جانب من احتفالات

أدارة النشاط الطلابى

للتميز التربوى

لثلاثة اعوام سابقة

لولاية الخرطوم ।

سيرة ذاتية صغيرة

أنا معاوية أحمد محمد قسم السيد

أعمل حالياً مدرس فيزياء بالمدارس الثانوية بالسودان

وأعمل حاليا بمدرسة اسماء عبد الرحيم النموذجية بنات

وايضاً معلم

بقناة المعرفة التعليمية بقناة الخرطوم الدولية

وأعرض بعض حصص المراجعة

لمادة الفيزياء للصف الثالث ثانوى على برنامج بيتنا بقناة التلفزيون

السودانى القومى نهاية العام الدراسى ونلت شرف الحصول على جائزة

المعلم المتميزعلى مستوى ولاية الخرطوم فى شهر اغسطس لعام 2008م .

بتشريف السيد/نائب رئيس الجمهورية

.بقاعة الصداقة بالخرطوم

فى الفترة من 19-21 /8 / 2008م .

صور التميز التربوى

صورى فى احتفال فى التميز التربوى فى الفترة
من 19-21 / 8 / 2008م

















صورى فى احتفال التميز التربوى
فى الفترة من 19-21/ 8/ 2008م

صور التميز التربوى

صورى مع بعض الزملاء والطالبات
من مدرسة اسماء عبد الرحيم الثانوية النموذجية بنات
احتفال التميز التربوى

صورى مع بعض

الزملاء والزميلات

من الولايات المختلفة

بالسودان من

احتفال التميز التربوى

صور التمييز التربوى

صور السيد/نائب رئيس الجمهورية اثناء التكريم

صور السيد/نائب رئيس الجمهورية اثناء التكريم

صور السيد/نائب رئيس الجمهورية اثناء التكريم
الإحتفال القومى التاسع للتميز والإبداع التربوى

تحت شعار
التميز التربوى جودة للتعليم
بتشريف السيد/ نائب رئيس الجمهورية
فى الفترة من 19-21/8/2008م قاعة الصداقة- الخرطوم
الموضوع /اختيارى المعلم المتميزعلى ولاية الخرطوم

صورتى اثناء التكريم من السيد/نائب رئيس الجمهورية

صور أبنى الصغير بشرى

صور أبنى

الصغير

بشرى

صور

أبنى

الصغير

بشرى

البوم صور أبنى الصغير بشرى

البوم صور

أبنى الصغير

بشرىالذى عمره 3سنوات

البوم صور أبنى الصغير بشرى

البوم صور
أبنى الصغير
بشرى
الذى عمره
3سنوات

البوم صور
أبنى الصغير
بشرى
الذى عمره
3سنوات

البوم صور
أبنى الصغير
بشرى
الذى عمره
3سنوات

البوم

صور

أبنى الصغير

بشرى

الذى

عمره 3

سنوات

عالم الفضاء

غريب - طريف - مضحك

فوتوشوب تصميم

فنون التصميم
لبرامج
(اوب فوتوشوب
تصميم استاذ/
معاوية أحمد

فوتوشوب تصميم

فنون التصميم

لبرامج

(اوب فوتوشوب

تصميم استاذ/

معاوية أحمد

جانب من احثفالات التميز التريوى بالوزارة

ملخص الذرة والإتصالات

الباب الرابع:

