[ناصر اللحياني]

بسم الله الرحمن الرحيم

أخوتي الكرام ، السلام عليكم ورحمة الله وبركاته ، وبعد :

بين أيديكم الدروس من 35 إلى 44 من سلسلة المُساعد ، والتي تتطرق إلى :

" فصل : الفيزياء الذرية "

للإطلاع على الفصول السابقة ، تفضل عبر الروابط التالية :

سلسلة المُساعد( 1 - 13): " الكهربــائيـــة"

سلسلة المُساعد( 14-24 ): " المغناطيسية"

سلسلة المُساعد(25- 34): " الإلكترونيات "


خريطة معرفـيّة لفصل "الكهربائيّــة" ( ربط جميع مفردات الفصل الثامن )

خريطة ذهنيـّة بالصور لفصل المغناطيسيّة ( ربط جميع مفردات الفصل التاسع )

خريطة معرفـيّة لفصل "المغناطيســــيّة" ( ربط جميع مفردات الفصل التاسع )

اللهم علمنا ما ينفعنا وانفعنا بما علمتنا وزدنا علما يا رب العالمين .

لا تنسوني ووالديّ وأهلي من صالح دعائكم في ظهر الغيب .

[ناصر اللحياني]

مقدمة :

سيطرت الفيزياء التقليدية ( الميكانيكا ، الديناميكا الحرارية ، الكهرومغناطيسية ) التي وضع نواتها نيوتن زهاء قرنين من الزمن وحققت انتصارات باهرة في الفيزياء وعلم الفلك ، وستظل دائما مآثر الفكر البشري وأمجاده وما زالت تعلمان في المدارس والجامعات ، على الرغم من أن الفروض التي قامت عليها غير صحيحة كالتفرقة الكاملة بين الموجات والجسيمات إلا أنها أعطت نتائج صحيحة قابلة للتطبيق عند السرعات الضعيفة التي لا تقارن بسرعة الضوء ، كما عجزت عن تفسير وتعليل بعض الظواهر مثل : الظاهرة الكهروضوئية ، وإشعاع الجسم الأسود ، وظاهرة كمبتون .

أدى ذلك إلى ميلاد ما يسمى الآن بالفيزياء الحديثة التي تشمل الميكانيكا النسبية , ميكانيكا الكم , الفيزياء الذرية والنووية وغيرها .

مزيد من التفصيل :

طبيعة الضوء

1 – نظرة الفيزياء القديمة:

( أ ) نظرية نيوتن الجسيميّة لطبيعة الضوء :
تنص على أن الضوء عبارة عن جسيمات تصدر من المصدر وكان المتزعم لهذه النظرية هو إسحاق نيوتن والذي استطاع بهذه النظرية تفسير بعض الظواهر العملية المتعلقة بطبيعة الضوء منها التحقق من صحة قوانين انعكاس الضوء . وقد لاقت النظرية الجسيمية لطبيعة الضوء القبول من الكثير من العلماء في ذلك الوقت و لكنها لم تستطع أن تعطي التفسير الجيد لبعض الظواهر الضوئية مثل انكسار الضوء وتداخل الضوء .

( ب ) نظرية هيجينز الموجيّة لطبيعة الضوء :
تنص على أن الضوء عبارة عن نوع من أنواع الأمواج ، وكان المتزعمين لهذه النظرية هم هيجينز وماكسويل و يونج . واستطاعت هذه النظرية أن تفسر وتحقق قوانين الانعكاس والانكسار باستخدام هذه النظرية . ولكنها لم تلقى هذه النظرية ترحاب علمي في بداياتها لعدة أسباب منها : أن جميع الأمواج المعروفة في ذلك الوقت ( صوت ، ماء ، ... الخ ) تنتقل خلال وسط مادي ، بينما الضوء يستطيع أن ينتقل إلينا من الشمس خلال الفراغ ، وكذلك فإن النظرية الموجية لم تعطي تفسيرا أو تعليلا لبعض الظواهر مثل : الظاهرة الكهروضوئية ، وإشعاع الجسم الأسود ، وظاهرة كمبتون .

2 – نظرة الفيزياء الحديثة :

الطبيعة المزدوجة للضوء :
عند شروط معينة فإن الجسيمات تسلك سلوك الموجات وعند شروط أخرى تسلك الموجات سلوك الجسيمات , وهذا ما يسمى بالطبيعة المزدوجة أي أن الجسيم يعامل أحيانا على أنه جسيم وأحيانا على أنه موجة .

