[رشوان محمود]

تكميم الطاقة
رؤية و توضيح : رشوان محمود

الطاقة تخرج في صورة كمات :
الاجسام الساخنة تشع امواج كهرومغناطيسية .. يمكن اعتبارها رزمة من الاشعة , وكل شعاع له تردد ( f ) وطول موجي و طاقة .
فهناك شعا له طاقةhf ( حيث h هو ثابت بلانك ) و شعاع اخر له طاقة 2hf و شعاع اخر له طاقة 3hf , ..... وهكذا .
ولا نجد شعاع له طاقة 0.5hf أو 0.1hf
, وتسمي قيم الطاقة hf , 2hf , 3hf , ........ etc " كمات الطاقة "
, وقد نجد – علي سبيل المثال – عدد كبير من الاشعة لها طاقة 2hf , وعدد قليل من الاشعة له طاقة 5hf
وتقاس شدة الاشعاع بعدد الكمات التي لها نفس الطاقة .

طاقة الاشعاع و شدة الاشعاع :
طاقة الاشعاع تعتمد علي تردد الاشعاع .
شدة الاشعاع تعتمد علي عدد( كثافة )" كمات الطاقة ".

توزيع الكمات :
علي مستوي الادارة التعليمية أو مستوي الجامعة ستجد ان عدد الطلاب المتمزين قليل , وايضا عدد الطلبة منخفضي المستوي قليل ايضا .. أليس كذلك ؟
هذا هو المنحني الطبيعي
وبنفس الرؤية ...
الاشعاع يتألف من كمات , وهذه الكمات لها طاقات مختلفة , ومن البديهي ان يكون عدد الكمات ذات الطاقة العالية قليل , وايضا عدد الكمات ذات الطاقة المنخفضة قليل .
ولذلك اذا رسمنا علاقة بين شدة الاشعاع والطول الموجي لجميع الاشعة ستجدها عباره عن منحني هرمي , ويسمي هذا المنحني بمنحني بلانك .
ماذا تعني قمة المنحني ؟
أي عند طول موجي محدد ( تردد محدد ==< طاقة محددة ) فان شدة الاشعاع تكون قيمة عظمي . وهذا يعني اكبر عدد من الكمات سيكون لها هذا التردد المحدد .
ولذلك نستنتج ان المصدر المشع لا يشع كل الاطوال الموجية بنفس القدر ولكن ستجد لك مصدر لون غالب علي بقية الالوان دليل علي ان الكمات ذات التردد للون المييز لها النسبة العظمي من عدد الكمات ككل .

تدخل اينشتين :
اضاف اينشتين ان تلك الكمات عبارة عن جسيمات وسماها فوتونات , وكل فوتون له تردد و طول موجي و طاقة .

من اين تأتي الكمات ؟
الاجابة : من الذرات المهتزة .. فعندما تسخن الذرات تهتز
و كل ذرة لها طاقة
واقل قيمة ممكنة للذرة المهتزة ( ذات التردد f ) هي hf
الان باستطاعتك ان تثير هذه الذرة - بالتسخين مثلا – بالتالي سوف تزداد طاقتها وتصبح 2hf
اذا كانت طاقة الاثارة المعطاة للذرة غير كافية لتصل الي القيمة 2hf فان الذرة لن تستغل الطاقة المعطاة و ستظل طاقتها hf .
لنفرض ان طاقة الاثارة المعطاة للذرة كافية لتصل قيمتها الي 2hf . باستطاعتك ان تثير الذرة لتصبح طاقتها 3hf , ....... وهكذا .
اذن ما اريد قوله هو :
ان الذرة لها قيم مسموح بها للطاقة وهي hf أو 2hf أو 3hf أو ..........
وبصفة عامة : طاقة الذرة = nhf
حيث n = 1 , 2 , 3 , ……….
و نسمي n برقم مستوي الطاقة , فمثلا الذرات التي لها طاقة 2hf تكون في المستوي الثاني للطاقة .
لا تصدر الذرة اشعاع طالما بقيت في مستوي واحد .
لكن
اذا انتقلت الذرة من مستوي اعلي في الطاقة الي مستوي اقل فانها سوف تصدر اشعاع .
امثلة :
ذرة طاقتها 3hf ( في المستوي الثالث ) اذا انتقلت المستوي الثاني سوف تصبح طاقتها 2hf , و الفقد في الطاقة يظهر في صورة اشعاع له طاقة = hf و نسميه كم .
ذرة طاقتها 5hf ( في المستوي الخامس ) اذا انتقلت الي المستوي الثاني فانها تصدر كم من الطاقة = 3hf
وهكذا نجد ان لدينا عدد كبير من كمات الطاقة ( فوتونات ) لها ترددات مختلفة , فهناك فوتون له تردد f و فوتون اخر له تردد 2f , واخر له تردد 3hf , ....... وهكذا
اذن سوف نحصل علي رزمة من الاشعاعات لها ترددات مختلفة وبالتالي اطوال موجية مختلفة و بالتالي الوان مختلفة .
ونلاحظ ان هناك لون مميز دليل علي ان الفوتونات التي لها نفس الطول الموجي للون نسبتها العددية عظمي .

لماذا كانت فكرة بلانك صائبة ؟
لانه بسبب التكميم استطاع تفسير المنحني الطبيعي ( بين شدة الاشعاع و الطول الموجي لكل اشعاع ) .

لماذا فشلت الفيزياء الكلاسيكية في تفسير المنحني الطبيعي ؟
لان التحليل الرياضي ( المعالجة الرياضية ) انتهت بان شدة الاشعاع سوف تزيد بنقصان الطول الموجي للاشعاع ( زيادة الطاقة ) .. وهذا مخالف للمنحني الطبيعي .