الذرة والإتصالات

الفصل الأول الذرة

مقدمة : كان العلماء منذ قديم الزمان يعتبرون أن المادة تتكون من وحدات دقيقة تسمي بالذرات . وتجددت هذه النظرية علي يد عالم الفيزياء " روبرت بويل " وعالم الكيمياء " لافوازييه" في القرنين السادس عشر والسابع عشر الميلاديين . وقد ورد اسم الذرة في القرآن الكريم اكثر من مرة مثلاً في سورة الزلزلة وفي سورة سبلأ الآية (22) {قل ادعوا الذين زعمتم من دون الله لايملكون مثقال ذرة في السماء ولا في الارض ومالهم فيهما من شرك ومالهم منهم من نظير}. وقد نبه القرآن الي وجود جسيمات اصغر من الذرة في قوله تعالي سورة سبأ الاية (3) {وقال الذين كفروا لا تأتينا الساعة قل بلي وربي لتأتينكم عالم الغيب لايعزب عنه مثقال ذرة في السموات ولا في الارض ولا أصغر من ذلك ولا أكبر إلا في كتاب مبين } وورد كذلك في سورة يونس الاية (61) { وماتكون في شأن وماتتلوا منه من قرآن ولاتعملون من عمل الاكنا عليكم شهوداً إذ تفيضون فيه ومايعزب عن ربك من مثقال ذرة في الارض ولا في السماء ولا أصغر من ذلك ولا أكبر إلا في كتاب مبين }. وهذه الايات تتحدث عن وجود جسيمات أصغر من الذرة في القرن السادس الميلادي بينما كان العلماء الأوربيون لا يعتقدون بوجود جسيمات أصغر من الذرة منذ بداية تطور العلوم في اوربا في القرن السادس عشر الميلادي حتي جاء القرن العشرون الميلادي عندماء اكتشف العلماء الالكترونات والبروتونات . ذلك انه رغم معرفة العلماء أن المادة تتكون من ذرات الا أن تركيب الذرة نفسها ظل سراً غامضاً حتي مطلع القرن العشرين . حيث عرف العلماء أن كل ذرة بها (z) الكترون وأن كتلة الالكترون ضئيلة جداً مقارنة مع كتلة الذرة . وكان العلماء يعتقدون حينها بوجود شحنات موجبة تعادل شحنات الالكترونات السالبة بالذرة .: ولكي يعرف العلماء كيف تترتب الالكترونات والشحنات الموجبة في الذرة فقد قام العالم " رذرفورد" عام 1911م بتسليط شعاع من الجسيمات (ألفا) ( جسيم ألفا هو نواة ذرة الهيليوم ويتكون من بروتونين ونيوترونين كما سنري لاحقا) علي غشاء رقيق من الذهب . وافترض " رذرفورد " من النتائج التي حصل عليها من انحراف جسيمات ألفا عند مرورها خلال الغشاء أن الذرة بها نواة ثقيلة تتمركز بها الشحنة الموجبة وذلك لتنافر جسيمات ألفا الموجبة مع هذه النواة . وتوجد خارج هذه النواة الالكترونات . وباستخدام مقدار انحراف جسيمات ألفا عند مرورها قرب النواة قدر "رذرفورد " أن قطر الذرة حوالي 1010- م بينما يبلغ قطر هذه النواة حوالي 1014- م . أي أن قطر الذرة 10000 مرة قدر قطر النواة . وقد واجهت " رذرفورد " مشكلة وضع الالكترونات في الذرة فلو افترض أن الالكترونات ساكنة فسوف تجذبها النواة لتلتصق معها وهذا يناقض حقيقة أن قطر الذرة أكبر بكثير من قطر النواة أما اذا افترض أن الالكترونات تدور حول النواة فإن هذا يعني أن الالكترونات أثناء حركتها تولد مجالاً مغنطيسيا وكهربيا معا مما يعني أنها ستشع موجات كهرومغنطيسية (كهربية مغنطيسية) حسب تنبؤات معادلات الموجات الكهرومغنطيسية وهذا يعني أن الالكترون سيفقد طاقة وسيؤدي الفقدان المستمر للطاقة إلي دوران الالكترون في مسار حلزوني حتي يسقط علي النواة وتنهار الذرة وهذا يتناقض مع حقيقة أن الذرة مستقرة ولا تشع موجات في حالة الإستقرار لذا كان نموذج " رذرفورد " في حاجة ماسة لتعديل يخرجه من هذا المأزق وهذا ما فعله نيلز بوهر. (4-1-2) نموذج بوهر :في عام 1913م تمكن العالم نيلز بوهر (ينطق بور) من وضع نموذج جديد للذرة اعتبر فيه الذرة مكونة من نواة موجبة تدور حولها الالكترونات في مدارات معينة كما تدور الكواكب حول الشمس ويحتوي كل مدار علي الكترونات ذات طاقة معينة . ويكون الالكترون مستقرا ولا يشع أى طاقة عندما يكون في مستوى الطاقة المناسبة لذلك المدار . ك ع2نققوة الجذب المركزية على الإلكترون: قأ = قوة الجذب الكهربي بين النواة والإلكترونثك ش شأنق2 قك = - الشكل (4-1) : الكترون يدور حول النواة ويمكن ايجاد قيمة الطاقة المناسبة في أى مدار بمعرفة القوى المؤثرة علي الالكترون فاذا كانت كتلة الالكترون تساوي (ك) وشحنته تساوي (ش1) وكان الالكترون يسير في مدار دائري نصف قطره)نق) بسرعه (ع) حول نواة شحنتها (ش) فإن الالكترون لابد له من القوة التي تحفظه في مداره حول النواة وهي قوة الجذب المركزية . وهذه القوة كما درسنا في الحركة الدائرية هي : ك ع2نق ق = (4-1) قوة الجذب المركزيه هذه علي الالكترون هي في الواقع قوة الجذب الكهربي الناتجة من جذب النواة الموجبة للالكترون السالب وهي حسب قانون كولوم تساوي : ثك شأ شنق2 ق = (4-2) وهي تعمل علي جذب الالكترون نحو النواة . وبناءا علي ذلك فإن : قوة الجذب المركزية = قوة الجذب الكهربي ثك شأ شنق2ك ع2نق = ثك شأ شنق ك ع2 = (4-3)ملاحظة :لايسقط الالكترون في النواة بسبب قوة الجذب الكهربي لوجود قوة الطرد المركزية حسب قانون نيوتن الثالث كرد فعل لقوة الجذب المركزية . المعروف أن طاقة الحركة لأي جسم كتلته (ك) وسرعته (ع) هي (½ ك ع2 ) ولذلك بقسمة الطرفين في المعادلة (4-3) علي 2 نجد أن طاقة الحركة : ثك شأ ش2نق طح = ك ع2 = (4-4) أما طاقة الوضع فهي ناتجة عن الشغل المبذول بواسطة قوة الجذب الكهربي علي الالكترون في المدار وهي تساوي : ثك شأ شنقثك شأ شنق2ط و = الشغل المبذول = القوة الكهربية x المسافة بين الالكترون والنواة (نق) ط و = - x نق = - (4-5) ( لاحظ التشابه بين هذه المعادلة وقانون طاقة الوضع للمجال التثاقلي الذي درسناه في الباب الاول وبنفس علامة السالب ) اذن الطاقة الكلية للالكترون ط1 = طاقة الحركة + طاقة الوضع ط1 = طح + طوثك شأ شنقثك شأ ش2نق = - ثك شأ شنقثك شأ ش2نق = [ -1] = - الطاقة الكلية للالكترون الذي يدور حول النواة في مدار نصف قطره (نق) : ط1 = - ثك شأ ش2نق (4-6) لاحظ أن كل من ثك ( ثابت التناسب ) وش ( شحنة النواة ) وشأ ( شحنة الالكترون) هي ذات قيم ثابتة ، وبالتالي يمكن كتابة المعادلة (4-6) كالآتي : ط1 = - (4-7) أي أن الطاقة الكلية للالكترون في مداره تعتمد فقط علي نصف قطر ذلك المدار . وهي تقل كلما زاد نصف القطر وتزيد كلما قل . وتعني علامة السالب أن الطاقة الكلية للالكترون هي طاقة جذب الي النواة ويلزم طاقة خارجية لفصله عنها ، اي يلزم طاقة موجبة . لقد وجد بوهر بعد بعض الحسابات أن نصف القطر نق في المعادلة (4-7) المناسب للالكترون لكي يدور حول النواة دون أن يشع طاقة يتناسب مع مربع الاعداد الصحيحة 1، 2، 3، ... ، أي أن : نق تتناسب مع عد2 أي أن : نق = ثابت x عد2 (4-8) حيث عد هو اي عدد صحيح وقد سمي هذا العدد بالعدد الكمي المداري . لاحظ أن الثوابت في المعادلتين (4-7)و(4-8) ليثت متساوية لانها ثوابت تناسب في حالتين مختلفتين بتعويض (4-8) في (4-7) نجد أن : حيث عد = 1، 2، 3، ... (4-9) المعادلة (4-9) توضح أن الالكترون يوجد في الذرة في مستويات طاقه هي طعد ونرمز لمستوي الطاقة المناظر للعدد الكمي المداري عد = 1 بالرمز (ط1) ويسمي بمستوي الطاقة الارضي أو بالمستوى الأرضي. بينما نرمز لمستوي الطاقة المناظر للعدد الكمي المداري عد =2 بالرمز (ط2) ويسمي بمستوي الطاقة الثاني وهكذا... وتقاس طاقة الالكترون في الذرة بالجول أو بوحدة الالكترون فولت (إ.ف). وتعرف وحدة الالكترون فولت (إ.ف) بأنها : هي الشغل المبذول أو الطاقة اللازمة لنقل الكترون واحد بين نقطتين فرق الجهد بينهما واحد فولت . الالكترون فولت (إ.ف) = الشغل لنقل الالكترون خلال فرق جهد مقداره 1 فولت وبما أن الطاقة الازمة لنقل شحنه(ش) خلال فرق جهد مقداره (جـ) فولت = جـ x ش فإن : الالكترون فولت = جـ x شأ = 1 فولت x 1.6 x 1019- كولوم حيث شحنة الالكترون شأ = 1.6 x 1019- كولوم الالكترون فولت = 1.6 x 1019- جول (4-10) والسبب في استعمال وحدة الالكترون فولت في الفيزياء الذرية هي أن وحدة الجول كبيرة جداً. لقد حسبت قيمة الثابت في المعادلة (4-9) ووجد انه يعتمد علي عدد البرتونات في النواة أي العدد الذري Z . وعلي ضوء هذه الحسابات وجد أن : الثابت = 13.6 x Z إ.ف. اي يتناسب مع مربع عدد البروتونات . بتعويض (4-11) في (4-9) نجد أن الطاقة الكلية للإلكترون في الذرة التي عددها الذري Z هي : أ.ف (4-12) مستويات الطاقة في ذرة الهيدروجين: يمكن إيجاد قيم الطاقة في مستويات الطاقة المختلفة في ذرة الهيدروجين الذي تحوي نواته بروتوناً واحداً فقط وذلك بتعويض ( ) في معادلة الطاقة (4-12) لنحصل علي : أ.ف (4-13) الشكل (4-2) : مستويات الطاقة (عد = 1 ، 2 ، 3 ) حيث نجد أن طاقة المستوي الارضي ( الأول ) في ذرة الهيدروجين تساوي : ط1 = - 13.6 إ . ف اما طاقة المستويين الثاني والثالث فتساوي : = - 3.4 إ.ف = - 1.511 إ.ف (4-14) وعند انتقال الالكترون من مستوي طاقة اعلي مثل (ط2 ) الي مستوي الطاقة الادني ط1 فإن الذرة تشع فوتوناً طاقته تساوي الطاقة التي فقدها الالكترون ( شكل (4-3) ) . وهذه الطاقة المفقودة تسامي الفرق بين طاقتي مستويي الالكترون أي . هـ x ذ = ط2 – ط1 ( 4-15 ) حيث هـ = ثابت بلانك ، ذ = تردد الفوتون الشكل (4-3) : إشعاع فوتون عند هبوط الالكترون إلي مستوي طاقة أدني . إثارة الالكترون في الذرة يكتسب الالكترون في الذرة طاقة تنقله من المستوي الأدني الي المستوي الأعلي بواحدة من الطرق التالية : أ‌) إذا امتصت الذرة فوتون طاقته تساوي ( ه x ذ) حسب المعادلة (4-15) . ب‌) عندما يكتسب الالكترون نفسه طاقة وذلك بامتصاصه لفوتون طاقته مناسبة لرفعه للمستوي الأعلي ، أي أن طاقته تساوي فرق الطاقة بين المستويين الأعلي والأدني . ج) عند إمتصاص الالكترون للطاقة الناتجة عن تصادم الذرة بذرات أو أيونات أو الكترونات او جسيمات ذرية . إذاً فإن الالكترون يكتسب طاقة إما بامتصاص الذرة لفوتون أو بامتصاصه هو نفسه لفوتون او بامتصاصه الطاقة الناتجة عن تصادم الذرة بجسيمات اخري ويعود بعدها الالكترون الي مستواه الأصلي ( السابق ) بإشعاع فوتون طاقته تساوي نفس الطاقة التي اكتسبها الالكترون سابقاً . وتستخدم ظاهرة اشعاع الفوتونات في توليد الضوء في مصابيح الإنارة . ففي مصباح الفلورسنت (المعروف خطأ بمصباح النيون) مثلاً يقوم الجهد الكهربي المرتفع داخل أنبوبة المصباح بتسريع الالكترونات الحرة والأيونات التي تكونت نتيجة لتأيين ذرات الغاز داخل الأنبوبة (عادة مزيج من الأرجون مع بخار الزئبق). وتقوم هذه الجسيمات المشحونة (الأيونات) بالاصطدام بباقي ذرات الغاز فتمتص بعض إلكترونات هذه الذرات طاقة التصادم فتنتقل من المستوى الأرضي إلى أحد المستويات الأعلى، وعند هبوط الإلكترونات إلى المستوى الأرضي تشع الفوتونات فوق البنفسجية والتي تمتص بدورها بواسطة مادة الفلورسنت الموجودة على جدار انبوب المصباح ومن ثم تقوم هذه المادة بإشعاع الضوء الأبيض الذي يمدنا بالإنارة. المعروف أن ذرة أي عنصر لها مستويات طاقة مختلفة عن مستويات الطاقة في ذرات العناصر الاخري أي أن مستويات الطاقة في العناصر المختلفة ليست متشابهة . ولذلك فإن الفوتونات التي تشعها ذرات عنصر ما تكون ذات طاقة مختلفة ولذلك لها ترددات مختلفة ( حسب المعادلة (4-15)) وبالتالي تعطي الواناً مختلفة وتسمي هذه الالوان التي تصدر من ذرة أي عنصر بطيف ذلك العنصر وبناء علي ذلك فألوان طيف أي عنصر تختلف عن أطياف العناصر الأخري . ويستفاد من ظاهرة الاختلاف فى الولان طيف العناصر فى التميز بين العناتصر التي توجد فى اى مركب ما حيث يمكن رؤية ذلك بوضوح خلال جهاز يسمى منظار الطيف ( بة منشور لتحليل الضؤ - انظر شكل ( 4-4) )الذى تظهر فية الاطياف الصادرة من العناصر المختلفة فى المركب بعد تسخينه فى خطوط ملونة وبالتالى يمكن تحديد العناصر الموجودة فى المركب. وكذلك عند توجيه هذا المنظار عن طريق منظار فلكي ( التلسكوب ) الي احد النجوم فانه يمكننا تحديد العناصر الموجودة فى ذلك النجم لانها ستظهر لنا فى شكل الوان طيف خلال ذلك الجهاز وعندها يمكن معرفة العناصر المكونة لذلك النجم . شكل (4-4) منظار طيف بسيطمثال (4-1) : اذا كانت طاقة اقل ثلاثة مستويات في ذرة الهيدروجين مقدرة بوحدات الالكترون فولت هى : - 13.6 إ .ف ، - 3.4 إ. ف ، -1.5إ . ف، جد اقل طاقة تجعل الذرة مثارة الحل : ط3 = - 1.5 إ.ف ، ط2 = - 3.4 إ.ف ، ط1 = -13.6 إ.ف تعتبر الذرة مثارة عند انتقالها من المستوى الأرضي (ط1) الي أحد المستويات العليا. أقل طاقة تجعل الذرة مثارة عند إنتقال الالكترون من المستوي الارضي (ط1) الي المستوي (ط2) هي : ط2 – ط1 = - 3.4 – (- 13.6) = - 3.4 + 13.6 = 10.2 إ.فمثال ( 4-2 ) : اذا كانت طاقة المستوي الارضي ( ) في ذرة الهيدروجين تساوي (-13.6 إ . ف ) فأزجد أقل طاقة تجعل الذرة متباينة . الحل : طاقة الإلكترون وهو داخل الذرة سالبة لانها طاقة تجاذب تصبح الذرة متباينة عندما يغادر الإلكترون الذرة ويخرج منها . وعندما يصبح الإلكترون خارج الذرة فإن طاقته لابد أن تكون صفراً او أكثر . وهذا يعني أن أقل طاقه للإلكترون خارج الذرة تساوي صفراً . أي أن : ط = صفر . أقل طاقة تأيين = صفر – ط1 = صفر – (- 13.6) = 13.6 إ.فمثال (4-3) : انتقل الكترون في ذرة الهيدروجين من مستوي الطاقة ط3 = - 1.5 إ.ف الي مستوي الطاقة ط2 = - 3.4 إ.ف احسب تردد الفوتون المنبعث من انتقال الالكترون وكذلك الطول الموجي لذلك الفوتون علماً بأن ثابت بلانك يساوي6.6 x 1034- جول.ثانية، وسرعة الضوء ع = 3 x 108 متر\ث . الحل : هـ x ذ = ط3 – ط2 = - 1.5 + 3.4 = 1.9 إ.ف = 1.9 x 1.6 x 1019- جول هـ x ذ = 6.6 x 1034- x ذ = 1.9 x 1.6 x 1019- جول. تردد القوتون (ذ) = هيرتزعـذوبما أن سرعة الفوتون: عـ = ذ x λ الطول الموجي للفوتون = λ = = = 65.2 x 108- متر(4-1-3) الاشعة السينية (أشعة X ): في عام 1895م لاحظ العالم الألماني " رونتجن" بأن أشعة قوية مجهولة تتولد عندما تصطدم الإلكترونات السريعة بجسم معدني تسمي عادة بالهدف .وسميت هذه الاشعة المجهولة بالأشعة السينية (X) وذلك لأنها كانت مجهولة الطبعة وعادة يرمز للشئ المجهول ب(X) أو ( Y ) أي س أو ص لقد امكن لاحقاً فهم كيفية تولد الأشعة السينية علي ضوء قانون بقاء الطاقة . فعندما يصطدم إلكترون سريع بجسم معدني فإنه يسكن ( أي يتوقف ) فتتحول طاقته الحركية التي كان يتحرك بها عند اصطدامه بالجسم الي طاقة في شكل موجات كهرومغنطيسية حيث يولد كل إلكترون فوتوناً واحداً فقط . وهذا يعني أن أشعة ( X ) هي موجات كهرومغنطيسية ( فوتونات ) . ويتركب جهاز توليد الأشعة السينية من أنبوبة زجاجية مفرغة من الهواء وبداخلها قطب سالب يسمي بالمهبط موصل بالقطب السالب لمصدر لمصدر كهربي عالي الجهد ، وهو معدن يقوم بقذف الالكترونات عندما يتم تسخينه بواسطة فتيل ( وهو سلك ملفوف مثل سلك التنجستن المستخدم في المصابيح ) فتتنافر الالكترونات السالبة مع المهبط السالب ( شكل ( 4-5) ) . ويوجد بالأنبوبة أيضاً أسطوانة معدنية متصلة بالقطب الموجب للمصدر الكهربي وتسمي بالمصعد وهي تعمل علي جذب الالكترونات السالبة إليها ويعمل فرق الجهد (ج) علي تسريع الالكترونات بإكسابها سرعة عالية وطاقة حركة بفضل الشغل الذي يبذله المصدر الكهربي عليها حيث نجد أن طاقة حركة الإلكترون : طح = الشغل المبذول بواسطة المصدر الكهربي = فرق الجهد × شحنة الالكترون . الشكل (4-5) جهاز أشعة ( X ) .طح ( الاكترون ) = ﺠ x شأ (4-16) وعندما تصطدم هذه الالكترونات السريعة بالهدف المعدني تتوقف وتسكن فتتحول الطاقة الحركية لكل الكترون قد توقف الي طاقه تبعث في شكل فوتون تردده ذ . وحسب قانون بقاء الطاقه نجد أن : طاقة الفوتون = الطاقة الحركية للالكترونولان طاقة الفوتون = ﻫ x ذ حيث ﻫ = ثابت بلانك ﻫ x ذ = طح إلكترون (4-17) ونسبة لصعوبة قياس سرعة الالكترون وبالتالي طاقة حركته فاننا سنستخدم العلاقة (4-16) بين طاقة الحركة وفرق جهد المصدر الكهربي لايجاد طاقة الفوتون بدلالة فرق الجهد لتصبح في الصورة : ﻫ x ذ = طح = شأ x ﺠ = 1.6 x1019- x ﺠ وتستخدم أشعة ( X) او الاشعة السينية في الطب بصورة مكثفة حيث يتم بواسطتها تصوير الكسور والتغيرات التي تحدث في الجسم بسبب الامراض مما يمكن من تشخيص هذه الامراض بواسطة الأطباء . مثال (4-4) : أحسب الطول الموجي لأشعة (x)التي تنبعث من الجهاز الذي ينتجها إذا كان فرق الجهد بين طرفي المصدر الكهربي يساوي 100000فولت علماً بأن شحنة الالكترون شأ = 1.6 x 1019- وثابت بلانك ﻫ = 6.625 x 1034- جول ث الحل : هـ x عـλ ﻫ x ذ = ﺠ x شأ حيث جـ = فرق الجهد = جـ x شأ هـ x عـجـ x شأ λ = م( 4-1-4 ) الإنبعاث التلقائي والانبعاث القسري : وبينّا فيما سبق أن الذرة التي تمتص فوتوناً تكتسب طاقة تنقل الالكترون من مستوي طاقة أدنى الي مستوى طاقة أعلى وتسمي هذه المرحلة بمرحلة الامتصاص ، حيث يمكث الالكترون فترة معينة (صغيرة جداً) في المستوي الأعلي وتسمي هذه الفترة بالعمر الزمني للمستوي . وبعد انقضاء هذه الفترة يعود الالكترون تلقائياً للمستوي الادنى فتشع الذرة فوتوناً ويسمي الإشعاع الصادر من الذرة في هذه الحالة بالإنبعاث التلقائي فإذا كانت الذرة قد امتصت فوتوناً خارجياً فإن فوتون الإنبعاث التلقائي يكون بنفس تردد الفوتون الخاجي إلا أن اتجاهه يكون عشوائيا وهناك نوع آخر من انواع الإشعاع يسمي بالإنبعاث القسري (أو المستحث). وفي هذا النوع من الاشعاع يسقط فوتون طاقته تساوي الفرق بين طاقة المستويين الأعلي والأدنى علي ذرة بها الكترون موجود في مستوي الإثارة الأعلي ( أي كان قد اكتسب طاقة من قبل ) فيجبر هذا الفوتون الالكترون المثار والايونات التي تكونت نتيجة لتأيين ذرات الغاز داخل الأنبوبة (عادة مزيج من الارجون مع بخار الزيبق) . وتقوم هذه الجسيمات المشحونة ( الايونات ) بالاصطدام بباقي ذرات الغاز فتمتص بعض الالكترونات هذه الزرات طاقة التصادم فتنتقل من المستوي الارضي الي احد المستويات الأعلي وعند هبوط الالكترونات الي المستوي الارضي تشع فوتونات فوق بنفسجية والتي تمتص بدورها بواسطة مادة الفلورسنت الموجودة علي جدار أنبوب المصباح ون ثم تقوم هذه المادة بإشعاع الضوء الابيض الذي يمدنا بالإنارة .علي الهبوط الي المستوي الأدنى فتشع الذرة فوتوناً له نفس تردد واتجاه وطور الفوتون الساقط . ويسمي هذا النوع من الانبعاث ( او الاشعاع ) بالانبعاث القسري ( او المستحث ) فيخرج من الذرة في هذه الحالة فوتوناً هما الفوتون الساقط والفوتون المستحسث ( الناتج عن هبوط الالكترون للمستوي الأدنى ) . ( شكل ( 4-6 ) ) . الشكل (4-6) : الانبعاث القسري والانبعاث التلقائي :وهناك مستويات مثارة تبقي الالكترونات فيها فترة زمنية طويلة نسبياً وتسمي مثل هذه المستويات بالمستويات شبه المستقرة . (4-1-5) أشعة الليزر : إذا أثرنا عدداً كبيراُ جداً من الذرات لتنتقل إلكتروناتها للمستوي (ط2) شبه المستقر فإن الإلكترونات ستمكث فيه زمناً طويلاً نسبياً بالمقييس الذرية (105- ثانية). وعند إنقضاء العمر الزمني لبعض هذه الالكترونات تنطلق فوتونان بالانبعاث التلقائي في إتجاهات عشوائية. فإذا صادف فوتون منها ذرة بها الكترون مثار فإنه يجبره علي إصدار فوتون بنفس تردد وإتجاه وطور الفوتون الساقط، فيسقط الفوتونان الساقط و المستحث علي ذرتين اخريتين مثارتين فتخرج منها 4 فوتونات تسقط بدورها علي 4 ذرات مثارة فتخرج منها 8 فوتونات وهكذا تتضاعف أعداد الفوتونات التي يمكن تركيزها في حزمة ضيقة تسمي بأشة الليزر التي أنتجت لأول مرة في عام 1960م . وكلمة ليزر(LASER) أتت من الأحرف الأولي لكلمات الجملة الأنجليزية (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) وهي تعني تضخيم الضوء بالإنبعاث المستحس للإشعاع . وأشعة الليزر هي مضخمة قوية عالية الشدة مركزة في حزمة ضيقة تكون فوتوناتها بتردد واحد وفي إتجاه واحد . ولذلك يكون تأثيرها قويا (حسب شدتها علي النقطة المركزة عليها ) وتنتج الآن أشعة ليرز غير مرئية ايضا . وهناك عدة أنواع من الأجهزة التي تولد أشعة الليزر سنذكر منها علي سبيل المثال بلورة الياقوت المطعم بالكروم (شكل (4-7)). وهذا الجهاز يتركب من بلورة ياقوت أسطوانية (من أكسيد الالمنيوم المطعم بكمية صغيرة من الكروم). وتطلي قاعدتها الأسطوانية بالفضة لتعمل مرايا عاكسة حيث تطلي إحداها بصورة كاملة بينما تطلي الاخري بصورة مخففة لتسمح لجزء من الاشعة بالنفاذ. تتم إثارة ذرات الكروم بإستخدام أنبوبة ضوئية تلتف حول أسطوانة بلورة الياقوت حيث تصدر فوتونات ضوئية بترددات وطاقات مختلفة تمتصها إلكترونات الكروم لتنتقل من المستوى الأرضي للكروم (ط1) للمستوى شبه المستقر(ط2) مباشرة. أو تنتقل للمستويات (ط3) أو (ط4) ثم تهبط للمستوى (ط2) ولما كان المستوى (ط2) شبه مستقر فإن الالكترونات تمكث فيه فترة طويلة نسبياً مما يتيح لعدد كبير جداً من الذرات أن تكون في حالة إثارة وإنتظار وبعد فترة زمنية معينة ينقضي العمر الزمني للمستوي (ط2) لبعض الذرات فتهبط الكتروناتها تلقائيا الي المستوي الأرضي (الأول) لتنطلق فوتوناتها في إتجاهات عشوائية فيتم إمتصاص معظمها بواسطة الذرات التي في طريقها ولكن تبقي الفوتونات التي تتحرك موازية لمحور الأسطوانة أي عموديا علي قاعدتي الأسطوانة فتذرع الشكل (4-7) : جهاز أشعة الليزرالأسطوانة ذهاباً وإياباً بفضل الإنعكاس من قاعدتي الأسطوانة الي أن يصدم أحد هذه الفوتونات بذرة كروم أخري مثارة فيجبرها علي إشعاع فوتون بنفس تردد الفوتون الساقط . ويسقط الفوتونان الساقط والمستحث علي زرتي كروم لتخرج منها 4 ذرات كروم تخرج منها 8 فوتونات ويستمر عدد الفوتونات في التضاعف الي أن تصطدم الفوتونات باحدي المرآتين وتنعكس لتصطدم بمزيد من ذرات الكروم المثارة وتستحثها لاصدار مزيد من الفوتونات بالمرآة شبه المفضضة فتخرج منها في صورة حزمة ضيقة من الأشعة عالية الشدة والتي تسمي بشعاع الليزر . وتستخدم أشعة الليزر لشدتها وتركيزها في (1) المجال الهندسي في ثقب المعادن وصهرها وفي اعمال الخراطة وتستخدم كذلك في اعمال الرصد والمساحة (2) المجالات العسكرية وبكثرة مثل توجيه بعض القنابل والصواريخ (القذائف) حيث تنعكس أشعة الليزر من الأهداف فتتجه القذائف الي الأهداف التي تعكس أكبر قدر من أشعة الليزر مثل الأهداف المعدنية كالدبابات . (3) مجال الاتصالات حيث تستخدم أشعة الليزر في نقل المكالمات الهاتفية والمعلومات الرقمية عبر شبكة الالياف الضوئية كما ذكرنا سابقاً . وتستخدم أشعة الليزر كذلك في تخذين المعلومات في الاقراص المدمجة CD . (4) المجال الطبي حيث يستخدم الليزر في علاج انفصال شبكية العين وتستخدم كذلك في مجال الجرحة كمشرط جراحي . (4-1-6) الإشعاع الذري :في عام 1896م وجد الالماني "هنري بيكرل" أن ذرات اليورانيوم 92 (بها 92 بروتوناً) تصدر إشعاعات تؤثر علي الأفلام الفوتوغرافية وتجعلها سوداء كأنها تعرضت للضوء . وبعد عامين من هذا الإكتشاف نجح كل من العالمين الفرنسيين "مارى كورى" و "بيير كورى" في إكتشاف عنصرين مشعين جديدين هما البولونيوم 84 والراديوم 88 . وقد أطلقت العالمة الفرنسية مدام كورى أسم النشاط الإشعاعى علي هذه الظاهرة . وتصدر هذه الإشعاعات من نواة الذرة وتحتوى نواة الذرة علي عدد من البرتونات و النيوترونات . وعادة لايكون عدد البرتونات مساوياً لعدد النيوترونات ففي نوي الذرات الثقيلة يكون عدد النيوترونات أكبر بكثير من عدد البروتونات . ويسمي عدد البرتونات بالعدد الذري ونرمز له بالرمز (Z) بينما يسمي عدد البرتونات والنيوترونات معاً بعدد الكتلة (A) .وقد وجد أن أنوية الذرات تصبح غير مستقرة (أي تصبح مشعة ) إذا زاد عدد النيوترونات في النواة وبالذات إذا كان الفرق بين العددين كبيراً نوعاً ما حيث تصبح النواة في حالة عدم توازن . ومن المعلوم أن كل العناصر التي يزيد عددها الذري Z عن83 هي ذات مشعة . ولمعرفة طبيعة هذه الإشعاعات قام العلماء بإختبار تأثير كل من المجالين الكهربي و المغنطيسي عليها . كما قاموا كذلك بحساب نقدرة هذه الإشعاعات علي إختراق المواد المختلفة . وقد دلت الإختبارات علي وجود ثلاثة أنواع مختلفة من الإشعاع هي : 1. دقائق الفا والتي رمزها α (الفا : أول حرف في حروف الهجاء الإغريقية) .2. دقائق بيتا والتي رمزها β (بيتا :ثاني حرف من حروف الهجاء الإغريقية ) .3. أشعة قاما والتي رمزها γ (قاما ثالث حرف من حروف الهجاء الإغريقية). 1) دقائق الفا (α) :وهي عبارة عن نواة ذرة غاز الهيليوم التي تحتوى 2 بروتون و 2 نيوترون (شكل (4-8)). وتنطلق دقائق الفا من الأنوية الثقيلة التي يزيد عدد كتلتها A عن 210 . فتتخلص هذه الأنوية من الكتلة الزائدة بإطلاق دقائق αموجبة الشحنة لأنها تحوى بروتونات موجة ونيوترونات محايدة. ولدقائق α مقدرة ضعيفة علي إختراق المواد. فإذا سقطت علي لوح معدني سميك فإنها تتوغل فيه لمسافة قصيرة فقط ويرجع السبب في ذلك لكتلة جسيمات α الكبيرة نوعاً ما. وعند إطلاق دقائق α من نواة فإن عددها الذري (عدد البروتونات ) ينقص بمقدار اثنين. بينما ينقص عدد الكتلة (عدد البرتونات والنيوترونات) بمقدار أربعة. الشكل (4-8): دقائق الفا - α (نواة الهيليوم) الشكل (4-8): دقائق ألفا – α (نواة الهيليوم)فإذا رمزنا للنواة قبل إطلاقها لدقائق الفا (α) بالرمزxA حيث A عدد الكتلة بينما العدد الذري Z ، ورمزنا للنواة بعد إطلاقها أشعة α بالرمزY فإن المعادلة التي تسمي بمعادلة الإنحلال تكتب في الصورة التالية: وتدل هذه المعادلة علي أن العدد الذري للنواة Z ينقص بمقدار اثنين فيصبح (Z-2) بينما ينقص عدد الكتلة (A ) بمقدار أربعة فيصبح (A 4 ) عندما تطلق جسيمات α. ومثال ذلك انحلال اليورانيوم U وتحوله الى ثوريوم Th وفق المعادلة:حيث نلاحظ أن اليورانيوم التي بها 92 بروتونا في هذه الحالة بها 147 نيوترونا أى بزيادة 55 . وهناك ذرات يورانيوم اخري كما سنري لاحقا.ً 2) دقائق بيتا ( β ): وهي دقائق لها نفس كتلة اللكترون ولها شحنة مساوية لشحنة الالكترون ولكنها قد تكون سالبة او موجبة. دقائق بيتا السالبة هي نفسها الالكترونات المعروفة وهي تنطلق من الانوية التي يزيد فيها عدد النيوترونات عن عدد البوتونات (شكل (4-9)). في هذه الحالة يتحول النيوترون n (neutron=n) في النواه الي بروتون p (proton = p) وينطلق الكترون( e- = β- ) خارج النواة . وهناك جسيم آخر ينطلق مع الالكترون ضد النيوترينو ونرمز له بالرمز ( ينطق نيوبار). اما النيوترون فيتحلل حسب المعادلة : الشكل (4-9): دقائق β. لذا يزداد عدد البروتونات بمقدار واحد بينما ينقص عدد النيترونات بمقدار واحد فيبقي عدد الكتله ثابتاً. فإذا رمزنا للنواة قبل إنحلالها بالرمز XA Z وللنواة بعد إنحلالها بالرمز Y .فإن معادلة الانحلال تكون في الصورة : ومثال ذلك انحلال البورون وتحوله الي كربون : ولصغر دقائق β فإن لها مقدرة أعلى من دقائق a على أختراق المواد والتوغل فيها.أما دقائق الموجبة β فهي عبارة عن جسيمات شحنتها موجبة ولها نفس كتله الالكترون وتسمي بوزيترون (من Positive electron أي الكترون موجب) وهي تنطلق عندما يتحول البروتون (p) في نواة ما الي نيوترون (n) فينطلق البوزترون e+ = β+ ومعه نيوترينو(υ = نيو) وفق المعادلة : أي أن عدد البروتونات ينقص بمقدار واحد بينما يزيد عدد النيوترونات بقدار واحد ويبقي عدد الكتلة ثابتاً. وعند إنطلاق دقائق بيتا الموجبة من النواة XA Z تتحول لنواة اخري (Y) وفق المعادلة :أوومثال ذلك تحول النيتروجين الي كربون : 3) أشعة قاما (γ)أشعة قاما عبارة عن أمواج كهرومغنطيسية. وهي مثلها مثل بقية الأمواج الكهرومغنطيسية عبارة عن فوتونات لها طول موجي λ ولها تردد ذ، وسنتطرق بشئ من التفصيل لهذه الأشعة في الفصل القادم.وتنطلق أشعة γمن النواة التي بها طاقة زائدة. فإذا كانت النواة مثارة وطاقتها مثلاً(ط2 ) فإنها تطلق فوتوناً من أشعة γ لتصبح مستقرة في مستوي الطاقة الأرضي (الأول) (ط1) وذلك بنفس الكيفية التي تحدث للذرة حينما يطلق الالكترون الذي في مستوي الإثارة (شكل (4-10)).وتكون طاقة فوتون أشعة قاما(γ) مساوية للفرق بين طاقة الإثارة(ط2 ) فوتونا ليهبط الإلكترون إلي المستوي الأرضي(ط1) أي أن:هـ x ذ = ط2 – ط1فإذارمزنا للنواة المثارة بالرمز zXA* حيث تدل علامة (*) على أن النواة موجودة في مستوى إثارة فإن معادلة الانحلال لهذه النواة تكتب في الصورة:(4-7-1) طاقة الترابط النووي: تتكون نواة أي ذرة من عدد من البروتونات الموجبة الشحنة وعدد من النيوترونات المتعادلةوتتجمع كل هذه المكونات في حيز صغير جداً وتتماسك مع بعضها مكونة النواة. وقد تساءل العلماء عن سبب تماسك مكونات النواة رغم وجود قوة التنافر الكهربي بين البروتونات الموجبة الشحنة. ثم وجدوا أن كتلة النواة أقل من مجموع كتلة مكوناتها من برويونات ونيوترونات أي أن هناك جزء من الكتلة فقد أثناء تكون النواة أي إستنفد في ربط البروتونات والنيوترونات مع بعضها. وسميت هذه الطاقة التي تربط هذه المكونات مع بعضها بطاقة الربط النووي. وقد بين العالم المشهور انشتاين في نظرية النسبية أن الكتلة عموماً هي طاقة متجمدة أي أن الكتلة يمكن أن تتحول إلى طاقة. وأن الطاقة المتجمدة في أكتلة ك يمكن حسابها من المعادلة البسيطة التالية:الطاقة المتجمدة في كتلة (ك) = كتلة x مربع سرعة الضوء = ك x عـ2 (4-18)حيث عـ هي سرعة الضوء في الفراغ. فإذا كان جزء من كتلة النواة مقداره Dك (دلتا ك) يستنفد في ربط مكونات النواة فإن طاقة الربط النووي تساوي:طاقة الربط النووي = Dك x عـ2مثال (4-5): أحسب طاقة الربط لنواة الديتريوم H21 إذا كانت كتلة البروتون تساوي 1.007595 x 931 x 106 إ.ف وكتلة النيوترون 1.008987 x 931 x 106 إ.ف.وكتلة الديتريوم = 2.014102 x 931 x 106 إ.ف.الحل: نواة ذرة الديتريوم هي نواة هيدروجين تحتوي على بروتون ونيوترون. طاقة الربط = مجموع كتل البروتونات والنيوترونات – كتلة النواة = كتلة البروتون + كتلة النيوترون – كتلة النواة = (1.007595 + 1.008987 – 2.014102) x 931 x 106 = 2.30888 x 106 إ.