ا/الكافي : ملخص الضوء فيزياء الشهادة السودانية PDF

الضوء 

ما هو الضوء؟ 

يعرف الضوء بأنه شكل من أشكال الطاقة يؤثر في اعصاب العين مسبباً الإحساس بالرؤية .

خصائص الضوء :

1/ السير أو الإنتقال في خطوط مستقيمة ويمكن الإستدلال على ذلك بظاهرة الظلال ، وسنرمز للشعاع الضوئي بخط مستقيم عليه سهم ( - ) وتسمى مجموعة الأشعة بالحزم الضوئية وهي ثلاثة أنواع : 

1 حزم مجتمعة

2 حزم متفرقة .

3 حزم متوازية .

ويتم الحصول على الحزم المتوازية من الأجسام المضيئة البعيدة جداً كالأجرام السماوية

الإنعكاس : هو إرتداد الأشعة الضوئية نتيجة لسقوطها على سطح عاكس غير منفذ للضوء

انواع الإنعكاس :

1 انعكاس منتظم : هو إرتداد الأشعة الضوئية عند سقوطها على سطح عاكس املس 

2 انعكاس غير منتظم: هو إرتداد الأشعة الضوئية عند سقوطها على سطح خشن 

قانونا الإنعكاس :

القانون الأول للإنعكاس : الشعاع الساقط و الشعاع المنعكس والعمود الناظم تقع جميعها على مستوى واحد

القانون الثاني للأنعكاس : 

زاوية السقوط تساوي زاوية الإنعكاس 

الحيود : هو إنحراف الأشعة الضوئية عن مسارها المستقيم عند سقوطها على حواف الأجسام .

مصادر الضوء :

مصادر زاتية ( مضيئة ) : وهي مصادر تولد الضوء ، مثل الشمس والنجوم والمصابيح الكهربية والمصابيح الغازية .
الشمس والنجوم : ( تولد الضوء بفعل ظاهرة الإندماج النووي )
المصباح الكهربي : ( يولد الضوء بفعل تسخين سلك التنجستن في غالف زجاجي مفرغ من الهواء وذلك حتى لا يتفاعل السلك الساخن مع الأوكسجين فيتأكسد وينقطع ) 

المصباح الغازي : ( يولد الضوء بفعل إثارة الذرات عن طريق ظاهرة التفريغ الكهربي ) .

الكافي في الفيزياء

إعداد الأستاذ: محمد ميرغني الطاهر

0118404459:

مصادر غير زاتية ( غير مضيئة ) : وهي مصادر ضوئها مستعار كلأجسام التي تعكس الضوء مثل الجدران والقمر والزجاج .

طبيعية الضوء :

هنالك اربعة نظريات تناولت طبيعية الضوء وهي :

1 / النظرية الجسيمية لنيوتن

3 / النظرية الكمية لبلانك

2 النظرية الموجية لها يحنز

4 النظرية الحديثة لأنشتاين .

حقيقة الإبصار : القدماء كانوا يعتقدون أن الإبصار يحدث نتيجة لخروج الشعاع من العين إلى الجسم وهذا اعتقاد خاطئ .
توصل العالم الحسن ابن الهيثم في القرن الحادي عشر الميلادي الى ان الإبصار يحدث نتيجه لخروج ا 

النظرية الجسيمية لنيوتن :

. إبتكرها العالم الإنجليزي إسحاق نيوتن في منتصف القرن السابع عشر الميلادي

• تنص على : ( الضوء عباره عن فيض من الجسيمات الدقيقة المتناهية الصغر ) .

افادت في تفسير ظاهرتي الإنعكاس والإنكسار

وفشلت في تفسير ظاهرتي التداخل والحيود .

النظرية الموجية لهايجنز :

. ابتكرها العالم الهولندي هايجنز في عام 1678 م .

تنص على : ( الضوء عباره موجات مثل موجات البحر تنتشر عبر الإثير ) . الإثير : عباره عن وسط افترضه هايجنز وهو الذي يمثل الوسط الذي تنتقل في الضوء لأنه الإعتقاد الذي كان سائد أن الضوء يحتاج إلى وسط لكي ينتقل فية مثل موجات الماء تحتاج الى وسط لكي تنتقل فيه

• نجحت في تفسير الإنكسار والإنعكاس والتداخل والحيود

. وفشلت في تفسير الظاهرة الكهروضوئية وظاهرة إشعاع الجسم الأسود

طول الموجة يساوي المسافة بين قمتين أو قاعين متتاليين

شكل يبين موجات الضوء

إعداد الأستاذ: محمد ميرغني الطاهر

0118404459:

الشعاع الضوئي : هو ذلك الخط المستقيم الذي يحدد إتجاه إنتشار الموجه ويكون عمودي على

صدر الموج صدر االموجة ( جبهة الموجة او دائرة الموجة : هو الخط الدئري الذي توجد به كل القمم التي على نفس البعد من مركز التذبذب لحظه زمنية محدده

. عندما يكون صدر الموجة بعيد جداً عن المصدر فإنه يمكن إعتباره سطحاً مستوياً لأن الإنحناء يكون صغير جداً .

