العنوان الحركة على خط مستقيم ف بسم اهلل الرحمن الرحيم خ العنوان الحركة على خط مستقيم ف ( )9-1 نموذج بور الذري ( )9-2 نموذج الكمي للذري خ

Download Report

Transcript العنوان الحركة على خط مستقيم ف بسم اهلل الرحمن الرحيم خ العنوان الحركة على خط مستقيم ف ( )9-1 نموذج بور الذري ( )9-2 نموذج الكمي للذري خ

‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫بسم هللا الرحمن الرحيم‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫(‪ )9-1‬نموذج بور الذري‬
‫(‪ )9-2‬نموذج الكمي للذري‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫أثناء دوران أي من القطع النقدية من فئآت‬
‫(‪ )100,50,25,10,5‬هلل على سطح طاولة فمن الخصائص‬
‫التي نالحظها االختالف في الصوت الصادر والشكل‬
‫تبعث الذرات المثارة لعنصر ما في أنبوب غاز التفريغ طاقة‬
‫عن طريق انبعاث الضوء‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫بنهاية القرن التاسع عشر اتفق معظم العلماء على وجود‬
‫الذرات‬
‫ا‬
‫ا‬
‫أعطى اكتشاف ثومبسون لإللكترونات دليال مقنعا على أن الذرة تتكون‬
‫من ‪:‬‬
‫(‪ )1‬جسيمات دون ذرية‬
‫(‪ )2‬سالبة الشحنة‬
‫(‪ )3‬ذات كتلة صغيرة جدا ا‬
‫بدأ العلماء بالبحث عن الكتلة المفقودة التي يجب أن تكون‬
‫جزءا ا من كتلة الذرة الكلية ‪ ،‬حيث أن الذرة متعادلة كهربائيا ا‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫اعتقد ثومبسون أن المادة الثقيلة الموجبة الشحنة تمالا الذرة‬
‫وقد صور اإللكترونات السالبة الشحنة على أنها تتوزع خالل‬
‫هذه المادة الموجبة الشحنة‬
‫أجريت تجربة رذرفورد باستخدام مركبات مشعة تصدر أشعة‬
‫نافذة‬
‫وقد وجد أن بعض هذه االنبعاثات جسيمات موجبة الشحنة‬
‫وثقيلة وتتحرك بسرعة عالية‬
‫هذه الجسيمات سميت فيما بعد جسيمات ألفا ‪ ،‬ويرمز لها‬
‫بالرمز(‪)α‬‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫ويمكن الكشف عن هذه الجسيمات بواسطة ومضات ضوئية‬
‫تنبعث عندما تصطدم الجسيمات مع شاشة مطلية بطبقة من‬
‫كبريتات الزنك‬
‫قذف رذرفورد حزمة من جسيمات ألفا على صفيحة رقيقة جدا ا من‬
‫الذهب‬
‫عبر معظم جسيمات ألفا خالل صفيحة الذهب دون انحراف‬
‫أو مع انحراف قليل عن مسارها ‪ ،‬إال أن بعضها ارتد بزوايا‬
‫كبيرة جدا ا‬
‫شبه رذرفورد نتائج هذه التجربة بإطالق قذيفة مدفع ‪15‬انشا ا‬
‫على منديل ورقي فارتدت القذيفة إلى الخلف واصطدمت به‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫استنتج رذرفورد أن النتائج يمكن تفسيرها فقط إذا كانت جميع‬
‫شحنة الذرة متمركزة في حيز صغير وثقيل يسمى اآلن النواة‬
‫وقد حدد مجموعة من العلماء أن الشحنة الموجبة للذرة وأكثر‬
‫من (‪ )99.9%‬منم كتلة الذرة موجودة في النواة‬
‫أما اإللكترونات التي ال تساهم بكمية كبيرة من كتلة الذرة‬
‫فتكون موزعة خارجا ا وبعيدا ا عن النواة‬
‫إن الفراغ الذي تشغله اإللكترونات يحدد الحجم الكلي أو قطر‬
‫الذرة‬
‫ألن قطر الذرة أكبر (‪ )10000‬مرة تقريبا ا من قطر النواة فإن‬