فوهي مقدار الكتلة التي تحولت إلى طاقة التي تقوم بربط البروتون والنيوترون معاً في النواة.(4-1-8) الاشطار النووي : اكتشف العلماء عام 1939م أن نواة ذرة اليورانيوم ذات عدد الكتلة (235) : U23592 تنشطر الي جزئين عند قصفها بنيوترونات بطيئة حيث تقتنص نواة اليورانيوم أحد هذه النيوترونات فتتكون نزاة جديدة هي نواة اليورانيوم U236*92 وهذه النواة تكون غير مستقرة ولذلك تنشطر الى نواتين متقاربتين في الكتلة الى حد ما. وتسمى عملية إنشطار نواة الذرة الى نواتين أو أكثر بالإنشطار النووى. وتنبعث أثناء الإنشطار نيوترونات جديدة وكمية كم الطاقة (شكل(4-11)). فعندما يقصف اليورانيوم (235) بنيوترون بطئ فإن نواة اليورانيوم تنشطر لنواتين هما نواة عنصر البايوم Ba14156 ونواة عنصر الكريبتون Kr9236 وتنطلق 3 نيوترونات خلال هذه العملية أيضاً بالإضافة الى إنطلاق طاقة نووية هي طاقة الربط التي كانت تربط النواتين مع بعضهما في نواة واحدة وذلك حسب المعادلة:يورانيوم (235) + نيوترون باريوم + كريبتون +3 نيوترونات + طاقة وعندما تمتص النيوترونات الثلاثة المنطلقة من ذرة اليورانيوم المنشطرة بوساطة 3ذرات يورانيوم اخري فإنها تنشطر بدورها وتخرج منها 9 نيوترونات وتلاقي هذه النيوترونات 9 ذرات يورانيم اخري فنتشطر فتخرج منها 27 نيوترون وهكذا تتضاعف ذرات اليورانيوم المنشطرة بسرعة فائقة. ويسمي مثل هذا النوع من التفاعل الذي يتضاعف فيه عدد ذرات اليرانيوم المنشطرة تلقائيا دون بذل طاقة غير الطاقة التي تبدأ التفاعل بالتفاعل المتسلسل.وقد وجد أن التفاعل المتسلسل يمكن أن يشمل كل ذرات اليورانيوم إذا كانت كمية اليورانيوم الموجودة ذات كتلة محددة تسمي بالكتلة الحرجة أى يحدث إنفجار في هذه الحالة فقط. الشكل (4-11):التفاعل النووي المتسلسل في اليورانيومU 235 القنبلة الذرية: تصنع القنبلة الذرية الإنشطارية من عدة كيلو جرامات من عنصر اليورانيوم U23592 علي هيئة نصفي كرة علي أن يكون كل نصف غير قابل للإنفجار وهو منفصل عن النصف الآخر لأن كتلة أى منهما لاتبلغ الكتلة الحرجة الضرورية لإنفجار اليورانيوم. ولتفجير القنبلة يقوم جهاز آلى بتقريبهما من بعضهما حيث يصلان معا الي الكتلة الحرجة فيحدث الإنشطلر النووى المتسلسل خلال بضعة أجزاء من البليون من الثانية وينتج عن ذلك كمية هائلة من الحرارة (تصل في مركز الإنفجار الي أكثر من مليون درجة مئوية). وهذه الحرارة تمتد الي الغلاف الهوائي المحيط بالقنبلة فيحدث لإنفجار عنيف وقد تم صنع أول ثلاث قنابل نووية في منتصف عام 1945م في الولايات المتحدة وقصفت الولايات المتحدة بإثنين منها مدينتي هيروشيما ونجازاكي باليابان عام 1945م مع نهاية الحرب العالمية الثانية فأحدثت دماراً هائلاً ومئات الألوف من القتلي حيث كانت قوة كل زاحدة منها تعادل إنفجار 20000 طن من مادة (TNT) شديدة الإنفجار. ولكن صنع القنبلة الذرية ليس بتلك البساطة المذكورة هنا، ذلك لأن اليورانيوم 235 الأزم لصنعها لايوجد في الطبيعة الا بكميات ضئيلة وحتي هذه توجد مختلطة باليورانيوم 238 الأكثر وفرة ولذلك لابد من فصل الأثنين عن بعضهما للحصول علي الكمية الكافية من اليورانيوم 235 لصنع قنبلة ولان Z=92 بروتون لكليهما فهما كيميائياً متشابهين ولايمكن فصلهما كيميائيا (وهي الطريقة الأسهل) ولذلك لابد أن يتم الفصل فيزيائياً والطرق المستخدمة لهذا الفصل معقدة ومكلفة ولاتنتج الا كميات ضئيلة ولذلك استخدم عدد كبير من نفس الأجهزة ولإختلاف كتلتي النواتين تستخدم أجهزة الطرد المركزية السريعة جداً لفصلهما. غير أن التفاعل المتسلسل في اليورانيوم يمكن الإستفادة منه أيضاً في الأغراض السلمية حيث يكمن إستخدام التفاعل المتسلسل في توليد الطاقة بإستعمال المفاعلات النووية للإستفادة منها في توليد الكهرباء. الشكل (4-12) : المفاعل النووي ويتركب المفاعل النووي من قضبان الوقود النووي الذي هو عادة اليورانيوم 238 (الذي الذي لايحدث فيه تفاعل متسلسل ولا ينشطر) والذي يتم تخصيبه بنسبة من اليورانيوم 235 والذي يحدث فيه التفاعل المتسلسل اي الإنشطار الذي يولد بدوره طاقة حرارية كبيرة جداّ. (يتحدث الاعلام كثيراً عن هذا اليورانيوم المخصب أو الوقود النووي المخصب) ويتم التحكم في التفاعل المتسلسل في داخل المفاعل النووي وذلك لإبطائه أو لإيقافه عن طريق قضبان من الكادميوم أو البورون أو الكوبالت. وتدخل هذه القضبان بين قضبان اليورانيوم فتعمل علي إمتصاص النيوترونات المتولدة من التفاعل المتسلسل مما يؤدي الي تقليل التفاعل المتسلسل ويمكن أيضاً إيقافه. ويحاط المفاعل بطبقة سميكة من المعدن او الخرسانة المسلحة تعمل كدرع واق يمنع تسرب الإشعاعات النووية الضارة بالبشر والبئية الي خارج المفاعل . ( شكل (4-12)). ويمكن إنتاج طاقة كهربية من الطاقة الحرارية المتولدة في المفاعل من التفاعل المتسلسل في اليورانيوم. حيث يستخدم سائل يمر بالمفاعل فترتفع درجة حرارته وتصبح عالية. وبعدها يمرر هذا السائل الساخن جداً حول وعاء (غلاية) به ماء، فيتم التبادل الحراري فيسخن الماء بدوره ويتحول الى بخار.ثم يتم ضغط البخار ويوجه نحو زعائف دوارة (توربين) فتدور فتشغل معها المولدات الكهربائية الضخمة. وهكذا تتحول الطاقة الحرارية المتولدة بفعل التفاعل النووي الي طاقة كهربائية مفيدة وبكميات كبيرة. لاحظ أن السائل الأول مفصول عن الماء حتي لايلوثه لأن ذلك السائل يمر علي قضبان اليورانيوم المشعة وبالتالي يكون ملوثاً. (4-1-9) الإندماج النووي : تعتبر الشمس المصدر الاساسي للطاقة علي الارض فحركة الرياح والسحب والأمطار منها وكذلك النبات يحول الطاقة الضوئية للشمس لطاقة كيميائية حيوية عبر عملية التمثيل الضوئي ونحن نستمد طاقتنا من النبات. فمن اين أتت طاقة الشمس وكيف تتولد ؟ لقد تمكن من حل هذا الغز عدد من العلماء حيث بينوا أن طاقة الشمس ناتجة من الندماج النووي حيث تندمج عدة انوية خفيفة لإنتاج نواة ثقيلة كتلتها أقل من مجموع كتل هذه الأنوية نتيجة لتحول جزء من هذه الكتل الي طاقة حسب معادلة انشتاين التي درسناها سابقاً. فعند إندماج نواتي ذرة هيدروجين ثقيل (الهيدروجين الثقيل له نواة بها بروتون ونيوترون أي H2 1 ) في درجة حرارة عالية (تصل الي أكثر من مليون درجة مئوية داخل الشمس) وتحت ضغط عالي فتتكون نواة الهيليوم He42 وهذه تكون كتلتها أقل من مجموع كتل نواتي الهيدروجين الثقيل لأن جزءاً من كتل أنوية الهيدروجين تحول الى طاقة وتحدث عملية الإندماج النووى وتحول الكتلة الى طاقة بإستمرار داخل الشمس، أى أنه هو الوقود الذي يمدها بالطاقة. ومثل هذا التفاعل لاينتج الهيليوم فقط وإنما أيضاً العناصر الثقيلة الآخري ونفس هذه العملية تجري في بقية النجوم في الكون. وقد أستخدمت طريقة الإندماج النووي في صنع القنبلة الهيدروجينية المدمرة جداً (بإستخدام H21 ) حيث تم الحصول علي درجة الحرارة العالية الضرورية لعملية إندماج الأنوية من قنبلة ذرية داخل هذه القنبلة. تمرين(4-1) الأنجستروم (ينطق أنقستروم) =1010-متر1) أحسب طول موجة الفوتون الصادر عند إنتقال الإلكترون من المستوي الثالث الى المستوي الثاني في ذرة الهيدروجين [λ =2538 أنجستروم]2) أحسب تردد أشعة X الصادر من أنبوبة التوليد إذا كان فرق الجهد بين طرفي بطارية التشغيل 13250 فولت [ذ = 32x 1017 هيرتز] 3)أحسب الطول الموجي لأشعة X الصادرة من أنبوبة التوليد إذا كان فرق الجهد بين المصعد و المهبط 50000 فولت [λ =0.248 أنجستروم] 4)أحسب طاقة الربط النووي لذرة الهيليوم علما بأن كتلة نواة ذرة الهيليوم تساوي 4.00277 وحدة كتل ذرية وكتلة البرتون تساوي 1.007825 وحدة كتل ذرية وكتلة النيوترون تساوي 1.008665 وحدة كتل ذرية. (حيث أن وحدة الكتل الذرية تساوي 1.661 x 1027- كجم )5) ماذا يقصد بالنشاط الإشعاعي وما أنواع الإشعاعات التي تصدر من المواد المشعة؟ 6) اذكر المكونات الأساسية للذرة وعرف العدد الذري- عدد الكتلة7) بيّن تركيب المفاعل النووي وما إستخداماته؟8) اذكر إستخدامات الإنشطار النووي في الأغراض العسكرية9) بيّن ماذا نعني بالتفاعل المتسلسل ومتي يحدث؟10) ما التغيير الذي يحدث للنواة عند إنطلاق: أ)دقائق الفا ب)دقائق بيتا ج) اشعة قاما (4-2) الفصل الثانيالاتصالات(4-2-1) مقدمة : يعتبر جهازا الراديو والتلفزيون من أهم وسائل المعرفة الحديثة المنتشرة في المنازل فهو ينقل الينا أجبار العالم عبر نشرات الأخبار. وينقل الينا البرامج المسلسة المختلفة . فمم تتركب هذه الأجهزة وكيف تنقل الينا الأخبار من الإذاعات المختلفة لتصل لأجهزتنا في المنازل ؟ وسنبدأ أولاً بمحاولة تعريف الوسيط الذي ينقل الينا البرامج المختلفة عبر الفضاء والذي يسمي بالموجات "الكهربية المغنطيسية" وعند دمج الكلمتين معا تصبح الموجات الكهرومغناطيسية. فما هي هذه الموجات الكهرومغنطيسية ؟ وكيف تحمل الينا الصوت والصورة ؟(4-2-2) الموجات الكهرومغنطيسية : لقد عرفنا في الباب الثالث أن التيار المار في سلك يولد حول السلك مجالاً مغنطيسياً يكون عموديا علي إتجاه التيار في السلك وبما أن التيار في السلك هو في الواقع الكترونات متحركة وأن كل إلكترون هو عبارة عن شحنة ويوجد دائما حول أي شحنة مجال كهربي . لذلك فإن الإلكترونات المتذبذبة في السلك تولد تلقائيا مجالين حول السلك أحدهما كهربي والآخر مغنطيسي عمودي علي الكهربي وتكون هذه المجالات في شكل موجات هي الموجات الكهرومغنطيسية (انظر شكل(4-13)). الشكل( 4-13) : تولد الموجات الكهرومغنطيسية.فالموجات الكهرومغنطيسية هي عبارة عن مجال كهربي في شكل موجات يتعامد علية مجال مغنطيسيفي شكل موجات أيضاً وتنتشر هذه الموجات في الإتجاه العمودي علي المجالين كما بالشكل (4-14) أي أنها موجات مستعرضة .الشكل (4-14) : الموجات الكهرومغنطيسية . ويمكن فهم تولد هذه الموجات علي ضوء العلاقة بين الكهربية والمغنطيسية . فعندما يمر تيار متذبذب في سلك فإنه يولد مجال مغنطيسي متذبذباً وهذا بدوره يولد مجال كهربيا متذبذباً في المنطقة المجاورة له ليتولد مجال مغنطيسي مرة أخري . وهكذا يستمر تولد سلسلة من المخالات الكهربية والمغنطيسية المتعامدة التي تكون في شكل موجات كهرومغنطيسية .وقد تمكن العالم الاسكتلندي "ماكسويل" في الربع الأخير من القرن التاسع عشر من بناء نظرية رياضية يربط بين المجالين الكهربي والمغنطيسي . وقد تنبأ ماكسويل بوجود موجات كهرومغنطيسية تنتشر بنفس سرعة الضوء مما حمله علي الإعتقاد بأن الضوء هو نفسه موجات كهرومغنطيسية وهو ما تم إثباته فيما بعد .وتخضع الموجات الكهرومغنطيسية لقوانين الموجات . فسرعة الضوء ﻋ تساوي طول الموجة ( λ ) مضروباً في ترددها (ذ) . أي أن :عـ = λ × ذ (4-20) وتكون سرعة هذه الموجات الكهرومغنطيسية ثابتة في الهواء والفراغ وتساوي 3 x 810 متر\ث وهي سرعة الضوء المعروفة وتقل سرعة هذه الموجات عند دخولها أي وسط مادي مثل الزجاج أو الماء أو غيره وذلك بسبب تغير الطول الموجي λ بينما يظل تردد هذه الموجات ثابتاً .وتقسم الموجات الكهرومغنطيسية الي أقسام حسب الطول الموجي والتردد وهذه الأقسام هي : 1) أشعة γ (قاما) ولقد عرفنا في دراستنا للذرة أن النواة المثارة تطلقها حتي تعود الي حالة الإستقرار وهي أمواج كهرومغنطيسية ولكن ترددها أكثر من 910 ذبذبة في الثانية أو هيرتز وبالتالي يكون طول موجتها قصير جداً ويقل عن 1011- متر أي أقل من قطر الذرة (1010- م تقريباً) ولذلك لها قدرة عالية علي النفاذ في المواد المختلفة وهي ضارة جداً بالمخلوقات الحية حيث تسبب من ضمن كا تسبب السرطان للإنسان والتشوهات الجينية (الخلقية) في كل الأحياء وتصدر بكثافة من المواد المشعة.2) أشعة X والتي درسناها أيضا عند دراستنا للذرة وقلنا أنه تنتج عن توقف الإلكترونات السريعة وتحول طاقتها الحركية الي موجات كهرومغنطيسية وهي تلي أشعة γ من حيث التردد حيث ينحصر ترددها بين 1017 و 1910 هيرتز تقريبا ولذلك فطولها الموجي حوالي قطر الذرة ولذلك فهي أيضا ضارة بالإنسان اذا تعرض لها لفترات طويلة وتستخدم في التشخيص الطبي.3) الأشعة فوق البنفسجية وسميت كذلك لأنها تجاور مباشرة الضوء المرئي البنفسجي ولكنها أعلي تردداً منه وهي أيضاً ضارة للجلد والعيون ويحجب الغلاف الجوي جزءاً كبيرا منها ويسبب ما ينعكس مما تبقي منها علي الثلج في البلاد الباردة ما يعرف بالعمي الثلجي ويوجد منها كمية كبيرة في الضوء الساطع الذي يصدر عند اللحام بالكهرباء حيث تستخدم نظارات خاصة للحماية منها . وتكمن خطورة ثقب الأوزوزن الذي ظهرا مؤخراً في الغلاف الجوي للارض قرب القطب الجنوبي أنه يسمح بنفاذها الي الأرض . 4) الضوء الأبيض وهو تقريبا في منتصف الطيف الكهرومغنطيسي وهو الجزء الوحيد الذي يراه الإنسان ويرى به ومدى الضوء ضيق جداً مقارنة ببقية أقسام هذا الطيف من حيث التردد وطول الموجة حيث ينحصر التردد بين 1014 و 1510 هيرتز أي أن الطول الموجي بين 107- و 106- متر أي تقريبا واحد علي مليون من المتر أو واحد علي الف من المليمتر ؛ ومع ذلك هو اطول من قطر الذرة ببضعة الآف مرة والضوء المرئي يتكون من سبعة الوان كما عرفنا سابقا حيث اللون البنفسجي أعلاها ترددا واللون الأحمر أدناها ترددا بينما اللون الأخضر أوسطها ترددا .5) الأشعة دون الحمراء وسميت كذلك لأنها أقل ترددا من الضوء الأحمر وتجاوره مباشرة في الأشعة التي تنقل الحرارة . فالحرارة عبارة عن موجات كهرومغنطيسية ينحصر طولها ترددها تقريبا بين 1012 و 1014 هيرتز والطول الموجي بين 106- و 104- متر وهي الجزء الثاني في الطيف الكهرومغنطيسي الذي يحسه الإنسان بعد الضوء المرئي . ولأن أجزاء جسم الإنسان وبقية الأجسام تختلف في إمتصاصها وإشعاعها للحرارةفقد أمكن الحصول علي الصور في الظلام بالتقاط الأشعة دون الحمراء الصادرة من الأجسام المختلفة كما أمكن أيضا إلتقاط الصور ليلا بواسطة الأشعة دون الحمراء المنعكسة من الأجسام وذلك بعد إضاءة المكانبمصادر للأشعة دون الحمراء (غيرمرئية) والآن تستخدم الأشعة دون الحمراء بكثرة في أجهزة التحكم(الريموت) للتحكم مثلا في أجهزة التلفزيون عن بعد .صورة الأشعة دون الحمراء الصادرة من رأس قط . (الصورة في الأصل ملونة حسب درجة حرارة كل جزء) . العيون وداخل الأذنين ساخن والأنف بارد . 6) موجات الراديو :أ)موجات الراديو و الموجات متناهية القصر (الميكروويف Microwave)وهي بداية موجات الراديو وهي تعمل في مدي (108 – 1012 )هيرتز وأطوال أمواجها بين 104- متر 101- متر ، وتستخدم في الإتصالات مع الأقمار الإصطناعية كما تستخدم في الرادار الذي يرسلها في شكل نبضات ترتد اليه منعكسة من الأجسام البعيدة مثل الطائرات التي يحدد الرادار موقعها وإرتفاعها وسرعتها بدقة كبيرة . وهي الجزء الأدني لهذا المدى تعمل محطات التلفزيون ومحطات الإذاعة علي FM .ب) أمواج الراديو القصيرة والمتوسطة والطويلة وهي موجات طولها الموجي كيبر يتراوح بين السنتمترات والكيلومترات . وينحصر طول الموجات القصيرة بين حوالي 101- و 102 متر وتذيع في هذا المدي عدد كبير جدا من المحطات الإذاعية والتي يصل إرسالها الي مسافات بعيدة نهارا وليلا . أما الموجات المتوسطة المستعملة للإذاعة فيتراوح طولها بين 200م و500م وعبيها أنها تصل الي مسافات بعيدة أثناء الليل بينما تقل هذه المسافات جدا أثناء النهار وسنعرف السبب لاحقا وهذا المدي هو الأكثر إستخداما للإذاعة في جميع أنحاء العالم . أما الموجات الطويلة التي طولها بالكيلومترات فلا تستخدم الا في دول قليلة .نشاط: قم بتفقد جهاز الراديو الموجود في البيت وتعرف علي مدى الموجات التي يلتقطها هذا الجهاز وحاول إلتقاط بعض المحطات في كل مدي . (4-2-3) انتشار أمواج الإرسال الإذاعي : تقوم أمواج الإرسال الإذاعي بنقل الصوت من جهاز الإرسال لجهاز الإستقبال . وتنتشر أمواج الإرسال الإذاعي بطريقتين هما الموجات الأرضية والموجات السماوية . فالموجات الأرضية هي أمواج يكون مسارها قريبا من سطح الأرض وهي لا تلتقط علي مسافات بعيدة نظرا لأنحاء سطح الأرض وإعتراض الجبال والمباني لها ويزداد إمتصاص الأرض لها كلما كان ترددها كبيرا . أما الموجات السماوية فهي تتجه نحو السماء فتعكسها طبقة الغلاف الجوي المتأينة والتي تسمي بطبقة الايونوسفير وهي طبقة متاينة تعمل كمرايا عاكسة تعكس الموجات الكهرومغنطيسية نحو الأرض مرة أخري مما يجعلها تصل الي أماكن بعيدة جدا عن محطة الإرسال . وقد وجد أن طبقة الايونوسفير العاكسة تنخفض في الليل الي مستوي أقرب للأرض مما يمكنها من عكس الموجات المختلفة الطول وهي تشمل الموجات الطويلة وترددها من 10 الي 100 كيلو هيرتز ، والمتوسطة والتي ترددها من 100 إلي 1500 كيلو هيرتز (1.5 ميقا هيرتز) ، والقصيرة والتي ترددها بين 1.5 إلي 20 ميقا هيرتز ولذلك يمكن سماع عدد كبير جدا من محطات الإذاعة ليلا . أما أثناء النهار فترتفع طبقة الأيونوسفير مما يمكن فقط الموجات القصيرة من الإنعكاس منها . وهذا هو السبب الذي لا يمكننا من الإستماع إلي المحطات البعيدة والتي تذيع علي الموجات المتوسطة والطويلة أثناء النهار بينما نسمعها ليلاً . واذا زاد تردد الموجات عن حوالي 50 ميجا هيرتز فإنها لا تنعكس بل تخترق هذه الطبقة وتتشتت في الفضاء الخارجي . لذا فإننا نحتاج إلي أقمار إصطناعية تعكس أمواج الإرسال الإذاعي والتلفزيوني والهاتفي والتي يزيد ترددها عن 50 ميجا هيرتز . الشكل (4-15) : الموجات الأرضية والسماوية . (4-2-4) تحميل الموجات الكهرومغنطيسية الصوت والصورة: تستخدم الموجات الكهرومغنطيسية في نقل الصوت في الإرسال الإذاعي وفي نقل الصورة والصوت في الإرسال التلفزيوني ويتم نقل هذه المعلومات بطريقتين رئيسيتين هما تعديل الإتساع (AM) وتعديل التردد (FM). يتم تعديل الإتساع ويسمي (Amplitude Modulation) (AM) كالآتي:أ‌) تكون أمواج الصوت المنتجة في إستوديوهات الإذاعة سواء كانت كلاما أو موسيقي ذات تردد منخفض كما علمنا في الباب الثاني – الفصل الثالث مقارنة مع تردد موجة الراديو الكهرومغنطيسية [شكل (4-16) (1)]. ب‌) يتم تولد الموجة الكهرومغنطيسية بواسطة أجهزة خاصة بذلك [شكل 4-16) (2)].ﺟ) تجمع الموجتان معا بواسطة مازج ويكون نتيجة الجمع أن إتساع الموجة الكهرومغنطيسية (الموجة الحاملة) يتعدل وفقا لاتساع موجة الصوت (الموجة المحمولة).[نفس الشكل(3)]د) ترسل الموجة المعدلة إتساعها (الموجة المحمولة) لجهاز ارسال الإذاعة فتبث بنفس شكلها كموجة كهرومغنطيسية حاملة معها شكل الصوت. الشكل (4-16) : تعديل إتساع الموجة الكهرومغنطيسية(AM). أما في تعديل التردد (FM) (Frequency Modulation ) فيتم في الإذاعات المعروغة بالـFM وكذلك في التلفزيون حيث يتم هذا التعديل سواء أن كانت الموجة المحمولة هي للصورة أو للصوت أو للصورة والصوت معا ، ويلاحظ في الحالتين أن تردد الموجة الحاملة كبير مقارنة مع الإذاعات التي تذيع الموجات القصيرة والمتوسطة أو الطويلة حيث يتم تعديل الإتساع عادة . الشكل (4-17) :تعديل التردد (FM). وفي تعديل التردد FM يتم في المازج جمع تردد الموجة الكهرومغنطيسية الحالملة مع تردد موجة الصوت في حالة الإذاعة أو الصورة و الصوت معا في حالة التلفزيون ويصبح تردد الموجة الحاملة متغيرا مع الزمن وفق تردد الموجة المحمولة. ثم ترسل الموجة الكهرومغنطيسية الحاملة الى جهاز الارسال وهي تحمل من خلال التغير في ترددها كل ترددات الصوت والصورةالأصلية [شكل (4-17)]. (أ)الإرسال والاستقبال الإذاعي :(4-2-5)جهاز الإرسال الإذاعي : في محطة الإذاعة توجد أجهزة تسجيل الصوت المعروفة أو أجهزة حاسوب تستعمل الأقراص المدمجة CD المسجل عليها الصوت والموسيقي كما توجد أجهزة لإتقاط الصوت المعروفة بالمايكرفونات. والمايكرفون (كما درست في مرحلة الأساس ) هو جهاز يحول الذبذبات الحركية للصوت لتيار متذبذب ويتركب في إحدي صورة من شريحة معدنية مثبت معها ملف بداخله مغنطيس فعندما يتكلم شخص تتذبذب الشريحة والملف معا . ويؤدي تذبذب الملف داخل المجال المغنطيسي للمغنطيس الي تولد تيار متذبذب تاثيري في الملف (شكل (4-18)).هذا التيار التاثيري تتناسب شدته مع مع مقدار حركة الملف الذي يتذبذب مع تذبذب الشريحة المعدنية الذي يتناسب بدوره مع شدة الصوت وتردده.· ولأن شدة هذا التيار التأثيري ضعيفة جدا ، يرسل إلي مكبر لزيادة شدته ثم تجمع معه التيارات القادمة من أجهزة التسجيل وترسل إلي المازج (شكل (4-19))· يقوم متذبذب بتوليد تيار متردد بنفس تردد الموجة الكهرومغنطيسيسة المطلوبة لحمل موجة الصوت المحمولة . ويرسل هذا التيار المتردد أيضا إلي المازج. الشكل (4-18) : تركيب المايكرفون .الشكل (4-19) : مخطط جهاز الارسال الاذاعي .· يتلاقي تيار المتذبذب مع تيار الصوت في المازج الذي يقوم بتعديل اتساع أو تردد التيار المتردد حسب تغير تيلر الصوت (شكل (4-19))· يخرج تيار المازج ليمر في المكبر الذي يكبر التيار الذي يمرر بعد ذلك إلي هوائي الإرسال وهو سلك معدني فتذبذب الإلكترونات بداخله بنفس تردد التيار مولدة حول الهوائي (شكل (4-19)) أمواج كهرومغنطيسية أي يتحول التيار بهذه الطريقة إلي أمواج كهرومغنطيسية معدلة الإتساع أو معدلة التردد فتنتشر في الفراغ حتي تصل إلي أجهزة الاستقبال المختلفة .(4-2-6) جهاز الاستقبال الإذاعي : (الراديو) يتم استقبال الموجات الكهرومغنطيسية الحاملة للصوت بواسطة جهاز الاستقبال (جهاز الراديو) الذي يقوم باستخلاص معلومات الصوت منها فتحولها إلي صوت. ويتركب جهاز الاستقبال من هوائي عبارة عن سلك معدني حيث يتسبب المجال الكهربي المتذبذب للأمواج الكهرومغنطيسية القادمة من محطات الإذاعات فيتسببالشكل (4-20) : مخطط جهاز استقبال إذاعي (الراديو).في تحريك وتذبذب الالكترونات الحرة الموجودة فيه فيتولد تيارا كهربيا متذبذبا في الهوائي له نفس ترددات الإذاعات المرسلة (شكل (4-20)). وتدخل تيارات الإذاعات المختلفة في دائرة تسمي بدائرة الرنين وهي دائرة مكونة من مكثف متغير السعة متصل مع ملف (شكل (4-21)) . وبتغيير سعة المكثف يتغير تردد دائرة الرنين والتي تسمح فقط للتيارات ذات التردد الموافق لترددها بالمرور خلالها حيث تقل مقاومة الدائرة لمرور ذلك التيار. فعند ضبط قيمة المكثف المتغير السعة عند القيمة المناسبة تمرر دائرة الرنين تيار إذاعة واحدة فقط ذات تردد مناسب لتلك السعة حينها يصبح تيار الإذاعة المختارة أكبر ما يمكن لأن مقاومة الدائرة له تصبح أقل ما يمكن بينما تمنع دائرة الرنين مرور التيارات الأخري . وعند تحريك مؤشر الراديو عزيزي الطالب فأنت في الواقع تقوم بتغيير سعة المكثف في داخل الجهاز حتي تحصل علي المحطة التي تريدها (شكل (4-22)) الشكل (4-21) : دائرة الرنين في الراديو . ويخرج تيار الإذاعة المختارة من دائرة الرنين ويكون شدته صغيرة لذا يكبر هذا التيار باستخدام مكبر يزيد شدة التيار . ثم يمر هذا التيار الحامل للصوت في جهاز يسمي بالكاشف المكون في أبسط صورة من مكثف ووصلة ثنائية وهي وصلة تسمح بمرور التيارات في إتجاه وتمنع مرورها في الإتجاه المعاكس(شكل (4-22)). الشكل (4-22) دائرة الكاشف .ويقوم الكاشف بامتصاص تيار الموجة الحاملة وتمرير تيار الصوت إلي مكبر الصوت الذي يحول تيار الصوت لذبذبات صوتية مرة أخرى .(ب) التلفزيون : تعني كلمة تلفزيون (Television) الرؤية من بعيد . ويقوم جهاز الإرسال التلفزيوني بنقل الصور الموجودة أمام الكاميرا التلفزيونية عبر الموجات الكهرومغنطيسية إلي أجهزة الإستقبال التي تلتقط هذه الصور لتعرضها علي شاشات الاستقبال . (4-2-7) جهاز الإرسال التلفزيوني : أ) كاميرا التلفزيون عبارة عن غرفة مظلمة مفرغة من الهواء في مقدمتها عدسة لنقل الصورة وفي مؤخرتها لوح حساس للضوء تسلك كل نقطة فيه سلوك الخلية الكهروضوئية عند سقوط الضوء علي تلك النقطة وهنا سنعتبر هذا اللوح الحساس عند سقوط الصورة عليه مكون من ملايين النقاط الحساسة للضوء .(كأنها خلايا كهروضوئية) تسمي عناصر الصورة. ويتصل بآلة التصوير أسطوانة في مؤخرتها ملف يسمي بالفتيل يقوم بإشعاع الكترونات مع شبكة للتحكم في هذه الالكترونات ومصعد وظيفته تركيز الالكترونات في حزمة ضيقة في صورة شعاع الكتروني يسقط علي الخلايا الكهروضوئية . وتوجد أزواج من الملفات الأفقية و الرأسية يمر بداخلها تيار ليحرف الشعاع الالكتروني أفقيا ورأسيا (شكل (4-23) ) . فعند وجود منظر أمام الكاميرا تكون له العدسة صورة علي الخلايا (النقاط) فينبعث من كل منها عدد من الالكترونات الحرة يختلف عددها باختلاف كمية الضوء الساقط عليها من أجزاء الصورة المختلفة فتشحن كل خلية (نقطة) بشحنة موجبة مساوية لما فقدته من الكترونات . تؤثر الشحنات الموجبة للخلايا علي لوح الإشارة الذي يلاصقها من الخلف فيتكون عليه بالتأثير شحنة سالبة مقيدة تختلف باختلاف الشحنة الموجبة الموجودة علي كل خلية (نقطة) . وللحصول علي أجزاء الصورة المختلفة في شكل تيارات متغيرة الشدة يقوم الشعاع الالكتروني الصادر من الفتيل بامرور علي الخلايا المختلفةبالتتابع بفعل الملفات الحارفة التي تحركه أفقياً ورأسياً ليمر علي كل صفوف الخلايا (النقاط) .الشكل (4-23) : تركيب الكاميرا التلفزيونية .فعند سقوط الشعاع الالكتروني علي إحدي الخلايا الموجبة تصبح متعادلة فتحرر الشحنات التأثيرية السالبة التي كانت قد تكونت علي لوح الإشارة والتي كانت تجذبها وتقيدها الخلية (النقطة) الموجبة . فتتحرك هذه الشحنات الكهربية السالبة (إلكترونات) مكونة تيارا كهربيا متغير الشدة يعبر عن جزء الصورة علي الخلية المعنية . الشكل (4-24) كيفية إرسال الصورة التلفزيونية إلي المشاهدينوبمرور الشعاع الالكتروني علي كل الخلايا (النقاط) نحصل علي تيارات متغيرة تعبر عن كل أجزاء الصورة الموجودة أمام الكاميرا . ب‌) تكبر هذه التيارات المتغيرة الشدة بواسطة المكبر ثم تمزج في المازج مع تيار ذو تردد عالٍ يولده المذبذب . حيث يتغير تردد هذا التيار ليعبر هذا التغير عن أجزاء الصورة المختلفة ويرسل هذا التيار المتردد المعدل إلي سلك الهوائي ليبثها في شكل موجات كهرومغنطيسية معدلة التردد FM(شكل (4-24)).لأن كل خلية (نقطة) تولد تيارا قد يكون مختلفا في القيمة من النقطة الأخري فلابد من نظام للمرور علي كل النقاط لتكوين الصورة الكاملة لما يحدث أمام الكاميرا لذلك نجد في نظام (PAL) المصممة وفقه الأجهزة المستخدمة في السودان أن الشعاع الالكتروني في الكاميرا يمر علي الخلايا (النقاط) في خطوط أفقية يساوي طول كل منها عرض الصورة وعندما يكتمل الخط الأول يبدأ الخط الثاني مارا بكل الخلايا علي هذا الخط وهكذا حين يكتمل المنظر يكمون قد رسم 625 خطاً . هذا العدد من خطوط يرسم في الواقع صورة واحدة فقط . ولكن الصورة التلفزيونية تنقل في الواقع أحداثا متحركة ولابد لعين الإنسان أن تمر أمامها حوالي 25 صورة متتالية في الثانية الواحدة حتي ترى المنظر المتحرك علي حقيقته . لذلك يقوم الشعاع الإلكتروني في الكاميرا برسم 625 خطا في كل (1\25) جزء من الثانية . أى أن هذا الشعاع يمر علي أجزاء الصورة 25 مرة في الثانية الواحدة بمعدل 625 خط في كل مرة. لذلك لابد من أن يقوم جهاز التلفزيون العادي في المنزل برسم نفس هذا العدد لينقل الصورة للمشاهد كما سنرى لاحقا .(4-2-8) جهاز الاستقبال التلفزيوني : يتركب جهاز الاستقبال من هوائي تمر فيه الموجات الكهرومغنطيسية فيؤدي المجال الكهربي المتذبذب إلي تذبذب الالكترونات الحرة في الهوائي فيتولد تيار متذبذب لكل القنوات التلفزيونية والذي ينقلها بدوره إلي دائرة الرنين التي تقوم عند ضبطها علي تردد قناة تلفزيونية واحدة وتمنع مرور باقي القنوات . ثم يخرج تيار القناة من دائرة الرنين وتكون شدته صغيرة لذا يدخل هذا التيار لمكبر ليزيد من شدته ثم يمرر هذا التيار في دائرة الكاشف التي تمتص تيار الموجة الحاملة وتمرر تيار الصورة بعد تكبيره إلي أنبوبة مخروطية مفرغة من الهواء في نهايتها أنبوبة أسطوانية (شكل (4-25)). الشكل (4-25) : أنبوبة جهاز الاستقبال التلفزيوني .· هذه الأنبوبة هي التي نرى واجهتها في جهاز التلفزيون وجهاز الكمبيوتر والتي نسميها الشاشة وتغطي الشاشة من الداخل بمادة (إذا كان التلفزيون غير ملون) أو مواد (إذا كان التلفزيون ملون) وميضية تسمي بالمواد الفسفورية وهي مركبات تتوهج وتصدر ضوءاً عند سقوط الالكترونات عليها.· يوجد في بداية الأنبوبة سلك ملفوف يسمي بالفتيل وتصدر منه الكترونات عند تسخينه بإمرار تيار كهربي فيه . وينحرف هذا الشعاع الالكتروني أفقيا ورأسيا بفعل ملفات تحيط بالأسطوانة أفقيا ورأسيا وتوجد داخل الأسطوانة كذلك شبكة معدنية يمرراليها التيارات الممثلة لأجزاء الصور المختلفة . فعند مرور هذه التيارات في الشبكة تتغير شدة الشعاع الإلكتروني الساقط علي الخلايا الوميضية الموجودة علي الشاشة فينبعث منها ضوءا تتوقف شدته علي الإضاءة الفعلية لذلك الجزء من الصورة وهكذا تظهر أجزاء الصورة المختلفة عند مرور الشعاع الالكتروني علي أجزاء الشاشة المختلفة التي يمسحها أفقيا ورأسيا بفضل الملفات الأفقية والرأسية الحارفة . وعلي ذلك يحدث في جهاز الاستقبال (4-26) ما تم في الكاميرا حيث يقوم الشعاع الالكتروني برسم 625 خطا ، كل خط بعرض الشاشة ، وذلك لتكوين الصورة الواحدة ويكرر ذلك 25 مرة في كل ثانية فنرى الصورة علي شاشة التلفزيون كأنها حية أمامنا . الشكل (4-26) مخطط جهاز الاستقبال التلفزيوني . تمرين 1) ما طبيعة وخواص الموجات الكهرومغنطيسية ؟2) ارسم رسماً توضيحياً يبين الأجزاء الرئيسية لجهاز الإرسال الإذاعي وبين كيف يعمل جهاز الإرسال الإذاعي .3) بين كيف يعمل جهاز الاستقبال الإذاعي . 4) وضح مم يتكون جهاز الإرسال التلفزيوني وما وظيفة أجزائه المختلفة .5) بين الأجزاء الرئيسية لجهاز الاستقبال التلفزيوني واشرح كيف يعمل كل منهما. 6) بين لماذا لا ترسل محطات الإرسال التلفزيوني موجات أرضية تصل للأماكن البعيدة .تم بحمد الله