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic1.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic1.swf

توضيح :

إذا كان السؤال ما هي طبيعة الضوء بالتحديد هل موجية أم جسيميه ؟

فإنه لن تكن هناك إجابة محددة فبعض الظواهر تعتبر الضوء جسيمات ، وكذلك بعض الظواهر تعتبر الضوء موجات ، وأخيرا يمكن القول أنه خلال الأطوال الموجية الطويلة يتصرف الضوء كموجات ، وفي الأطوال الموجية القصيرة ( ذات الطاقة العالية) يتصرف كجسيمات.

في الرابط التالي ثلاث مقاطع فيديو للمقارنة بين الطبيعة الجسمية والطبيعة الموجية :

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic1.rar

نظرية الكم

تبسيط نظرية الكم :

قبل أن نستعرض قصة نشأة نظرية الكم سأذكر تبسيطا لمعنى نظرية الكم ، يقول بلانك :

تأخذ الطاقة المشعة من الأجسام الصلبة قيم من مضاعفات ثابت بلانك
( وفق العلاقة : ط = هـ د ) ،
حيث ( هـ ) ثابت بلانك ويساوي 6.62 × 10 ^ - 34 جول ثانية .
فإما أن تكون الطاقة مساوية لـ 6.62 × 10 ^ - 34
أو 13.24 × 10 ^ - 34
أو 19.86 × 10 ^ - 34
وهكذا ...
ويستحيل أن تأخذ الطاقة قيما عشوائية من غير مضاعفات ثابت بلانك
مثل : 17 × 10 ^ - 34

مثال آخر للتبسيط ، تعتبر الأعداد الزوجية مكممة فهي تأخذ قيما من مضاعفات 2 ، ويستحيل أن نعتبر أي عدد عشوائي عددا زوجيا دون أن يكون من مضاعفات 2 .

نشأة نظرية الكم :

تشع الأجسام الصلبة إذا سخنت لدرجات حرارة مختلفة ، وبينت الدراسات التي أخذت لهذه الأجسام الساخنة بان مقدار طاقة الشعاع المنبعثة منها يعتمد على طولها الموجي .

وكانت هناك محاولات لإيجاد تفسير هذه العلاقة بواسطة نظرية الموجات المعروفة وقوانين الديناميكا الحرارية ولاقت نجاحا جزئيا ، فاستطاعت إحدى النظريات تفسير هذه العلاقة عند الأطوال الموجية القصيرة ولكنها فشلت عند الأطوال الموجية الطويلة ، أما النظرية الأخرى فنجحت عند الأطوال الموجية الطويلة ولكنها فشلة عند الأطوال الموجية القصيرة ، و أتضح من ذلك أن هنالك شيء أساسيا ماز ل مفقودا في قوانين الفيزياء الكلاسيكية .

في ديسمبر 1900م استطاع الفيزيائي الألماني ماكس بلانك أن يهز الأوساط العلمية بحل هذه المعضلة بافتراض يختلف اختلافا كبيرا عن المفاهيم المقبولة في ذلك الزمان ، حيث افترضت الفيزياء الكلاسيكية بان الذرات والجزيئات تستطيع أن تمتص أو تبعث أي قيم عشوائية من طاقة الشعاع ، أما بلانك فقد قال بان الذرات والجزيئات تستطيع أن تمتص و أن تبعث الطاقة في شكل قيم منفصلة فقط مثل الحزم الصغيرة ( وبمعنى آخر طاقة الموجات الضوئية مكممة ، فتتم بصورة متقطعة [ كمّات] ) .
ولقد أعطي بلانك اسم الكم أو الفوتون لأصغر كمية من الطاقة يمكن امتصاصها أو انبعاثها من الشعاع الكهرومغناطيسية وهو ما يعرف الآن بثابت بلانك .

الخلاصة :

فروض نظرية الكم للعالم بلانك:
1- الضوء يتكون من كمات محدده من الطاقة تسمي فوتونات .
2- طاقة كل فوتون ( الإشعاع الكهرومغناطيسي ) تتناسب طرديا مع تردده وعكسيا مع الطول الموجي.

