ملخص - الضوء

بسم الله الرحمن الرحيم
الباب الثانى - الفصل الثالث
الضوء
الضوءشكل من أشكال الطاقة الكهرومغنطيسية يسبب لنا الاحساس بالرؤية .
مصادر الضوء:
هنالك نوعان من المصادر الضوئية وهى :-
1 - مصادر ذاتية : وهى التى تولد الضوء . مثل الشمس . المصابيح الكهربية . مصابيح الغاز
2- مصادر غير ذاتية : وهى عاكسة للضوء مثل القمر . زجاج النوافذ . الجدران . أوراق الكتب
كيف يصدر الضوء من المصادر الذاتية
1 - في حالة الشمس يصدر الضوء من الحراره الناتجه من الاندماج النووي
2- في مصابيح الغاز يصدر الضوء عن طريق إثارة الذرة
3- في مصابيح التنجستون ينتج الضوء نتيجة لتسخين سلك التنجستون
لماذا نضع سلك التنجستون داخل غلاف زجاجي مفرغ من الهواء ؟
الإجابة : لكي لا يتفاعل السلك مع الأكسجين فيتأكسد وينقطع
كيف نرى الأشياء ؟
كان الاعتقاد السائد قديما أننا نرى الأشياء بواسطة ضوء يصدر من العين .
و ضح العالم ابن الهيثم أن رؤية الأشياء تتم عندما تنعكس الأشعة الصادرة من الأجسام المضيئة على هذه الأجسام فتصل إلى العين
طبيعة الضوء :
النظرية الجسيمية لنيوتن
الضوء عبارة عن فيض من الجسيمات الدقيقة المتناهية في الصغر
فسرت النظرية الجسيمية ظاهرتي الانعكاس والانكسار وعجزت عن تفسير ظاهرة حيود الضوء
الحيود هو انحراف الضوء عند سقوطه على حواف الاجسام
النظرية الموجية لهايجنز :
الضوء عبارة عن موجات مثل موجات البحر . وان موجات الضوء الصادرة من اى مصباح ستنتشر في بحر سماه بحر الأثير
بحر الاثير : هو وسط افترض وجوده هايجنز لتنتقل فيه موجات الضوء مثل موجات الماء
كيف تنشأ موجات الضوء ؟
عند مرور تيار كهربي في فتيلة المصباح فتتذبذب الالكترونات فتتولد موجات بنفس الطريقة التي تتولد بها موجات الماء في بركة ساكنة عند إلقاء جسم عليها
أثبتت التجارب العلمية أن موجات الضوء لا تحتاج إلى وسط لتنتقل فيه . ولذلك ليس هنالك حوجة لوجود الأثير
قاعدة هايجنز :
اى نقطة في صدر الموجة القديم يمكن اعتبارها مصدرا ضوئيا جديدا يقوم بإشعاع موجات ثانوية
جبهة ( صدر ) الموجة :
هو الخط الدائرى الذى توجد به كل القمم التى على نفس البعد عن مركز التذبذب عند لحظة زمنية معينة
يكون صدر الموجة فى موجات الضوء فى شكل سطح كروى لان موجات الضوء تنتشر فى كل الاتجاهات فى الابعاد الثلاث
الطيف الضوئى :
الضوء عبارة عن موجات كهرومغنطيسية . لذلك يكون له تردد وطول موجى وسرعة
سرعة الضوء = التردد × الطول الموجى
عـ = ذ × λ
سرعة الضوء ثابتة فى الفراغ أو الهواء = 3 × 10 8 م / ث
تقل عند انتقاله عبر الأوساط المادية المختلفة
لماذا تقل سرعة الضوء عند انتقاله عبر الأوساط المادية المختلفة ؟
بسبب عمليتى الإمتصاص والإشعاع بواسطة ذرات الوسط
عند انتقال الضوء عبر الاوساط المختلفة تتغير سرعته نتيجة لتغير طوله الموجى بينما يظل تردده ثابتا
نجحت النظرية الموجية فى تفسير بعض الظواهر مثل الانعكاس والانكسار والحيود . وعجزت عن تفسير الظاهرة الكهروضوئية
طاقة الضوء ونظرية الكم لبلانك : -
تنص على ان طاقة الضوء و الطيف الكهرومغنطيسى عموما تكون فى صورة دفعات صغيرة من الطاقة منفصلة عن بعضها البعض . وتسمى كل دفعة بالكمة
طاقة الكمة = ثابت بلانك × التردد