الباب الرابع: الذرة والإتصالات

الباب الرابع:

الذرة والإتصالات الفصل الأول الذرة 

مقدمة :

كان العلماء منذ قديم الزمان يعتبرون أن المادة تتكون من وحدات دقيقة تسمي بالذرات . وتجددت هذه النظرية علي يد عالم الفيزياء " روبرت بويل " وعالم الكيمياء " لافوازييه" في القرنين السادس عشر والسابع عشر الميلاديين .

ورقة عمل فى الذرة

بسم الله الرحمن الرحيم
مدرسة اسماء عبد الرحيم الثانوية الحكومية النموذجية بنات
ورقةعمـــل فيزيــاء في ( الذرة )
1/ عرفي الذرة : -
هي جسيم صغير متعادل الشحنة من مكونات العنصر .
2/ ما هي مكونات الذرة :-
1- النواة 2- الالكترونات
3/ ما هي مكونات النواة :-
1- البروتونات 2- النيوترونات
الالكترونات :-
جسيمات سالبة الشحنة كتلتها ضئيلة مقارنة مع كتلة النواة .
4/ ما هي مكونات النواة :
1- البروتونات : هي جسيمات موجبة الشحنة كتلتها كبيرة جداً مقارنة مع كتلة الإلكترون 1836 مرة وشحنتها مساوية لشحنة الالكترون في المقدار .
2- النيوترون : هي جسيمات ( محايدة ) لا شحنة لها وكتلتها مساوية لكتلة البروتون .
كيف تترتب الالكترونات والشحنات الموجبة في الذرة ؟
تجربة صفيحة الذهب :
قام رذرفورد بتسليط شعاع من جسيمات ألفا وهي نواة ذرة الهيليوم التى تتكون من بروتنين ونيوترونين علي غشاء رقيق من الذهب . ووصل علي النتائج التالية :
1/ نفاذ معظم دقائق ألفا يعني أن معظم الذرة فارغ .
2/ إنحراف جزء قليل من دقائق ألفا يعني أنها أقتربت من جسم مساوٍ لشحنتها .
3/ إترداد جزء قليل جداً من دقائق ألفا يعني أن كتلة النواة تتركز في النواة الموجبة .

نموذج رذرفورد: ( 1911م )
اعتبر أن الذرة بها نواة ثقيلة تتمركز بها الشحنة الموجبة وذلك لتنافر جسيمات ألفا الموجبة مع هذه النواة وتوجد خارج هذه النواة الالكترونات .
* وباستخدام مقدار إنحراف جسيمات ألفا عند مرورها قرب النواة قدر رذرفورد أن قطر الذرة حوالي 10-10م ، بينما يبلغ قطر هذه النواة حوالي 10-14م ، أي أن قطر الذرة 10000 مرة قدرقطر النواة .
فروض رذرفورد :
1/ توجد عند مركز الذرة نواة موجبة الشحنة.
2/ تتحرك الالكترونات السالبة الشحنة حول النواة في مستويات طاقة محددة وإن الإلكترون مستقر لا يشع أي طاقة في مستوي الطاقة الخاص به ( المناسب له )
3/ الذرة متعادلة كهربياً .
المشكلة التي واجهت رذرفورد :
1/ لو أفترض أن الإلكترونات ساكنة فسوف تجذبها النواة لتلتصق بها . وهذا يناقض حقيقة أن قطر الذرة أكبر بكثير من قطر النواة .
2/ لو افترض أن الإلكترونات تدور حول النواة وهذا يعني أن الالكترونات أثناء حركتها تولد مجالاً مغناطيسياً وكهربياً ( تشع موجات كهرومغناطيسية ) وسيفقدها طاقة والفقدان المستمر للطاقة يجعل مسار الالكترون حلزوني حتى يسقط علي النواة وتنهار الذرة . وهذا يتناقض مع حقيقة أن الذرة مستقرة ولا تشع موجات في حالة الاستقرار
نموذج بوهر(نيلزبوهر)( بور )1913م
اعتبر أن الذرة مكونة من نواة موجية تدور حولها الالكترونات في مدارات معينة كما تدور الكواكب حول الشمس وكل مدار يحتوي علي إلكترونات ذات طاقة معينة ويكون الالكترون مستقراً لا يشع أي طاقة في مستوي الطاقة الخاص به ( المناسب له ) .


فروض بوهر : الإضافية
1/ عندما يقفز إلكترون من مستوي طاقة أعلي مستوي طاقة أقل فإنه يصدر اشعاعاً تردده (ذ) وطاقته تساوي الفرق بين المستويين (ط2 – ط1 ) .
2/ تقبل ذرة الهيدروجين تطبيق قانون كولوم للكهربية وقانون التثاقل لنيوتن .
3/ كمية التحرك الزاوي للإلكترونات التي تدور حول النواة تساوي مضاعفات هـ.عد
حيث عد = 1 ، 2 ، 3 ، 000 2 П
ماهي القوة التي تحفظ اللاكترون في مدارة حول النواة ؟
هي قوة الجذب المركزية . وهي في الواقع قوة الجذب الكهربي الناتجة من جذب النواة الموجبة للإلكترون السالب من قانون كولوم . ( لا يسقط الالكترون في النواة بسبب وجود قوة الطرد المركزية ( الناتجة كرد فعل ) .ولابد أن تكون القوتين متساويتين
ك ع2 = ثك ش شأ
نق نق2
طاقة الحركة ( طح ) لأي جسم كتلته ( ك ) وسرعته ( ع ) هى ½ ك ع 2
بقسمة الطرفين علي (2) نجد طاقة الحركة :
طح = ½ك ع2 = ث ك ش شأ
2 نق
أما طاقة الوضع (ط و) فهي الطاقة الناتجة عن الشغل المبذول بواسطة قوة الجذب الكهربي علي الإلكترون في مداره . وتساوي :
ط و = الشغل المبذول = القوة الدافعة الكهربية (ق) × المسافة بين الإلكترون والنواة (نق)
ط و = - ث ك ش شأ × نق = -ث ك ش شأ
نق2 نق

ط و = - ثك ش شأ
نق

الطاقة الكلية للإلكترون (ط) = طاقة الحركة + طاقة الوضع
ط = طح + ط و
= ثك ش شأ - ثك ش شأ
2نق نق
=(½ - 1) ( ثك ش شأ ) = - ثك ش شأ
نق 2نق
ط = ــ ثك ش شأ
2نق

حيث ( ثك ) ثابت التناسب ( ثابت الوسط )
( ش ) شحنة النواة ثوابت
( شأ) شحنة الإلكترون
( نق ) نصف قطر مدار الإلكترون حول النواة
طعد = - ثابت طعد ά 1
نق نق
الطاقة الكلية للإلكترون في مداره تعتمد فقط علي نصف قطر ذلك المدار . ( علاقةعكسية)
حيث تقل طاقة الإلكترون كلما زاد نصف قطر المدار
تزيد طاقة الإلكترون كلما قل نصف قطر المدار
القوة المؤثرة علي الإلكترون :-
1- قوة الجذب المركزية من الحركة الدائرية ق = ك ع2
نق
2- قوة الجذب الكهربية بين الإلكترون والنواة ق = ثك ش شأ
نق2
3- قوة الطرد المركزية لحفظ الإلكترون في مداره .
كيف يحتفظ الإلكترون بمداره حول النواة دون أن يسقط في النواة أو يفلت من جاذبيتها
السبب لوجود قوة الطرد المركزية المتساوية لقوة الجذب المركزية ، وقوة الجذب الكهربية حسب قانون نيوتن الثالث لكل فعل رد فعل .
قوة الجذب المركزية = قوة الجذب الكهربية
ك ع 2 = ث ك ش شأ
نق نق2

ك ع2 = ث ك ش شأ
نق

طاقة الحركة للإلكترون كتلته ( ك ) وسرعته ( ع ) = ½ك ع2
بقسمة الطرفين علي 2 نجد أن طاقة حركة الإلكترون
ط ح = ½ ك ع2 = ثك ش ش أ
2 نق
ط ح = ثك ش شأ
2نق

ورقةعمـــل فيزيــاء في ( الذرة )

بسم الله الرحمن الرحيم
مدرسة اسماء عبد الرحيم الثانوية الحكومية النموذجية بنات
ورقةعمـــل فيزيــاء في ( الذرة )
1/ عرفي الذرة : -
هي جسيم صغير متعادل الشحنة من مكونات العنصر .
2/ ما هي مكونات الذرة :-
1- النواة 2- الالكترونات
3/ ما هي مكونات النواة :-
1- البروتونات 2- النيوترونات
الالكترونات :-
جسيمات سالبة الشحنة كتلتها ضئيلة مقارنة مع كتلة النواة .
4/ ما هي مكونات النواة :
1- البروتونات : هي جسيمات موجبة الشحنة كتلتها كبيرة جداً مقارنة مع كتلة الإلكترون 1836 مرة وشحنتها مساوية لشحنة الالكترون في المقدار .
2- النيوترون : هي جسيمات ( محايدة ) لا شحنة لها وكتلتها مساوية لكتلة البروتون .
كيف تترتب الالكترونات والشحنات الموجبة في الذرة ؟
تجربة صفيحة الذهب :
قام رذرفورد بتسليط شعاع من جسيمات ألفا وهي نواة ذرة الهيليوم التى تتكون من بروتنين ونيوترونين علي غشاء رقيق من الذهب . ووصل علي النتائج التالية :
1/ نفاذ معظم دقائق ألفا يعني أن معظم الذرة فارغ .
2/ إنحراف جزء قليل من دقائق ألفا يعني أنها أقتربت من جسم مساوٍ لشحنتها .
3/ إترداد جزء قليل جداً من دقائق ألفا يعني أن كتلة النواة تتركز في النواة الموجبة .
نموذج رذرفورد: ( 1911م )
اعتبر أن الذرة بها نواة ثقيلة تتمركز بها الشحنة الموجبة وذلك لتنافر جسيمات ألفا الموجبة مع هذه النواة وتوجد خارج هذه النواة الالكترونات .
* وباستخدام مقدار إنحراف جسيمات ألفا عند مرورها قرب النواة قدر رذرفورد أن قطر الذرة حوالي 10-10م ، بينما يبلغ قطر هذه النواة حوالي 10-14م ، أي أن قطر الذرة 10000 مرة قدرقطر النواة .
فروض رذرفورد :
1/ توجد عند مركز الذرة نواة موجبة الشحنة.
2/ تتحرك الالكترونات السالبة الشحنة حول النواة في مستويات طاقة محددة وإن الإلكترون مستقر لا يشع أي طاقة في مستوي الطاقة الخاص به ( المناسب له )
3/ الذرة متعادلة كهربياً .
المشكلة التي واجهت رذرفورد :
1/ لو أفترض أن الإلكترونات ساكنة فسوف تجذبها النواة لتلتصق بها . وهذا يناقض حقيقة أن قطر الذرة أكبر بكثير من قطر النواة .
2/ لو افترض أن الإلكترونات تدور حول النواة وهذا يعني أن الالكترونات أثناء حركتها تولد مجالاً مغناطيسياً وكهربياً ( تشع موجات كهرومغناطيسية ) وسيفقدها طاقة والفقدان المستمر للطاقة يجعل مسار الالكترون حلزوني حتى يسقط علي النواة وتنهار الذرة . وهذا يتناقض مع حقيقة أن الذرة مستقرة ولا تشع موجات في حالة الاستقرار
نموذج بوهر(نيلزبوهر)( بور )1913م
اعتبر أن الذرة مكونة من نواة موجية تدور حولها الالكترونات في مدارات معينة كما تدور الكواكب حول الشمس وكل مدار يحتوي علي إلكترونات ذات طاقة معينة ويكون الالكترون مستقراً لا يشع أي طاقة في مستوي الطاقة الخاص به ( المناسب له ) .
فروض بوهر : الإضافية
1/ عندما يقفز إلكترون من مستوي طاقة أعلي مستوي طاقة أقل فإنه يصدر اشعاعاً تردده (ذ) وطاقته تساوي الفرق بين المستويين (ط2 – ط1 ) .
2/ تقبل ذرة الهيدروجين تطبيق قانون كولوم للكهربية وقانون التثاقل لنيوتن .
3/ كمية التحرك الزاوي للإلكترونات التي تدور حول النواة تساوي مضاعفات هـ.عد
حيث عد = 1 ، 2 ، 3 ، 000 2 П
ماهي القوة التي تحفظ اللاكترون في مدارة حول النواة ؟
هي قوة الجذب المركزية . وهي في الواقع قوة الجذب الكهربي الناتجة من جذب النواة الموجبة للإلكترون السالب من قانون كولوم . ( لا يسقط الالكترون في النواة بسبب وجود قوة الطرد المركزية ( الناتجة كرد فعل ) .ولابد أن تكون القوتين متساويتين
ك ع2 = ثك ش شأ
نق نق2
طاقة الحركة ( طح ) لأي جسم كتلته ( ك ) وسرعته ( ع ) هى ½ ك ع 2
بقسمة الطرفين علي (2) نجد طاقة الحركة :
طح = ½ك ع2 = ث ك ش شأ
2 نق
أما طاقة الوضع (ط و) فهي الطاقة الناتجة عن الشغل المبذول بواسطة قوة الجذب الكهربي علي الإلكترون في مداره . وتساوي :
ط و = الشغل المبذول = القوة الدافعة الكهربية (ق) × المسافة بين الإلكترون والنواة (نق)
ط و = - ث ك ش شأ × نق = -ث ك ش شأ
نق2 نق
ط و = - ثك ش شأ
نق
الطاقة الكلية للإلكترون (ط) = طاقة الحركة + طاقة الوضع
ط = طح + ط و
= ثك ش شأ - ثك ش شأ
2نق نق
=(½ - 1) ( ثك ش شأ ) = - ثك ش شأ
نق 2نق
ط = ــ ثك ش شأ
2نق
حيث ( ثك ) ثابت التناسب ( ثابت الوسط )
( ش ) شحنة النواة ثوابت
( شأ) شحنة الإلكترون
( نق ) نصف قطر مدار الإلكترون حول النواة
طعد = - ثابت طعد ά 1
نق نق
الطاقة الكلية للإلكترون في مداره تعتمد فقط علي نصف قطر ذلك المدار . ( علاقةعكسية)
حيث تقل طاقة الإلكترون كلما زاد نصف قطر المدار
تزيد طاقة الإلكترون كلما قل نصف قطر المدار
القوة المؤثرة علي الإلكترون :-
1- قوة الجذب المركزية من الحركة الدائرية ق = ك ع2
نق
2- قوة الجذب الكهربية بين الإلكترون والنواة ق = ثك ش شأ
نق2
3- قوة الطرد المركزية لحفظ الإلكترون في مداره .
كيف يحتفظ الإلكترون بمداره حول النواة دون أن يسقط في النواة أو يفلت من جاذبيتها
السبب لوجود قوة الطرد المركزية المتساوية لقوة الجذب المركزية ، وقوة الجذب الكهربية حسب قانون نيوتن الثالث لكل فعل رد فعل .
قوة الجذب المركزية = قوة الجذب الكهربية
ك ع 2 = ث ك ش شأ
نق نق2

