ونظرية موجية الضوء تفسير العديد من الظواهر الفيزيائية وسنتناول منها: طيف أشعة الجسم األسود التأثير الكهروضوئي طيف أشعة إكس

2 عند درجات الحرارة المنخفضة يكون الطول الموجي لألشعة المنبعثة في المجال تحت األحمر. تتتم قياس حرارة الجسم باستخدام ثرمومتر األذن وذلك عن طريق الكشف عن األشعة تحت الحمراء المنبعثة من طبلة األذن.

3 النظرية الكمية للضوء The quantum theory of light طيف أشعة الجسم األسود اختالف اللون مؤشر الختالف درجة احلرارة. اختالف ألوان النجوم يعين اختالفها يف درجة حرارة سطحها. النجوم الزرقاء أسخن )40 ألف كلفن(. النجوم احلمراء أبرد )3000 كلفن(. الحشد النجمي NGC 265

4 النظرية الكمية للضوء إشعاع الجسم األسود نموذج مثالي لجسم يمتص كامل الضوء الساقط عليه بعد انعكاسات عديدة على سطحه ثم يشع جميع موجات اإلشعاع الحراري طبقا لدرجة حرارته على شكل توزيع طيفي محدد. The quantum theory of light طيف أشعة الجسم األسود

5 النظرية الكمية للضوء The quantum theory of light طيف أشعة الجسم األسود تزيد شدة السطوع مع زايدة درجة احلرارة وأقصى طول موجي ينزاح حنو األطوال املوجية القصرية الوهج المنبعث من بين الجمر هو مثال قريب لظاهرة إشعاع الجسم األسود

6 النظرية الكمية للضوء The quantum theory of light طيف أشعة الجسم األسود تعطي معادلة فين Wien لإلزاحة الطول الموجي المناظر ألقصى سطوع للضوء: 0.3x10 2 max T meter حيث تقاس درجة الحرارة بالكلفن

7 النظرية الكمية للضوء و ضعت عدة محاوالت لشرح منحنى طيف إشعاع الجسم األسود. The quantum theory of light طيف أشعة الجسم األسود عالقة Rayleigh-Jeans كانت تتطابق معه عند الموجات الطويلة فقط. I CT 4

8 طيف أشعة الجسم األسود أما عالقة Wien فتطابقت معه عند الموجات القصيرة فقط: I A 5 e B / T Planck حيث تتطابقت تماما I e وكان الحل الشامل في عالقة 5 معه: A B / T 1

9 التأثير الكهروضوئي الظاهرة الكهروضوئية اكتشف هيرتز في عام 1887 م أن سطوح بعض المعادن تبعث جسيمات مشحونة بشحنة كهربية سالبة )س ميت الحقا باسم إلكترونات ضوئية( إذا أ ضيئت بضوء بنفسجي. ولوحظ أن التيار الكهربي الناشئ من اإللكترونات الضوئية يزداد مع زيادة شدة الضوء الساقط على الخلية الكهروضوئية.

10 النظرية الكمية للضوء The quantum theory of light الظاهرة الكهروضوئية فكرة اخللية الكهروضوئية كرة زجاجية مفرغة. يسقط الضوء على املعدن املتصل ابلقطب السالب للبطارية. تنطلق اإللكرتوانت املتحررة من املعدن ابجتاه القطب املوجب مسجلة تيارا يقاس عن طريق األميرت.

11 النظرية الكمية للضوء The quantum theory of light الظاهرة الكهروضوئية عجزت النظرية الكالسيكية آنذاك من تفسري بعض خصائص الظاهرة الكهروضوئية وهي: ال تنبعث اإللكرتوانت الضوئية إال إذاكان تردد الضوء الساقط ال يقل عن قيمة حمددة هي f o تسمى تردد العتبة. وكل معدن له قيمة حمددة ل f o حىت تنبعث اإللكرتوانت منه. طاقة اإللكرتوانت ال تعتمد على شدة الضوء الساقط وإمنا على تردده فقط فتزداد مع زايدته. تنبعث اإللكرتوانت آنيا بسقوط الضوء على املعدن.