• وضح هايجنز طريقة تكون صدر الموجة الجديد بقاعدة اطلق عليها قاعدة هايجنز .

قاعدة هايجنز :

تنص على : ( اي نقطة على صدر الموجة القديم يمكن إعتبارها مصدراً ضوئياً جديداً يقوم بإشعاع

موجات ثانوية ) .

موجات ثانوية

صدر الموجة الجديد

مصدر ثانوي

مصدر ثانوي

مصدر ثانوي

مصدر ضوء إبتدائي

الشكل (132) : قاعدة هايجنز

سرعة الطيف الضوئي : تخضع كل الموجات بما فيها الطيف الضوئي للقانون العام لسرعة الموجة طول الموجة ( ) ( × التردد ( ن )"

سرعة الموجة ( ع )

=

وسرعتها في الفراغ = 3 × 810 متر / الثانية ، وسرعتها في الزجاج = 2 × 10 متر/ الثانية وتقل سرعة الضوء في هذه الحالة بسبب عملتي الإمتصاص والإشعاع المتوالية التي تقوم بها الذرات التي تقع على مسار الشعاع ، وتختلف سرعة الموجه من وسط لآخر نتيجة لغير الأطول الموجي لأن التردد يظل الثابت ، لذلك تتغير سرعة الضوء في الأوساط الشفافة بسبب تغير

6

النظرية الكمية :

مبتكرها هو العالم الألماني ماكس بلانك عام 1900م .

3

الكافي في الفيزياء

إعداد الأستاذ: محمد ميرغني الطاهر

0118404459:

تنص على : (( طاقة الضوء و الطيف الكهرومغنطيسي عموماً يكون في صورة دفعات صغيرة من الطاة المنفصلة عن بعضها وتسمى كل دفعة من الطاقة بالكمة ( الكمية الصغيرة ) وتتناسب طاقة الكمة الواحدة ( ط ) مع تردد الضوء ) ذ ) ( او الإشعاع عموماً ) ويسمى ثابت التناسب بثابت بلانك ويرمز له بالرمز ( هـ )

وتختصر : (( الضوء عبارة عن كمات ))

• نجحت في تفسير اشعاع الجسم الأسود وفشلت في تفسير الظاهرة الكهروضوئية . فروض بلانك : 1/ مصادر الضوء /2 طاقة الكمة طاقة (الفوتون 3 شدة الإشعاع (الطاقة الضوئية).

طاقة الكمة ( طاقة الفوتون ) ( ط ) :

هي اقل مقدار من الطاقة التي لا تجزأ ، ويرى بالنك ان كل كمة تحمل مقداراً من الطاقة ( ط )

6

الثابت يسمى بثابت بلانك

تتناسب طردباً مع تردد الإشعاع ) ذ ) . ط × ذ ، ط = ثابت × ذ ثابت بلانك رمزه ( هـ ) ، وقيمته 6.625 × 3410 ، ووحدة قياسه جول / هيرتز = جول × ثانية .

( ط = هـ × ذ ) جول أو إلكترون فولت

شدة الإشعاع ) االطاقة الضوئية ) أو ( االطاقة االمشعة ) أو ( قدرة الشعاع ) :

هي مقدار الطاقة المنبثقة أو الممتصة خلال وحدة المساحة في الثانية .

أو هي .

طاقة الفوتون الواحد مضروباً في عدد الفوتونات التي تعبر وحدة المساحة في الثانية .

الطاقة الضوئية - طاقة الكمة ( الفوتون ) × عدد الكمات ( الفوتونات )

=

شع = ط × عد = هـ × ذ × عد

حيث : عد = عدد الكمات (الفوتونات ) التي تعبر وحدة المساحة في الثانية .

شع = شدة الإشعاع وتقاس بوحدة جول / ثانية تختصر بالواط.