‫معظم حجم الذرة يكون فراغا ا‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫تم التوصل إلى توزيع اإللكترونات حول نواة الذرة من خالل‬
‫دراسة الضوء المنبعث من الذرات‬
‫إن مجموعة األطوال الموجية الكهرومغناطيسية التي تنبعث‬
‫من الذرة تسمى طيف االنبعاث الذري‬
‫يمكن استخدام ذرات عينة غاز لتبعث ضوءا ا في أنبوب تفريغ‬
‫الغاز مثل (إشارات النيون الملونة)‬
‫يحتوي أنبوب تفريغ الغاز على غاز ذي ضغط منخفض‬
‫محصور في أبوب زجاجي له قطبان فلزيان مثبتان عند طرفيه‬
‫ويتوهج الغاز عند تطبيق فرق جهد عا ٍل عبر االنبوب ‪ ،‬وكل‬
‫غاز يتوهج بضوء مختلف خاص به‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫نحصل على طيف االنبعاث للذرة عندما يمر الضوء المنبعث‬
‫من الغاز خالل منشور أو محزوز حيود‬
‫ويمكن دراسة طيف االنبعاث بتفصيل أكبر باستخدام جهاز‬
‫يسمى المطياف‬
‫إن الطيف المنبعث عن جسم ساخن أو مادة صلبة متوهجة مثل فتيل‬
‫المصباح الكهربائي هو حزمة متصلة من ألوان الطيف من األحمر إلى‬
‫البنفسجي‬
‫لكن طيف الغاز يكون سلسلة من الخطوط المنفصلة ذات ألوان‬
‫مختلفة مثل (خطوط طيف االنبعاث لغازي الزئبق والباروم)‬
‫ويمكن استخدام طيف االنبعاث لتحليل خليط من الغازات‬
‫كمعرفة نوع العناصر الموجودة والتركيز النسبي لها‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫في عام ‪1842‬م الحظ العالم فرنهوفر وجود بعض الخطوط‬
‫المعتمة تتخلل طيف ضوء الشمس (خطوط فرنهوفر)‬
‫علل ذلك بأن ضوء الشمس يعبر خالل الغالف الغازي المحيط‬
‫بالشمس تمتص هذه الغازات أطواالا موجية مميزة محددة‬
‫الخطوط المعتمة في الطيف المرئي ومجموعة األطوال‬
‫الموجية الممتصة بواسطة الغاز تسمى طيف االمتصاص للغاز‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫وقد أمكن تحديد مكونات الغالف الشمسي بمقارنة الخطوط‬
‫المفقودة في الطيف المرئي‬
‫وكذلك فقد تم تحديد مكونات العديد من النجوم باستخدام هذه‬
‫التقنية‬
‫وأيضا ا يمكن تحديد مكونات غاز ما بتمرير ضوء أبيض خالل‬
‫عينة الغاز والمطياف من تحديد األطوال الموجية للخطوط‬
‫المعتمة في طيف االمتصاص‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫يعد كل من طيف االنبعاث واالمتصاص وسائل علمية مفيدة‬
‫استطاع العلماء تحليل وتحديد وحساب كمية المواد المجهولة‬
‫واالطياف االنبعاث واالمتصاص أهمية بالغة في الصناعة كما في‬
‫البحوث العلمية‬
‫فمثالا تقوم مصانع الحديد بإعادة معالجة كميات كبيرة من حديد‬
‫الخردة‬
‫كما يمكن تعديل تركيب الحديد ليتناسب مع المواصفات‬
‫التجارية‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫وتقوم محطات معالجة الفلزات ومنها األلومنيوم والزنك‬
‫ومعادن أخرى بتطبيق الطريقة نفسها‬
‫إن دراسة األطياف تعد فرعا ا من العلم المعروف باسم التحليل‬
‫الطيفي‬
‫وهو األداة المتوافرة الوحيدة حاليا ا لدراسة مكونات‬
‫النجوم على مدى الفضاء المتسع‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫في القرن التاسع عشر حاول بعض العلماء استخدام األطياف‬
