تعليلات الوحدة الخامسة ( الفيزياء الحديثة )

تعليلات الوحدة الخامسة ( الفيزياء الحديثة )

                                                                                                             

1-    لم تسطع الفيزياء الكلاسيكية تفسير منحنيات بلانك

-         لأن الفيزياء الكلاسيكية تعتبر الإشعاع موجات كهرومغناطيسية وعلى ذلك فإن شدة الإشعاع تزيد كلما زاد التردد ولكن المنحنيات توضح أن شدة الإشعاع تقل عند الترددات العالية أى الأطوال الموجية القصيرة جدا

-        

2-  ظاهرة إشعاع الجسم الأسود إثبات للخاصية الجسيمية للضوء

  لآن فروض بلانك والتى وضعها لتفسير هذه الظاهرة أوضحت أن الإشعاع يتكون من كمات أو فوتونات والفوتون له خواص جسيمية لآن له كتلة وله كمية تحرك

3- ظاهرة كومتون توضح الصفة الجسيمية للفوتونات

عند سقوط فوتون ذو تردد عالى وطاقة كبيرة على إلكترون حر نلاحظ بعد التصادم :     تردد الفوتون يقل ويغير إتجاهه   -

                الإلكترون الحر تزيد سرعته ويغير إتجاهه

    وبإستخدام فروض بلانك وتطبيق قانون بقاء كمية الحركة على كل من الفوتون والإلكترون الحر وهى توضح أن الفوتون يسلك كجسيم له كمية حركة أى له كتلة وسرعة مثل الإلكترون

4- لايتأثر سطح حائط أو كتاب بسقوط شعاع ضوئى عليه بينما قد يتأثر به الإلكترون الحر

لأن الشعاع الضوئى يؤثر على السطح بقوة    2pw/c = F وحيث أن c مقدار كبير         ⁸ 3X10  م/ ث فان مقدار هذه القوة يكون صغير جدا لايؤثر على سطح الحائط . اما الإلكترون الحر فكتلته صغيرة وحجمه صغير لذا يتأثر بهذه القوة بحيث إنها قد تزيد سرعته وقد يغير إتجاه حركته

5- يقل الطول الموجى المصاحب للإلكترون بزيادة سرعته

لأنه يمكن التحكم فى الطول الموجى بزيادة فرق الجهد الكهربى بين الأنود والكاثود فتزيد السرعة ويقل الطول الموجى حسب علاقة دى برولى

6- الضوء طبيعة مزدوجة جسيمية وموجية

طبيعية تتضح عندما ننظر إليه على أنه فوتونات وهى لها كتلة وكمية حركة أى خواص جسيمية

 طبيعة موجية تظهر فى خواص الفوتونات المتحركة حيث تنعكس وتنكسر وتتداخل وتحيد

7- يستخدم الميكروسكوب الإلكترونى فى رؤية الأجسام الدقيقة جدا (الفيروسات)( أى له قدرة تحليلية أكبر )

لأن الشعاع الإلكترونى المستخدم يمكن تزويده بطاقة كبيرة جدا فيكون الطول الموجى المصاحب له قصير جدا طبقا لمعادلة دى برولى  أى يتحقق شرط التكبير ( وهو أن يقل الطول الموجى جدا بحيث يكون أقل من طول الجسم المراد رؤية تفاصيله )

8- لاتفسر النظرية الكلاسيكية إنبعاث الإلكترونات الكهرضوئية من السطح

لأنها تعتبر أن شدة التيار وإنطلاق الإلكترونات وطاقتها وسرعتها تتوقف على شدة الضوء الساقط وزمن السقوط ليزداد الطاقة اللازمة لإنبعاث الإلكترون 0 ولكن المشاهدات العلمية تختلف حيث إنبعاث الإلكترون يتوقف أساسا على تردد الضوء الساقط وليس شدته

9-يوجد إرتباط بين كل من النموذجين الميكروسكوبى والماكروسكوبى بالنسبة للفوتون

فى النموذج الميكروسكوبى : حزمة الفوتونات تحمل الطاقة التى يحملها الشعاع الضوئ لأنها تعتبره كرة نصف قطرها = الطول الموجى    وتردد الموجة المصاحبة