12 النظرية الكمية للضوء The quantum theory of light الظاهرة الكهروضوئية عندما يكون الجهد على القطب السالب للخلية أقل من قيمة V o معينة )جهد اإليقاف( ينقطع التيار تماما. وأقصى طاقة حركية لإللكترونات عندها: K max 1 2 m V e 2 max ev o جهد اإليقاف V o ال يعتمد على شدة الضوء الساقط.

13 النظرية الكمية للضوء The quantum theory of light الظاهرة الكهروضوئية عالقة إينشتاين في تفسير الظاهرة الكهروضوئية: E hf W k max حيث أن الضوء الساقط عبارة عن فوتونات لها طاقة تعتمد على تردد الضوء, h هو ثابت بالنك. ولكي ينطلق اإللكترون من ذرته األم البد أن يكتسب من الفوتون طاقتين هما: طاقة تنزعه من سطح المعدن تسمى طاقة الشغل W و طاقة حركية قصوى تمكنه من اإلنطالق. K max

14 النظرية الكمية للضوء The quantum theory of light الظاهرة الكهروضوئية أقل طاقة لتحرير اإللكترون من المعدن فقط وبدون إعطائه طاقة حركية أي أن K max تساوي صفر تعطى بالعالقة: hf o W 0

15 النظرية الكمية للضوء The quantum theory of light األطياف الخطية عند حتليل الضوء املنبعث من غاز اهليدروجني ابستخدام منشور أو حمزز حيود فتتكون له أربعة أربعة خطوط طيفية مرئية منفصلة لكل منها طول موجي حمدد. وضع Balmer عام 1884 م معادلة جتريبية تعطي قيمة األطول املوجية املرئية )متسلسلة ابملر( وهي: m 2 m m = 3, 4, 5,... m 4 nm حيث

16 األطياف الخطية أما معادلة Rydberg ) 1890 م( التجريبية فهي شبيهة مبعادلة Balmer وتكتب حلالة اهليدروجني كالتايل: 1 R H 1 n 2 1 m 2 حيث R H اثبت Rydberg n= 2, m= 3, 4, 5,.. يف متسلسلة ابملر:

17 األطياف الخطية هناك متسلسالت أخرى للطيف ولكن في المجال غير المرئي وهي: متسلسلة Lyman وفيها.. 5, m= 2, 3, 4, n= 1, n= 3, m= 4, 5, 6.. n= 4, m= 5, 6, 7.. n= 5, m= 6, 7, 8.. متسلسلة Paschen متسلسلة وفيها Brackett وفيها متسلسلة Pfund وفيها

18 35 C o ماهو طول الموجة التي يكون عندها أعلى شدة مسألة 1 درجة حرارة جسم اإلنسان الخارجية في حدود لإلشعاعات الصادرة من الجسم.

19 500 مسألة 2 أعلى شدة للموجات الضوئية الصادرة من الشمس هي للون األصفر-البرتقالي ذو الطول الموجي nm احسب درجة حرارة سطح الشمس بالدرجات المئوية.

20 مسألة 4 متوسط القدرة المتولدة من الشمس يساوي تقريبا 4x10 26 W إذا كان متوسط طول الموجات لإلشعاعات المنبعثة من الشمس هو 500 nm فكم عدد الفوتونات المنبعثة من الشمس ي الثانية الواحدة number of photons n E P photon P hf P h(c / )

21 وعلى تردد مقداره 151 MHz فكم عدد الفوتونات التي تنبعث مسألة 5: محطة إذاعية تبث برامجها بقدرة 100 kw من برج اإلذاعة في الثانية الواحدة

22 مسألة 6 تيار اإللكترونات المنبعث من خلية كهروضوئية بسبب سقوط شعاع ضوئي طول موجته 300 nm ينقطع تماما عند استعمال جهد إيقاف كهربي مقداره V احسب دالة الشغل لهذا المعدن المستعمل في الخلية الكهروضوئية. hf W ev o

23 ب) ج) أ) ج( مسألة 7 دالة الشغل للبوتاسيوم تساوي 2.24 ev إذا استعمل هذا المعدن في خلية كهروضوئية وأضيء بضوء طول موجته nm احسب: )ا جول = ev )6.25x10 18 أ( أعلى طاقة حركية لإللكترونات الضوئية المنبعثة. ب( الجهد الكهربي الذي ينقطع عنده التيار. الطول الموجي للضوء الساقط الذي يتوقف عنده انبعاث اإللكترونات من البوتاسيوم. K max K h max ev o c W K max hc W h c W 0