‫الذري لتحديد مكونات الذرة‬
‫مثل عنصر الهيدروجين (األخف وله أبسط طيف) به أربع‬
‫خطوط ‪ :‬األحمر ‪ ،‬األخضر ‪ ،‬األزرق ‪ ،‬البنفسجي‬
‫إن النموذج النووي لرذرفورد لم يخل من السلبيات فقد‬
‫افترض أن اإللكترونات تدور حول النواة تماما ا كما تدور‬
‫الكواكب حول الشمس‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫يتسارع اإللكترون في مستواه مع استمرار دورانه حول‬
‫النواة‬
‫وكما درست سابقا ا فإن اإللكترونات المتسارعة تشع طاقة عن‬
‫طريق انبعاث موجات كهرومغناطيسية‬
‫وسرعة معدل فقد اإللكترون الدائر حول النواة لطاقته يجعل‬
‫مساره لولبيا ا حتى يسقط في النواة خالل (‪)10-9 s‬‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫إضافة إلى ذلك يتوقع نموذج الكواكب أن اإللكترونات‬
‫المتسارعة سوف تشع طاقتها عند كل األطوال الموجية‬
‫حيث أن الضوء المنبعث من الذرات يشع عند أطوال موجية‬
‫محددة فقط‬
‫حاول الفيزيائي الدنماركي نيلز بور توحيد النموذج النووي مع‬
‫مستويات الطاقة المكماة لبالنك ونظرية أينشتاين في الضوء‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫بدأ بور بالتركيب الكواكبي لإللكترونات وقدم نظرية بأن قوانين‬
‫الكهرومغناطيسية ال تنطبق على داخل الذرة‬
‫فافترض أن اإللكترونات في المدار المستقر ال تشع طاقة رغم‬
‫أنها تتسارع واعتبر أن هذا هو شرط استقرار الذرة‬
‫وافترض أن حالة االستقرار للذرات تكون فقط عندما تكون‬
‫كميات الطاقة فيها محددة أي أن مستويات الطاقة في الذرة‬
‫مكماة‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫تكمية الطاقة في الذرات يمكن تشبيهها بدرجات سلم بحيث‬
‫يتناقص البعد بين كل درجتين كلما صعدنا إلى أعلى‬
‫وحتى تصعد إلى درجات أعلى للسلم يجب أن تنتقل من درجة‬
‫األدنى إلى الدرجة األعلى‬
‫من المستحيل الوقوف عند نقطة تقع بين درجتين ‪ ،‬والذرات‬
‫لها كميات مكماة من الطاقة كل منها يسمى مستوى طاقة‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫وعند ما تكون طاقة الذرة عند أقل مقدار مسموح‬
‫به يقال أنها في حالة استقرار‬
‫وعندما تمتص الذرة كمية محددة من الطاقة فإنها تنتقل إلى‬
‫مستوى طاقة أعلى أي مستوى أعلى من مستوى االستقرار‬
‫(حالة اإلثارة)‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫طاقة الذرة تساوي مجموع طاقة حركة اإللكترونات وطاقة‬
‫الوضع الناتجة عن قوة التجاذب بين اإللكترونات والنواة‬
‫وطاقة األلكترون في المستويات القريبة من النواة أقل من‬
‫طاقة اإللكترون في المستويات البعيدة عنها‬
‫ألنه يجب أن يبذل شغل لنقل اإللكترونات بعيدا ا عن‬
‫النواة‬
‫وألن الطاقة مكماة وترتبط برقم المستوى فإن طاقة المستوى‬
‫مكماة أيضا ا‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫اقترح بور أن طاقة كهرومغناطيسية تنبعث عندما تتغير حالة‬
‫الذرة من حالة االستقرار إلى حالة استقرار أخرى (‪)E = hf‬‬
‫ثم افترض أنه عندما تمتص الذرة فوتونا ا فإنها تصبح مثارة‬
‫وتزداد طاقتها بمقدار يساوي طاقة ذلك الفوتون‬
