المناهج الدراسية
تسجيل الدخول

المناهج الدراسية

الفيزياء

الفصل الأول - التيار الكهربي وقانون أوم وقانونا كيرشوف

0/36

الفصل الثاني - التأثير المغناطيسي للتيار الكهربي وأجهزة القياس

0/32

الفصل الثالث - الحث الكهرومغناطيسي

0/45

الفصل الرابع - دوائر التيار المتردد

0/23

الفصل الخامس - ازدواجية الموجة والجسيم

0/31

الفصل السادس - الأطياف الذرية والأشعة السينية

0/17

الفصل السابع - الليزر وتطبيقاته

0/17

الفصل الثامن - الإلكترونيات الحديثة

0/25

دروس إضافية

0/145
نص الدرس

الدرس الثاني: الظاهرة الكهروضوئية وفرض دي برولي والمجهر الإلكتروني

الفيزياء

الدرس الثاني: الظاهرة الكهروضوئية وفرض دي برولي والمجهر الإلكتروني

مقدمة

مقدمة

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
•
  • الانبعاث الحراري وأنبوبة أشعة الكاثود
  • وظاهرة التأثير الكهروضوئي وعجز النظرية الكلاسيكية عن تفسيرها
الانبعاثالحراريوأنبوبةأشعة
تفسير أينشتاينالفوتون ودالة الشغل والتردد الحرج ومعادلة أينشتاين الكهروضوئيةالفوتونودالةالشغلوالتردد
فرض دي برولي
  • الطبيعة الموجية للجسيمات
  • والمجهر الإلكتروني وقدرته التحليلية
الطبيعةالموجيةللجسيماتوالمجهر

🌳 شجرة المفاهيم

الدرس الثانيالظاهرة الكهروضوئية وفرض دي برولي والمجهر الإلكتروني
├── أولًاالانبعاث الحراري وأنبوبة أشعة الكاثود

│ ├── حاجز جهد السطح

│ ├── الانبعاث الحراري

│ └── أجزاء أنبوبة أشعة الكاثود

├── ثانيًا←ظاهرة التأثير الكهروضوئي

│ ├── التعريف

│ ├── ما تتوقعه النظرية الكلاسيكية

│ └── ما تثبته المشاهدة العملية

├── ثالثًا←تفسير أينشتاين (فرض الفوتون)

│ ├── نص التفسير

│ ├── حالات سقوط الفوتون

│ ├── معادلة أينشتاين الكهروضوئية

  • │ ├── على أي شيء تتوقف الظاهرة؟

│ └── مقارنة بين الشدة والتردد

├── رابعًا←فرض دي برولي — الطبيعة الموجية للجسيمات

│ ├── الفكرة

│ ├── معنى الموجة المصاحبة

  1. │ └── لماذا لا نلاحظ موجات الأجسام الكبيرة؟
  2. المجهر الإلكتروني

│ ├── الفكرة

│ ├── قدرة التحليل

│ ├── حساب السرعة والطول الموجي

│ └── مقارنة بين المجهرين

└── سادسًا←ملخص ازدواجية الموجة والجسيم
الدرس الثاني: الظاهرة الكهروضوئية وفرض دي برولي والمجهر الإلكتروني · 1 / 12
أولًا: الانبعاث الحراري وأنبوبة أشعة الكاثود

أولًا: الانبعاث الحراري وأنبوبة أشعة الكاثود

شكل 1: رسم توضيحي — النقطة 1: الانبعاث الحراري وأنبوبة أشعة الكاثود تصف الصورة الانبعاث الحراري وأنبوبة أشعة الكاثود. فالمعدن يحتوي على إلكترونات حرة يمنعها حاجز جهد السطح من الخروج، ويمكن تجاوزه بتسخين المعدن، فتنطلق الإلكترونات منه كما في فتيلة أنبوبة أشعة الكاثود.
شكل 1: رسم توضيحي — النقطة 1: الانبعاث الحراري وأنبوبة أشعة الكاثود تصف الصورة الانبعاث الحراري وأنبوبة أشعة الكاثود. فالمعدن يحتوي على إلكترونات حرة يمنعها حاجز جهد السطح من الخروج، ويمكن تجاوزه بتسخين المعدن، فتنطلق الإلكترونات منه كما في فتيلة أنبوبة أشعة الكاثود.

حاجز جهد السطح

  • يحتوي المعدن على أيونات موجبة وإلكترونات حرة تتحرك داخله.
  • لا تستطيع الإلكترونات مغادرة المعدن بسبب قوى التجاذب التي تجذبها دائمًا للداخل، وتسمى حاجز جهد السطح.
  • يمكن لبعض الإلكترونات الخروج إذا أُعطيت طاقة حرارية أو ضوئية.

الانبعاث الحراري

  • الانبعاث الحراري انطلاق الإلكترونات من سطح معدن ساخن بعد اكتسابها طاقة تكفي للتغلب على حاجز جهد السطح.
  • هو فكرة عمل أنبوبة أشعة الكاثود (CRT) المستخدمة في شاشات التلفزيون والحاسوب القديمة.