[ناصر اللحياني]

الظاهرة الكهروضوئية :

الظاهرة الكهروضوئية هي إحدى الظواهر العديدة التي يمكن منها انبعاث الكترونات من سطح مادة فمن هذه الظواهر (1) الانبعاث الإلكتروني الحراري (2) الانبعاث الثانوي (3) الانبعاث الكهربي (4) الانبعاث الكهروضوئي.
وقد تطرقنا في الفصل العاشر ( الإلكترونيات ) إلى ظاهرة الانبعاث الإلكتروني الحراري ( الثرموأيوني ) ، وهنا سنتطرق إلى الظاهرة الكهروضوئية .

تعريفها:
هي ظاهرة انبعاث إلكترونات من سطح فلز عند سقوط ضوء ذي تردد مناسب عليه .

مكتشفها:
اكتشف هيرتز الظاهرة الكهروضوئية فلاحظ أن أشعة الضوء إذا سقطت على سطح معدني فإنها تتسبب في انبعاث الكترونات من هذا السطح .

تجارب لمشاهدتها:

التجربة الأولى :
عمل دائرة كهربائية تتكون من ما يلي :

- مهبط : وهي عبارة عن صفيحة موصلة مقعرة يطلى سطحها الداخلي بطبقة رقيقة من فلز قلوي يتميز بتأثره بالضوء و تنطلق منه الإلكترونات كفلز السيزيوم مثلا .
- مصعد : وهي عبارة عن سلك فلزي أو صفيحة موصلة صغيرة القطر تستخدم لجذب الإلكترونات المنبعثة من المهبط كما أن طبيعة شكله تسمح بوصول الضوء إليه .
- أنبوب زجاجي : يحتوي أجزاء الخلية و يسمح للضوء الساقط بالنفاذ إلى المهبط ، و يفرغ من الهواء لتقليل
الفقد في طاقة الالكترونات المنطلقة نتيجة الاصطدامات مع جزيئات الهواء ، و بالتالي ضمان وصولها المصعد .

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic2.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic2.swf

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic3.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic3.swf

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic4.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic4.swf

التجربة الثانية :
نشحن كشاف كهربائي بشحنة سالبة ونلامس قرص الكشاف بصفيحة من الزنك ونسقط عليها أشعة فوق بنفسجية ؛ نلاحظ انطباق ورقتي الكشاف ، أما إذا شحن الكشاف بشحن موجبة نلاحظ أن انفراج ورقتي الكشاف يزداد .

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic5.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic5.swf

تفسير النظرية الكلاسيكية :
الضوء يسخن المعدن فتكسب إلكتروناته طاقة تجعلها تتحرر منه ولكنها لم تربط ذلك بالتردد لذلك فشلت ، إذ أنه مهما زادت شدة ( كثافة ) الضوء المسلط على المعدن فلا يمكن أن تتحرر الإلكترونات ما دام أن تردد الضوء دون تردد معين , أما عند زيادة التردد إلى الحد المناسب فإن عدد الإلكترونات المتحررة , من ثم شدة التيار المار تتناسب طرديا مع شدة الضوء .

تفسير النظرية الحديثة :
يمتص الإلكترون المرتبط بالمعدن جزء من طاقة الشعاع ، فيتحرر منه ويكتسب طاقة حركة. وهذه العملية تعتمد على العديد من المتغيرات وهي:
تردد الشعاع - شدة الشعاع - التيار الناتج - طاقة حركة الإلكترون المتحرر من سطح المعدن - نوع المعدن .

ولفهم تأثير كل عامل من العوامل السابقة سنلقي نظرة على فروض آينشتاين .

[ناصر اللحياني]

فروض آينشتاين :

اعتمادا على فروض بلانك وضع آينشتاين عددا من الفروض يصف من خلالها سلوك الضوء وكان الداعي لهذه الفروض هو الوصول إلى تفسير الظاهرة التأثير الكهروضوئي . وهذه الفروض هي :

1 – الشعاع الضوئي مكون من جسيمات تسمى " فوتونات " ويحمل كل فوتون طاقة محددة قدرها [ ط = هـ × د ] ، حيث (هـ) ثابت بلانك ويساوي 6.6 × 10 ^ -34 جول.ث ، و ( د ) تردد الفوتون , وطاقة الشعاع الكلي تساوي مجموع طاقة الفوتونات التي يتكون منها .
طاقة الفوتون الواحد (ط) = ثابت بلانك (هـ) × تردد الفوتون (د)
طاقة الشعاع الكلية = طاقة الفوتون × عدد الفوتونات

والجديد في هذا الفرض أن طاقة الفوتون محددة فهي تتناسب طرديا مع تردده (د) , ( يسميها الفيزيائيون طاقة مكممة أي أنها مضاعفات صحيحة لقيم معينة ) .