ك ع2 = ث ك ش شأ
نق
طاقة الحركة للإلكترون كتلته ( ك ) وسرعته ( ع ) = ½ك ع2
بقسمة الطرفين علي 2 نجد أن طاقة حركة الإلكترون
ط ح = ½ ك ع2 = ثك ش ش أ
2 نق
ط ح = ثك ش شأ
2نق
الباب الرابع:
الذرة والإتصالات
الفصل الأول
الذرة
(4-1-1) مقدمة :
كان العلماء منذ قديم الزمان يعتبرون أن المادة تتكون من وحدات دقيقة تسمي بالذرات . وتجددت هذه النظرية علي يد عالم الفيزياء " روبرت بويل " وعالم الكيمياء " لافوازييه" في القرنين السادس عشر والسابع عشر الميلاديين . وقد ورد اسم الذرة في القرآن الكريم اكثر من مرة مثلاً في سورة الزلزلة وفي سورة سبلأ الآية (22) {قل ادعوا الذين زعمتم من دون الله لايملكون مثقال ذرة في السماء ولا في الارض ومالهم فيهما من شرك ومالهم منهم من نظير}.
وقد نبه القرآن الي وجود جسيمات اصغر من الذرة في قوله تعالي سورة سبأ الاية (3) {وقال الذين كفروا لا تأتينا الساعة قل بلي وربي لتأتينكم عالم الغيب لايعزب عنه مثقال ذرة في السموات ولا في الارض ولا أصغر من ذلك ولا أكبر إلا في كتاب مبين } وورد كذلك في سورة يونس الاية (61) { وماتكون في شأن وماتتلوا منه من قرآن ولاتعملون من عمل الاكنا عليكم شهوداً إذ تفيضون فيه ومايعزب عن ربك من مثقال ذرة في الارض ولا في السماء ولا أصغر من ذلك ولا أكبر إلا في كتاب مبين }.
وهذه الايات تتحدث عن وجود جسيمات أصغر من الذرة في القرن السادس الميلادي بينما كان العلماء الأوربيون لا يعتقدون بوجود جسيمات أصغر من الذرة منذ بداية تطور العلوم في اوربا في القرن السادس عشر الميلادي حتي جاء القرن العشرون الميلادي عندماء اكتشف العلماء الالكترونات والبروتونات . ذلك انه رغم معرفة العلماء أن المادة تتكون من ذرات الا أن تركيب الذرة نفسها ظل سراً غامضاً حتي مطلع القرن العشرين .
حيث عرف العلماء أن كل ذرة بها (z) الكترون وأن كتلة الالكترون ضئيلة جداً مقارنة مع كتلة الذرة .
وكان العلماء يعتقدون حينها بوجود شحنات موجبة تعادل شحنات الالكترونات السالبة بالذرة .: ولكي يعرف العلماء كيف تترتب الالكترونات والشحنات الموجبة في الذرة فقد قام العالم " رذرفورد" عام 1911م بتسليط شعاع من الجسيمات (ألفا) ( جسيم ألفا هو نواة ذرة الهيليوم ويتكون من بروتونين ونيوترونين كما سنري لاحقا) علي غشاء رقيق من الذهب .
وافترض " رذرفورد " من النتائج التي حصل عليها من انحراف جسيمات ألفا عند مرورها خلال الغشاء أن الذرة بها نواة ثقيلة تتمركز بها الشحنة الموجبة وذلك لتنافر جسيمات ألفا الموجبة مع هذه النواة . وتوجد خارج هذه النواة الالكترونات . وباستخدام مقدار انحراف جسيمات ألفا عند مرورها قرب النواة قدر "رذرفورد " أن قطر الذرة حوالي 1010- م بينما يبلغ قطر هذه النواة حوالي 1014- م . أي أن قطر الذرة 10000 مرة قدر قطر النواة . وقد واجهت " رذرفورد " مشكلة وضع الالكترونات في الذرة فلو افترض أن الالكترونات ساكنة فسوف تجذبها النواة لتلتصق معها وهذا يناقض حقيقة أن قطر الذرة أكبر بكثير من قطر النواة أما اذا افترض أن الالكترونات تدور حول النواة فإن هذا يعني أن الالكترونات أثناء حركتها تولد مجالاً مغنطيسيا وكهربيا معا مما يعني أنها ستشع موجات كهرومغنطيسية (كهربية مغنطيسية) حسب تنبؤات معادلات الموجات الكهرومغنطيسية وهذا يعني أن الالكترون سيفقد طاقة وسيؤدي الفقدان المستمر للطاقة إلي دوران الالكترون في مسار حلزوني حتي يسقط علي النواة وتنهار الذرة وهذا يتناقض مع حقيقة أن الذرة مستقرة ولا تشع موجات في حالة الإستقرار لذا كان نموذج " رذرفورد " في حاجة ماسة لتعديل يخرجه من هذا المأزق وهذا ما فعله نيلز بوهر.
(4-1-2) نموذج بوهر :
في عام 1913م تمكن العالم نيلز بوهر (ينطق بور) من وضع نموذج جديد للذرة اعتبر فيه الذرة مكونة من نواة موجبة تدور حولها الالكترونات في مدارات معينة كما تدور الكواكب حول الشمس ويحتوي كل مدار علي الكترونات ذات طاقة معينة . ويكون الالكترون مستقرا ولا يشع أى طاقة عندما يكون في مستوى الطاقة المناسبة لذلك المدار .

ك ع2
نققوة الجذب المركزية على
الإلكترون: قأ =
قوة الجذب الكهربي بين النواة والإلكترون
ثك ش شأ
نق2
قك = -
الشكل (4-1) : الكترون يدور حول النواة
ويمكن ايجاد قيمة الطاقة المناسبة في أى مدار بمعرفة القوى المؤثرة علي الالكترون فاذا كانت كتلة الالكترون تساوي (ك) وشحنته تساوي (ش1) وكان الالكترون يسير في مدار دائري نصف قطره)نق) بسرعه (ع) حول نواة شحنتها (ش) فإن الالكترون لابد له من القوة التي تحفظه في مداره حول النواة وهي قوة الجذب المركزية . وهذه القوة كما درسنا في الحركة الدائرية هي :
ك ع2
نق

ق = (4-1)
قوة الجذب المركزيه هذه علي الالكترون هي في الواقع قوة الجذب الكهربي الناتجة من جذب النواة الموجبة للالكترون السالب وهي حسب قانون كولوم تساوي :
ثك شأ ش
نق2
ق = (4-2)

وهي تعمل علي جذب الالكترون نحو النواة . وبناءا علي ذلك فإن :
قوة الجذب المركزية = قوة الجذب الكهربي

ثك شأ ش
نق2
ك ع2
نق =
ثك شأ ش
نق
ك ع2 = (4-3)
ملاحظة :
لايسقط الالكترون في النواة بسبب قوة الجذب الكهربي لوجود قوة الطرد المركزية حسب قانون نيوتن الثالث كرد فعل لقوة الجذب المركزية . المعروف أن طاقة الحركة لأي جسم كتلته (ك) وسرعته (ع) هي (½ ك ع2 ) ولذلك بقسمة الطرفين في المعادلة (4-3) علي 2 نجد أن طاقة الحركة :
ثك شأ ش
2نق
طح = ك ع2 = (4-4)

أما طاقة الوضع فهي ناتجة عن الشغل المبذول بواسطة قوة الجذب الكهربي علي الالكترون في المدار وهي تساوي :
ثك شأ ش
نق
ثك شأ ش
نق2ط و = الشغل المبذول = القوة الكهربية x المسافة بين الالكترون والنواة (نق)
ط و = - x نق = - (4-5)

( لاحظ التشابه بين هذه المعادلة وقانون طاقة الوضع للمجال التثاقلي الذي درسناه في الباب الاول وبنفس علامة السالب )
اذن الطاقة الكلية للالكترون ط1 = طاقة الحركة + طاقة الوضع
ط1 = طح + طو
ثك شأ ش
نق
ثك شأ ش
2نق
= -

ثك شأ ش
نق
ثك شأ ش
2نق
= [ -1] = -
الطاقة الكلية للالكترون الذي يدور حول النواة في مدار نصف قطره (نق) :

ط1 = -

ثك شأ ش
2نق
(4-6)


لاحظ أن كل من ثك ( ثابت التناسب ) وش ( شحنة النواة ) وشأ ( شحنة
الالكترون) هي ذات قيم ثابتة ، وبالتالي يمكن كتابة المعادلة (4-6) كالآتي :

ط1 = -

(4-7)

أي أن الطاقة الكلية للالكترون في مداره تعتمد فقط علي نصف قطر ذلك المدار .
وهي تقل كلما زاد نصف القطر وتزيد كلما قل . وتعني علامة السالب أن الطاقة الكلية للالكترون هي طاقة جذب الي النواة ويلزم طاقة خارجية لفصله عنها ، اي يلزم طاقة موجبة .
لقد وجد بوهر بعد بعض الحسابات أن نصف القطر نق في المعادلة (4-7) المناسب للالكترون لكي يدور حول النواة دون أن يشع طاقة يتناسب مع مربع الاعداد الصحيحة 1، 2، 3، ... ، أي أن : نق تتناسب مع عد2
أي أن : نق = ثابت x عد2 (4-8)
حيث عد هو اي عدد صحيح وقد سمي هذا العدد بالعدد الكمي المداري .
لاحظ أن الثوابت في المعادلتين (4-7)و(4-8) ليثت متساوية لانها ثوابت تناسب في حالتين مختلفتين بتعويض (4-8) في (4-7) نجد أن :

حيث عد = 1، 2، 3، ...

(4-9)

المعادلة (4-9) توضح أن الالكترون يوجد في الذرة في مستويات طاقه هي طعد ونرمز لمستوي الطاقة المناظر للعدد الكمي المداري عد = 1 بالرمز (ط1) ويسمي بمستوي الطاقة الارضي أو بالمستوى الأرضي. بينما نرمز لمستوي الطاقة المناظر للعدد الكمي المداري عد =2 بالرمز (ط2) ويسمي بمستوي الطاقة الثاني وهكذا...
وتقاس طاقة الالكترون في الذرة بالجول أو بوحدة الالكترون فولت (إ.ف).
وتعرف وحدة الالكترون فولت (إ.ف) بأنها :
هي الشغل المبذول أو الطاقة اللازمة لنقل الكترون واحد بين نقطتين فرق الجهد بينهما واحد فولت .



الالكترون فولت (إ.ف) = الشغل لنقل الالكترون خلال فرق جهد مقداره 1 فولت
وبما أن الطاقة الازمة لنقل شحنه(ش) خلال فرق جهد مقداره (جـ) فولت = جـ x ش فإن : الالكترون فولت
= جـ x شأ = 1 فولت x 1.6 x 1019- كولوم

حيث شحنة الالكترون شأ = 1.6 x 1019- كولوم
الالكترون فولت = 1.6 x 1019- جول (4-10)
والسبب في استعمال وحدة الالكترون فولت في الفيزياء الذرية هي أن وحدة الجول كبيرة جداً.
لقد حسبت قيمة الثابت في المعادلة (4-9) ووجد انه يعتمد علي عدد البرتونات في النواة أي العدد الذري Z . وعلي ضوء هذه الحسابات وجد أن :
الثابت = 13.6 x Z إ.ف.

اي يتناسب مع مربع عدد البروتونات .
بتعويض (4-11) في (4-9) نجد أن الطاقة الكلية للإلكترون في الذرة التي عددها الذري Z هي :
أ.ف
(4-12)


مستويات الطاقة في ذرة الهيدروجين:
يمكن إيجاد قيم الطاقة في مستويات الطاقة المختلفة في ذرة الهيدروجين الذي تحوي نواته بروتوناً واحداً فقط وذلك بتعويض ( ) في معادلة الطاقة (4-12) لنحصل علي :
أ.ف
(4-13)
الشكل (4-2) : مستويات الطاقة (عد = 1 ، 2 ، 3 )
حيث نجد أن طاقة المستوي الارضي ( الأول ) في ذرة الهيدروجين تساوي :
ط1 = - 13.6 إ . ف
اما طاقة المستويين الثاني والثالث فتساوي :
= - 3.4 إ.ف
= - 1.511 إ.ف (4-14)
وعند انتقال الالكترون من مستوي طاقة اعلي مثل (ط2 ) الي مستوي الطاقة الادني ط1 فإن الذرة تشع فوتوناً طاقته تساوي الطاقة التي فقدها الالكترون ( شكل (4-3) ) . وهذه الطاقة المفقودة تسامي الفرق بين طاقتي مستويي الالكترون أي .
هـ x ذ = ط2 – ط1
( 4-15 )
حيث هـ = ثابت بلانك ، ذ = تردد الفوتون
الشكل (4-3) : إشعاع فوتون عند هبوط الالكترون إلي مستوي طاقة أدني .
إثارة الالكترون في الذرة
يكتسب الالكترون في الذرة طاقة تنقله من المستوي الأدني الي المستوي الأعلي بواحدة من الطرق التالية :
أ‌) إذا امتصت الذرة فوتون طاقته تساوي ( ه x ذ) حسب المعادلة (4-15) .
ب‌) عندما يكتسب الالكترون نفسه طاقة وذلك بامتصاصه لفوتون طاقته مناسبة لرفعه للمستوي الأعلي ، أي أن طاقته تساوي فرق الطاقة بين المستويين الأعلي والأدني .
ج) عند إمتصاص الالكترون للطاقة الناتجة عن تصادم الذرة بذرات أو أيونات أو الكترونات او جسيمات ذرية .
إذاً فإن الالكترون يكتسب طاقة إما بامتصاص الذرة لفوتون أو بامتصاصه هو نفسه لفوتون او بامتصاصه الطاقة الناتجة عن تصادم الذرة بجسيمات اخري ويعود بعدها الالكترون الي مستواه الأصلي ( السابق ) بإشعاع فوتون طاقته تساوي نفس الطاقة التي اكتسبها الالكترون سابقاً .
وتستخدم ظاهرة اشعاع الفوتونات في توليد الضوء في مصابيح الإنارة . ففي مصباح الفلورسنت (المعروف خطأ بمصباح النيون) مثلاً يقوم الجهد الكهربي المرتفع داخل أنبوبة المصباح بتسريع الالكترونات الحرة والأيونات التي تكونت نتيجة لتأيين ذرات الغاز داخل الأنبوبة (عادة مزيج من الأرجون مع بخار الزئبق). وتقوم هذه الجسيمات المشحونة (الأيونات) بالاصطدام بباقي ذرات الغاز فتمتص بعض إلكترونات هذه الذرات طاقة التصادم فتنتقل من المستوى الأرضي إلى أحد المستويات الأعلى، وعند هبوط الإلكترونات إلى المستوى الأرضي تشع الفوتونات فوق البنفسجية والتي تمتص بدورها بواسطة مادة الفلورسنت الموجودة على جدار انبوب المصباح ومن ثم تقوم هذه المادة بإشعاع الضوء الأبيض الذي يمدنا بالإنارة.
المعروف أن ذرة أي عنصر لها مستويات طاقة مختلفة عن مستويات الطاقة في ذرات العناصر الاخري أي أن مستويات الطاقة في العناصر المختلفة ليست متشابهة . ولذلك فإن الفوتونات التي تشعها ذرات عنصر ما تكون ذات طاقة مختلفة ولذلك لها ترددات مختلفة ( حسب المعادلة (4-15)) وبالتالي تعطي الواناً مختلفة وتسمي هذه الالوان التي تصدر من ذرة أي عنصر بطيف ذلك العنصر وبناء علي ذلك فألوان طيف أي عنصر تختلف عن أطياف العناصر الأخري .
ويستفاد من ظاهرة الاختلاف فى الولان طيف العناصر فى التميز بين العناتصر التي توجد فى اى مركب ما حيث يمكن رؤية ذلك بوضوح خلال جهاز يسمى منظار الطيف ( بة منشور لتحليل الضؤ - انظر شكل ( 4-4) )الذى تظهر فية الاطياف الصادرة من العناصر المختلفة فى المركب بعد تسخينه فى خطوط ملونة وبالتالى يمكن تحديد العناصر الموجودة فى المركب. وكذلك عند توجيه هذا المنظار عن طريق منظار فلكي ( التلسكوب ) الي احد النجوم فانه يمكننا تحديد العناصر الموجودة فى ذلك النجم لانها ستظهر لنا فى شكل الوان طيف خلال ذلك الجهاز وعندها يمكن معرفة العناصر المكونة لذلك النجم .
شكل (4-4) منظار طيف بسيط
مثال (4-1) :
اذا كانت طاقة اقل ثلاثة مستويات في ذرة الهيدروجين مقدرة بوحدات الالكترون فولت هى : - 13.6 إ .ف ، - 3.4 إ. ف ، -1.5إ . ف، جد اقل طاقة تجعل الذرة مثارة
الحل :
ط3 = - 1.5 إ.ف ، ط2 = - 3.4 إ.ف ، ط1 = -13.6 إ.ف
تعتبر الذرة مثارة عند انتقالها من المستوى الأرضي (ط1) الي أحد المستويات العليا. أقل طاقة تجعل الذرة مثارة عند إنتقال الالكترون من المستوي الارضي (ط1) الي المستوي (ط2) هي :
ط2 – ط1 = - 3.4 – (- 13.6)
= - 3.4 + 13.6 = 10.2 إ.ف
مثال ( 4-2 ) :
اذا كانت طاقة المستوي الارضي ( ) في ذرة الهيدروجين تساوي (-13.6 إ . ف ) فأزجد أقل طاقة تجعل الذرة متباينة .
الحل :
طاقة الإلكترون وهو داخل الذرة سالبة لانها طاقة تجاذب تصبح الذرة متباينة عندما يغادر الإلكترون الذرة ويخرج منها . وعندما يصبح الإلكترون خارج الذرة فإن طاقته لابد أن تكون صفراً او أكثر . وهذا يعني أن أقل طاقه للإلكترون خارج الذرة تساوي صفراً . أي أن : ط = صفر .
أقل طاقة تأيين = صفر – ط1 = صفر – (- 13.6) = 13.6 إ.ف
مثال (4-3) :
انتقل الكترون في ذرة الهيدروجين من مستوي الطاقة ط3 = - 1.5 إ.ف الي مستوي الطاقة ط2 = - 3.4 إ.ف احسب تردد الفوتون المنبعث من انتقال الالكترون وكذلك الطول الموجي لذلك الفوتون علماً بأن ثابت بلانك يساوي6.6 x 1034- جول.ثانية، وسرعة الضوء ع = 3 x 108 متر\ث .
الحل :
هـ x ذ = ط3 – ط2
= - 1.5 + 3.4 = 1.9 إ.ف = 1.9 x 1.6 x 1019- جول
هـ x ذ = 6.6 x 1034- x ذ = 1.9 x 1.6 x 1019- جول.

تردد القوتون (ذ) =
هيرتز
عـ
ذوبما أن سرعة الفوتون: عـ = ذ x λ
الطول الموجي للفوتون = λ = =
= 65.2 x 108- متر
(4-1-3) الاشعة السينية (أشعة X ):
في عام 1895م لاحظ العالم الألماني " رونتجن" بأن أشعة قوية مجهولة تتولد عندما تصطدم الإلكترونات السريعة بجسم معدني تسمي عادة بالهدف .
وسميت هذه الاشعة المجهولة بالأشعة السينية (X) وذلك لأنها كانت مجهولة الطبعة وعادة يرمز للشئ المجهول ب(X) أو ( Y ) أي س أو ص لقد امكن لاحقاً فهم كيفية تولد الأشعة السينية علي ضوء قانون بقاء الطاقة . فعندما يصطدم إلكترون سريع بجسم معدني فإنه يسكن ( أي يتوقف ) فتتحول طاقته الحركية التي كان يتحرك بها عند اصطدامه بالجسم الي طاقة في شكل موجات كهرومغنطيسية
حيث يولد كل إلكترون فوتوناً واحداً فقط . وهذا يعني أن أشعة ( X ) هي موجات كهرومغنطيسية ( فوتونات ) .
ويتركب جهاز توليد الأشعة السينية من أنبوبة زجاجية مفرغة من الهواء وبداخلها قطب سالب يسمي بالمهبط موصل بالقطب السالب لمصدر لمصدر كهربي عالي الجهد ، وهو معدن يقوم بقذف الالكترونات عندما يتم تسخينه بواسطة فتيل ( وهو سلك ملفوف مثل سلك التنجستن المستخدم في المصابيح ) فتتنافر الالكترونات السالبة مع المهبط السالب ( شكل ( 4-5) ) . ويوجد بالأنبوبة أيضاً أسطوانة معدنية متصلة بالقطب الموجب للمصدر الكهربي وتسمي بالمصعد وهي تعمل علي جذب الالكترونات السالبة إليها ويعمل فرق الجهد (ج) علي تسريع الالكترونات بإكسابها سرعة عالية وطاقة حركة بفضل الشغل الذي يبذله المصدر الكهربي عليها حيث نجد أن طاقة حركة الإلكترون :

طح = الشغل المبذول بواسطة المصدر الكهربي = فرق الجهد × شحنة الالكترون .
الشكل (4-5) جهاز أشعة ( X ) .
طح ( الاكترون ) = ﺠ x شأ (4-16)

وعندما تصطدم هذه الالكترونات السريعة بالهدف المعدني تتوقف وتسكن فتتحول الطاقة الحركية لكل الكترون قد توقف الي طاقه تبعث في شكل فوتون تردده ذ . وحسب قانون بقاء الطاقه نجد أن :
طاقة الفوتون = الطاقة الحركية للالكترون
ولان طاقة الفوتون = ﻫ x ذ حيث ﻫ = ثابت بلانك
ﻫ x ذ = طح إلكترون (4-17)

ونسبة لصعوبة قياس سرعة الالكترون وبالتالي طاقة حركته فاننا سنستخدم العلاقة (4-16) بين طاقة الحركة وفرق جهد المصدر الكهربي لايجاد طاقة الفوتون بدلالة فرق الجهد لتصبح في الصورة :
ﻫ x ذ = طح = شأ x ﺠ = 1.6 x1019- x ﺠ
وتستخدم أشعة ( X) او الاشعة السينية في الطب بصورة مكثفة حيث يتم بواسطتها تصوير الكسور والتغيرات التي تحدث في الجسم بسبب الامراض مما يمكن من تشخيص هذه الامراض بواسطة الأطباء .
مثال (4-4) :
أحسب الطول الموجي لأشعة (x)التي تنبعث من الجهاز الذي ينتجها إذا كان فرق الجهد بين طرفي المصدر الكهربي يساوي 100000فولت علماً بأن شحنة الالكترون شأ = 1.6 x 1019- وثابت بلانك ﻫ = 6.625 x 1034- جول ث
الحل :

هـ x عـ
λ ﻫ x ذ = ﺠ x شأ حيث جـ = فرق الجهد
= جـ x شأ

هـ x عـ
جـ x شأ λ = م
( 4-1-4 ) الإنبعاث التلقائي والانبعاث القسري :
وبينّا فيما سبق أن الذرة التي تمتص فوتوناً تكتسب طاقة تنقل الالكترون من مستوي طاقة أدنى الي مستوى طاقة أعلى وتسمي هذه المرحلة بمرحلة الامتصاص ، حيث يمكث الالكترون فترة معينة (صغيرة جداً) في المستوي الأعلي وتسمي هذه الفترة بالعمر الزمني للمستوي . وبعد انقضاء هذه الفترة يعود الالكترون تلقائياً للمستوي الادنى فتشع الذرة فوتوناً ويسمي الإشعاع الصادر من الذرة في هذه الحالة بالإنبعاث التلقائي فإذا كانت الذرة قد امتصت فوتوناً خارجياً فإن فوتون الإنبعاث التلقائي يكون بنفس تردد الفوتون الخاجي إلا أن اتجاهه يكون عشوائيا وهناك نوع آخر من انواع الإشعاع يسمي بالإنبعاث القسري (أو المستحث). وفي هذا النوع من الاشعاع يسقط فوتون طاقته تساوي الفرق بين طاقة المستويين الأعلي والأدنى علي ذرة بها الكترون موجود في مستوي الإثارة الأعلي ( أي كان قد اكتسب طاقة من قبل ) فيجبر هذا الفوتون الالكترون المثار والايونات التي تكونت نتيجة لتأيين ذرات الغاز داخل الأنبوبة (عادة مزيج من الارجون مع بخار الزيبق) . وتقوم هذه الجسيمات المشحونة ( الايونات ) بالاصطدام بباقي ذرات الغاز فتمتص بعض الالكترونات هذه الزرات طاقة التصادم فتنتقل من المستوي الارضي الي احد المستويات الأعلي وعند هبوط الالكترونات الي المستوي الارضي تشع فوتونات فوق بنفسجية والتي تمتص بدورها بواسطة مادة الفلورسنت الموجودة علي جدار أنبوب المصباح ون ثم تقوم هذه المادة بإشعاع الضوء الابيض الذي يمدنا بالإنارة .علي الهبوط الي المستوي الأدنى فتشع الذرة فوتوناً له نفس تردد واتجاه وطور الفوتون الساقط . ويسمي هذا النوع من الانبعاث ( او الاشعاع ) بالانبعاث القسري ( او المستحث )
فيخرج من الذرة في هذه الحالة فوتوناً هما الفوتون الساقط والفوتون المستحسث
( الناتج عن هبوط الالكترون للمستوي الأدنى ) . ( شكل ( 4-6 ) ) .