أجزاء أنبوبة أشعة الكاثود

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
المهبط (الكاثود)سطح معدني قطب سالب يُسخَّن بفتيلة التسخين فتنطلق منه الإلكتروناتمعدنيسالببفتيلةالتسخين
المصعد (الآنود)قطب موجب يعجّل الإلكترونات المنبعثة وينظمهاموجبالإلكتروناتالمنبعثةوينظمها
المدفع الإلكترونيالجزء الذي تنطلق منه حزمة الإلكتروناتالجزءتنطلقحزمةالإلكترونات
الشبكة (Grid)بجهد سالب: تتحكم في شدة تيار الإلكترونات بحسب شدة الإشارة الكهربية المرسلةبجهدسالبتتحكمتيار
نظام تحريك الشعاعمجالات كهربية أو مغناطيسية توجه الحزمة لمسح الشاشة نقطة بنقطة حتى تكتمل الصورةمجالاتكهربيةمغناطيسيةتوجه
شاشة فلورية
  • تصدر ضوءًا عند اصطدام الإلكترونات بها
  • وتختلف شدة الضوء من نقطة لأخرى
تصدراصطدامالإلكتروناتوتختلف
الدرس الثاني: الظاهرة الكهروضوئية وفرض دي برولي والمجهر الإلكتروني · 2 / 12
ثانيًا: ظاهرة التأثير الكهروضوئي

ثانيًا: ظاهرة التأثير الكهروضوئي

شكل 2: رسم توضيحي — النقطة 2: ظاهرة التأثير الكهروضوئي تعرض الصورة ظاهرة التأثير الكهروضوئي، وهي انطلاق إلكترونات من سطح معدني عند سقوط ضوء عليه، وتسمى الإلكترونات المنطلقة إلكترونات ضوئية. وتؤكد أن الإلكترونات تتحرر بفعل الضوء دون تسخين، وهو ما لا تفسره النظرية الموجية الكلاسيكية.
شكل 2: رسم توضيحي — النقطة 2: ظاهرة التأثير الكهروضوئي تعرض الصورة ظاهرة التأثير الكهروضوئي، وهي انطلاق إلكترونات من سطح معدني عند سقوط ضوء عليه، وتسمى الإلكترونات المنطلقة إلكترونات ضوئية. وتؤكد أن الإلكترونات تتحرر بفعل الضوء دون تسخين، وهو ما لا تفسره النظرية الموجية الكلاسيكية.

التعريف

  • عندما يسقط ضوء على الكاثود، حتى بدون تسخين الفتيلة، يمر أيضًا تيار كهربي في دائرة الخلية الكهروضوئية.
    شكل 3: الخلية الكهروضوئية — ظاهرة التأثير الكهروضوئي

    تبين الصورة الخلية الكهروضوئية، حيث يمر تيار كهربي عند سقوط الضوء على الكاثود دون الحاجة إلى تسخين الفتيلة. ويدل ذلك على أن الإلكترونات تحررت من الكاثود بفعل طاقة الضوء الساقط.

  • معنى ذلك أن الإلكترونات تحررت بفعل الضوء.
  • التأثير الكهروضوئي انطلاق الإلكترونات من سطح معدني بسبب سقوط ضوء عليه، وتسمى الإلكترونات المنطلقة إلكترونات ضوئية (Photoelectrons).

ما تتوقعه النظرية الكلاسيكية

  • لو كان الضوء موجات كهرومغناطيسية تمتصها الإلكترونات، لكان:
  • التيار (عدد الإلكترونات المنطلقة) يتوقف على شدة الموجة الساقطة بصرف النظر عن تردد الضوء.
  • الطاقة الحركية للإلكترونات (وسرعتها) تزداد بزيادة شدة الإضاءة.
  • تسليط ضوء ضعيف لمدة طويلة كافيًا لإعطاء الإلكترونات الطاقة اللازمة للتحرر مهما كان التردد.