فى النموذج الماكروسكوبى : الخواص الموجية تلاحظ فى سلوك حزمة الفوتونات ككل أى أن الموجة تصف السلوك الجماعى للفوتونات وحجم العائق الذى يعترضه الضوء هو الذى يحدد النموذج المستخدم :

0       إذا كان العائق  أكبر من الطول الموجى نطبق النموذج الماكروسكوبى

0 إذا كان العائق قريبا من الطول الموجى أى على مستوى الذرة نطبق النموذج الميكروسكوبى

10- يستخدم التصوير الحرارى فى مجال إكتشاف الأدلة الجنائية

لأن الإشعاع الحرارى للشخص يبقى لفترة زمنية بعد إنصرافه من المكان

11- أشعة إكس لهاقدرة فائقة على النفاذية خلال المواد

لأن المسافات البينية لذرات تلك المواد تكون مقاربة للطول الموجى للأشعة السينية فإن الفوتونات تنفذ من خلال الذرات

12- يتعارض نموذج رذرفورد مع نظرية ماكسويل –هرتز   

لآن نظرية ماكسويل – هرتز تفيد أن الإلكترون المتحرك حول النواة فى مدار دائرى تحت تأثير عجلة يجب أن يصدر إشعاع كهرومغناطيسي وبالتالى تقل طاقة حركة الإلكترون وتتغلب قوة جذب النواة على القوة الطاردة المركزية فيقل نصف قطر المدار تدريجيا وتتخذ الإلكترون مسارا حلزونيا حتى تنجذب للنواة فتنهار الذرة وهذا خلاف الواقع

13- الأطوال الموجية المحددة لخطوط  أطياف العتاصر من الصعوبات الى واجهت نموذج رذرفورد

نتيجة دوران الإلكترونات حول النواة فإن الذرة تصدر إشعاعا ويجب أن يحتوى الإشعاع الناتج من الذرة على كل الترددات الممكنة أى يكون طيف ذرات العناصر مستمرا وهذا خلاف الواقع لأن طيف العناصر طيف خطى مميز لكل عنصر من العناصر الأخرى

14- متسلسلة ليمان فى طيف ذرة الهيدروجين أكبرها طاقة

لأنها تحدث نتيجة إنتقال الإلكترون من مستويات الطاقة الأعلى إلى مستوى الطاقة الأول k    n=1  فيكون فرق الطاقة كبيرا جدا لذلك فهى أعلاها تردد

15-ظهور خطوط فرونهوفر فى طيف الشمس

وذلك لأن الضوء المنبعث من الشمس به كل الأطوال الموجية الممكنة ولكن الغلاف الخارجى للشمس به عناصر فى حالتها العازية كل منهم يمتص الطيف الخاص به فتظهر خطوط سوداء ( فرونهوفر ) وهى طيف إمتصاص خطى لتلك العناصر

16- تعتبر مجموعة فوند فى طيف ذرة الهيدروجين أقل تردد

لأنها تحدث نتيجة إنتقال الإلكترون من مستويات الطاقة الأعلى إلى مستوى الطاقة الخامس O        n=5 فيكون فرق الطاقة صغير لذلك فهى أقلها فى التردد

17- تصدر الذرة إشعاعا عندما ينتقل الإلكترون من مستوى طاقة أعلى  إلى مستوى طاقة أقل

لأن هبوط الإلكترون من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى طاقة أقل فإنه يفقد قدرا من الطاقة = الفرق بين طاقتى المستويين يظهر على شكل فوتون ( إشعاع ) طاقته    h=  ₁E₂ –E

18- تستخدم الأشعة السينية فى الكشف عن عيوب بعض الصناعات

بسبب قدرتها الكبيرة على النفاذ حيث تختلف شدتها بعد النفاذ من الشقوق أو الشروخ الداخلية عن شدتها عندما تنفذ من الجسم المصمت تماما