2 – لكل إلكترون من إلكترونات ذرات سطح المعدن طاقة ارتباط محددة تختلف حسب نوع العنصر , فإذا اصطدم الفوتون بأحد هذه الإلكترونات وكانت طاقة الفوتون أكبر من أو تساوي طاقة ارتباط الإلكترون بمعدنه , فإن هذا الإلكترون سوف يمتص طاقة الفوتون ويتحرر , أما إذا كانت طاقة الفوتون أقل من طاقة ارتباط الإلكترون , فإن الإلكترون لن يتحرر ولن يمتص أي جزء من طاقة الفوتون , ولا يمكن لإلكترون أن يمتص جزء من طاقة الفوتون أو يمتص طاقة أكثر من فوتون .

دالة الشغل : هي أقل طاقة للفوتون حتى يستطيع تحرير الإلكترون
تردد العتبة ( د.) هي أقل تردد للفوتونات تلزم لتحرير إلكترونات المعدن, ولعلك تتذكر ما ذكرناه سابقا أن هذا التردد (تردد العتبة) يختلف من معدن لآخر إذ أن لك معدن تردد عتبة خاص به وهو من الصفات الفيزيائية المميزة لكل معدن..

تفسير آينشتاين لظاهرة التأثير الكهروضوئي :
أوضح أن سبب عدم مقدرة بعض الأشعة على تحرير الإلكترونات , ومن ثم عدم سريان التيار في الدائرة , هو أن طاقة فوتونات هذا الشعاع أقل من الطاقة اللازمة لتحرير إلكترونات سطح المعدن , كما أن مقدرة بعض الأشعة على تحرير إلكترونات المعدن ومن ثم سريان التيار يعود إلى أن طاقة فوتونات هذا الشعاع أكبر من طاقة ارتباط الإلكترونات بسطح المعدن أو تساويها وعند ذلك تتناسب شدة التيار (الناتج عن تحرر الإلكترونات) طرديا مع كثافة الشعاع الكهرومغناطيسي المسلط على سطح المعدن .

وبإهمال فرق الجهد المؤثر بين المهبط والمصعد فإن طاقة الإلكترون المتحرر يمكن حسابها من العلاقة التالية :
طاقة الإلكترون المتحرر = طاقة الفوتون – طاقة ارتباط الإلكترون بسطح المعدن .

وبعد تعريف تردد العتبة يمكن كتابة العلاقة السابقة كما يلي :
طح (للإلكترون) = هـ × د (للفوتون) – هـ × د0 (طاقة ارتباط الإلكترون)

[ناصر اللحياني]

نموذج بور للذرة :

حاول كثير من العلماء معرفة ماهية الذرة , ومن ذلك نظرية دالتون 1800م , ونظرية طمسن 1898م , ونظرية رذرفورد 1911م , ونظرية بور 1913م , وقد ثبت فشل جميع النظريات القديمة عدا نظرية بور فقد ثبت بالتجارب والملاحظات العملية صحة كثير من فرضياتها , ولهذا السبب سوف دراستنا عليها .

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic6.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic6.swf

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic7.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic7.swf

لقد اقتصرت فروض بور على أبسط ذرة معروفة وهي ذرة الهيدروجين حيث تحتوي على بروتون واحد وإلكترون واحد .
ووضع بور الفروض التالية :

الفرض الأول : يتحرك الإلكترون حول النواة في مدار دائري تحت تأثير قوة الجذب الكهربائية بين الإلكترون والنواة ويمكن معرفة سرعة الإلكترون ونصف قطر المدار الذي يتحرك فيه على النحو التالي :
بما أن الإلكترون يتحرك في مدار دائري ثابت ، إذا : قوة الجذب المركزية = قوة الجذب الكهربائية .
ك ع^2/نق = 9 × 10 ^9 × ش^2/نق^2

الفرض الثاني :
ينقسم إلى ما يلى :

1 - كمية الحركة الزاوية للإلكترون حول النواة تأخذ قيماً محددة هي عبارة عن أعداد صحيحة من ثابت بلانك (هـ) مقسومة على 2π , أي أن :
كمية الحركة الزاوية = هـ ن / 2 π
حيث ن = تعبر عن رقم المدار الذي يوجد فيه الإلكترون وتأخذ القيم الصحيحة (1, 2, 3 , .... ) ولا تقبل الكسور .