ما تثبته المشاهدة العملية

  • انطلاق الإلكترونات يتوقف أساسًا على تردد الضوء وليس على شدته.
  • لا تنطلق إلكترونات إلا إذا كان تردد الضوء أعلى من تردد حرج νc، مهما كانت الشدة.
  • إذا كان ν أعلى من νc فإن التيار الكهروضوئي يزداد بزيادة شدة الضوء.
  • إذا كان ν أقل من νc فلا ينطلق إلكترون مهما زادت الشدة أو طال زمن التعرض.
  • الطاقة الحركية للإلكترونات المنطلقة (وسرعتها) تتوقف على تردد الضوء، لا على شدته.
  • انطلاق الإلكترونات لحظي؛ فلا توجد فترة انتظار لتجميع الطاقة، حتى لو كانت الإضاءة ضعيفة جدًا.
  • لا تفسر النظرية الموجية الكلاسيكية أيًا من هذه المشاهدات، ولهذا نشأت الحاجة إلى تفسير جديد.
الخلية الكهروضوئية — ظاهرة التأثير الكهروضوئي
الخلية الكهروضوئية — ظاهرة التأثير الكهروضوئي
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
├── ثانيًاظاهرة التأثير الكهروضوئيظاهرةالتأثيرالكهروضوئي
نص التفسيرنال أينشتاين جائزة نوبل في الفيزياء عام 1921 عن تفسيره الظاهرة باكتشاف قانون التأثير الكهروضوئيأينشتاينجائزةنوبلالفيزياء
الدليل على وجود الفوتونات ظاهرة التأثير الكهروضوئي
  • يتوقف التيار الكهروضوئي على شدة الإضاءة ما دام التردد أعلى من الحرج
  • ولا يمر تيار إذا قل التردد عنه
  • وتتوقف طاقة حركة الإلكترونات على التردد لا على الشدة
يتوقفالتيارالإضاءةالتردد
الدرس الثاني: الظاهرة الكهروضوئية وفرض دي برولي والمجهر الإلكتروني · 3 / 12
ثالثًا: تفسير أينشتاين (فرض الفوتون)

ثالثًا: تفسير أينشتاين (فرض الفوتون)

شكل 4: رسم توضيحي — النقطة 3: تفسير أينشتاين (فرض الفوتون) تفسر الصورة ظاهرة التأثير الكهروضوئي بفرض أينشتاين، إذ يسقط الضوء على هيئة فوتونات طاقة الواحد منها hν. ولكل معدن دالة شغل تمثل أقل طاقة لتحرير الإلكترون، ولا يحدث الانبعاث إلا إذا كانت طاقة الفوتون أكبر منها، وقد نال أينشتاين جائزة نوبل عام 1921 على ذلك.
شكل 4: رسم توضيحي — النقطة 3: تفسير أينشتاين (فرض الفوتون) تفسر الصورة ظاهرة التأثير الكهروضوئي بفرض أينشتاين، إذ يسقط الضوء على هيئة فوتونات طاقة الواحد منها hν. ولكل معدن دالة شغل تمثل أقل طاقة لتحرير الإلكترون، ولا يحدث الانبعاث إلا إذا كانت طاقة الفوتون أكبر منها، وقد نال أينشتاين جائزة نوبل عام 1921 على ذلك.

نص التفسير

  • نال أينشتاين جائزة نوبل في الفيزياء عام 1921 عن تفسيره الظاهرة باكتشاف قانون التأثير الكهروضوئي.
  • يسقط الضوء على السطح على هيئة فوتونات، طاقة الواحد منها h ν.
  • لكل معدن حد أدنى من الطاقة يلزم لتحرير الإلكترون من سطحه يسمى دالة الشغل (Ew):

Ew = h νc

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
دالة الشغل
  • أقل طاقة لازمة لتحرير الإلكترون من سطح المعدن
  • وتتوقف على نوع المعدن
طاقةلازمةلتحريرالإلكترون
التردد الحرج νcأقل تردد للضوء الساقط يمكنه تحرير الإلكترونات من سطح المعدنللضوءالساقطيمكنهتحرير
•الإلكترون الأكثر ارتباطًا بالذرة يحتاج إلى طاقة أكبر لتحريرهالإلكترونالأكثرارتباطبالذرة

حالات سقوط الفوتون

  • إذا كانت h ν = Ew فالفوتون يحرر الإلكترون بالكاد دون أن يكسبه طاقة حركة.
  • إذا كانت h ν > Ew تتحرر الإلكترونات ويظهر فرق الطاقة في صورة طاقة حركة، وتزداد بزيادة تردد الإشعاع.
  • إذا كانت h ν < Ew فلا يتحرر إلكترون مهما كانت شدة الإضاءة.
  • يحدث الانطلاق لحظيًا لأن الإلكترون يمتص الفوتون كاملًا في الحال، بشرط أن تكون طاقة الفوتون أكبر من Ew.

معادلة أينشتاين الكهروضوئية

h ν = h νc +

½ m v2

  • أي طاقة الفوتون الساقط = دالة الشغل + الطاقة الحركية العظمى للإلكترون المتحرر.
  • العلاقة بين الطاقة الحركية العظمى KEmax والتردد ν خط مستقيم، يقطع محور الطاقة عند (-Ew) ومحور التردد عند νc، وميله ثابت بلانك h.

على أي شيء تتوقف الظاهرة؟

  • νc وEw تتوقفان على نوع مادة السطح فقط.
  • لا تتوقفان على شدة الضوء ولا زمن التعرض ولا فرق الجهد بين المهبط والمصعد.
  • شدة الضوء (عدد الفوتونات) تؤثر في عدد الإلكترونات المتحررة أي في شدة التيار الكهروضوئي.
  • تردد الضوء يؤثر في طاقة حركة كل إلكترون وفي سرعته.
وجه المقارنة زيادة شدة الضوء (ν > νc) زيادة تردد الضوء
عدد الفوتونات يزداد لا يتغير (إن بقيت الشدة)
عدد الإلكترونات المتحررة يزداد لا يتغير
التيار الكهروضوئي يزداد لا يتأثر مباشرة
طاقة حركة الإلكترون الواحد لا تتغير تزداد

✍️ أمثلة محلولة

  • مثال 1 دالة الشغل لمعدن 3.2 × 10−19 J.
  • احسب التردد الحرج، ثم الطاقة الحركية العظمى وسرعة الإلكترون عند سقوط ضوء طوله الموجي

    400 nm.