‫ثم تنتقل هذه الذرة المثارة إلى مستوى طاقة أقل عندما تشع‬
‫فوتون‬
‫‪E = ∆E = Ef-Ei‬‬
‫للذرة‬
‫فوتون‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫استخدم بور نظريته لحساب األطوال الموجية للضوء المنبعث‬
‫من ذرة الهيدروجين فقط‬
‫ولم يكن باستطاعته توقع طيف الهيليوم الذي يمثل العنصر‬
‫البسيط التالي بعد الهيدروجين‬
‫ولم يفسر بور لماذا يمكن تطبيق قوانين الكهرومغناطيسية في‬
‫كل ماكن إال داخل الذرة‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫طور بور نموذجه بتطبيق قانون نيوتن الثاني في الحركة ( ‪F‬‬
‫‪ )= ma‬على األكرتون‬
‫والقوة المحصلة المحسوبة بواسطة قانون كولوم للتفاعل بين‬
‫اإللكترون (‪ )-q‬والبروتون (‪ )+q‬على بعد (‪F = -k ( )r‬‬
‫‪)q2/r2‬‬
‫إن تسارع اإللكترون في مدار دائري حول البروتون الذي‬
‫كتلته أكبر كثيرا ا من كتلة االلكترون يعطى بالمعادلة (‪a = -‬‬
‫‪)v2/r‬‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫تشير اإلشارة السالبة إلى إن اتجاهه نحو الداخل‬
‫‪2‬‬
‫‪mv‬‬
‫‪2‬‬
‫‪Kq‬‬
‫ثابت كولوم‬
‫___ = ___‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪r‬‬
‫(‪)9x109 N.m2/c2‬‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫فتوصل إلى أن الزخم الزاوي لإللكترون يعطى بالعالقة‬
‫ثم افترض أن الزخم الزاوي (‪)mvr‬‬
‫لإللكترون له قيمة محددة مضروبة في‬
‫المقدار (‪)h/2π‬‬
‫وباستخدام (‪ )n‬لتمثل عدد صحيح (‪)mvr = nh/2π‬‬
‫مستوى‬
‫(‪)n‬‬
‫لأللكترون‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪hn‬‬
‫_______ = ‪rn‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪4π mq‬‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫إن الطاقة الكلية للذرة يعبر عنها بحاصل جمع طاقة حركة‬
‫اإللكترون وطاقة وضعه يعطى بالمعادلة (‪)-kq2/2r‬‬
‫‪2‬‬
‫‪4‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2πk mq h‬‬
‫طاقة ذرة‬
‫الهيدروجين‬
‫__________‪En = -‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1/n‬‬
‫)‪(eV‬‬
‫‪1‬‬
‫__‪En = -13.6 X‬‬
‫)‪(j‬‬
‫‪1‬‬
‫__‪En = -2.17x10-18X‬‬
‫‪n2‬‬
‫‪n2‬‬
‫إن كالا من نصف قطر المستوى لإللكترون وطاقة الذرة مكماة‬
‫ويسمى العدد الصحيح (‪ )n‬عدد الكم الرئيسي‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫طاقة مستوى الالنهاية يمكن اعتبارها صفرا ا وتسمى‬
‫الطاقة الصفرية‬
‫وتعرف بأنها طاقة الذرة عندما يكون اإللكترون بعيدا ا جدا ا عن‬
‫ّ‬
‫الذرة وليس له طاقة حركة‬
‫وتحدث هذه الحالة عندما تصبح الذرة متأينة أي عندما‬
‫ينزع إلكترون من الذرة‬
‫وألنه يجب بذل شغل لتأيين الذرة فإن طاقة الذرة مع اإللكترون‬
‫الدائر فيها يجب أن يكون أقل من الصفر لذلك فإن طاقة الذرة‬
‫ذات قيمة سالبة‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫إن ذرة الهيدروجين المثارة يمكنها أن تبعث مدى واسعا ا من‬
‫الطاقة الكهرومغناطيسية كاألشعة تحت الحمراء والضوء‬