النظرية الحديثة :

مبتكرها العالم الألماني انشتاين عام 1905

فروض انشتاين :

تنص على : ( الضوء عبارة عن فوتونات ) .

الفوتون : هو جسيم يعتبر كمية صغيرة جداً من الطاقة التي لا يمكن ان تجزئتها

الظاهرة الكهربية الضوئية ( الكهروضوئية ) :

هي ظاهرة انبعاث الإلكترونات من سطح المعدن عند سقوط اشعة ضوئية عليها .

الإلكترون الضوئي : هو الإلكترون الذي تحرر بفعل الضوء.

المشاهدات التي أدت الى إكتشافها :

1 العالم هيرتز عام 1887

لاحظ العالم الألماني أنه عند سقوط اشعة فوق بنفسجية على سطح معدني يؤدي الى انبعاث الالكترونات من هذا السطح .

2 العالم هولواش عالم 1888 م :

لاحظ أن لوح الزنك المعزول والمشحون بشحنو سالبة يفقد شحنته عند تعرضه الى ضوء فوق بنفسجي ، وهذا يعني ان الضوء يعطي طاقة للإلكترونات لتتحرر من سطح المعدن وتسمى هذه الظاهرة بالظاهرة الكهروضوئية .

الشكل (162) : تجربة هولواش

1/3 لعالم انشتاين عام 1905 م :

اثبت أن الألكترونات تنبعث من الفلزات عند سقوط اشعة ضوئية عليها

اعتبر ان الضوء يتكون من كمات متقطعة من الفوتونات ، فإذا سقط ضوء ( فوتون ) على سطح معدن ، وعند اصتدام بسطح المعدن يقوم إلكترون واحد بإمتصاص طاقو الفوتون ويستنفذ جذءاً منها في التحرر من الإرتباط بسطح المعدن ) طاقة الربط ( ط ) ( ويذهب الجذء الباقي من الطاقة الممتصة لإكساب الإلكترون طاقة حركة ( طح ) .

العلاقة بين طاقة الفوتون وطافة الإلكترون : • الطاقة التي فقدها الفوتون (ط = هـ × ذ ) الطاقة التي اكتسبها الإلكترون ) طاقة الربط ( ( ( + طاقة حركة الإلكترون ( ك ع ) ) .

هـ × ذ= هـ × عــ + طح

6

+ +

ك ع 2

5

الكافي في الفيزياء

حيث : ط = طاقة الفوتون

إعداد الأستاذ : محمد ميرغني .

6

هـ = ثابت بلانك

الطاهر

0118404459:

6

ذ = تردد الفوتون

= طاقة الربط ( دالة الشغل ( الإلكترون ، طح = طاقة حركة الإلكترون

ع = سرعة الضوء ( الفوتون )

شكل يبين تفسير الظاهرة الكهروضوئية :

فوتونات طاقتها أقل

ww

من طاقة الربط

= الطول الموجي للضوء ( الفوتون ) .

فوتونات طاقتها

أكبر

من

طاقة الر

000

000

0 0 0

الكترونات ضوئية طاقة حركتها (طح)

000

معدن

معدن

(أ) تظل الالكترونات في المعدن لأن طاقة الفوتون الساقط عليها أقل من من طاقة إرتباط الإلكترون بالمعدن

(ب) تنطلق الالكترونات الضوئية

الناتجة عن اصطدام الفوتونات

(الضوء) بسطح المعدن

·

تعريفات مهمة :

طاقة حركة الإلكترون : هي طاقة تعمل على تحريك الإلكترون الضوئي من سطح المعدن بعد التحرر التردد الحرج ) تردد العتبة ( ذح ( ) : هو اقل تردد يكفي فقط لتحرير الإلكترون من سطح المعدن دون إكسابه طاقة حركة

=

هـ × ذح + طح

(1)

(لكن في حالة التردد الحرج ( ذح ) طاقة الحركة ( كح ) - صفر) تصبح المعادلة : = هـ× ذح

ثم بالتويض في المعادلة ( 1) :

هـ × ذ = هـ × ذح + طح

ك ع - هـ ( ذ - نح )

وهي صيغة اخرى لمعادلة انشتاين في تفسير الظاهرة الكهروضوئية

الطول الموجي الحرج (( ح )

:

هو

أقصى طول موجي يمكنه تحرير الإلكترون من سطح المعدن دون إكسابه طاقة حركة

ع

1

بتعويض ( ذ )

، تصبح معادلة انشتاين :

=

هـ × عـ

الكافي في

الفيزياء

إعداد الأستاذ: محمد ميرغني الطاهر

0118404459:

الخلية الكهروضوئية :

هي جهاز يعمل على تحويل الطاقة الضوئية الى طاقة كهربية (الشعاع الضوئي الى تيار كهربي) او (الفوتون الى إلكترون ).