  • (h = 6.625 × 10-34 J· s

    ،

    m = 9.1 × 10-31 kg)

    الحل:

  • νc = Ew / h = (3.2 × 10-19) / 6.625 × 10-34 = 4.83 × 1014 Hz

  • ν = c / λ= (3 × 108) / (400 × 10-9) = 7.5 × 1014 Hz

  • طاقة الفوتون =

    h ν = 6.625 × 10-34 × 7.5 × 1014 = 4.97 × 10-19 J

  • KEmax = 4.97 × 10-19 – 3.2 × 10-19 = 1.77 × 10-19 J

  • v = √(2 KE / m) = √((2 × 1.77 × 10-19) / 9.1 × 10-31) = (6.2 × 105 m) / s

شكل 10: منحنى تيار التشبع وجهد الإيقاف (جهد القطع) في الخلية الكهروضوئية يمثل المنحنى العلاقة بين تيار التشبع وجهد الإيقاف في الخلية الكهروضوئية. ويعني جهد الإيقاف أقل جهد عكسي يمنع الإلكترونات الضوئية من الوصول إلى الأنود، وهو يرتبط مباشرة بالطاقة الحركية العظمى للإلكترونات.
شكل 10: منحنى تيار التشبع وجهد الإيقاف (جهد القطع) في الخلية الكهروضوئية يمثل المنحنى العلاقة بين تيار التشبع وجهد الإيقاف في الخلية الكهروضوئية. ويعني جهد الإيقاف أقل جهد عكسي يمنع الإلكترونات الضوئية من الوصول إلى الأنود، وهو يرتبط مباشرة بالطاقة الحركية العظمى للإلكترونات.
شكل 10←منحنى تيار التشبع وجهد الإيقاف (جهد القطع) في الخلية الكهروضوئية يمثل المنحنى العلاقة بين تيار التشبع وجهد الإيقاف في الخلية الكهروضوئية. ويعني جهد الإيقاف أقل جهد عكسي يمنع الإلكترونات الضوئية من الوصول إلى الأنود، وهو يرتبط مباشرة بالطاقة الحركية العظمى للإلكترونات.: ثالثًا: تفسير أينشتاين (فرض الفوتون)
الدرس الثاني: الظاهرة الكهروضوئية وفرض دي برولي والمجهر الإلكتروني · 4 / 12
رابعًا: فرض دي برولي — الطبيعة الموجية للجسيمات

رابعًا: فرض دي برولي — الطبيعة الموجية للجسيمات

شكل 5: رسم توضيحي — النقطة 4: فرض دي برولي — الطبيعة الموجية للجسيمات توضح الصورة فرض دي برولي، فإذا كان للضوء طبيعة جسيمية فإن للجسيم المتحرك طبيعة موجية، وطولها الموجي λ = h ÷ mv. وقد صاغ دي برولي هذا الفرض عام 1923 بتماثل مع معادلة الفوتون.
شكل 5: رسم توضيحي — النقطة 4: فرض دي برولي — الطبيعة الموجية للجسيمات توضح الصورة فرض دي برولي، فإذا كان للضوء طبيعة جسيمية فإن للجسيم المتحرك طبيعة موجية، وطولها الموجي λ = h ÷ mv. وقد صاغ دي برولي هذا الفرض عام 1923 بتماثل مع معادلة الفوتون.

الفكرة

  • في الكون قدر كبير من التماثل. فإذا كان للموجة (الضوء) طبيعة جسيمية، فلماذا لا يكون للجسيم طبيعة موجية؟
  • هذا هو التناظر بين الموجة والجسيم، وقد صاغه دي برولي عام 1923 بمعادلة مماثلة لمعادلة الفوتون.
  • فرض دي برولي كل جسيم متحرك له طبيعة موجية، طولها الموجي:

λ = h / PL = h / (m v)

  • حيث PL كمية حركة الجسيم.

معنى الموجة المصاحبة

  • ينظر إلى الشعاع الإلكتروني على أنه مجموعة هائلة من الإلكترونات لها في مجملها موجة مصاحبة تصف سلوكها الجماعي.
  • يحمل كل إلكترون الصفات الخاصة بالإلكترون الشحنة والكتلة والدوران حول نفسه (اللف المغزلي) وكمية الحركة.
  • شدة الموجة المصاحبة تدل على تركيز الإلكترونات.
  • للموجة المصاحبة خواص الانتشار والتداخل والحيود، تمامًا كالضوء (كما يظهر في مرور إلكترونات خلال شق مزدوج).
  • يمكن استخدام شعاع من الإلكترونات كما نستخدم شعاع ضوء، والدليل اختراع المجهر الإلكتروني.