19- أشعة الليزر لاتخضع لقانون التربيع العكسى فى الضوء

لأنها حزمة رفيعة جدا تحتفظ بشدتها ثابتة على وحدة المساحات مهما تغيرت المسافة بين مصدر الضوء والسطح

20- شعاع الليزر أحادىالطول الموجى

لآن مصدر أى ليزر ينتج خطا طيفيا واحدا له مدى طيفى صغير وتكون الشدة عند هذا الطول الموجى أكبر مايمكن

21- يمكن نقل شعاع الليزر لمسافات طويلة دون فقد ملحوظ فى الطاقة

لأن أشعة الليزرعبارة عن حزمة متوازية لاتعانى تشتتا لذلك يظل قطر الحزمة ثابتا مهما تحركت مسافات طويلة أثناء إنتشارها

22- أشعة الليزر أكبر شدة وترابطا من الضوء العادى

لأن أشعة الليزر تحتفظ بشدة ثابتة على وحدة المساحات مهما كانت المسافة التى تقطعها وتنطلق الفوتونات فى الليزر مترابطة زمانيا ومكانيا لأنها

-         تنطلق من المصدر فى نفس اللحظة

-         مهما كانت المسافة التى تقطعها فإنها تحتفظ بفرق طور ثابت ولذا تكون أكبر شدة وتركيزا من الضوء العادى

-        

23- يستخدم غاز الهليوم مع غاز النيون فى عمل الليزر الغازى

لتقارب قيمة طاقة مستويات الإثارة شبه المستقرة فيهما

24- فى جهاز الليزر يجب أن تصل المادة الفعالة لوضع الإسكان المعكوس

لأنه فى عملية الإسكان المعكوس يحدث تركيز لذرات النيون المثارة فى مستوى طاقة شبه مستقر فترة عمره الزمنى طويلة نسبيا ( حوالى   s  10^-3 ) وبما أن عدد الذرات المثارة كبير جدا فى المستوى شبه المستقر إذن يتحقق شرط حدوث

الإنبعاث المستحث والحصول على الليزر

25- التجويف الرنينى هو المسئول عن إتمام عمليتى الإنبعاث المستحث والتضخيم الضوئى

  أ- لأن التجويف الرنينى يحتوى المادة الفعالة ( النيون ) التى تثار ذراتها إلى مستوى الطاقة شبه المستقر وذات فترة العمر الطويلة وبزيادة عدد الذرات المثارة فيه يتحقق شرط الإسكان المعكوس وهو المسئول عن حدوث الإنبعاث المستحث

 ب- وجود مرآتين عاكستين فى طرفى الجهاز يعمل عدة إنعكاسات متتالية للأشعة المستحثة فيتضاعف عدد الفوتونات المتحركة داخل التجويف الرنينى حتى إذا وصلت لحد معين تخرج من خلال المرآة شبه المنفذة

26- يستخدم أشعة الليزر فى توجيه الصواريخ

لأن شعاع الليزر يتميز بتوازى الأشعة ويصبح قطر الحزمة ثابتا عندما تنتشر لمسافات طويلة ولاتعانى تشتتا أو فقد فى الطاقة الضوئية وبذلك تكون الإشارة الكهربية الناتجة عنه قوية وواضحة فتوجه الصواريخ بدقة

27- تستخدم اشعة الليزر فى علاج الإنفصال الشبكى

لأن الطاقة الحرارية الناتجة عن الشعاع تعمل على إتمام إلتحام الشبكية بالطبقة التى تحتها

28- لايمكن للعين البشرية رؤية الفراغات بين الذرات بالعين المجردة

لأن المسافات البنية بين الذرات أصغر بكثير من الطول الموجى لفوتونات الضوء المرئى الذى تشعر به العين

29- بللورة  ( n-type ) متعادلة كهربيا

لأن عدد الإلكترونات الحرة = مجموع الشحنات الموجبة لذرات المعطى  N_D +عدد الفجوات

30- بللورة ( P-type) متعادلة كهربيا

لأن عدد الفجوات الموجبة = مجموع الشحنالت السالبة لذرات المستقبل N_A +عدد الإلكترونات

