حل تدريبات درس النموذج الجسيمي للموجات نضرية كم
ملخص درس النموذج الجسيمي للموجات نظرية الكم
كتاب الفيزياء
اولاً اكتب أمثلة على الأجسام المتوهجة :
الشمس .
المصباح الكهربائي المتوهج .
- الإشعاع المنبعث من الأجسام المتوهجة :
الأشعة تحت الحمراء " غير مرئي " .
الأشعة فوق البنفسجية " غير المرئي " .
الضوء المرئي .
- علل : انبعاث إشعاع من الأجسام التي تسخن إلى درجة التوهج .
بسبب اهتزازات الجسيمات الموجودة في ذراتها .
- أثر زيادة الجهد المطبق على المصباح المتوهج :
بزيادة الجهد المطبق على المصباح تزداد درجة حرارة الفتيلة المتوهجة ليتغير اللون من الأحمر الداكن إلى البرتقالي ثم إلى الأصفر وأخيرا إلى الأبيض .
علل : تغير اللون المنبعث من فتيلة المصباح المتوهج عند زيادة درجة حرارتها .
لأن الفتيلة ذات درجة الحرارة الأعلى تبعث إشعاعا يتردد أعلى .
- عند النظر إلى فتيلة المصباح المتوهجة من خلال محزز حيود نرى ألوان قوس المطر .
- طيف الانبعاث : ضوء ينبعث من الأجسام المتوهجة في نطاق محدد من الترددات .
- يعتمد طيف الانبعاث على درجة حرارة الأجسام المتوهجة .
- القدرة الكلية المنبعثة من جسم ساخن :
القدرة الكلية المنبعثة من جسم ساخن تزداد بازدياد درجة الحرارة .
الأجسام الأسخن تشع قدرة أكبر من الأجسام الأبرد .
قدرة الموجات الكهرومغناطيسية تتناسب طرديا مع درجة حرارة الجسم الساخن بوحدة الكلفن مرفوعة للقوة الرابعة " T4 " .
- فرضية بلانك : الذرات غير قادرة على تغيير طاقتها بشكل مستمر .
- طاقة اهتزاز الذرات : بين بلانك أن طاقة اهتزاز الذرات في الجسم الصلب لها ترددات محددة
- قانون طاقة الذرة المهتزة :
- تكمية الطاقة : الطاقة توجد على شكل حزم أو كميات معينة فهي مضاعفات صحيحة للمقدار hf .
- علل : لا يمكن ملاحظة مراحل تغير الطاقة في الأجسام العادية .
لأن قيمة ثابت بلانك h صغيرة جدا فإن مراحل تغير الطاقة صغيرة جدا .
- اقتراحات بلانك :
الذرات لا تشع موجات كهرومغناطيسية عندما تكون في حالة اهتزاز وإنما تبعث إشعاعا فقط عندما تتغير طاقة اهتزازها .
الطاقة المنبعثة من الذرات تساوي التغير في طاقة اهتزاز الذرة .
- ظاهرة التأثير الكهروضوئي : انبعاث إلكترونات عند سقوط إشعاع كهرومغناطيسي على جسم .
+ دراستها : تتم دراستها باستخدام جهاز الخلية الكهروضوئية .
+ مكوناتها :
· أنبوب من الكوارتز : مفرغ من الهواء محكم الإغلاق .
· المهبط : القطب الفلزي الأكبر " السالب " ويطلى بمادة السيزيوم أو أي فلز قوي آخر .
· المصعد : القطب الفلزي الأصغر " الموجب " ويصنع من سلك رفيع .
- علل : أنبوب الخلية الكهروضوئية مصنوع من الكوارتز .
لكي يسمح للأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية بالنفاذ من خلاله .
- علل : أنبوب الخلية الكهروضوئية مفرغ من الهواء .
لمنع تأكسد سطوح الفلزين ومنع الإلكترونات من التباطؤ أو التوقف نتيجة تفاعلها مع الجسيمات الموجودة في الهواء .
- علل : مصعد الخلية الكهروضوئية يصنع من سلك رفيع .
ليحجب فقط القليل من الإشعاع .
- يعتمد مقياس الضوء اليدوي على التأثير الكهروضوئي .
- يستخدم مصور الفوتوجرافيا مقياس الضوء اليدوي لقياس مستويات الضوء .
- تردد العتبة : أقل تردد للأشعة الساقطة يمكنها تحرير إلكترونات من العنصر .
- الإشعاع الذي تردده أقل من تردد العتبة للفلز غير قادر على تحرير إلكترونات من الفلز مهما كانت شدة هذا الإشعاع .
- الإشعاع الذي تردده مساو أو أكبر من تردد العتبة للفلز يحرر إلكترونات من الفلز ويزداد تدفق الغلكترونات الضوئية بزيادة شدة الإشعاع .
- نظرية الموجات الكهرومغناطيسية :
عجزت هذه النظرية عن تفسير التأثير الكهروضوئي فحسب هذه النظرية فإن ...