2 - نصف قطر مدار الإلكترون في أي مستوى يأخذ قيما صحيحة من نصف قطر مدار الإلكترون الأول , أي أن :
نصف قطر مدار الإلكترون في أي مستوى ( نق ن ) = ن^2 × نق1
حيث نق1 = 0.529 أنجستروم ، أي أن نصف قطر مدار الإلكترون كمية مكماة
ومن العلاقة السابقة نلاحظ أنه لا يمكن أن يكون نصف قطر مدار الإلكترون حول النواة = 1.5 نق1 أو 1.7 نق1 بل قيما صحيحة من نصف القطر نق1 . وهذا يقودنا إلى وجود مناطق حول النواة تفصل بين مستويات الطاقة لا يمكن أن يوجد بها إلكترونات (حسب فروض بور) .

3 - طاقة الإلكترون في أي مدار تعطى من العلاقة :
ط ن = ط / ن^2

الفرض الثالث :
الإلكترون لا يشع ولا يمتص طاقه ما دام في المدار المحدد له .
يمتص طاقة عند انتقاله من مدار قريب إلى مدار بعيد.
يشع الإلكترون طاقة عند انتقاله من مدار بعيد إلى مدار قريب .
وتكون الطاقة الممتصة (أو المشعة) مساوية للفرق بين الطاقتين التاليتين :
= طاقة الإلكترون في المدار النهائي( ن2 ) - طاقة الإلكترون في المدار الابتدائي ( ن1 )

[ناصر اللحياني]

إثارة الذرة

الذرة المستقرة هي التي توجد إلكتروناتها في مستوياتها الطبيعية , أما إذا تعرضت الذرة لإشعاع ضوئي مناسب (لكل ذرة تردد مناسب قادر على إثارتها ) فإن واحد أو أكثر من إلكترونات الذرة يمتص طاقة الفوتونات الضوئية الساقطة على الذرة وينتقل من مستواه الطبيعي إلى مستوى أبعد عن النواة (مستوى ذي طاقة أكبر) , وفي هذه الحالة نقول إن الذرة مثارة , إلا أن هذا الوضع لا يستمر طويلا , حيث يعود الإلكترون إلى مستواه الطبيعي وتعود الذرة إلى حالة الاستقرار بعد مضي زمن لايتجاوز 10^ -8 ثانية . ويرافق عودة الإلكترون إلى مستواه الطبيعي إصدار الذرة لإشعاع ضوئي عبارة عن فوتونات يعتمد ترددها على درجة الإثارة .

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic11.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic11.swf

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic8.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic8.swf

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic9.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic9.swf

[ناصر اللحياني]

الطيف الذري للعنصر :

هي سلسلة من الترددات الضوئية الصادرة من ذرات هذا العنصر عند تسخينه بلهب أو إحداث تفريغ كهربائي في أنبوب يحتوي على هذا العنصر ( تحت ضغط منخفض ) ، مما يساهم في إثارة الإلكترونات لتنتقل إلى مدارات أعلى وعند رجوعها إلى المدار الابتدائي تبعث أمواجا ضوئية .

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic13.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic13.swf


[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic12.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic12.swf

اكتشافها
أجرى العلماء تجربة على الضوء الصادر من غاز الهيدروجين الموجود في أنبوب تفريغ كهربائي, وقد ظهر طيف ضوئي متقطع يظهر فيه مسافة بين لون وآخر, وعند استبدال غاز الهيدروجين بغاز آخر ظهر طيف متقطع ولكن بألوان أخرى, وهكذا ظهر أن العناصر المختلفة يمكن تمييزها بأطيافها, وقد اكتشف عنصر الهيليوم بواسطة هذا التحليل الطيفي حيث عثر عليه في ضوء الشمس قبل أن يكتشف على الأرض.

خصائصها
1- كل غاز يرسل أشعة تتألف من سلسلة من الترددات الضوئية ( طيوف ذرية ) .
2- السلسلة الطيفية صفه مميزة للغاز لا يوجد غازان لهما نفس السلسلة .
3- السلسلة الطيفية تحتوي على (ألوان) مختلفة التردد والتردد الأكثر كثافة يغلب لونه على لون السلسلة .

