مقدمه في الفيزياء

لحن! عدد المساهمات : 116 تاريخ التسجيل : 20/02/2012

بسم الله الرحمن الرحيم
السلام عليكم ورحمة الله وبركآتهـ
حبيت أنقل لكم هذا الموضوع عن الفيزياء أن شاء اللهـ تستفيدون

الفيزياء الكلاسيكية :
هى تلك الفيزياء التى تمكننا من تفسير مشاهداتنا اليومية والتجارب العادية مثل دراستنا لكل ما تقدم من موجات وموائع وحرارة وكهرباء ودراسة خصائصها .

الفيزياء الحديثة :
مدخل فيزياء الكم :
هى التى يمكن بها التعامل مع مجموعة كبيرة من الظواهر العلمية التى قد لا نراها فى حياتنا اليومية بصورة مباشرة ، والتى لا تستطيع الفيزياء الكلاسيكية تفسيرها وخاصة عندما نتعامل على المستوى الذرى أو دون الذرى .
ومن هذه الظواهر :
دراسة الظواهر الالكترونية ( علم الالكترونيات والاتصالات الحديثة ) .
التفاعلات الكيميائية على مستوى الجزئ .

تذكر أن :
الموجات الكهرومغناطيسية :

هى الموجات التى تنتج من اهتزاز مجالات كهربية ومغناطيسية متعامدة وعمودية على اتجاه انتشار الموجة ، ولا تحتاج لوسط مادى لانتشارها ، مثل موجات الضوء .
خواص الموجات الكهرومغناطيسية :
جميعها تنتشر أو تنتقل فى الفراغ بسرعة ثابتة = سرعة الضوء .
جميعها موجات مستعرضة .
تختلف فى أطوالها الموجية وترددها ، لذلك تختلف فى الخواص الفيزيائية .
تنتشر فى الفراغ وفى الأوساط المادية .
تشغل مدى كبير من الأطوال الموجية يسمى هذا المدى بالطيف الكهرومغناطيسى .

الطيف الكهرومغناطيسى :
هو شريط تترتب فيه الموجات الكهرومغناطيسية حسب الطول الموجى أو التردد .

γ - raysX - rays U . V I . RV . WM . W Radio,TV

اشعاع الجسم الأسود :

الأجسام الساخنة :
هى تلك الأجسام التى يصدر منها شعاع ضوئى وحرارى ، مثل الشمس والنجوم وقطعة الفحم المتقدة والمصباح الكهربى ، ونلاحظ أن الضوء الصادر من كل هذه المصادر متغير ( علل ).
لأن المصدر المشع لايشع كل الأطوال الموجية بنفس المقدار ، ولكن تختلف شدة الإشعاع باختلاف الطول الموجى .

الأجسام غير المتوهجة :

يكون غالبية الإشعاع الصادر منها إشعاع حرارى فقط مثل الأرض .
منحنى بلانك :
هو ذلك المنحنى الذى يوضح العلاقة بين شدة الإشعاع والطول الموجى .
قانون فين :
الطول الموجى المصاحب لأقصى شدة إشعاع ( λm ) يتناسب عكسيا مع درجة حرارة المصدر المشع الكلفينية T .
λm α 1/T

ملاحظات منحنى بلانك :
كلما زادت درجة الحرارة كان الطول الذى عنده أقصى شدة إشعاع أقصر .
إذا زاد الطول الموجى جداً أو قصر جداً فإن شدة الإشعاع تقترب من الصفر أى تنعدم شدة الإشعاع عند الأطوال الموجية القصيرة جداً .
كلما انخفضت درجة الحرارة تقل شدة الإشعاع الضوئى وتزداد نسبة الإشعاع الحرارى .

أمثلة :
1- درجة حرارة الشمس :
عند درجة حرارة 6000oK وهما درجة حرارة سطح الشمس فإن شدة الإشعاع العظمى تقع عند طول موجى 0.5 ميكرون أو 500 نانومتر أو 5000 انجستروم لذلك تقع فى منطقة الضوء المرئى .
لذلك ينقسم الإشعاع إلى 40 % من الطاقة الإشعاعية للشمس تتكون من الضوء المرئى و 50 % تقريبا من إشعاع حرارى ، أما باقى الإشعاع فيقع فى مناطق الطيف الآخرى .
2- المصباح الكهربى المتوهج :
عند درجة حرارة 3000oK يقع شدة الإشعاع العظمى عند طول موجى 1 ميكرون أو 1000 نانومتر أو 104 انجستروم ، ولا نحصل منه إلا على 20 % من شدته ضوء والباقى على صورة حرارة .