31- يعتبر السليكون من أشباه الموصلات النقية

لأن كل ذرة فى الشبكة البللورية له تشارك أربع ذرات سيلكون بأربع روابط تساهمية وتكون هذه الروابط مكتملة تماما عند صفر كلفن فتكون عازلة تماما وبإرتفاع درجة الحرارة تتكسر بعض الروابط وتنطلق إلكترونات حرة فتصبح موصلة للتيار الكهربى

32- تزداد التوصيلية الكهربية لبللورة السليكون عند تطعيمها بذرات الأنتيمون

لأن ذرة الأنتيمون خماسية التكافؤ ويحتوى غلافها الخارجى على خمس إلكترونات يرتبط أربع منها بأربع ذرات سليكون ويبقى الإلكترون الخامس حرا ووجود الإلكترونات الحرة يزيد التوصيل الكهربى

33-تستخدم الوصلة الثنائية فى تقويم التيار المتردد

لأنها تسمح لأنصاف الذبذبات الموجبة بالمرور حيث يكون التوصيل أمامى ولاتسمح لأنصاف الذبذبات السالبة بالمرور حيث يكون التوصيل خلفى

34- تكون مقاومة الوصلة الثنائية عند التوصيل الأمامى أقل منها عند التوصيل الخلفى

لأن المجال الناشئ عن البطارية يكون عكس إتجاه المجال الداخلى فى المنطقة الإنتقالية فيضعفه ويسمح بمرور التيار أما فى التوصيل الخلفى يكون المجالان فى إتجاه واحد ويزداد الجهد العائق فتكون المقاومة كبيرة

35- الإلكترونات الرقمية أفضل من الإلكترونات التناظرية

لأن الحركة العشوائية للإلكترونات تسبب الضوضاء الكهربية وهى تسبب تشويشا للمعلومة الفيزيائية الى تحملها الإشارة فيصعب التخلص منها وذلك فى الإلكترونات التناظرية 0

 أما الإلكترونات الرقمية فإن المعلومة منها تكمن فى الشفرة ولاتتأثر بقيمة الإشارة أو الجهد المضاف إليه الضوضاء

36-تستخدم النبائط ( المكونات الإلكترونية  ) كمحسات للبيئة

لأنها مصنوعة من أشباه موصلات تتميز بحساسيتها للعوامل البئية المحيطة      ( الضوء والحرارة والتلوث الذرى والكيميائى ) لذلك تستخدم كوسائل لقياس تلك العوامل 

37-تختلف الوصلة الثنائية عن المقاومة العادية

لأن الوصلة الثنائية تعطى مقاومة صغيرة جدا فى إتجاه معين (توصيل أمامى ) ومقاومة عالية فى الإتجاه المعاكس ( توصيل عكسي) – وتتميز الوصلة بأن التوصيل فيها يكون بالإلكترونات والفجوات

أما المقاومة العادية قيمتها ثابتة ولاتتغير مهما إنعكس  إتجاه التيار – والتوصيل فيها يتم بالإلكترونات فقط

38-الوصلة الثنائية تعمل كمفتاح

-          لأنه فى حالة توصيلها توصيلا أماميا يمر تيار أى تعمل كمفتاح مغلق ON

-         وفى حالة توصيها خلفيا (عكسيا) لايمر تيار أى تعمل كمفتاح مفتوح  OFF

39-سمك القاعدة فى الترانزستورصغير جدا

     حتى يقل به عدد الفجوات فلا تستقر به الإلكترونات المنطلقة من الباعث وتستمر فى الحركة إلى المجمع

40- عند الإتزان الحرارى لاتحدث زيادة فى عدد الإلكترونات المحررة أو الفجوات الموجبةالناتجة مكان الإلكترونات

لأن عدد الروابط المكسورة فى الثانية يتساوى مع عدد

 الروابط التى يتم تكوينها فى الثانية فتصبح عدد الإلكترونات والفجوات الموجبة ثابتة

-          

                                  مع أطيب تمنياتى بالتفوق الدائم