كيفية قياس الطيف :
يقاس بواسطة منظار التحليل الطيفي .
ويتكون من مجمع ( عدسة مجمعه ) ، محلل ( محزوز حيود ) ، كاشف ( فيلم حساس للضوء ) حيث يوضع الغاز داخل أنبوبة التفريغ ويثار فينبعث منه الطيف ثم يوضع أما عدسة مجمع الجهاز فيقوم المحزوز بالتحليل والفيلم ُترسم عليه خطوط الطيف .

الطيف الخطي للهيدروجين :

ركز العلماء على دراسة طيف ذرة الهيدروجين وتوالت الاكتشافات في هذا المجال حيث رصد العالم Balmer في العام 1885 الطيف المرئي لذرة الهيدروجين وهي الانتقالات التي يحدثها الإلكترون إلى المستوى n=2 ، وهناك مجموعة أخرى من طيف ذرة الهيدروجين اكتشفها العالم Lyman وهي في مدى الأشعة فوق البنفسجية واكتشف العالمان Paschen و Bracket مجموعتين اخرتين في مدى الأشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي. ووضعت العديد من المعادلات التي تحسب هذه المجموعات من الأطوال الموجية وفي العام 1890 توصل العالم Rydberg إلى معادلة واحدة لحساب كل الأطوال الموجية لكل الأنتقالات المتوقعة من الذرة.

ولتبسيط المقصود بالطيف الخطي للهيدروجين نقول أنه عند عودة الإلكترون المثار في ذرة الهيدروجين من مستويات الطاقة العليا إلى مستويات الطاقة الدنيا ، فإنه يفتقد طاقته التي اكتسبها عند إثارته على هيئة إشعاع ( طيف خطي ) يتكون الطيف الخطي لذرة الهيدروجين من خمس مجموعات أو متسلسلات ( ليمان – بالمر – باشن – براكت – فوند ) وسنكتفي بثلاثة فقط وهما :

سلسلة ليمان :
تحدث عندما يعود الإلكترون من مستويات الطاقة الأعلى: 6 , 5 , 4 , 3 , 2 إلى المستوى الأول ( ن = 1 )
ويتميز الطيف بأنه : غير مرئية وطولها الموجي قصير وترددها عالي .

سلسلة بالمر :
تحدث عندما يعود الإلكترون من مستويات الطاقة الأعلى: 6 , 5 , 4 , 3 , إلى المستوى الأول ( ن = 2 )
ويتميز الطيف بأنه : مرئية ويقاس ترددها وطولها الموجي في المعمل

سلسلة باشن
تحدث عندما يعود الإلكترون من مستويات الطاقة الأعلى: 6 , 5 , 4 , إلى المستوى الأول ( ن = 3 )
ويتميز الطيف بأنه : غير مرئية طولها الموجي كبير وترددها منخفض .

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic6.swf]WIDTH=700 HEIGHT=550[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic6.swf

للاستزادة أقرأ المقال الإثرائي :

مقال إثرائي عن " الطيف الذري " وبعض تطبيقاته

[ناصر اللحياني]

الأشعة السينية ( أشعة X ):

في عام 1895 اكتشف عالم ألماني اسمه ويليام رونتجن أشعة أكس بينما كان يجرى تجربة تسليط شعاع الكتروني على أنبوبة تأين غازي ، فلاحظ العالم رونتجن أن الشاشة الفسفورية في المختبر بدأت تتوهج عند اصطدام شعاع الالكترونات عليها. هذه النتيجة في حد ذاتها لم تكن مدهشه حيث كان من المعلوم أن تتوهج الشاشة الفسفورية بفعل الشعاع الالكتروني ولكن رونتجن أحاط الأنبوبة المفرغة بألواح سوداء سميكة لتتمكن من حجب الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من الأنبوبة المفرغة، كما وضع رونتجن عدة أجسام بين الأنبوبة والشاشة الفسفورية وكانت النتيجة أن الشاشة الفسفورية لا زالت تتوهج. وحتى يتأكد من أن هناك أشعة جديدة هي التي اخترقت تلك الأجسام ووصلت للشاشة الفسفورية قام رونتجن بتجربة إضافية وهي بأنه وضع يده أمام الأنبوبة المفرغة وشاهد على الشاشة الفسفورية صورة لعظام يده، لاحظ هنا أن رونتجن اكتشف أشعة جديدة هي أشعة اكس وفي نفس الوقت اكتشف احد أهم تطبيقاتها.