الشكل (4-6) : الانبعاث القسري والانبعاث التلقائي :
وهناك مستويات مثارة تبقي الالكترونات فيها فترة زمنية طويلة نسبياً وتسمي مثل هذه المستويات بالمستويات شبه المستقرة .
(4-1-5) أشعة الليزر :
إذا أثرنا عدداً كبيراُ جداً من الذرات لتنتقل إلكتروناتها للمستوي (ط2) شبه المستقر فإن الإلكترونات ستمكث فيه زمناً طويلاً نسبياً بالمقييس الذرية (105- ثانية). وعند إنقضاء العمر الزمني لبعض هذه الالكترونات تنطلق فوتونان بالانبعاث التلقائي في إتجاهات عشوائية. فإذا صادف فوتون منها ذرة بها الكترون مثار فإنه يجبره علي إصدار فوتون بنفس تردد وإتجاه وطور الفوتون الساقط، فيسقط الفوتونان الساقط و المستحث علي ذرتين اخريتين مثارتين فتخرج منها 4 فوتونات تسقط بدورها علي 4 ذرات مثارة فتخرج منها 8 فوتونات وهكذا تتضاعف أعداد الفوتونات التي يمكن تركيزها في حزمة ضيقة تسمي بأشة الليزر التي أنتجت لأول مرة في عام 1960م .
وكلمة ليزر(LASER) أتت من الأحرف الأولي لكلمات الجملة الأنجليزية (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) وهي تعني تضخيم الضوء بالإنبعاث المستحس للإشعاع .
وأشعة الليزر هي مضخمة قوية عالية الشدة مركزة في حزمة ضيقة تكون فوتوناتها بتردد واحد وفي إتجاه واحد . ولذلك يكون تأثيرها قويا (حسب شدتها علي النقطة المركزة عليها ) وتنتج الآن أشعة ليرز غير مرئية ايضا . وهناك عدة أنواع من الأجهزة التي تولد أشعة الليزر سنذكر منها علي سبيل المثال بلورة الياقوت المطعم بالكروم (شكل (4-7)). وهذا الجهاز يتركب من بلورة ياقوت أسطوانية (من أكسيد الالمنيوم المطعم بكمية صغيرة من الكروم). وتطلي قاعدتها الأسطوانية بالفضة لتعمل مرايا عاكسة حيث تطلي إحداها بصورة كاملة بينما تطلي الاخري بصورة مخففة لتسمح لجزء من الاشعة بالنفاذ.
تتم إثارة ذرات الكروم بإستخدام أنبوبة ضوئية تلتف حول أسطوانة بلورة الياقوت حيث تصدر فوتونات ضوئية بترددات وطاقات مختلفة تمتصها إلكترونات الكروم لتنتقل من المستوى الأرضي للكروم (ط1) للمستوى شبه المستقر(ط2) مباشرة. أو تنتقل للمستويات (ط3) أو (ط4) ثم تهبط للمستوى (ط2) ولما كان المستوى (ط2) شبه مستقر فإن الالكترونات تمكث فيه فترة طويلة نسبياً مما يتيح لعدد كبير جداً من الذرات أن تكون في حالة إثارة وإنتظار وبعد فترة زمنية معينة ينقضي العمر الزمني للمستوي (ط2) لبعض الذرات فتهبط الكتروناتها تلقائيا الي المستوي الأرضي (الأول) لتنطلق فوتوناتها في إتجاهات عشوائية فيتم إمتصاص معظمها بواسطة الذرات التي في طريقها ولكن تبقي الفوتونات التي تتحرك موازية لمحور الأسطوانة أي عموديا علي قاعدتي الأسطوانة فتذرع

الشكل (4-7) : جهاز أشعة الليزر
الأسطوانة ذهاباً وإياباً بفضل الإنعكاس من قاعدتي الأسطوانة الي أن يصدم أحد هذه الفوتونات بذرة كروم أخري مثارة فيجبرها علي إشعاع فوتون بنفس تردد الفوتون الساقط . ويسقط الفوتونان الساقط والمستحث علي زرتي كروم لتخرج منها 4 ذرات كروم تخرج منها 8 فوتونات ويستمر عدد الفوتونات في التضاعف الي أن تصطدم الفوتونات باحدي المرآتين وتنعكس لتصطدم بمزيد من ذرات الكروم المثارة وتستحثها لاصدار مزيد من الفوتونات بالمرآة شبه المفضضة فتخرج منها في صورة حزمة ضيقة من الأشعة عالية الشدة والتي تسمي بشعاع الليزر . وتستخدم أشعة الليزر لشدتها وتركيزها في (1) المجال الهندسي في ثقب المعادن وصهرها وفي اعمال الخراطة وتستخدم كذلك في اعمال الرصد والمساحة (2) المجالات العسكرية وبكثرة مثل توجيه بعض القنابل والصواريخ (القذائف) حيث تنعكس أشعة الليزر من الأهداف فتتجه القذائف الي الأهداف التي تعكس أكبر قدر من أشعة الليزر مثل الأهداف المعدنية كالدبابات . (3) مجال الاتصالات حيث تستخدم أشعة الليزر في نقل المكالمات الهاتفية والمعلومات الرقمية عبر شبكة الالياف الضوئية كما ذكرنا سابقاً . وتستخدم أشعة الليزر كذلك في تخذين المعلومات في الاقراص المدمجة CD . (4) المجال الطبي حيث يستخدم الليزر في علاج انفصال شبكية العين وتستخدم كذلك في مجال الجرحة كمشرط جراحي .
(4-1-6) الإشعاع الذري :
في عام 1896م وجد الالماني "هنري بيكرل" أن ذرات اليورانيوم 92 (بها 92 بروتوناً) تصدر إشعاعات تؤثر علي الأفلام الفوتوغرافية وتجعلها سوداء كأنها تعرضت للضوء . وبعد عامين من هذا الإكتشاف نجح كل من العالمين الفرنسيين "مارى كورى" و "بيير كورى" في إكتشاف عنصرين مشعين جديدين هما البولونيوم 84 والراديوم 88 . وقد أطلقت العالمة الفرنسية مدام كورى أسم النشاط الإشعاعى علي هذه الظاهرة . وتصدر هذه الإشعاعات من نواة الذرة وتحتوى نواة الذرة علي عدد من البرتونات و النيوترونات . وعادة لايكون عدد البرتونات مساوياً لعدد النيوترونات ففي نوي الذرات الثقيلة يكون عدد النيوترونات أكبر بكثير من عدد البروتونات .
ويسمي عدد البرتونات بالعدد الذري ونرمز له بالرمز (Z) بينما يسمي عدد البرتونات والنيوترونات معاً بعدد الكتلة (A) .
وقد وجد أن أنوية الذرات تصبح غير مستقرة (أي تصبح مشعة ) إذا زاد عدد النيوترونات في النواة وبالذات إذا كان الفرق بين العددين كبيراً نوعاً ما حيث تصبح النواة في حالة عدم توازن . ومن المعلوم أن كل العناصر التي يزيد عددها الذري Z عن83 هي ذات مشعة .
ولمعرفة طبيعة هذه الإشعاعات قام العلماء بإختبار تأثير كل من المجالين الكهربي و المغنطيسي عليها . كما قاموا كذلك بحساب نقدرة هذه الإشعاعات علي إختراق المواد المختلفة . وقد دلت الإختبارات علي وجود ثلاثة أنواع مختلفة من الإشعاع هي :
1. دقائق الفا والتي رمزها α (الفا : أول حرف في حروف الهجاء الإغريقية) .
2. دقائق بيتا والتي رمزها β (بيتا :ثاني حرف من حروف الهجاء الإغريقية ) .
3. أشعة قاما والتي رمزها γ (قاما ثالث حرف من حروف الهجاء الإغريقية).
1) دقائق الفا (α) :
وهي عبارة عن نواة ذرة غاز الهيليوم التي تحتوى 2 بروتون و 2 نيوترون
(شكل (4-8)). وتنطلق دقائق الفا من الأنوية الثقيلة التي يزيد عدد كتلتها A عن 210 . فتتخلص هذه الأنوية من الكتلة الزائدة بإطلاق دقائق αموجبة الشحنة لأنها تحوى بروتونات موجة ونيوترونات محايدة. ولدقائق α مقدرة ضعيفة علي إختراق المواد. فإذا سقطت علي لوح معدني سميك فإنها تتوغل فيه لمسافة قصيرة فقط ويرجع السبب في ذلك لكتلة جسيمات α الكبيرة نوعاً ما.
وعند إطلاق دقائق α من نواة فإن عددها الذري (عدد البروتونات ) ينقص بمقدار اثنين. بينما ينقص عدد الكتلة (عدد البرتونات والنيوترونات) بمقدار أربعة.




الشكل (4-8): دقائق الفا - α (نواة الهيليوم)

الشكل (4-8): دقائق ألفا – α (نواة الهيليوم)
فإذا رمزنا للنواة قبل إطلاقها لدقائق الفا (α) بالرمزxA حيث A عدد الكتلة بينما العدد الذري Z ، ورمزنا للنواة بعد إطلاقها أشعة α بالرمزY فإن المعادلة التي تسمي بمعادلة الإنحلال تكتب في الصورة التالية:


وتدل هذه المعادلة علي أن العدد الذري للنواة Z ينقص بمقدار اثنين فيصبح (Z-2) بينما ينقص عدد الكتلة (A ) بمقدار أربعة فيصبح (A 4 ) عندما تطلق جسيمات α. ومثال ذلك انحلال اليورانيوم U وتحوله الى ثوريوم Th وفق المعادلة:
حيث نلاحظ أن اليورانيوم التي بها 92 بروتونا في هذه الحالة بها 147 نيوترونا أى بزيادة 55 . وهناك ذرات يورانيوم اخري كما سنري لاحقا.ً
2) دقائق بيتا ( β ):
وهي دقائق لها نفس كتلة اللكترون ولها شحنة مساوية لشحنة الالكترون ولكنها قد تكون سالبة او موجبة. دقائق بيتا السالبة هي نفسها الالكترونات المعروفة وهي تنطلق من الانوية التي يزيد فيها عدد النيوترونات عن عدد البوتونات (شكل (4-9)).
في هذه الحالة يتحول النيوترون n (neutron=n) في النواه الي بروتون p (proton = p) وينطلق الكترون( e- = β- ) خارج النواة . وهناك جسيم آخر ينطلق مع الالكترون ضد النيوترينو ونرمز له بالرمز ( ينطق نيوبار). اما النيوترون فيتحلل حسب المعادلة :







الشكل (4-9): دقائق β.
لذا يزداد عدد البروتونات بمقدار واحد بينما ينقص عدد النيترونات بمقدار واحد فيبقي عدد الكتله ثابتاً.
فإذا رمزنا للنواة قبل إنحلالها بالرمز XA Z وللنواة بعد إنحلالها بالرمز Y .
فإن معادلة الانحلال تكون في الصورة :
ومثال ذلك انحلال البورون وتحوله الي كربون :
ولصغر دقائق β فإن لها مقدرة أعلى من دقائق a على أختراق المواد والتوغل فيها.
أما دقائق الموجبة β فهي عبارة عن جسيمات شحنتها موجبة ولها نفس كتله الالكترون وتسمي بوزيترون (من Positive electron أي الكترون موجب) وهي تنطلق عندما يتحول البروتون (p) في نواة ما الي نيوترون (n)
فينطلق البوزترون e+ = β+ ومعه نيوترينو(υ = نيو) وفق المعادلة :
أي أن عدد البروتونات ينقص بمقدار واحد بينما يزيد عدد النيوترونات بقدار واحد ويبقي عدد الكتلة ثابتاً. وعند إنطلاق دقائق بيتا الموجبة من النواة XA Z
تتحول لنواة اخري (Y) وفق المعادلة :
أو
ومثال ذلك تحول النيتروجين الي كربون :


3) أشعة قاما (γ)
أشعة قاما عبارة عن أمواج كهرومغنطيسية. وهي مثلها مثل بقية الأمواج الكهرومغنطيسية عبارة عن فوتونات لها طول موجي λ ولها تردد ذ، وسنتطرق بشئ من التفصيل لهذه الأشعة في الفصل القادم.
وتنطلق أشعة γمن النواة التي بها طاقة زائدة. فإذا كانت النواة مثارة وطاقتها مثلاً(ط2 ) فإنها تطلق فوتوناً من أشعة γ لتصبح مستقرة في مستوي الطاقة الأرضي (الأول) (ط1) وذلك بنفس الكيفية التي تحدث للذرة حينما يطلق الالكترون الذي في مستوي الإثارة (شكل (4-10)).
وتكون طاقة فوتون أشعة قاما(γ) مساوية للفرق بين طاقة الإثارة(ط2 ) فوتونا ليهبط الإلكترون إلي المستوي الأرضي(ط1) أي أن:
هـ x ذ = ط2 – ط1
فإذارمزنا للنواة المثارة بالرمز zXA* حيث تدل علامة (*) على أن النواة موجودة في مستوى إثارة فإن معادلة الانحلال لهذه النواة تكتب في الصورة:
(4-7-1) طاقة الترابط النووي:
تتكون نواة أي ذرة من عدد من البروتونات الموجبة الشحنة وعدد من النيوترونات المتعادلةوتتجمع كل هذه المكونات في حيز صغير جداً وتتماسك مع بعضها مكونة النواة. وقد تساءل العلماء عن سبب تماسك مكونات النواة رغم وجود قوة التنافر الكهربي بين البروتونات الموجبة الشحنة. ثم وجدوا أن كتلة النواة أقل من مجموع كتلة مكوناتها من برويونات ونيوترونات أي أن هناك جزء من الكتلة فقد أثناء تكون النواة أي إستنفد في ربط البروتونات والنيوترونات مع بعضها. وسميت هذه الطاقة التي تربط هذه المكونات مع بعضها بطاقة الربط النووي. وقد بين العالم المشهور انشتاين في نظرية النسبية أن الكتلة عموماً هي طاقة متجمدة أي أن الكتلة يمكن أن تتحول إلى طاقة. وأن الطاقة المتجمدة في أكتلة ك يمكن حسابها من المعادلة البسيطة التالية:
الطاقة المتجمدة في كتلة (ك) = كتلة x مربع سرعة الضوء
= ك x عـ2 (4-18)
حيث عـ هي سرعة الضوء في الفراغ. فإذا كان جزء من كتلة النواة مقداره Dك (دلتا ك) يستنفد في ربط مكونات النواة فإن طاقة الربط النووي تساوي:
طاقة الربط النووي = Dك x عـ2
مثال (4-5):
أحسب طاقة الربط لنواة الديتريوم H21 إذا كانت كتلة البروتون تساوي 1.007595 x 931 x 106 إ.ف وكتلة النيوترون 1.008987 x 931 x 106 إ.ف.
وكتلة الديتريوم = 2.014102 x 931 x 106 إ.ف.
الحل:
نواة ذرة الديتريوم هي نواة هيدروجين تحتوي على بروتون ونيوترون.
طاقة الربط = مجموع كتل البروتونات والنيوترونات – كتلة النواة
= كتلة البروتون + كتلة النيوترون – كتلة النواة
= (1.007595 + 1.008987 – 2.014102) x 931 x 106
= 2.30888 x 106 إ.ف
وهي مقدار الكتلة التي تحولت إلى طاقة التي تقوم بربط البروتون والنيوترون معاً في النواة.
(4-1-8) الاشطار النووي :
اكتشف العلماء عام 1939م أن نواة ذرة اليورانيوم ذات عدد الكتلة (235) : U23592 تنشطر الي جزئين عند قصفها بنيوترونات بطيئة حيث تقتنص نواة اليورانيوم أحد هذه النيوترونات فتتكون نزاة جديدة هي نواة اليورانيوم U236*92 وهذه النواة تكون غير مستقرة ولذلك تنشطر الى نواتين متقاربتين في الكتلة الى حد ما. وتسمى عملية إنشطار نواة الذرة الى نواتين أو أكثر بالإنشطار النووى. وتنبعث أثناء الإنشطار نيوترونات جديدة وكمية كم الطاقة (شكل(4-11)).
فعندما يقصف اليورانيوم (235) بنيوترون بطئ فإن نواة اليورانيوم تنشطر لنواتين هما نواة عنصر البايوم Ba14156 ونواة عنصر الكريبتون Kr9236 وتنطلق 3 نيوترونات خلال هذه العملية أيضاً بالإضافة الى إنطلاق طاقة نووية هي طاقة الربط التي كانت تربط النواتين مع بعضهما في نواة واحدة وذلك حسب المعادلة:
يورانيوم (235) + نيوترون باريوم + كريبتون +3 نيوترونات + طاقة
وعندما تمتص النيوترونات الثلاثة المنطلقة من ذرة اليورانيوم المنشطرة بوساطة 3ذرات يورانيوم اخري فإنها تنشطر بدورها وتخرج منها 9 نيوترونات وتلاقي هذه النيوترونات 9 ذرات يورانيم اخري فنتشطر فتخرج منها 27 نيوترون وهكذا تتضاعف ذرات اليورانيوم المنشطرة بسرعة فائقة. ويسمي مثل هذا النوع من التفاعل الذي يتضاعف فيه عدد ذرات اليرانيوم المنشطرة تلقائيا دون بذل طاقة غير الطاقة التي تبدأ التفاعل بالتفاعل المتسلسل.
وقد وجد أن التفاعل المتسلسل يمكن أن يشمل كل ذرات اليورانيوم إذا كانت كمية اليورانيوم الموجودة ذات كتلة محددة تسمي بالكتلة الحرجة أى يحدث إنفجار في هذه الحالة فقط.







الشكل (4-11):التفاعل النووي المتسلسل في اليورانيومU 235


القنبلة الذرية:
تصنع القنبلة الذرية الإنشطارية من عدة كيلو جرامات من عنصر اليورانيوم U23592 علي هيئة نصفي كرة علي أن يكون كل نصف غير قابل للإنفجار وهو منفصل عن النصف الآخر لأن كتلة أى منهما لاتبلغ الكتلة الحرجة الضرورية لإنفجار اليورانيوم. ولتفجير القنبلة يقوم جهاز آلى بتقريبهما من بعضهما حيث يصلان معا الي الكتلة الحرجة فيحدث الإنشطلر النووى المتسلسل خلال بضعة أجزاء من البليون من الثانية وينتج عن ذلك كمية هائلة من الحرارة (تصل في مركز الإنفجار الي أكثر من مليون درجة مئوية). وهذه الحرارة تمتد الي الغلاف الهوائي المحيط بالقنبلة فيحدث لإنفجار عنيف وقد تم صنع أول ثلاث قنابل نووية في منتصف عام 1945م في الولايات المتحدة وقصفت الولايات المتحدة بإثنين منها مدينتي هيروشيما ونجازاكي باليابان عام 1945م مع نهاية الحرب العالمية الثانية فأحدثت دماراً هائلاً ومئات الألوف من القتلي حيث كانت قوة كل زاحدة منها تعادل إنفجار 20000 طن من مادة (TNT) شديدة الإنفجار.
ولكن صنع القنبلة الذرية ليس بتلك البساطة المذكورة هنا، ذلك لأن اليورانيوم 235 الأزم لصنعها لايوجد في الطبيعة الا بكميات ضئيلة وحتي هذه توجد مختلطة باليورانيوم 238 الأكثر وفرة ولذلك لابد من فصل الأثنين عن بعضهما للحصول علي الكمية الكافية من اليورانيوم 235 لصنع قنبلة ولان Z=92 بروتون لكليهما فهما كيميائياً متشابهين ولايمكن فصلهما كيميائيا (وهي الطريقة الأسهل) ولذلك لابد أن يتم الفصل فيزيائياً والطرق المستخدمة لهذا الفصل معقدة ومكلفة ولاتنتج الا كميات ضئيلة ولذلك استخدم عدد كبير من نفس الأجهزة ولإختلاف كتلتي النواتين تستخدم أجهزة الطرد المركزية السريعة جداً لفصلهما.
غير أن التفاعل المتسلسل في اليورانيوم يمكن الإستفادة منه أيضاً في الأغراض السلمية حيث يكمن إستخدام التفاعل المتسلسل في توليد الطاقة بإستعمال المفاعلات النووية للإستفادة منها في توليد الكهرباء.
الشكل (4-12) : المفاعل النووي
ويتركب المفاعل النووي من قضبان الوقود النووي الذي هو عادة اليورانيوم 238 (الذي الذي لايحدث فيه تفاعل متسلسل ولا ينشطر) والذي يتم تخصيبه بنسبة من اليورانيوم 235 والذي يحدث فيه التفاعل المتسلسل اي الإنشطار الذي يولد بدوره طاقة حرارية كبيرة جداّ. (يتحدث الاعلام كثيراً عن هذا اليورانيوم المخصب أو الوقود النووي المخصب) ويتم التحكم في التفاعل المتسلسل في داخل المفاعل النووي وذلك لإبطائه أو لإيقافه عن طريق قضبان من الكادميوم أو البورون أو الكوبالت. وتدخل هذه القضبان بين قضبان اليورانيوم فتعمل علي إمتصاص النيوترونات المتولدة من التفاعل المتسلسل مما يؤدي الي تقليل التفاعل المتسلسل ويمكن أيضاً إيقافه. ويحاط المفاعل بطبقة سميكة من المعدن او الخرسانة المسلحة تعمل كدرع واق يمنع تسرب الإشعاعات النووية الضارة بالبشر والبئية الي خارج المفاعل . ( شكل (4-12)).
ويمكن إنتاج طاقة كهربية من الطاقة الحرارية المتولدة في المفاعل من التفاعل المتسلسل في اليورانيوم. حيث يستخدم سائل يمر بالمفاعل فترتفع درجة حرارته وتصبح عالية. وبعدها يمرر هذا السائل الساخن جداً حول وعاء (غلاية) به ماء، فيتم التبادل الحراري فيسخن الماء بدوره ويتحول الى بخار.ثم يتم ضغط البخار ويوجه نحو زعائف دوارة (توربين) فتدور فتشغل معها المولدات الكهربائية الضخمة. وهكذا تتحول الطاقة الحرارية المتولدة بفعل التفاعل النووي الي طاقة كهربائية مفيدة وبكميات كبيرة. لاحظ أن السائل الأول مفصول عن الماء حتي لايلوثه لأن ذلك السائل يمر علي قضبان اليورانيوم المشعة وبالتالي يكون ملوثاً.
(4-1-9) الإندماج النووي :
تعتبر الشمس المصدر الاساسي للطاقة علي الارض فحركة الرياح والسحب والأمطار منها وكذلك النبات يحول الطاقة الضوئية للشمس لطاقة كيميائية حيوية عبر عملية التمثيل الضوئي ونحن نستمد طاقتنا من النبات.
فمن اين أتت طاقة الشمس وكيف تتولد ؟ لقد تمكن من حل هذا الغز عدد من العلماء حيث بينوا أن طاقة الشمس ناتجة من الندماج النووي حيث تندمج عدة انوية خفيفة لإنتاج نواة ثقيلة كتلتها أقل من مجموع كتل هذه الأنوية نتيجة لتحول جزء من هذه الكتل الي طاقة حسب معادلة انشتاين التي درسناها سابقاً.
فعند إندماج نواتي ذرة هيدروجين ثقيل (الهيدروجين الثقيل له نواة بها بروتون ونيوترون أي H2 1 ) في درجة حرارة عالية (تصل الي أكثر من مليون درجة مئوية داخل الشمس) وتحت ضغط عالي فتتكون نواة الهيليوم He42 وهذه تكون كتلتها أقل من مجموع كتل نواتي الهيدروجين الثقيل لأن جزءاً من كتل أنوية الهيدروجين تحول الى طاقة وتحدث عملية الإندماج النووى وتحول الكتلة الى طاقة بإستمرار داخل الشمس، أى أنه هو الوقود الذي يمدها بالطاقة. ومثل هذا التفاعل لاينتج الهيليوم فقط وإنما أيضاً العناصر الثقيلة الآخري ونفس هذه العملية تجري في بقية النجوم في الكون. وقد أستخدمت طريقة الإندماج النووي في صنع القنبلة الهيدروجينية المدمرة جداً (بإستخدام H21 ) حيث تم الحصول علي درجة الحرارة العالية الضرورية لعملية إندماج الأنوية من قنبلة ذرية داخل هذه القنبلة.