لماذا لا نلاحظ موجات الأجسام الكبيرة؟

  • طول الموجة المصاحبة يتناسب عكسيًا مع كمية الحركة، فهو ضئيل جدًا للأجسام الكبيرة.
  • لذلك تبدو حركة الأجسام الكبيرة كالكرات والسيارات كلاسيكية بحتة، بينما تظهر الخواص الموجية للإلكترونات والذرات.

✍️ أمثلة محلولة

  • مثال 2 احسب الطول الموجي المصاحب لكرة كتلتها 0.2 kg تتحرك بسرعة 10 m/s، ولإلكترون يتحرك بالسرعة نفسها.
  • (h = 6.625 × 10-34 J· s)

    الحل:
  • الكرة λ = h / (m v) = (6.625 × 10-34) / (0.2 × 10) = 3.3 × 10-34 m (لا يمكن رصده)
  • الإلكترون λ = (6.625 × 10-34) / (9.1 × 10-31 × 10) = 7.3 × 10-5 m
  • مثال 3 إلكترون سُرّع بفرق جهد 100 V من السكون. احسب سرعته وطوله الموجي المصاحب.
  • الحل:
  • e V = ½ m v2 ←

    v = √((2 e V) / m) = √((2 × 1.6 × 10-19 × 100) / 9.1 × 10-31)

v = (5.93 × 106 m) / s

  • λ = h / (m v) = (6.625 × 10-34) / (9.1 × 10-31 × 5.93 × 106) = 1.23 × 10-10 m

الدرس الثاني: الظاهرة الكهروضوئية وفرض دي برولي والمجهر الإلكتروني · 5 / 12
خامسًا: المجهر الإلكتروني

خامسًا: المجهر الإلكتروني

شكل 6: المجهر الإلكتروني — المجهر الإلكتروني يعرض الشكل المجهر الإلكتروني، ويشبه المجهر الضوئي لكنه يستخدم شعاعًا من الإلكترونات بدلًا من الضوء. وتُركَّز الإلكترونات بعدسات كهربية أو مغناطيسية، ويُعد المجهر دليلًا عمليًا على صحة فرض دي برولي وعلى قدرته التحليلية العالية.
شكل 6: المجهر الإلكتروني — المجهر الإلكتروني يعرض الشكل المجهر الإلكتروني، ويشبه المجهر الضوئي لكنه يستخدم شعاعًا من الإلكترونات بدلًا من الضوء. وتُركَّز الإلكترونات بعدسات كهربية أو مغناطيسية، ويُعد المجهر دليلًا عمليًا على صحة فرض دي برولي وعلى قدرته التحليلية العالية.
شكل توضيحي معتمد — رسم توضيحي — النقطة 5: المجهر الإلكتروني←يوضح المظهر التركيبي والوظيفي بالتفصيل.
شكل 7: رسم توضيحي — النقطة 5: المجهر الإلكتروني تُبرز الصورة مكونات المجهر الإلكتروني وطريقة عمله، وهو يتيح رؤية تفاصيل أدق من المجهر الضوئي بسبب الطول الموجي القصير للإلكترونات. وتقارن الصورة بين المجهرين من حيث قدرة التحليل.
شكل 7: رسم توضيحي — النقطة 5: المجهر الإلكتروني تُبرز الصورة مكونات المجهر الإلكتروني وطريقة عمله، وهو يتيح رؤية تفاصيل أدق من المجهر الضوئي بسبب الطول الموجي القصير للإلكترونات. وتقارن الصورة بين المجهرين من حيث قدرة التحليل.

الفكرة

  • المجهر الإلكتروني يشبه المجهر الضوئي في نواح عديدة، لكنه يستخدم شعاعًا إلكترونيًا بدلًا من الشعاع الضوئي.
  • العدسات المستخدمة في تركيز شعاع الإلكترونات عدسات كهربية أو مغناطيسية (بصريات إلكترونية).
  • هو دليل عملي على صحة علاقة دي برولي للجسيمات.

قدرة التحليل

  • الاختلاف المهم بين المجهرين هو قدرة التحليل المجهر الإلكتروني ذو قدرة تحليلية كبيرة جدًا.
  • الإلكترونات تحمل طاقة حركة عالية، ومن ثم لها أطوال موجية قصيرة جدًا

    (λ = h / m v)

    .
  • معامل تكبيره كبير جدًا فيرصد أجسامًا دقيقة لا يستطيع الضوء العادي رصدها (مثل الفيروسات ودقائق دقيقة).