ط = هـ × ذ ثابت بلانك هـ = 6.625 × 10 -34 جول . ث
طاقة الكمة تتناسب طرديا مع تردد الضوء . تسمى كمة الطاقة بالفوتون
اى ان بلانك يرى ان الضوء عبارة عن فوتونات
شدة الإشعاع = طاقة الفوتون الواحد × عدد الفوتونات
شع = هـ × ذ × عد
حيث : شع تمثل شدة الإشعاع , هـ تمثل ثابت بلانك , ذ تمثل التردد , عد تمثل عدد الفوتونات
مثال ( 1 ) أحسب طاقة طيف ضوئى طوله الموجى 33 انجستروم علما بأن سرعة الضوء 3 × 10 8 متر و ثابت بلانك 6.6 × 10 – 34 جول . ث
.......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
مثال ( 2 ) شعاع ضوئى قدرته 132 واط وتردده 10 هيرتز . أحسب عدد فوتوناته
........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
الظاهرة الكهروضوئية :هي ظاهرة انبعاث الالكترونات من على سطح المعادن عند سقوط اشعة ضوئية مناسبه عليها
اكتشاف الظاهره الكهروضوئية :
1 – لاحظ العالم الالمانى هيرتز أن سقوط اشعة فوق بنفسجية على سطح معدنى يؤدى لانبعاث الكترونات من سطح المعدن بنفس الطريقة التى يتناثر بها رزاز الماء عند سقوط حجر على بركة ضحله
2 – لاحظ العالم هولواش ان لوح الزنك المعزول المشحون بشحنه سالبه يفقد شحنته عند سقوط اشعه فوق بنفسجيه عليه
تفسير الظاهره الكهروضوئيه : فسر انشتاين هذه الظاهره على ضوء نظرية الكم لبلانك الت تعتب ان الضوء عباره عن كمات طاقة متقطعة من الفوتونات .
فعند سقوط الفوتون الضوئى على سطح المعدن يقوم الالكترون بامتصاص طاقة الفوتون و يستخدم جزء من الطاقه لتحرره من سطح المعدن و ما تبقى منها يتحول الى طاقة حركة للالكترون
ملحوظة : يسمى الالكترون الصادرمن سطح المعدن بالالكترون الضوئى
تعرف طاقة تحرر الالكترون بدالة الشغل أو طاقة الربط
دالة الشغل : هى اقل طاقة تمكن الالكترون من التحرر من سطح المعدن .
نرمز لها بالرمز ( Ф ) يقرأ فاى
التردد الحرج : هو اقل تررد للفوتون الساقط يكفى لتحرر الالكترون دون اكتسابه طاقة حركة
العلاقة الرياضية :
الطاقة التى فقدها الفوتون = الطاقة التى اكتسبها الالكترون
= دالة الشغل + طاقة الحركة
ط = Ф + ط ح
هـ × ذ = Ф + ك ع 2 / 2
حيث : هـ تمثل ثابت بلانك ، Ф تمثل دالة الشغل ، ك تمثل كتلة الالكترون ، ع تمثل سرعة الالكترون
ايضا : Ф = هـ × ذ ح حيث ذ ح تمثل التردد الحرج
الخلية الكهروضوئية : هى جهاز يعمل على تحويل الطاقه الضوئية الى طاقة كهربية
تركيب الخلية الكهروضوئية
1 – غلاف زجاجى
2 – المهبط ( لوح نصف اسطوانى معدنى مطلى من الداخل بمادة السيزيوم مثبت فى قاعدة الغلاف موصل بالقطب السالب ) يسمى ايضا بالهدف
3 - مصعد ( قضيب معدنى مثبت فى قاعدة الغلاف متصل بالقطب الموجب )
4 – بطارية
5 – جلفانوميتر ( جهاز حساس يستخدم للكشف عن التيارات الكهربية الضعيفة )
طريقة عمل الخلية الكهروضوئية :
عند سقوط الضوء على المهبط تنبعث منه الالكترونات فيجذبها المصعد الموجب فيمر التيار فى الدائرة الكهربية فيتحرك مؤشر الجلفانومتر
يزداد تيار الخلية الكهروضوئيه بزيادة شدة الضوء وتردده و زيادة فرق جهد البطارية
استخدامات الخلية الكهروضوئيه :
1 – اجهزة التصوير
2 – فى الاتصالات عبر الالياف الضوئية
3 - فى التحكم ( اجهزة الريموت ، فتح قفل الابواب )