تعريفها :
هي عبارة عن أشعة كهرومغناطيسية ترددها عال ومن ثم طاقتها عالية .

سبب تسميتها :
سُميت أشعة X ، لأن طبيعتها لم تكن معروفة حينما أكتشفها روتنجن .

سبب انبعاثها :
تنبعث من الذرات ذات العدد الذري المتوسط , نتيجة انتقال الإلكترون من أحد مستويات الطاقة العليا إلى مستويات الطاقة الدنيا ، مما يجعل الإلكترون يتخلص من فرق الطاقة بين المستويين على شكل فوتونات عالية التردد (عالية الطاقة) .

صفاتها :
1 – موجات كهرومغناطيسية ذات تردد عالي وطاقة عالية .
2 – يمكن التحكم بقدرتها ( ترددها ) من خلال التحكم بالجهد الكهربائي المسلط .
3 – قدرتها على النفاذ عالية جدا .
4 – تسبب توهجا لبعض المواد في الظلام .

استخداماتها :
1 – في الطب للكشف عن الكسور والحصى وتسوس الأسنان
2 – في المطارات لكشف عن الأجسام المعدنية
3 – في الصناعة للكشف عن التشققات في بعض المصنوعات .

ملاحظة :
الأشعة السينية تسمى بالظاهرة الكهروضوئية العكسية ، حيث أن الظاهرة الكهروضوئية كما مر معنا يتم فيها تسليط موجات ضوئية فتتحرر الإلكترونات ، وأما في الأشعة السينية فيحدث العكس ، حيث أن الإلكترونات هي التي تتسبب في انبعاث الأشعة الكهرومغناطيسية .

جهاز توليد الأشعة السينية :يستخدم لتوليد الأشعة السينية أنبوب كولدج ، الذي يتركب مما يلي :
1 - مهبط ( فتيلة ) 2 - مصعد ( الهدف ) 3 - أنبوبة مفرغة من الهواء 4 – مصدر فرق جهد عالي .

آلية عمل جهاز توليد الأشعة السينية :
عند توصيل الدائرة يسخن الفتيل فتتحرر إلكتروناته وتتنافر مع المهبط وتتجاذب مع المصعد فتتحرك بسرعة هائلة باتجاه المصعد (الهدف) بسبب فرق الجهد الكبير وتصطدم بمادة الموليبدن المكونة للهدف فتنبعث الأشعة السينية من الهدف .

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic15.swf]WIDTH=650 HEIGHT=510[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic15.swf

تفسير آلية توليد الأشعة السينية :

1- طريقة الاصطدام :

- تصطدم الالكترونات المسرعة بالالكترونات الموجودة في المستويات الداخلية لذرات مادة الهدف فتنطلق هذه الالكترونات تاركة فجوة .
- ينتقل إليها إلكترون من مستوي أعلى ويتخلص هذا الإلكترون من كمية من الطاقة في صورة فوتونات عالية التردد ( الأشعة السينية ) تعادل الفرق بين طاقة المستويين الذي انتقل بينهما .
- وتعطي الطريقة طيفاً ذا تردد محدد يُسمى الطيف الخطي وذلك لأن طاقته محددة .

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic16.swf]WIDTH=650 HEIGHT=510[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic16.swf


[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic17.swf]WIDTH=650 HEIGHT=510[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic17.swf

2- طريقة الفرملة :
بعض الإلكترونات المتسارعة نحو الهدف لا تستطيع الاصطدام بمادة الهدف بسبب تنافرها مع الكترونات ذرة الهدف فتتناقص طاقتها الحركية وتتحول طاقة الإلكترون إلى فوتونات ترددها عالي (الأشعة السينية).
- وتعطي هذه الطريقة طيفاً ذا تردد غير محدد يُسمى الطيف المتصل .

[ناصر اللحياني]

الليزر

تفضل إلى الشرح التالي :

إيضاح التساؤلات عن مكنون الليزرات
( شرح مبسط لدرس الليزر بالصور والفيديو والفلاشات )

[ناصر اللحياني]

الفيزياء النسبية

تفضل إلى الموضوع التالي :

شرح درس الفيزياء النسبية والردّ على جميع تساؤلاتكم