‫المرئي واألشعة فوق البنفسجية حسب حاالت االنتقال التي‬
‫تحدث‬
‫يعد نموذج بور األساس الذي مكن العلماء من فهم تركيب‬
‫الذرة باإلضافة إلى حساب طيف االنبعاث وحساب طاقة التأين‬
‫لذرة الهيدروجين‬
‫وطاقة تأين الذرة هي الطاقة الالزمة لتحرير إلكترون بصورة‬
‫كاملة من الذرة تتفق مع قيمة التأين التي تم حسابها بصورة‬
‫كبيرة مع النتائج العملية (جائزة نوبل عام ‪1922‬م)‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫ال يمكن تفسير الفرضيات التي قدمها بور فمثالا تتطلب‬
‫النظرية الكهرومغناطيسية أن تبعث الجسيمات‬
‫المتسارعة طاقة مما يؤدي إلى انهيار سريع للذرة‬
‫وأن األلكترون الدائر له مستوى محدد بنصف قطر معين‬
‫تتعارض مع مبدأ عدم التحديد لهيزنبرج‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫اقترح لويس دي برولي أن للجسيمات خصائص موجية تماما ا‬
‫كما للضوء خصائص جسيمية‬
‫طول موجة دي برولي (‪ )λ=h/mv‬والزخم الزاوي‬
‫(‪ )mvr=hr/λ‬والزخم الزاوي الكمي (‪: )mvr=nh/2π‬‬
‫‪hr/λ=nh/2π‬‬
‫‪nλ=2πr‬‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫استخدم العالم النمساوي إيرن شرودنجر عام ‪1926‬م نموذج‬
‫موجة دي برولي للوصول إلى نظرية الكم للذرة اعتمادا ا على‬
‫الموجات‬
‫من مبدأ عدم التحديد لهيزنبرج يتوقع النموذج الكمي احتمالية‬
‫وجود اإللكترون في منطقة محددة فقط‬
‫والنموذج الكمي للذرة تنبأ بأن المسافة األكثر احتمالية بين اإللكترون‬
‫والنواة لذرة الهيدروجين هي نصف القطر نفسع الذي تم توقعه من‬
‫بور‬
‫نموذج‬
‫خالل‬
‫إن احتمالية وجود اإللكترون عند نصف قطر محدد يمكن‬
‫حسابه ‪ ،‬ويمكن تكوين نموذج ثالثي األبعاد لتوضيح مناطق‬
‫األحتماالت المتساوية‬
‫والمنطقة ذات االحتمالية العالية لوجود اإللكترون فيها تسمى‬
‫سحابة إلكترونية (ذرة الهيدروجين)‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫إن ميكانيكا الكم ‪ :‬هي دراسة خصائص مادة باستخدام‬
‫خصائصها الموجية قد تحقق نجاحا ا هائالا في توقع الكثير من‬
‫المعلومات التفصيلية لتركيب الذرة‬
‫فقد كان من الصعب جدا ا حساب تلك التفاصيل بدقة إال للذرات‬
‫البسيطة‬
‫وكانت الحسابات التقريبية عالية الدقة للذرات الثقيلة تتم من‬
‫خالل الحواسيب المتطورة فقط‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫لكن ميكانيكا الكم تمكنت من جعل تراكيب بعض الجزيئات قابلة للحساب‬
‫(‪ )1‬تحديد ترتيب الذرات في الجزيئات‬
‫(‪ )2‬تحضير جزيئات جديدة ومفيدة‬
‫(‪ )3‬تحليل تفاصيل امتصاص وانبعاث الضوء من‬
‫الذرات‬
‫(‪ )4‬تطوير مصدر جديد للضوء (الليزر)‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫إن الضوء المنبعث من مصدر متوهج أو غاز ينتقل في جميع‬
‫االتجاهات‬
‫وليس من الضرورة أن تنتقل الموجات الضوئية المنبعثة من‬
‫الذرات بالطور نفسه أو أن تتزامن الموجات مع موجات‬
‫الطرف اآلخر‬
‫إن الموجات التي تنتقل بالطور نفسع وتتوافق عند الحدود‬