+ المجال الكهربائي يحرر الإلكترونات من الفلز ويسرعها .
+ شدة المجال الكهربائي ترتبط مع شدة الإشعاع وليس مع تردده .
+ أي ضوء مهما كانت شدته قادر على تحرير إلكترونات من الفلز حيث تمتص طاقة من مصدر الضوء لفترة من الزمن لتكسب طاقة كافية لتحررها .
- الفوتون وتكمية الطاقة :
+ نظرية أينشتاين الكهروضوئية : الضوء والأشكال الأخرى من الإشعاع الكهرمغناطيسي مكون من حزم مكماة ومنفصلة من الطاقة تدعى الفوتون ، طاقة الفوتون تعتمد على تردده .
+
الفوتون : حزمة مكماة منفصلة من الإشعاع الكهومغناطيسي لا كتلة له وتتحرك بسرعة الضوء ولها طاقة وكمية تحرك .
- طاقة الفوتون :
- الإلكترون فولت : طاقة إلكترون يتسارع عبر فرق جهد مقداره فولت واحد .
- تفسير وجود تردد العتبة :
+ كل فوتون يتفاعل فقط مع إلكترون واحد ويعطيه كامل طاقته .
+ إذا كان تردد الفوتون الساقط أقل من fo فإنه ليس له الطاقة الكافية لتحرير الإلكترون .
+إذا كان تردد الفوتون الساقط يساوي fo فإن له الطاقة الكافية لتحرير الالكترون فقط ولا يمتلك الإلكترون طاقة حركية .
+ إذا كان تردد الفوتون الساقط أكبر من fo فإن له طاقة أكبر من الطاقة اللازمة لتحرير الإلكترون والطاقة الزائدة تتحول إلى طاقة حركية للإلكترون المتحرر.
- طاقة حركة الإلكترون المتحرر :
KE طاقة حركة الإلكترون المتحرر .
h ثابت بلانك .
f تردد الفوتون .
- تردد الفوتون :
- اختبار نظرية أينشتاين الكهروضوئية :
KE طاقة حركة الإلكترون المتحرر .
q شحنة الإلكترون .
Vo جهد الإيقاف .
- تطبيقات :
+ الألواح الشمسية : تستخدم التأثير الكهروضوئي لتحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية .
+ فاتحات أبواب مواقف السيارات : تحتوي حزما من الأشعة تحت الحمراء تنشئ تيارا في المستقبل من خلالالتأثير الكهروضوئي فإذا قطعت حزمة الضوء بجسم أثناء إغلاق باب الموقف فإن التيار يتوقف في المستقبل مما يؤدي إلى فتح الباب .
- التحكم في إضاءة المصابيح : باستخدام التأثير الكهروضوئي يتم التحكم في إضاءة مصابيح الشوارع وإطفائها آليا اعتمادا على ما إذا كان الوقت نهارا أو ليلا .
- الرسم البياني لطاقة حركة الإلكترونات الضوئية مقابل تردد الفوتونات الساقطة :
+ شكله وميله : خط مستقيم ميله يمثل ثابت بلانك h ...
+ نقطة تقاطعه مع محور x تمثل تردد العتبة للفلز fo.
+ الرسوم البيانية للفلزات المختلفة تختلف فقط في تردد العتبة .
- اقتران الشغل لفلز: الطاقة اللازمة لتحرير الإلكترون الأضعف ارتباطا من الفلز .
- اقتران الشغل بوحدة الجول :
حيث
- اقتران الشغل بوحدة الإلكترون فولت :
- تأثير كومبتون : الإزاحة في طاقة الفوتونات المشتتة .
- تجربة كومبتون :
+ سلط كومبتون أشعة X ذات طول موجي معلوم على هدف من الجرافيت .
+ قاس كومبتون الأطوال الموجية لأشعة X التي شتتها الهدف .
- ملاحظات كومبتون :
+ أشعة X غير المشتتة لم يتغير طولها الموجي .
+ أشعة X المشتتة أصبح طولها الموجي أكبر من الطول الموجي للإشعاع الساقط .
+ تحرر إلكترونات من حاجز الجرافيت .
- تفسير ملاحظات كومبتون :
+ طاقة الفوتون تتناسب عكسيا مع الطول الموجي :
+ الزيادة في الطول الموجي يعني أن فوتونات أشعة X قد فقدت طاقة وزخما .
+ فوتونات أشعة X اصطدمت بإلكترونات هدف الجرافيت ونقلت إليها الطاقة والزخم فتحررت .
- الفرق بين التأثير الضوئي وتأثير كومبتون :
التأثير الكهروضوئي
تأثير كومبتون
+ الفوتون يعطي طاقته كاملة للإلكترون عند الاصطدام به .
+ ينطلق إلكترون من الهدف ولا ينبعث أي إشعاع آخر .
+ الفوتون يعطي جزء من طاقته وزخمه للإلكترون عند الاصطدام به .
+ ينطلق إلكترون من الهدف وتنبعث فوتونات طاقتها وزخمها أقل مما للفوتونات الساقطة .