الأرض كجسم غير متوهج :
لأن درجة حرارة الأرض منخفضة كثيرا عن درجة حرارة الشمس فإننا نجد أن أقصى شدة إشعاع تقع عند طول موجى 10 ميكرون ، وتقع جميعها فى نطاق الأشعة تحت الحمراء وأغلب اشعاعها يصدر على هيئة حرارة .

تطبيقات على ظاهرة الإشعاع الحرارى :
تستخدم أقمار صناعية وأجهزة قياس محمولة جواً وأجهزة أرضية تصور تحت سطح الأرض باستخدام مناطق الطيف المختلفة مثل :
الأشعة تحت الحمراء .
الضوء المرئى .
الموجات الميكرومترية والتى تستخدم فى الرادار .
ويقوم العلماء بتحليل هذه الصور للآتى :
تحديد مصادر الثروات الطبيعية .
تستخدم فى التطبيقات العسكرية مثل أجهزة الرؤية الليلية .
فى الطب فى الكشف عن الأورام والأجنة .
فى مجال اكتشاف الأدلة الجنائية ، وتعتبر مصر من الدول الرائدة فى هذا المجال .

ظاهرة اشعاع الجسم الأسود :

الجسم الأسود :
هو الجسم الذى يمتص كل ما يسقط عليه من أشعة ذات أطوال موجية مختلفة ( ممتص مثالى ) ، ثم يعيد إشعاعه بصورة مثالية ( باعث مثالى ) ، ولذلك السبب فتسمى هذه الظاهرة بهذا الاسم .
توضيح الظاهرة :
إذا تصورنا تجويفا مغلقا به ثقب صغير ، فإن ما بداخل التجويف يبدو أسوداً ( علل ) لأن الإشعاع يظل محصوراً بداخله لكثرة الانعكاسات ولا يخرج منه إلا جزء يسير يسمى إشعاع الجسم الأسود .

تفسير بلانك لظاهرة إشعاع الجسم الأسود :
الإشعاع الصادر من الجسم المتوهج يتكون من وحدات صغيرة من الطاقة تسمى كوانتم أو فوتون ، لذلك يكون الإشعاع الصادر من الجسم عبارة عن فيض هائل من الفوتونات .
من العلاقة E = hυ فإن طاقة هذه الفوتونات تزداد بزيادة ترددها ولكن يتناقص عددها بزيادة التردد .
تنتج هذه الفوتونات من تذبذب الذرات داخل المادة .
طاقة هذه الذرات المتذبذبة ليست متصلة وإنما مكماة أو غير متصلة وتعين قيمة مستوى الطاقة من العلاقة E = nhυ ، حيث n عدد صحيح ، وh ثابت بلانك = 6.625 x 10-34 J/s ، وυ التردد .
لا تشع الذرة طاقة طالما بقيت فى مستوى طاقة واحدة ، ولكن عندما تنتقل من مستوى طاقة عال إلى مستوى طاقة أقل فإنها تصدر فوتوناً طاقته E = hυ .
الإشعاع يتكون من بلايين من الفوتونات ، فلا يمكن أن نلاحظ هذه الفوتونات منفصلة ولكن نلاحظ الإشعاع الصادر ككل .
كلما زادت كمية الإضاءة زاد عدد الفوتونات لأن العين قادرة على الإحساس حتى بفوتون واحد ملاحظات :
علل : الضوء الصادر من المصادر المشعة يكون متغيراً .
لأن المصدر المشع لا يشع كل الأطوال الموجية بنفس المقدار ، لذا يتغير الضوء تبعا للطول الموجى الصادر الذى يتوقف على درجة حرارة المصدر .
علل : لم تستطيع الفيزياء الكلاسيكية تفسير منحنيات بلانك .
لأن الفيزياء الكلاسيكية تعتبر الإشعاع موجات كهرومغناطيسية وبالتالى فإن شدة الإشعاع تزداد بزيادة التردد ، ولكن منحنيات بلانك تنص على أن شدة الإشعاع تقل فى الترددات العالية ( عند الأطوال الموجية القصيرة جدا والطويلة جدا )