تركيبها :

1 غلاف زجاج يحتوي بداخله على المصعد والمهبط ومفرغ من الهواء للاسباب الاتية :

أ: حتى لا يؤكسد الهواء مادة السيزيوم المغطية للمهبط ويجعله غير حساس للضوء ب: حتى لا يعيق الهواء حركة الإكترونات الضوئية المتحررة .

.

2 : المهبط (الكاثود) (اللوح السالب) : هو عبارة عن معدن نصف اسطواني مقعر الشكل وذلك حتى تستطيع الالكترونات الضوئية المنبعثة منه التجمع في نقطة واحدة في مركز المهبط وعادة يغطي

السطح الداخلي بمادة فلز قلوي مثل السيزيوم ) لانه حساس لجميع موجات الضوء ) . 3 المصعد الآنود ( اللوح الموجب ) : هو قضيب معدني رفيع (حتى لا يحجب الضوء عن المهبط) ويوضع منطبقاً على محور الاسطوانة حتى تصبح له اكثر قابلية لجذب الإلكترونات الضوئية المتحررة ) .

4/ القاعدة : مادة عازلة تثبت عليها كل اجزاء الخلية الكهروضوئية .

5 مسماري التوصيل : يصنعان من معدن جيد للتوصيل ويخترقان القاعدة ويثبت احدوهما على المهبط والآخر على المصعد

القاعدة

مصعد

مهبط

ملاحظات :

•

شكل يبين الخلية الكهروضوئية

6

عند سقوط ضوء على المهبط تتحرر سطحه من سطحة الإلكترونات فتتنافر هذه الالكترونات معه لانها هي ايضا سالبة فيجذبها اليه المصعد فيمر التيار في الدائرة ، و يستدل علية بواسطة جهاز الجلفانومتر .

• لكي تعمل الخلية يوصل المهبط بالقطب السالب للبطارية ويوصل المصعد بالقطب الموجب

للبطارية

7

0118404459:

الكافي في الفيزياء

إعداد الأستاذ: محمد ميرغني الطاهر

•

تتوقف شدة التيار للخلية الكهروضوئية على زيادة كل من :

أشدة الضوء

ب/تردد الضوء

ج فرق جهد البطارية

•

عدد الإلكترونات الضوئية المنبعثة من سطح المعدن تعتمد على شدة الضوء بينما سرعة

الإلكترونات المنبعثة تعتمد على تردد الضوء

.

بعض التعليلات المهمه :

i تيار الخلية الكهروضوئية يزيد بزيادة : أ/ شدة الضوء !

لأن زيادة شدة الضوء يزيد من عدد الفوتونات وبالتالي تزداد عدد الإلكترونات المنبعثة وبذلك يزيد

.

شدة التيار ب/ تردد الضوء !

لأنه عند زيادة تردد الضوء يسقط عدد كبير من الفوتونات في الثانية و بالتالي تزداد سرعة تدفق

الإلكترونات فتزداد شدة التيار .

ج فرق جهد البطارية !

لأن زيادة فرق الجهد يزيد من قوة التجاذب والتنافر بين الشحنات فتندفع الإلكترونات بسرعة نحو

المصعد فتزداد شدة التيار

ii / الضوء ذو طبيعة مزدوجة ! لأنه يحمل صفات الجسيمات والموجات

استخدامات الخليه الكهروضوئية :

1/تقوم بتحويل طاقة الشمس الضوئية الى طاقة كهربية

2/في اجهزة التصوير التلفزيوني تحول اجزاء الصورة الضوئية الى إشارات كهربية في شكل نبضات. 

3/في الاتصالات ، لأنها تعمل على تحويل الإشارات الضوئية في الألياف الكهربية الى تيارات

كهربية.

 4/ فتح واغلاق المداخل ، بتوصيل دائرة ما عندما يسقط على الخلية ضوء وتتوقف الدائرة عندما ينقطع عنها الضوء

5/في جهاز التلفزيون لفتح او اغلاق او تغيير المحطات عن طريق جهاز الريموت عند الضغط عليه يصدر نبضه من الاشعة تحت الحمراء تسقط على الخلية الموجودة في جهاز التلفزيون فتقوم بالمهمة المطلوبة .