‫الدنيا والحدود القصوى تكون مترابطة (ضوء مترابط)‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫بينما تنتج موجات الضوء المختلفة في الطور (ضوء غير‬
‫مترابط)‬
‫ينبعث الضوء من الذرات المثارة بالتطرق التالية ‪:‬‬
‫(‪ )1‬اإلثارة الحرارية‬
‫(‪ )2‬تصادم اإللكترون‬
‫(‪ )3‬تصادم فوتون ذات طاقة محددة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫(‪ )1‬االنبعاث التلقائي ‪:‬‬
‫بعد أن تصبح الذرة في حالة إثارة تعود الذرة‬
‫بعد وقت قصير عادة إلى حالتها المستقرة‬
‫باعثة فوتونا ا له الطاقة نفساها التي كان قد‬
‫امتصها (االنبعاث التلقائي)‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫(‪ )2‬االنبعاث المحفز ‪:‬‬
‫فكر اينشتاين عام ‪1917‬م فيما يحدث لذرة مثارة أصالا واسطدمت‬
‫بفوتون طاقته تساوي فرق الطاقة بين حالة اإلثارة وحالة مستقرة‬
‫(االنبعاث المحفز)‬
‫ثم يغادر الفوتونان الذرة معا ا ليس بالتردد نفسه فقط بل ويكون‬
‫لهما الطور نفسه ويكونان مترابطان‬
‫كذلك وقد يصطدم أي من هذين الفوتونين بذرات أخرى‬
‫مثارة‬
‫تستمر هذه العملية منتجة سيالا من الفوتونات التي لها نفس الطول‬
‫الموجي‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫وهذه العملية محددة بالشروط التالية‬
‫‪:‬‬
‫(‪ )1‬يجب أن تكون هناك ذرات أخرى‬
‫مثارة‬
‫(‪ )2‬يجب أن تبقى الذرات مثارة لفترة زمنية كافية حتى يحدث‬
‫التصادم‬
‫(‪ )3‬يجب السيطرة على الفوتونات وتوجيهها لتكون قادرة‬
‫على احداث تصادم مع الذرات المثارة‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫فمثالا عام ‪1959‬م تم ابتكار أداة تسمى‬
‫ليزر‬
‫وكلمة ليزر هي اختصار للعبارة‬
‫(تضخيم الضوء بواسطة االنبعاث المحرض‬
‫لإلشعاع)‬
‫والذرة التي تبعث الضوء عندما تكون مثارة في الليزر تسمى‬
‫ذرة ليزرية‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫يمكن لومضة كثيفة من الضوء ذات طول موجي أقصر من‬
‫الليزر أن تستخدم لضخ الذرات‬
‫وتُنتِج الفوتونات ذات الطول الموجي األقصر والطاقة األكبر‬
‫بواسطة الومضة التي تصطدم بذرات الليزر لتصبح مثارة‬
‫وعندما تنقل إحدى الذرات المثارة إلى مستوى الطاقة األدنى‬
‫بانبعاث فوتون ببدأ انبعاث سيل من الفوتونات‬
‫كما يمكن للذرات الليزرية أن تثار نتيجة التصادم مع ذرات‬
‫أخرى مثارة بالتفرغ الكهربائي (أجهزة ليزر هيليوم – نيون)‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫الفوتونات المنبعثة من الذرات الليزرية تبقى محتواة عن‬
‫طريق حصر تلك الذرات في أنبوب زجاجي‬
‫على طرفيه المتقابلين مرايا مستوية متوازية وسطوحها‬
‫العاكسة متقابلة‬
‫احدى هذه المرايا عاكسة بمقدار يزيد على (‪ )99.9%‬تعكس‬
‫كل الضوء الساقط تقريبا ا‬
‫بينما المرآة األخرى عاكسة جزئيا ا وتسمح لـِ (‪ )0.1%‬من‬
‫الضوء الساقط عليها بالمرور من خاللها‬
‫إن ضوء الليزر له الطول الموجي نفسه (أحادي اللون) بسبب النتقال‬
‫اإللكترونات بين زوج واحد فقط من مستويات الطاقة وفي نوع واحد‬
‫من الذرات‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫وإن ضوء الليزر ال ينحرف مهما ابتعد عن‬