24 مسألة 9 احسب الطول الموجي للفوتونات المنبعثة بسبب انتقال اإللكترونات من: أ( =3 i n إلى =2 f n في ذرة الهيدروجين. ب( =6 i n إلى =4 f n في أيون ذرة الهليوم 2( = )Z 1 R 1 n 2 f 1 n 2 i R in Z 2 k 2 e 4π 4 3 m c hydrogen atom : e R k 2 e 4 4π m 3 c e x10 7 m 1

25 )n f =2( مسألة 10 و 11 احسب أقل وأكبر طول موجي للفوتونات المنبعثة في متسلسلة بالمر في ذرة الهيدروجين m min min 2 m m at n at n i i 3 4

26 مسألة 12 احسب أقصر طول موجي لطيف األشعة السينية المنبعثة من جهاز إنتاج األشعة السينية عند استعمال جهد كهربي معجل لإللكترونات قدره V

27 طيف األشعة السينية إكتشف Roentgen عام 1895 األشعة السينية وذلك عنداصطدام إلكرتوانت سريعة هبدف معدين. فهي انجتة عن انبعاث فوتون بسبب إلكرتون أي عكس الظاهرة الكهروضوئية. يتكون طيفها من طيف مستمر يبدأ من طول موجي o وبه طيف خطي تكون عنده الشدة عالية وتسمى اخلطوط املميزة.

إنتاج أشعة X طيف األشعة السينية أنبوبة زجاجية مفرغة ويسخن القطب السالب فتنبعث منه إلكرتوانت. تعجل هذه اإللكرتوانت بواسطة فرق جهد عال وتصطدم ابهلدف.

28 إنتاج أشعة X طيف األشعة السينية أنبوبة زجاجية مفرغة ويسخن القطب السالب فتنبعث منه إلكرتوانت. تعجل هذه اإللكرتوانت بواسطة فرق جهد عال وتصطدم ابهلدف. تكون الطاقة احلركية لإللكرتوانت املعجلة: K=eV 2 يكون اهلدف من مادة معدنية ثقيلة ) Zكبرية( حىت حنصل على طاقة فوتوانت عالية أي ذات أطوال موجية قصرية يف حدود األشعة السينية كما توضحه العالقة اليت تعطي مستوايت الطاقة: E 13.6 Z 2 n

29 النظرية الكمية للضوء The quantum theory of light فيزايئية انبعث أشعة X يكتسب االلكرتون طاقة حركية K فيصطدم ابهلدف وينفذ داخله. عند تعجيله يتغري مساره بسبب قوى التنافر والتجاذب داخل الذرة فيتباطء. تقل طاقته إىل K وينتج عن ذلك أشعة X: K=K +Xray التوقف املفاجئ لإللكرتون عند اقرتابه من النواة يصاحبه تباطؤكبري واألشعة الناجتة تسمى أشعة التوقف أو الفرملة. طيف األشعة السينية

30 النظرية الكمية للضوء The quantum theory of light طيف األشعة السينية بداية الطيف المستمر o يعتمد على فرق الجهد فقط المستعمل لتعجيل االلكترونات كما في العالقة: 1.24x10-6 meter o V أما الطيف الخطي فيعتمد على نوع العنصر المستعمل كهدف.

31 بسبب انتقال اإللكترون K إلى المدار األول L الخط المميز K a من المدار الثاني في الذرة. طيف األشعة السينية أما الخط المميز K b فهو بسبب انتقال اإللكترون من المدار الثالث M المدار األول K في الذرة. إلى أي أن طاقة فوتون E b > E a وبالتالي فإن a < b

32 طيف األشعة السينية وقيمة الطول الموجي a بالعالقة: يعطى 1 a 3 4 R(Z 1) 2

ملفّات مشابهة

الفصل الثاني عشر: النظرية الكمية للضوء The quantum theory of light الظاىرة الكهروضوئية Photoelectric effect لم تستطع الفيزياء الكالسيكية ونظرية موجية

الفصل الثاني عشر: النظرية الكمية للضوء The quantu thery f light الظاىرة الكهروضوئية Phtelectric effect لم تستطع الفيزياء الكالسيكية ونظرية موجية الضوء تفسير العديد من الظواىر الفيزيائية ومنها: طيف أشعة