تمرين(4-1)

الأنجستروم (ينطق أنقستروم) =1010-متر
1) أحسب طول موجة الفوتون الصادر عند إنتقال الإلكترون من المستوي الثالث الى المستوي الثاني في ذرة الهيدروجين [λ =2538 أنجستروم]
2) أحسب تردد أشعة X الصادر من أنبوبة التوليد إذا كان فرق الجهد بين طرفي بطارية التشغيل 13250 فولت [ذ = 32x 1017 هيرتز]
3)أحسب الطول الموجي لأشعة X الصادرة من أنبوبة التوليد إذا كان فرق الجهد بين المصعد و المهبط 50000 فولت [λ =0.248 أنجستروم]
4)أحسب طاقة الربط النووي لذرة الهيليوم علما بأن كتلة نواة ذرة الهيليوم تساوي 4.00277 وحدة كتل ذرية وكتلة البرتون تساوي 1.007825 وحدة كتل ذرية وكتلة النيوترون تساوي 1.008665 وحدة كتل ذرية.
(حيث أن وحدة الكتل الذرية تساوي 1.661 x 1027- كجم )
5) ماذا يقصد بالنشاط الإشعاعي وما أنواع الإشعاعات التي تصدر من المواد المشعة؟
6) اذكر المكونات الأساسية للذرة وعرف العدد الذري- عدد الكتلة
7) بيّن تركيب المفاعل النووي وما إستخداماته؟
8) اذكر إستخدامات الإنشطار النووي في الأغراض العسكرية
9) بيّن ماذا نعني بالتفاعل المتسلسل ومتي يحدث؟
10) ما التغيير الذي يحدث للنواة عند إنطلاق:
أ)دقائق الفا
ب)دقائق بيتا
ج) اشعة قاما










(4-2) الفصل الثاني
الاتصالات
(4-2-1) مقدمة :
يعتبر جهازا الراديو والتلفزيون من أهم وسائل المعرفة الحديثة المنتشرة في المنازل فهو ينقل الينا أجبار العالم عبر نشرات الأخبار. وينقل الينا البرامج المسلسة المختلفة . فمم تتركب هذه الأجهزة وكيف تنقل الينا الأخبار من الإذاعات المختلفة لتصل لأجهزتنا في المنازل ؟ وسنبدأ أولاً بمحاولة تعريف الوسيط الذي ينقل الينا البرامج المختلفة عبر الفضاء والذي يسمي بالموجات "الكهربية المغنطيسية" وعند دمج الكلمتين معا تصبح الموجات الكهرومغناطيسية. فما هي هذه الموجات الكهرومغنطيسية ؟ وكيف تحمل الينا الصوت والصورة ؟
(4-2-2) الموجات الكهرومغنطيسية :
لقد عرفنا في الباب الثالث أن التيار المار في سلك يولد حول السلك مجالاً مغنطيسياً يكون عموديا علي إتجاه التيار في السلك وبما أن التيار في السلك هو في الواقع الكترونات متحركة وأن كل إلكترون هو عبارة عن شحنة ويوجد دائما حول أي شحنة مجال كهربي . لذلك فإن الإلكترونات المتذبذبة في السلك تولد تلقائيا مجالين حول السلك أحدهما كهربي والآخر مغنطيسي عمودي علي الكهربي وتكون هذه المجالات في شكل موجات هي الموجات الكهرومغنطيسية (انظر شكل(4-13)).




الشكل( 4-13) : تولد الموجات الكهرومغنطيسية.
فالموجات الكهرومغنطيسية هي عبارة عن مجال كهربي في شكل موجات يتعامد علية مجال مغنطيسيفي شكل موجات أيضاً وتنتشر هذه الموجات في الإتجاه العمودي علي المجالين كما بالشكل (4-14) أي أنها موجات مستعرضة .
الشكل (4-14) : الموجات الكهرومغنطيسية .
ويمكن فهم تولد هذه الموجات علي ضوء العلاقة بين الكهربية والمغنطيسية . فعندما يمر تيار متذبذب في سلك فإنه يولد مجال مغنطيسي متذبذباً وهذا بدوره يولد مجال كهربيا متذبذباً في المنطقة المجاورة له ليتولد مجال مغنطيسي مرة أخري . وهكذا يستمر تولد سلسلة من المخالات الكهربية والمغنطيسية المتعامدة التي تكون في شكل موجات كهرومغنطيسية .
وقد تمكن العالم الاسكتلندي "ماكسويل" في الربع الأخير من القرن التاسع عشر من بناء نظرية رياضية يربط بين المجالين الكهربي والمغنطيسي . وقد تنبأ ماكسويل بوجود موجات كهرومغنطيسية تنتشر بنفس سرعة الضوء مما حمله علي الإعتقاد بأن الضوء هو نفسه موجات كهرومغنطيسية وهو ما تم إثباته فيما بعد .
وتخضع الموجات الكهرومغنطيسية لقوانين الموجات . فسرعة الضوء ﻋ تساوي طول الموجة ( λ ) مضروباً في ترددها (ذ) . أي أن :
عـ = λ × ذ (4-20)
وتكون سرعة هذه الموجات الكهرومغنطيسية ثابتة في الهواء والفراغ وتساوي 3 x 810 متر\ث وهي سرعة الضوء المعروفة وتقل سرعة هذه الموجات عند دخولها أي وسط مادي مثل الزجاج أو الماء أو غيره وذلك بسبب تغير الطول الموجي λ بينما يظل تردد هذه الموجات ثابتاً .
وتقسم الموجات الكهرومغنطيسية الي أقسام حسب الطول الموجي والتردد وهذه الأقسام هي :
1) أشعة γ (قاما) ولقد عرفنا في دراستنا للذرة أن النواة المثارة تطلقها حتي تعود الي حالة الإستقرار وهي أمواج كهرومغنطيسية ولكن ترددها أكثر من 910 ذبذبة في الثانية أو هيرتز وبالتالي يكون طول موجتها قصير جداً ويقل عن 1011- متر أي أقل من قطر الذرة (1010- م تقريباً) ولذلك لها قدرة عالية علي النفاذ في المواد المختلفة وهي ضارة جداً بالمخلوقات الحية حيث تسبب من ضمن كا تسبب السرطان للإنسان والتشوهات الجينية (الخلقية) في كل الأحياء وتصدر بكثافة من المواد المشعة.
2) أشعة X والتي درسناها أيضا عند دراستنا للذرة وقلنا أنه تنتج عن توقف الإلكترونات السريعة وتحول طاقتها الحركية الي موجات كهرومغنطيسية وهي تلي أشعة γ من حيث التردد حيث ينحصر ترددها بين 1017 و 1910 هيرتز تقريبا ولذلك فطولها الموجي حوالي قطر الذرة ولذلك فهي أيضا ضارة بالإنسان اذا تعرض لها لفترات طويلة وتستخدم في التشخيص الطبي.
3) الأشعة فوق البنفسجية وسميت كذلك لأنها تجاور مباشرة الضوء المرئي البنفسجي ولكنها أعلي تردداً منه وهي أيضاً ضارة للجلد والعيون ويحجب الغلاف الجوي جزءاً كبيرا منها ويسبب ما ينعكس مما تبقي منها علي الثلج في البلاد الباردة ما يعرف بالعمي الثلجي ويوجد منها كمية كبيرة في الضوء الساطع الذي يصدر عند اللحام بالكهرباء حيث تستخدم نظارات خاصة للحماية منها . وتكمن خطورة ثقب الأوزوزن الذي ظهرا مؤخراً في الغلاف الجوي للارض قرب القطب الجنوبي أنه يسمح بنفاذها الي الأرض .
4) الضوء الأبيض وهو تقريبا في منتصف الطيف الكهرومغنطيسي وهو الجزء الوحيد الذي يراه الإنسان ويرى به ومدى الضوء ضيق جداً مقارنة ببقية أقسام هذا الطيف من حيث التردد وطول الموجة حيث ينحصر التردد بين 1014 و 1510 هيرتز أي أن الطول الموجي بين 107- و 106- متر أي تقريبا واحد علي مليون من المتر أو واحد علي الف من المليمتر ؛ ومع ذلك هو اطول من قطر الذرة ببضعة الآف مرة والضوء المرئي يتكون من سبعة الوان كما عرفنا سابقا حيث اللون البنفسجي أعلاها ترددا واللون الأحمر أدناها ترددا بينما اللون الأخضر أوسطها ترددا .
5) الأشعة دون الحمراء وسميت كذلك لأنها أقل ترددا من الضوء الأحمر وتجاوره مباشرة في الأشعة التي تنقل الحرارة . فالحرارة عبارة عن موجات كهرومغنطيسية ينحصر طولها ترددها تقريبا بين 1012 و 1014 هيرتز والطول الموجي بين 106- و 104- متر وهي الجزء الثاني في الطيف الكهرومغنطيسي الذي يحسه الإنسان بعد الضوء المرئي .
ولأن أجزاء جسم الإنسان وبقية الأجسام تختلف في إمتصاصها وإشعاعها للحرارةفقد أمكن الحصول علي الصور في الظلام بالتقاط الأشعة دون الحمراء الصادرة من الأجسام المختلفة كما أمكن أيضا إلتقاط الصور ليلا بواسطة الأشعة دون الحمراء المنعكسة من الأجسام وذلك بعد إضاءة المكانبمصادر للأشعة دون الحمراء (غيرمرئية) والآن تستخدم الأشعة دون الحمراء بكثرة في أجهزة التحكم(الريموت) للتحكم مثلا في أجهزة التلفزيون عن بعد .صورة الأشعة دون الحمراء الصادرة من رأس قط . (الصورة في الأصل ملونة حسب درجة حرارة كل جزء) . العيون وداخل الأذنين ساخن والأنف بارد .



6) موجات الراديو :
أ)موجات الراديو و الموجات متناهية القصر (الميكروويف Microwave)
وهي بداية موجات الراديو وهي تعمل في مدي (108 – 1012 )هيرتز وأطوال أمواجها بين 104- متر 101- متر ، وتستخدم في الإتصالات مع الأقمار الإصطناعية كما تستخدم في الرادار الذي يرسلها في شكل نبضات ترتد اليه منعكسة من الأجسام البعيدة مثل الطائرات التي يحدد الرادار موقعها وإرتفاعها وسرعتها بدقة كبيرة . وهي الجزء الأدني لهذا المدى تعمل محطات التلفزيون ومحطات الإذاعة علي FM .
ب) أمواج الراديو القصيرة والمتوسطة والطويلة وهي موجات طولها الموجي كيبر يتراوح بين السنتمترات والكيلومترات . وينحصر طول الموجات القصيرة بين حوالي 101- و 102 متر وتذيع في هذا المدي عدد كبير جدا من المحطات الإذاعية والتي يصل إرسالها الي مسافات بعيدة نهارا وليلا . أما الموجات المتوسطة المستعملة للإذاعة فيتراوح طولها بين 200م و500م وعبيها أنها تصل الي مسافات بعيدة أثناء الليل بينما تقل هذه المسافات جدا أثناء النهار وسنعرف السبب لاحقا وهذا المدي هو الأكثر إستخداما للإذاعة في جميع أنحاء العالم . أما الموجات الطويلة التي طولها بالكيلومترات فلا تستخدم الا في دول قليلة .
نشاط: قم بتفقد جهاز الراديو الموجود في البيت وتعرف علي مدى الموجات التي يلتقطها هذا الجهاز وحاول إلتقاط بعض المحطات في كل مدي .
(4-2-3) انتشار أمواج الإرسال الإذاعي :
تقوم أمواج الإرسال الإذاعي بنقل الصوت من جهاز الإرسال لجهاز الإستقبال . وتنتشر أمواج الإرسال الإذاعي بطريقتين هما الموجات الأرضية والموجات السماوية .
فالموجات الأرضية هي أمواج يكون مسارها قريبا من سطح الأرض وهي لا تلتقط علي مسافات بعيدة نظرا لأنحاء سطح الأرض وإعتراض الجبال والمباني لها ويزداد إمتصاص الأرض لها كلما كان ترددها كبيرا .
أما الموجات السماوية فهي تتجه نحو السماء فتعكسها طبقة الغلاف الجوي المتأينة والتي تسمي بطبقة الايونوسفير وهي طبقة متاينة تعمل كمرايا عاكسة تعكس الموجات الكهرومغنطيسية نحو الأرض مرة أخري مما يجعلها تصل الي أماكن بعيدة جدا عن محطة الإرسال .
وقد وجد أن طبقة الايونوسفير العاكسة تنخفض في الليل الي مستوي أقرب للأرض مما يمكنها من عكس الموجات المختلفة الطول وهي تشمل الموجات الطويلة وترددها من 10 الي 100 كيلو هيرتز ، والمتوسطة والتي ترددها من 100 إلي 1500 كيلو هيرتز (1.5 ميقا هيرتز) ، والقصيرة والتي ترددها بين 1.5 إلي 20 ميقا هيرتز ولذلك يمكن سماع عدد كبير جدا من محطات الإذاعة ليلا . أما أثناء النهار فترتفع طبقة الأيونوسفير مما يمكن فقط الموجات القصيرة من الإنعكاس منها . وهذا هو السبب الذي لا يمكننا من الإستماع إلي المحطات البعيدة والتي تذيع علي الموجات المتوسطة والطويلة أثناء النهار بينما نسمعها ليلاً . واذا زاد تردد الموجات عن حوالي 50 ميجا هيرتز فإنها لا تنعكس بل تخترق هذه الطبقة وتتشتت في الفضاء الخارجي . لذا فإننا نحتاج إلي أقمار إصطناعية تعكس أمواج الإرسال الإذاعي والتلفزيوني والهاتفي والتي يزيد ترددها عن 50 ميجا هيرتز .








الشكل (4-15) : الموجات الأرضية والسماوية .

(4-2-4) تحميل الموجات الكهرومغنطيسية الصوت والصورة:
تستخدم الموجات الكهرومغنطيسية في نقل الصوت في الإرسال الإذاعي وفي نقل الصورة والصوت في الإرسال التلفزيوني ويتم نقل هذه المعلومات بطريقتين رئيسيتين هما تعديل الإتساع (AM) وتعديل التردد (FM). يتم تعديل الإتساع ويسمي (Amplitude Modulation) (AM) كالآتي:
أ‌) تكون أمواج الصوت المنتجة في إستوديوهات الإذاعة سواء كانت كلاما أو موسيقي ذات تردد منخفض كما علمنا في الباب الثاني – الفصل الثالث مقارنة مع تردد موجة الراديو الكهرومغنطيسية [شكل (4-16) (1)].
ب‌) يتم تولد الموجة الكهرومغنطيسية بواسطة أجهزة خاصة بذلك [شكل 4-16) (2)].
ﺟ) تجمع الموجتان معا بواسطة مازج ويكون نتيجة الجمع أن إتساع الموجة الكهرومغنطيسية (الموجة الحاملة) يتعدل وفقا لاتساع موجة الصوت (الموجة المحمولة).[نفس الشكل(3)]
د) ترسل الموجة المعدلة إتساعها (الموجة المحمولة) لجهاز ارسال الإذاعة فتبث بنفس شكلها كموجة كهرومغنطيسية حاملة معها شكل الصوت.








الشكل (4-16) : تعديل إتساع الموجة الكهرومغنطيسية(AM).
أما في تعديل التردد (FM) (Frequency Modulation ) فيتم في الإذاعات المعروغة بالـFM وكذلك في التلفزيون حيث يتم هذا التعديل سواء أن كانت الموجة المحمولة هي للصورة أو للصوت أو للصورة والصوت معا ، ويلاحظ في الحالتين أن تردد الموجة الحاملة كبير مقارنة مع الإذاعات التي تذيع الموجات القصيرة والمتوسطة أو الطويلة حيث يتم تعديل الإتساع عادة .









الشكل (4-17) :تعديل التردد (FM).
وفي تعديل التردد FM يتم في المازج جمع تردد الموجة الكهرومغنطيسية الحالملة مع تردد موجة الصوت في حالة الإذاعة أو الصورة و الصوت معا في حالة التلفزيون ويصبح تردد الموجة الحاملة متغيرا مع الزمن وفق تردد الموجة المحمولة. ثم ترسل الموجة الكهرومغنطيسية الحاملة الى جهاز الارسال وهي تحمل من خلال التغير في ترددها كل ترددات الصوت والصورةالأصلية [شكل (4-17)].



(أ)الإرسال والاستقبال الإذاعي :
(4-2-5)جهاز الإرسال الإذاعي :
في محطة الإذاعة توجد أجهزة تسجيل الصوت المعروفة أو أجهزة حاسوب تستعمل الأقراص المدمجة CD المسجل عليها الصوت والموسيقي كما توجد أجهزة لإتقاط الصوت المعروفة بالمايكرفونات.
والمايكرفون (كما درست في مرحلة الأساس ) هو جهاز يحول الذبذبات الحركية للصوت لتيار متذبذب ويتركب في إحدي صورة من شريحة معدنية مثبت معها ملف بداخله مغنطيس فعندما يتكلم شخص تتذبذب الشريحة والملف معا . ويؤدي تذبذب الملف داخل المجال المغنطيسي للمغنطيس الي تولد تيار متذبذب تاثيري في الملف (شكل (4-18)).هذا التيار التاثيري تتناسب شدته مع مع مقدار حركة الملف الذي يتذبذب مع تذبذب الشريحة المعدنية الذي يتناسب بدوره مع شدة الصوت وتردده.
· ولأن شدة هذا التيار التأثيري ضعيفة جدا ، يرسل إلي مكبر لزيادة شدته ثم تجمع معه التيارات القادمة من أجهزة التسجيل وترسل إلي المازج (شكل (4-19))
· يقوم متذبذب بتوليد تيار متردد بنفس تردد الموجة الكهرومغنطيسيسة المطلوبة لحمل موجة الصوت المحمولة . ويرسل هذا التيار المتردد أيضا إلي المازج.





الشكل (4-18) : تركيب المايكرفون .
الشكل (4-19) : مخطط جهاز الارسال الاذاعي .
· يتلاقي تيار المتذبذب مع تيار الصوت في المازج الذي يقوم بتعديل اتساع أو تردد التيار المتردد حسب تغير تيلر الصوت (شكل (4-19))
· يخرج تيار المازج ليمر في المكبر الذي يكبر التيار الذي يمرر بعد ذلك إلي هوائي الإرسال وهو سلك معدني فتذبذب الإلكترونات بداخله بنفس تردد التيار مولدة حول الهوائي (شكل (4-19)) أمواج كهرومغنطيسية أي يتحول التيار بهذه الطريقة إلي أمواج كهرومغنطيسية معدلة الإتساع أو معدلة التردد فتنتشر في الفراغ حتي تصل إلي أجهزة الاستقبال المختلفة .
(4-2-6) جهاز الاستقبال الإذاعي : (الراديو)
يتم استقبال الموجات الكهرومغنطيسية الحاملة للصوت بواسطة جهاز الاستقبال (جهاز الراديو) الذي يقوم باستخلاص معلومات الصوت منها فتحولها إلي صوت. ويتركب جهاز الاستقبال من هوائي عبارة عن سلك معدني حيث يتسبب المجال الكهربي المتذبذب للأمواج الكهرومغنطيسية القادمة من محطات الإذاعات فيتسبب
الشكل (4-20) : مخطط جهاز استقبال إذاعي (الراديو).
في تحريك وتذبذب الالكترونات الحرة الموجودة فيه فيتولد تيارا كهربيا متذبذبا في الهوائي له نفس ترددات الإذاعات المرسلة (شكل (4-20)).
وتدخل تيارات الإذاعات المختلفة في دائرة تسمي بدائرة الرنين وهي دائرة مكونة من مكثف متغير السعة متصل مع ملف (شكل (4-21)) . وبتغيير سعة المكثف يتغير تردد دائرة الرنين والتي تسمح فقط للتيارات ذات التردد الموافق لترددها بالمرور خلالها حيث تقل مقاومة الدائرة لمرور ذلك التيار.
فعند ضبط قيمة المكثف المتغير السعة عند القيمة المناسبة تمرر دائرة الرنين تيار إذاعة واحدة فقط ذات تردد مناسب لتلك السعة حينها يصبح تيار الإذاعة المختارة أكبر ما يمكن لأن مقاومة الدائرة له تصبح أقل ما يمكن بينما تمنع دائرة الرنين مرور التيارات الأخري . وعند تحريك مؤشر الراديو عزيزي الطالب فأنت في الواقع تقوم بتغيير سعة المكثف في داخل الجهاز حتي تحصل علي المحطة التي تريدها (شكل (4-22))
الشكل (4-21) : دائرة الرنين في الراديو .
ويخرج تيار الإذاعة المختارة من دائرة الرنين ويكون شدته صغيرة لذا يكبر هذا التيار باستخدام مكبر يزيد شدة التيار . ثم يمر هذا التيار الحامل للصوت في جهاز يسمي بالكاشف المكون في أبسط صورة من مكثف ووصلة ثنائية وهي وصلة تسمح بمرور التيارات في إتجاه وتمنع مرورها في الإتجاه المعاكس(شكل (4-22)).





الشكل (4-22) دائرة الكاشف .
ويقوم الكاشف بامتصاص تيار الموجة الحاملة وتمرير تيار الصوت إلي مكبر الصوت الذي يحول تيار الصوت لذبذبات صوتية مرة أخرى .
(ب) التلفزيون :
تعني كلمة تلفزيون (Television) الرؤية من بعيد . ويقوم جهاز الإرسال التلفزيوني بنقل الصور الموجودة أمام الكاميرا التلفزيونية عبر الموجات الكهرومغنطيسية إلي أجهزة الإستقبال التي تلتقط هذه الصور لتعرضها علي شاشات الاستقبال .
(4-2-7) جهاز الإرسال التلفزيوني :
أ) كاميرا التلفزيون عبارة عن غرفة مظلمة مفرغة من الهواء في مقدمتها عدسة لنقل الصورة وفي مؤخرتها لوح حساس للضوء تسلك كل نقطة فيه سلوك الخلية الكهروضوئية عند سقوط الضوء علي تلك النقطة وهنا سنعتبر هذا اللوح الحساس عند سقوط الصورة عليه مكون من ملايين النقاط الحساسة للضوء .(كأنها خلايا كهروضوئية) تسمي عناصر الصورة.
ويتصل بآلة التصوير أسطوانة في مؤخرتها ملف يسمي بالفتيل يقوم بإشعاع الكترونات مع شبكة للتحكم في هذه الالكترونات ومصعد وظيفته تركيز الالكترونات في حزمة ضيقة في صورة شعاع الكتروني يسقط علي الخلايا الكهروضوئية . وتوجد أزواج من الملفات الأفقية و الرأسية يمر بداخلها تيار ليحرف الشعاع الالكتروني أفقيا ورأسيا (شكل (4-23) ) .
فعند وجود منظر أمام الكاميرا تكون له العدسة صورة علي الخلايا (النقاط) فينبعث من كل منها عدد من الالكترونات الحرة يختلف عددها باختلاف كمية الضوء الساقط عليها من أجزاء الصورة المختلفة فتشحن كل خلية (نقطة) بشحنة موجبة مساوية لما فقدته من الكترونات . تؤثر الشحنات الموجبة للخلايا علي لوح الإشارة الذي يلاصقها من الخلف فيتكون عليه بالتأثير شحنة سالبة مقيدة تختلف باختلاف الشحنة الموجبة الموجودة علي كل خلية (نقطة) . وللحصول علي أجزاء الصورة المختلفة في شكل تيارات متغيرة الشدة يقوم الشعاع الالكتروني الصادر من الفتيل بامرور علي الخلايا المختلفةبالتتابع بفعل الملفات الحارفة التي تحركه أفقياً ورأسياً ليمر علي كل صفوف الخلايا (النقاط) .
الشكل (4-23) : تركيب الكاميرا التلفزيونية .
فعند سقوط الشعاع الالكتروني علي إحدي الخلايا الموجبة تصبح متعادلة فتحرر الشحنات التأثيرية السالبة التي كانت قد تكونت علي لوح الإشارة والتي كانت تجذبها وتقيدها الخلية (النقطة) الموجبة . فتتحرك هذه الشحنات الكهربية السالبة (إلكترونات) مكونة تيارا كهربيا متغير الشدة يعبر عن جزء الصورة علي الخلية المعنية .