‫مصدره‬
‫وشعاع الليزر التقليدية صغيرة جدا ا ال يتجاوز قطر شعاعه ( ‪2‬‬
‫‪ )mm‬فإن الضوء يكون عالي الكثافة‬
‫ويمكن تصنيع بعض المواد الصلبة والسائلة والغازية‬
‫لتصبح ليزرية‬
‫ويمكن إعادة ضبط الضوء الصادر من بعض مصادر الليزر‬
‫على مدى معين من األطوال الموجية (مستمر ونبضي)‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫(‪ )1‬جهاز تشغيل القرص المدمج (‪ CD‬أو ‪: )DVD‬‬
‫تشبه مؤشرات الليزر ومصنوعة من مواد صلبة شبه موصلة‬
‫وتبلغ سمك الطبقة الليزرية (‪ )200 nm‬فقط وطول كل جانب‬
‫من البلور (‪ )1-2 mm‬فقط‬
‫وتثار بواسطة تيار كهربائي‬
‫حيث ال تزيد الطاقة الكهربائية المتحولة إلى طاقة ضوئية في‬
‫غاز الليزر على (‪)1%‬‬
‫على الرغم من أن الليزر البلوري له فعالية (‪)20%‬تقريبا ا‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫(‪ )2‬اختبار استقامة األنفاق واألنابيب ‪:‬‬
‫حزمة أشعة الليزر ضيقة وموجهة بدقة‬
‫كبيرة وال تتتت على مدى المسافات‬
‫الكبيرة‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫(‪ )3‬الحسابات الفلكية ‪:‬‬
‫عند هبوط رواد الفضاء على سطح القمر قامو بتثبيت مرايا‬
‫على سطحه‬
‫وبذلك أمكن حساب المسافة بين القمر واألرض بدقة عالية‬
‫ويمكن تتبع مواقع القمر وقياس حركة الصفائح التكتونية‬
‫األرضية‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫(‪ )4‬االتصاالت واأللياف البصرية ‪:‬‬
‫االنعكاس الكلي الداخلي‬
‫يعمل على طول موجي (‪ )1300-1500 nm‬يتصل وينفصل‬
‫بتتابع سريع جدا ا فينقل المعلومات كسلسلة من النبضات خالل‬
‫الليف‬
‫وقد حلت األلياف البصرية على مستوى العالم محل األسالك‬
‫النحاسية لنقل المكالمات التلفيزنية وبيانات الحاسوب أو حتى‬
‫الصور التليفزيونية‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫خ‬
‫(‪ )5‬أجهزة المطياف ‪:‬‬
‫ضوء الليزر له طول موجي أحادي لذلك يستخدم إلثارة ذرات‬
‫أخرى ثم تعود الذرات بعد ذلك إلى حالة االستقرار وتنبعث‬
‫طيفا ا مميزا ا‬
‫وقد تم تثبيت عينات ذات عدد الذري‬
‫الصغير‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫(‪ )6‬في الطب ‪:‬‬
‫يستخدم في إعادة تشكيل قرنية العين‬
‫ويمكن استخدامه في الجراحة بدالا من السكين لقطع اللحم‬
‫بفقدان اليسير من الدم‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫(‪ )7‬في الصناعة ‪:‬‬
‫قطع المعادن مثل الفوالذ وتلحيم المواد‬
‫معا ا‬
‫لدراسة اهتزازات المعدات الحساسة‬
‫ومكوناتها‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫(‪ )8‬جهاز الهولوجرام ‪:‬‬
‫عبارة عن مسجل فوتوجرافي لكل من‬
‫كثافة وطور الضوء ‪ ،‬لتكوين صورة‬
‫ثالثية األبعاد‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫الذرة‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫من المحتمل في المستقبل أن‬
‫يستخدم الليزر إلنتاج إندماج‬
‫نووي إليجاد مصدر للطاقة ال‬
‫ينضب تقريبا ا‬
‫خ‬
‫العنوان الحركة على خط مستقيم‬
‫ف‬
‫تم بحمد هللا‬
‫خ‬