الشكل (4-24) كيفية إرسال الصورة التلفزيونية إلي المشاهدين
وبمرور الشعاع الالكتروني علي كل الخلايا (النقاط) نحصل علي تيارات متغيرة تعبر عن كل أجزاء الصورة الموجودة أمام الكاميرا .
ب‌) تكبر هذه التيارات المتغيرة الشدة بواسطة المكبر ثم تمزج في المازج مع تيار ذو تردد عالٍ يولده المذبذب . حيث يتغير تردد هذا التيار ليعبر هذا التغير عن أجزاء الصورة المختلفة ويرسل هذا التيار المتردد المعدل إلي سلك الهوائي ليبثها في شكل موجات كهرومغنطيسية معدلة التردد FM(شكل (4-24)).
لأن كل خلية (نقطة) تولد تيارا قد يكون مختلفا في القيمة من النقطة الأخري فلابد من نظام للمرور علي كل النقاط لتكوين الصورة الكاملة لما يحدث أمام الكاميرا لذلك نجد في نظام (PAL) المصممة وفقه الأجهزة المستخدمة في السودان أن الشعاع الالكتروني في الكاميرا يمر علي الخلايا (النقاط) في خطوط أفقية يساوي طول كل منها عرض الصورة وعندما يكتمل الخط الأول يبدأ الخط الثاني مارا بكل الخلايا علي هذا الخط وهكذا حين يكتمل المنظر يكمون قد رسم 625 خطاً . هذا العدد من خطوط يرسم في الواقع صورة واحدة فقط . ولكن الصورة التلفزيونية تنقل في الواقع أحداثا متحركة ولابد لعين الإنسان أن تمر أمامها حوالي 25 صورة متتالية في الثانية الواحدة حتي ترى المنظر المتحرك علي حقيقته . لذلك يقوم الشعاع الإلكتروني في الكاميرا برسم 625 خطا في كل (1\25) جزء من الثانية . أى أن هذا الشعاع يمر علي أجزاء الصورة 25 مرة في الثانية الواحدة بمعدل 625 خط في كل مرة.
لذلك لابد من أن يقوم جهاز التلفزيون العادي في المنزل برسم نفس هذا العدد لينقل الصورة للمشاهد كما سنرى لاحقا .
(4-2-8) جهاز الاستقبال التلفزيوني :
يتركب جهاز الاستقبال من هوائي تمر فيه الموجات الكهرومغنطيسية فيؤدي المجال الكهربي المتذبذب إلي تذبذب الالكترونات الحرة في الهوائي فيتولد تيار متذبذب لكل القنوات التلفزيونية والذي ينقلها بدوره إلي دائرة الرنين التي تقوم عند ضبطها علي تردد قناة تلفزيونية واحدة وتمنع مرور باقي القنوات . ثم يخرج تيار القناة من دائرة الرنين وتكون شدته صغيرة لذا يدخل هذا التيار لمكبر ليزيد من شدته ثم يمرر هذا التيار في دائرة الكاشف التي تمتص تيار الموجة الحاملة وتمرر تيار الصورة بعد تكبيره إلي أنبوبة مخروطية مفرغة من الهواء في نهايتها أنبوبة أسطوانية (شكل (4-25)).
الشكل (4-25) : أنبوبة جهاز الاستقبال التلفزيوني .
· هذه الأنبوبة هي التي نرى واجهتها في جهاز التلفزيون وجهاز الكمبيوتر والتي نسميها الشاشة وتغطي الشاشة من الداخل بمادة (إذا كان التلفزيون غير ملون) أو مواد (إذا كان التلفزيون ملون) وميضية تسمي بالمواد الفسفورية وهي مركبات تتوهج وتصدر ضوءاً عند سقوط الالكترونات عليها.
· يوجد في بداية الأنبوبة سلك ملفوف يسمي بالفتيل وتصدر منه الكترونات عند تسخينه بإمرار تيار كهربي فيه . وينحرف هذا الشعاع الالكتروني أفقيا ورأسيا بفعل ملفات تحيط بالأسطوانة أفقيا ورأسيا وتوجد داخل الأسطوانة كذلك شبكة معدنية يمرراليها التيارات الممثلة لأجزاء الصور المختلفة . فعند مرور هذه التيارات في الشبكة تتغير شدة الشعاع الإلكتروني الساقط علي الخلايا الوميضية الموجودة علي الشاشة فينبعث منها ضوءا تتوقف شدته علي الإضاءة الفعلية لذلك الجزء من الصورة وهكذا تظهر أجزاء الصورة المختلفة عند مرور الشعاع الالكتروني علي أجزاء الشاشة المختلفة التي يمسحها أفقيا ورأسيا بفضل الملفات الأفقية والرأسية الحارفة . وعلي ذلك يحدث في جهاز الاستقبال (4-26) ما تم في الكاميرا حيث يقوم الشعاع الالكتروني برسم 625 خطا ، كل خط بعرض الشاشة ، وذلك لتكوين الصورة الواحدة ويكرر ذلك 25 مرة في كل ثانية فنرى الصورة علي شاشة التلفزيون كأنها حية أمامنا .
الشكل (4-26) مخطط جهاز الاستقبال التلفزيوني .

تمرين
1) ما طبيعة وخواص الموجات الكهرومغنطيسية ؟
2) ارسم رسماً توضيحياً يبين الأجزاء الرئيسية لجهاز الإرسال الإذاعي وبين كيف يعمل جهاز الإرسال الإذاعي .
3) بين كيف يعمل جهاز الاستقبال الإذاعي .
4) وضح مم يتكون جهاز الإرسال التلفزيوني وما وظيفة أجزائه المختلفة .
5) بين الأجزاء الرئيسية لجهاز الاستقبال التلفزيوني واشرح كيف يعمل كل منهما.
6) بين لماذا لا ترسل محطات الإرسال التلفزيوني موجات أرضية تصل للأماكن البعيدة .
تم بحمد الله

بسم الله الرحمن الرحيم
ولاية الخرطـوم – وزارة التربية والتعليم – محلية أمد رمان
مدرسة أسماء عبد الرحيم الثانوية النموذجية الحكومية بنات
ا لامتحان الشهري الأول – الصف الثالث – مادة : فيزيــاء
الاسم : ...................................... الصف :........... رقم الجلوس :............. الزمن : 80 دقيقة



أجب عن جميع الأسئلة :
· السؤال الأول :-
أ/ أكملي ما يلي بعبارة مناسبة :-
1- الأقطاب المغناطيسية المتشابهة ....................... بينما الأقطاب المختلفة ......................
2- .................... تتكون من بلايين من ............. التي ............... منظومة واحد وتدور
حول محورهـا .
3- .............................. هو نقطة تقع في ....................... المرآة تماماً .
4- عند شحن الجسم بالتأثير فإن شحنته تكون .................. لشحنة الجسم المشحون . وتكون
شحنة الجسم المراد شحنة ....................... شحنة الجسم المشحون عند الشحن باللمس .
ب/ أذكري العوامل التي تتوقف عليها :
1- القوة المغناطيسية بين قطبين مغناطيسين متجاورين ؟
أ/ ............................ ب/ ............................... ج/ .............................
2- عجلة السقوط الحر لجسم عند نقطة ما فوق سطح الأرض ؟
............................................................................................................
ج/ عرفي ما يلي :-
أ‌- المجال الكهربي ؟ ..................................................................................
ب‌- مركز التكور للمرآة ؟ .............................................................................
ج‌- شدة المجال التثاقلي للأرض عند نقطة ؟ ............................................................
...........................................................................................................
د- البعد البؤري للمرآة ؟ .................................................................................

هـ- الشدة المغناطيسية ؟ ................................................................................

د/ i ) )أذكري استخدام واحد لكل مما يلي :
أ‌- المرآة المقعرة : ................................................
ب‌- المرآة المحدبة : ...............................................
( ii ) بالرسم وضح ِ الشكل التخطيطي للمغناطسيين المتجاورين أدناه :


ج ش ج ش


· الســؤال الثاني : -
1/ أكتبي وحدات قياس المفاهيم الفيزيائية التالية :-
1- شدة المجال التثاقلي ؟ .....................................
2- الكتلة ؟ ...................................................
3- كثافة الفيض المغناطيسي ؟ ...............................
4- الفيض الكهربي ؟ .......................................
5- النفاذية المغناطيسية ؟ ...................................
2/ أكتبي القانون العام للمرآة الكرية مستعملاًَ الرموز ثم وضح ِ معني كل رمز ؟ .........................
1- .............................. 2- .............................. 3- .................................
3/ ق = ج × ك1 × ك2 ، ما اسم هذا القانون ؟ .....................................
ف2
لمن من علماء الفيزيـاء ينتسب هذا القانون ؟ .............................................
ق تمثل ..........................................
ف تمثل .........................................
ج تمثل ........................................
4/أذكر صفات الصورة المتكونة لجسم موضوع علي بعد أكبر من البعد البؤري وأقل من ضعف البعد البؤري .
1- .............................. 2-............................ 3-....................................

5/ وضع جسم أمام مرآة مقعرة بعدها البؤري 3سـم علي بعد 12 سـم منها أحسبي :
أ- بعد الصورة : ..........................................................................................
........................................................................................................................................................................................................................
ب- التكبير : ..............................................................................................
........................................................................................................................................................................................................................
ج- أكتبي صفات الصورة المتكونة . ثم أرسمي الشكل :
....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

· الســؤال الثالث :-
1- أكــملي مسارات الأشعــة







2- جدي القوة بين الشحنتين الموجبتين مقدار الأولي 9 ميكرو كولوم ، والثانية 6 ميكرو كولوم
موضوعتان في الفراغ المسافة بينهما تساوي 3سـم ( ثك = 9 × 10 9 نيوتن . م2 / كولوم2 ) .
........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................


· الســؤال الرابع :-
1- أذكري تعريف كثافة الفيض الكهربي ( د ك ) ؟
....................................................................................................................................................................................................................

2- إذا كانت قوة التجاذب بين كتلتين متساويتين في المقدار = 7. 66 نيوتن وذلك عندما كانت المسافة
بين مركزيها = واحد كيلومتر ، فما مقدار كل من الكتلتين ( ج = 67. 6 × 10 -11نيوتن .م2/ كجم2)
............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................









والله الموفق
ــ شعبة الفيزيــاء ــ

بسم الله الرحمن الرحيم
ولاية الخرطـوم – وزارة التربية والتعليم – محلية أمد رمان
مدرسة أسماء عبد الرحيم الثانوية النموذجية الحكومية بنات
امتحان الشعب الثاني اكتوبر – الصف الثالث – مادة : الفيزياء – 2008 م
الاسم : …………………………………. الصف:…….………… رقم الجلوس:…………….… الزمن ساعتان


أجيبي عن الأسئلة التالية :
· السؤال الأول :- 1/ اكملي الآتي بالكلمات أو العبارات المناسبة :
1- السرعة التي يتحرك بها الجسم علي محيط دائرة تكون ................ المقدار و ............ الاتجاه .
2- البؤرة الرئيسية لمرآة كرية هي النقطة التي تتجمع عندها الأشعة المنعكسة أو امتداداتها عند سقوط الأشعة موازية للمحور .............. و ............ منه وهذه البؤرة تكون ........... للمرآة المقعرة وتقديرية للمرآة ............... وهي تقع علي المحور الرئيسي عند منتصف المسافة بين ................ و....................
3- التيار الالكتروني يسري داخل الخلية الكهربية من القطب ..................... الي القطب ..................
أما التيار خارج الخلية فإنه يسري من القطب ..................... الي القطب ..................................
4- عندما يتحرك الجسم علي محيط دائرة حركة منتظمة فإنه يرسم ............. متساوية في.....................
5- تتحرك الالكترونات بحرية في الفراغات الموجودة بين ذرات المادة عندما تتأثر بـ ..........................
أو تحت تأثير ...............................................
6- ...................... هو الزاوية المزاحة التي طول ................... يساوي ............................
7- العدسة المحدبة تكون صوراً حقيقية ومقلوبة للأجسام التي توضع علي مسافة ...................... من البعد
البؤري ، أما إذا كان الجسم محصوراً بين البؤرة الرئيسية والعدسة المحدبة فان الصورة تكون ...................
و ...................... و ....................................
2/ أذكرى تعرًيف مايلى :
1- التردد فى الحركة الدائرية ؟ ................................................................................
..................................................................................................................
2- شدة التيار الكهربي ؟ .......................................................................................
..................................................................................................................
3/ السرعة الزاوية في الحركة الدائرية ؟ ........................................................................
..................................................................................................................
4/ الفولـت ؟ ..................................................................................................
5/ الجهد التثاقلي ؟ ..............................................................................................
· السؤال الثاني :-
1- ماهي العوامل التي تعتمد عليها السرعة المماسية القصوي لجسم يتحرك علي مسار دائري مائل علي سطح الأرض ؟ 1/ ......................................... 2/ .............................................
2- أذكر عاملين فقط من العوامل التي تعتمد عليها المقاومة الكهربية لموصل كهربي
1/ ............................................... 2/ ......................................................
3- أذكر شروط حدوث الانعكاس الكلي الداخلي لشعاع ضوئي
1/ ............................................... 2/ ......................................................
4- يستخدم الطيف الضوئي في الآتي :
أ/ ................................................... ب/ ......................................................
5- بالرسم فقط وضح تكون صورة لجسم حقيقي وضع علي بعد يساوي ضعف البعد البؤري لعدسة محدبة




6- إذا كانت المقاومة النوعية لسلك معدني تساوي 2.8 × 10-8 اوم . متر ، فاحسب مقاومة سلك طوله 20 متر
ومساحة مقطعة 0.1 × 10 -6 م2 من ذلك المعدن ؟
........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
7- وضعت شمعة علي بعد 10 سـم من مرآة مقعرة نصف قطر تكورها 16 سـم فإن صفات الصورة المتكونة هي : أ/ .......................................... ب/ ........................................................
ج/ ................................................ د/ ..........................................................
8- عندما يسقط الشعاع الضوئي مائلاً علي السطح الفاصل بين وسطين مختلفين في الكثافة الضوئية فإن هنالك
ثلاث كميات فيزيائية تتغير وهي :
1- ................................ 2- .................................. 3- ............................
وهنالك كمية فيزيائية واحدة تظل ثابتة وهي .......................
9- ما هو البعد البؤري لمرآة كرية محدبة يلزم لتكوين صورة في ½ الحجم الأصلي لجسم موضوع أمامها
علي بعد واحد متر منها ؟ .......................................................................................
.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
· السؤال الثالث :-
1/ أ- اكتب معادلة قوة الجذب المركزية(م) لجسم كتلته (ك) يدور حول مركز دائرة علي بعد (س) من مركزها وبسرعة (ص) ؟ .............................................................................................
ب- كم يكون قيمة القوة (م) إذا كانت قيمة (س) = 10 متر و(ك) = 5 كجم ، و(ص) = 4 م/ث
....................................................................................................................................................................................................................................
ج- كم تكون قوة الطرد المركزية وما اتجاهها بالنسبة للمركز ؟ .................................................
..................................................................................................................
2/ ضعي علامة } { أمام الإجابة الصحيحة وعلامة } x { أمام الإجابة الخطأ :
1- إذا كان معامل الإنكسار المطلق للماء 1.33 ، ومعامل الإنكسار المطلق للزجاج التاجي 1.54 وعليه يكون :
معامل الانكسار الزجاج بالنسبة للماء تساوي
1/ 1.7 } { 2/ 1.16 } { 3/ 1.4 } {
2- يتوقع حدوث الزاوية الحرجة إذا :
1- أنتقل الشعاع الضوئي من الماء للزجاج } {2 - أنتقل الشعاع الضوئي من الزجاج الي الماء } {
3/ ضُبط ميكروسكوب ليري علامة ما بوضوح ثم وضعت شريحة زجاجية سمكها 4.8 سـم فوق العلامة استلزم ذلك رفع الميكروسـكوب مسافة 1.8 سم للاستفادة من وضوح الصورة ، ما هو معامل انكسار الزجاج ؟
........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
أكملي الجدول الآتي :-
الكمية الفيزيــــائية
الوحــــــدة
الوحـــــدة المناظرة
1- ...........................
الأمبير
..............................
2- كثافة الفيض المغناطيسي
..................................
..............................
3- طاقة الوضــع
..................................
..............................
4- ..........................
..................................
جول / كولــوم


· السؤال الرابــع :-
1- وضعت شحنة كهربية مقدارها 5 كولوم علي بعد 5 سـم من نقطة ما أوجد :
أ- شدة المجال الكهربي عند تلك النقطة ( ثك = 9 × 10 9 نيوتن . م2 / كولوم 2
....................................................................................................................................................................................................................................
ب- كثافة الفيض عند النقطة علماً بأن E = 8.85 × 10 -12 كولوم 2 / نيوتن . م2
....................................................................................................................................................................................................................................
ج- القوة الكهربية المؤثرة علي شحنة مقدارها 2 كولوم وضعت عند تلك النقطة
....................................................................................................................................................................................................................................
2- أحسب الجهد التثاقلي لجسم كتلته 50 كجم وضع في نقطة طاقة الوضع التثاقلية فيها تساوي – 600 جول
....................................................................................................................................................................................................................................
3- يراد تكوين صورة لمصباح مكبرة خمسة مرات علي حائط يبعد 12 متر عن المصباح
1/ أين توضع المرآة ............................................................................................
.................................................................................................................. 2/ ما بعدها البؤري .............................................................................................
.................................................................................................................. 3/ ما نوع المرآة ...............................................................................................
4- جسم كتلته 2 كجم يتحرك علي محيط دائرة نصف قطرها 100 سم حركة دائرية منتظمة ويعمل 60 دورة
كل دقيقة أحســبي :-
1/ السرعة الزاوية ؟ ............................................................................................
..................................................................................................................
2/ السرعة الخطية ؟ ............................................................................................
..................................................................................................................
3/ القوة المركزية ؟ .............................................................................................
..................................................................................................................
مع أمنياتنا لكم بالنجاح والتوفيق
شعبـة الفيزيــــاء



بسم الله الرحمن الرحيم
ولاية الخرطـوم – وزارة التربية والتعليم – محلية أمد رمان
مدرسة أسماء عبد الرحيم الثانوية النموذجية الحكومية بنات
امتحان الشعب الثاني – الصف الثالث – مادة : الفيزياء – 2008 م
الاسم : …………………………………. الصف:…….………… رقم الجلوس:…………….… الزمن ساعتان


أجيبي عن الأسئلة التالية :
· السؤال الأول :- 1/ اكملي ما يلي بالكلمات أو العبارات المناسبة :
1- ................................ .....مقدار الزاوية المزاحة في .............................................
2- بؤرة المرآة الكرية المحدبة تقع .............. المرآة بينما بؤرة المرآة المقعرة تقع ................ المرآة فإذا
سقطت الأشعة الضوئية مارة ببؤرة الثانية فإنها .................. قريبة و ................. للمحور الأساسي
فأما إذا سقطت الأشعة الضوئية قريبة وموازية للمحور الأساسي للمرآة المحدبة فإن امتدادات .....................
تمر ببؤرتها .
3- التيار الكهربي له خاصيتين الشدة والإتجاه فإتجاهه خارج الخلية الكهربية يكون من القطب ...................
الي القطب ................ بينما داخل الخلية الكهربية فيكون إتجاهـه من القطب .......... الي القطب .........
4- حركة الجسم في مسار دائري بحيث يقطع أقواساً متساوية في ............. متساوية تكون حركة ............
5- تتحرك ................. بحرية في الفراغات الموجودة بين ذرات المادة عندما تتأثر بالحرارة أو ............
الكهربي .
6- ................ هو التردد الناتج عندما يدور الجسم .................. في فترة زمنية مقدارها ..............
7- الأجسام التي توضع أمام العدسة .................... علي مسافة تكون أكبر من بعدها البؤري فهذه العدسة تكون لها صوراً ......................... و ..................... ومكبرة .
2/ أذكري تعريف ما يـلي :
1- شدة المجال التثاقلي للأرض .................................................................................
..................................................................................................................
2- الأمبير ......................................................................................................
....................................................................................................................................................................................................................................
3- السرعة الزاوية .............................................................................................
..................................................................................................................

4- المقاومة النوعية ............................................................................................
..................................................................................................................
5- الجهد التثاقلي ...............................................................................................
....................................................................................................................................................................................................................................
§ السؤال الثاني :-
1- ما هي العوامل التي تتوقف عليها قوة الجذب المركزية للأجسام التي تتحرك حركة دائرية ؟
..................................................................................................................
2- تتوقف المقاومة الكهربية لموصل كهربي علي درجة الحرارة وطول الموصل . أذكري بقية العوامل ؟
..................................................................................................................
3- أذكري شروط حدوث ظاهرة الإنعكاس الكلي الداخلي لشعاع ضوئي ؟
..................................................................................................................
4- من استخدامات الألياف الضوئية .................................. و .......................................
5- بالرسم فقط وضح مسارات الأشعة الساقطة والمنكسرة لتكوين صورة لجسم حقيقي أمام عدسة مقعرة علي مسافة تساوي ضعف بعدها البؤري .



6- أحسب المقاومة النوعية لسلك معدني طوله 50 متر ومساحة مقطعة 0.5 مم2 إذا كانت مقاومته الكهربية تساوي 100 أوم ؟ ..............................................................................................
....................................................................................................................................................................................................................................
7- وضع جسم علي بعد 5 سم من مرآة مقعرة نصف قطر تكورها 20 سم فإن صفات الصورة تكون ...........
....................................................................................................................................................................................................................................
8- عندما يسقط الشعاع الضوئي مائلاً علي السطح الفاصل بين وسطين مختلفين في الكثافة الضوئية هنالك كميات فيزيائية تتغير واخري لا تتغير .
1- أذكري الكميات الفيزيائية التي لا تتغير ......................................................................
..................................................................................................................
والتي لا تتغير هي ..............................................................................................


9- مرآة محدبة وضع جسم حقيقي علي بعد 3 سم منها فكونت صورة للجسم طولها يساوي نصف طول الجسم أحسب البعد البؤري للمرآة ؟ ....................................................................................
....................................................................................................................................................................................................................................
· السؤال الثالث :-
1/ جسم كتلته 2 كيلو جرام يتحرك في مسار دائري نصف قطره 4 أمتار . فإذا كانت قوة الطرد المركزية الناتجة عند تلك الحركة تساوي 200 نيوتن فأحسب :
1- سرعة الجسم الخطية .......................................................................................
..................................................................................................................
2- سرعة الزاوية ...............................................................................................
..................................................................................................................
3- الزمن الدوري للحركة ......................................................................................
..................................................................................................................
4- أذكر الكميات الفيزيائية التي تقاس بالوحدات الآتية :
1- جول / كولوم ...............................................................................................
2- نيوتن . متر ................................................................................................
3- كولوم . ث-1................................................................................................
4- وبر. م- 2...................................................................................................
2/ 1- سقط شعاع مائل من الهواء الي وسط ما وكانت زاويتي السقوط والانكسار علي الترتيب 60° ، 30°
أحسب الزاوية الحرجة للوســـط ؟............................................................................
......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
2- وضعت قطعة معدنية في قاع حوض مملؤ بســائل ما فظهرت صورة الجسم من أعلي علي بعد 4 أمتار ،
جعل الصورة تزاح بمقدار 2 متر من القاع ،جد معامل انكسار السائل ؟
....................................................................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................

· السؤال الرابع :-
1/الشكل أدناه يوضح شحنه كهربية موجبة مقدارها 50 ميكرو كولوم موضوع في الهواء حيث (أ) تبعد عنها مسافة 50 سـم ب أ
+ ................................
50 ميكرو كولوم المسافة بين أ و ب = 50 سم
أحسب :
1- شدة المجال الكهربي عند النقطة أ ( ت ك = 9 × 10 9 نيوتن . م2 / كولوم2 )
....................................................................................................................................................................................................................................
2- كثافة الفيض الكهربي عند أ . ( E = 8.85 × 10 -12 كولوم 2 / نيوتن 2 )
....................................................................................................................................................................................................................................
3- وإذا وضعت شحنه ثالثه في نقطة أ مقدارها +2 ميكرو كولوم فما مقدار القوة الكهربية الناتجة وما نوع تلك القوة ؟ ..........................................................................................................
....................................................................................................................................................................................................................................
2/ وضع جسم في مجال تثاقلي للأرض شدته 60 نيوتن / كجم وإذا كانت كتلة ذلك الجسم = 100 كيلو جرام . فما مقدار قوة التثاقل الواقعة عليه ................................................................................
..................................................................................................................
3/ يراد تكوين صورة لجسم مكبرة ثلاث مرات علي حائل يبعد مسافة 12 سم عن الجسم .
1- أين توضع مرآة لتحقيق ذلك ؟ ...........................................................................
..................................................................................................................
2- وما البعد البؤري للمرآة ؟ ...................................................................................
..................................................................................................................
3- ما نوع تلك المرآة ؟ ........................................................................................
..................................................................................................................

مـع أمنياتنا لكم بالتوفيق
شعبــة الفيزيــــاء