حساب السرعة والطول الموجي

  • سرعة الإلكترون الذي عُجّل بفرق جهد V:

e V = ½ m v2

  • يمكن أن يكون الطول الموجي المصاحب للشعاع الإلكتروني ألف مرة أو أكثر أقصر من الطول الموجي للضوء المرئي.
  • كلما زاد فرق الجهد زادت السرعة وقصر الطول الموجي وتحسنت قدرة التمييز.
  • شرط رؤية جسم دقيق أن يكون الطول الموجي المستخدم أصغر من أبعاد الجسم أو مقاربًا لها.
وجه المقارنة المجهر الضوئي المجهر الإلكتروني
الشعاع المستخدم شعاع ضوئي شعاع إلكتروني
الطول الموجي كبير نسبيًا (نحو 400–700 nm) أقصر ألف مرة أو أكثر
قدرة التحليل محدودة كبيرة جدًا
العدسات زجاجية كهربية أو مغناطيسية
مدى الرؤية أجسام كبيرة نسبيًا أجسام دقيقة جدًا لا يراها الضوء
الدرس الثاني: الظاهرة الكهروضوئية وفرض دي برولي والمجهر الإلكتروني · 6 / 12
سادسًا: ملخص ازدواجية الموجة والجسيم

سادسًا: ملخص ازدواجية الموجة والجسيم

  • الضوء وأي إشعاع كهرومغناطيسي مكوّن من فوتونات طاقة كل منها h ν.
  • الدليل على وجود الفوتونات ظاهرة التأثير الكهروضوئي: يتوقف التيار الكهروضوئي على شدة الإضاءة ما دام التردد أعلى من الحرج، ولا يمر تيار إذا قل التردد عنه، وتتوقف طاقة حركة الإلكترونات على التردد لا على الشدة.
  • ظاهرة كومتون تثبت الصفات الجسيمية للفوتون كتلة وسرعة وكمية حركة.
  • للجسيمات (كالإلكترونات) طبيعة موجية طولها λ = h / m v، والمجهر الإلكتروني دليل عليها.
  • الضوء والمادة لهما طبيعة مزدوجة موجية وجسيمية، ونطبق كلًا منهما حسب حجم العائق وطبيعة الظاهرة.
  • .egp-ex{margin:18px 0;border:1px solid rgba(79,63,224,.2);border-radius:16px;overflow:hidden;background:#fff}.egp-ex-h{padding:10px 16px;font-weight:800;background:linear-gradient(90deg,#4f3fe0,#22c1c3);color:#fff}.egp-ex-tabs{display:flex;flex-wrap:wrap;gap:6px;padding:10px 12px;background:#f7f6ff}.egp-ex-b{border:1px solid rgba(79,63,224,.3);background:#fff;border-radius:20px;padding:5px 14px;font-weight:700;cursor:pointer}.egp-ex-b.on{background:#4f3fe0;color:#fff}.egp-ex-p{padding:12px 16px}function egpEx(b,k){var w=b.closest(‘.egp-ex’);w.querySelectorAll(‘.egp-ex-b’).forEach(function(x,i){x.classList.toggle(‘on’,i===k)});w.querySelectorAll(‘.egp-ex-p’).forEach(function(x,i){x.hidden=i!==k})}
الدرس الثاني: الظاهرة الكهروضوئية وفرض دي برولي والمجهر الإلكتروني · 7 / 12
الشرح الموسوعي المعتمد والمصطلحات الكاملة (كتب الوزارة + الامتحان + المعاصر + الوسام)

الشرح الموسوعي المعتمد والمصطلحات الكاملة (كتب الوزارة + الامتحان + المعاصر + الوسام)

  • 📖
الدرس الثاني: الظاهرة الكهروضوئية وفرض دي برولي والمجهر الإلكتروني · 8 / 12
📌 قاموس المصطلحات والمفاهيم العلمية الدقيقة:

📌 قاموس المصطلحات والمفاهيم العلمية الدقيقة:

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
التردد الحرج (Critical Frequency, ν0)
  • أقل تردد للضوء يلزم لانطلاق الإلكترونات من المعدن
  • ويتوقف على نوع المادة
للضوءيلزملانطلاقالإلكترونات
الطاقة الحركية للإلكترون المنطلق (Kinetic Energy, KE)
  • الجزء الزائد من طاقة الفوتون الساقط بعد أن يتم تحرير الإلكترون
  • ويظهر في صورة سرعة للإلكترون
الجزءالزائدالفوتونالساقط
ظاهرة كومتون (Compton Effect)
  • تصادم فوتون من أشعة إكس أو أشعة جاما بإلكترون حر
  • فيقل تردد الفوتون ويتغير اتجاهه
  • وتزداد سرعة الإلكترون ويتغير اتجاهه
تصادمفوتونأشعةجاما
كمية الحركة (Momentum)
  • حاصل ضرب كتلة الجسم في سرعته
  • وللفوتون كمية حركة أيضاً
حاصلكتلةالجسمسرعته
الموجة المصاحبة (De Broglie Wave)
  • موجة طولها الموجي ينسب إلى كل جسيم متحرك
  • ويحسب بقسمة ثابت بلانك على كمية حركة الجسيم
طولهاالموجيينسبجسيم
الازدواجية الموجية الجسيمية (Wave-Particle Duality)
  • خاصية تجعل الضوء والجسيمات تسلك أحياناً سلوك الموجات وأحياناً سلوك الجسيمات
  • بحسب حجم العائق الذي يواجهها
خاصيةتجعلالضوءوالجسيمات
المجهر الإلكتروني (Electron Microscope)←جهاز يستخدم شعاعاً من الإلكترونات كما يُستخدم شعاع الضوء، ويُستعمل في رؤية الأبعاد الصغيرة جداً، وهو دليل على علاقة دي برولي.
شكل 8: الظاهرة الكهروضوئية: تحرر الإلكترونات الضوئية وتردد العتبة ودالة الشغل يوضح الرسم الظاهرة الكهروضوئية، فتنبعث الإلكترونات فورًا عند تجاوز تردد الضوء الساقط لتردد العتبة الخاص بالفلز. ويدل ذلك على الطبيعة الجسيمية للضوء، وتُحسب طاقة الانبعاث من تردد العتبة ودالة الشغل.
شكل 8: الظاهرة الكهروضوئية: تحرر الإلكترونات الضوئية وتردد العتبة ودالة الشغل يوضح الرسم الظاهرة الكهروضوئية، فتنبعث الإلكترونات فورًا عند تجاوز تردد الضوء الساقط لتردد العتبة الخاص بالفلز. ويدل ذلك على الطبيعة الجسيمية للضوء، وتُحسب طاقة الانبعاث من تردد العتبة ودالة الشغل.
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
الكم أو الفوتون (Quantum / Photon)
  • دفقة صغيرة من الطاقة يتكون منها الإشعاع الصادر عن الجسم المتوهج
  • وطاقتها تساوي hν
  • h ثابت بلانك وν التردد
دفقةصغيرةالطاقةيتكون
الطاقة المكمّاة (Quantized Energy)
  • طاقة الذرات المتذبذبة غير متصلة
  • بل تأخذ قيماً منفصلة محددة
الذراتالمتذبذبةمتصلةتأخذ
الانبعاث الحراري (Thermionic Emission)
  • خروج بعض الإلكترونات من سطح المعدن عند إعطائها طاقة حرارية
  • لأنها محتجزة داخل المعدن بقوى تجاذب تمنعها من مغادرته
خروجالإلكتروناتالمعدنإعطائها
التأثير الكهروضوئي (Photoelectric Effect)
  • انطلاق إلكترونات من سطح معدن عند سقوط ضوء عليه
  • ولا يحدث ذلك إلا إذا كان تردد الضوء الساقط أكبر من التردد الحرج
  • ولا يتوقف على شدة الضوء
انطلاقإلكتروناتمعدنسقوط
دالة الشغل (Work Function, Ew)أقل طاقة لازمة لتحرير الإلكترون من سطح المعدنطاقةلازمةلتحريرالإلكترون
الدرس الثاني: الظاهرة الكهروضوئية وفرض دي برولي والمجهر الإلكتروني · 9 / 12
⚖️ القوانين والعلاقات الرياضية والفيزيائية الحاكمة:

⚖️ القوانين والعلاقات الرياضية والفيزيائية الحاكمة:

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
طاقة الفوتونE = hν، حيث h = 6.625 × 10-34 J·s (ثابت بلانك) وν هو التردد.ثابتبلانكالتردد
تكمية طاقة الذرات المتذبذبةE = nhν
دالة الشغل والتردد الحرجEw = hν0.
معادلة أينشتين للتأثير الكهروضوئيhν = Ew + KE، أي أن طاقة الفوتون الساقط تُستخدم أولاً في تحرير الإلكترون، ويظهر الباقي في صورة طاقة حركية.طاقةالفوتونالساقطستخدم
كتلة الفوتون المكافئة لطاقتهm = hν / c2، حيث c = 3 × 108 m/s هي سرعة الضوء.سرعةالضوء
العلاقة بين الكتلة والطاقةE = mc2.
كمية حركة الفوتونp = hν / c = h / λ
القوة الناتجة عن انعكاس حزمة فوتونات عن سطح
  • F = 2P / c
  • حيث P قدرة الحزمة بالوات
قدرةالحزمةبالوات
قانون بقاء كمية الحركة في ظاهرة كومتونمجموع كميات الحركة قبل التصادم يساوي مجموعها بعد التصادممجموعكمياتالتصادميساوي
قانون بقاء الطاقة في ظاهرة كومتون(طاقة الفوتون + طاقة الإلكترون) قبل التصادم = (طاقة الفوتون + طاقة الإلكترون) بعد التصادمالفوتونالإلكترونالتصادم
الطول الموجي لجسيم متحرك (دي برولي)
  • λ = h / p
  • حيث p كمية حركة الجسيم
كميةحركةالجسيم
الدرس الثاني: الظاهرة الكهروضوئية وفرض دي برولي والمجهر الإلكتروني · 10 / 12
🔍 الشرح والتحليل المستفيض وتفسيرات علل والاستنتاجات:

🔍 الشرح والتحليل المستفيض وتفسيرات علل والاستنتاجات:

  • استطاع بلانك تفسير إشعاع الجسم الأسود بفرض أن الإشعاع الصادر عن الجسم المتوهج يتألف من دفقات صغيرة من الطاقة تسمى الكوانتم أو الفوتونات، وأن طاقة الذرات المتذبذبة مكماة وليست متصلة.
  • ولأن الإشعاع يتكون من بلايين الفوتونات، فإننا لا نلاحظها منفصلة، بل نلاحظ الخواص الكلاسيكية للموجات.
  • لم تستطع النظرية الموجية الكلاسيكية تفسير التأثير الكهروضوئي، فالمشاهدات تبين أن الإلكترونات تنطلق لحظياً حتى عند ضعف شدة الإضاءة، وأن طاقة حركتها تزداد بزيادة التردد ولا تتوقف على شدة الضوء، وأنه لا يتحرر إلكترون إذا كان التردد أقل من التردد الحرج مهما كانت شدة الإضاءة.
  • فسّر أينشتين هذه المشاهدات بأن الضوء يتكون من فوتونات، وأن الإلكترون يتحرر عند سقوط فوتون طاقته أكبر من دالة الشغل، ويظهر الفرق بين الطاقتين في صورة طاقة حركية.
  • وقد فاز أينشتين بجائزة نوبل في الفيزياء عام 1921 عن هذا التفسير.
  • في ظاهرة كومتون يصطدم الفوتون بالإلكترون الحر كما تصطدم كرات البلياردو، فيقل تردد الفوتون ويتغير اتجاهه، وتزداد سرعة الإلكترون ويتغير اتجاهه.
  • ولا يمكن تفسير ذلك بالنظرية الموجية، بل بفرض أن الفوتون يملك كمية حركة، وبتطبيق قانوني بقاء كمية الحركة وبقاء الطاقة على التصادم.
  • ولذلك تعد ظاهرة كومتون دليلاً على الخاصية الجسيمية للضوء.
  • يتميز الفوتون بأنه كم من الطاقة مركز في حيز صغير، وله كمية حركة، ويتحرك بسرعة الضوء الثابتة مهما كان تردده.
  • وقوة الفوتونات على سطح كبير الكتلة مثل الحائط ضئيلة لا تؤثر فيه، لكنها تؤثر في إلكترون حر لصغر كتلته وحجمه فتقذفه بعيداً.
  • الموجة الكهرومغناطيسية تصف السلوك الجماعي لعدد هائل من الفوتونات، وتدل شدتها على مدى تركيز الفوتونات.
  • ويعتمد اختيار النموذج على حجم العائق: إذا كانت أبعاده أكبر كثيراً من الطول الموجي يُستخدم النموذج الماكروسكوبي (الموجي)، وإذا كان العائق على مستوى الذرة أو الإلكترون يُستخدم النموذج الميكروسكوبي (الفوتوني).
  • والخاصيتان الموجية والجسيمية للفوتون متلازمتان.
  • ينعكس الضوء عن سطح أو ينفذ منه حسب مقارنة طوله الموجي بالمسافات البينية لذرات السطح.
  • فإذا كان الطول الموجي أكبر كثيراً من هذه المسافات تعامل الفوتونات السطح كسطح متصل وتنعكس عنه، وإذا كانت المسافات البينية مقاربة للطول الموجي تنفذ الفوتونات من بين الذرات، كما يحدث لأشعة إكس في الأوساط المختلفة.
  • عمّم دي برولي هذا التناظر على الجسيمات فإذا كانت الموجات لها طبيعة جسيمية، فإن للجسيم طبيعة موجية طولها الموجي λ = h / p. ويسلك الشعاع الإلكتروني سلوك موجة لها خواص الانتشار والتداخل والحيود كالضوء. والدليل على ذلك اختراع المجهر الإلكتروني، الذي يستخدم شعاع الإلكترونات لرؤية الأبعاد الصغيرة.
  • يتضح مما سبق أن الفيزياء الكلاسيكية لا تستطيع تفسير كثير من الظواهر، وخاصة تلك التي يتفاعل فيها الضوء أو الإشعاع الكهرومغناطيسي مع الإلكترون أو الذرة، لذلك تستخدم الخاصية الموجية أو الجسيمية للضوء كل في مكانه حسب حجم العائق الذي يعترض طريقه.
الدرس الثاني: الظاهرة الكهروضوئية وفرض دي برولي والمجهر الإلكتروني · 11 / 12
🔬 رسوم ومخططات بيانية علمية معتمدة

🔬 رسوم ومخططات بيانية علمية معتمدة

  • نستعرض في هذا القسم مخططات بيانية ونماذج تركيبية متقدمة لتعزيز الفهم العميق وتثبيت المفاهيم العلمية الأساسية.
شكل 9: العلاقة البيانية بين طاقة الحركة العظمى للإلكترونات وتردد الضوء الساقط يمثل المنحنى العلاقة بين الطاقة الحركية العظمى للإلكترونات وتردد الضوء الساقط، وهو خط مستقيم ميله ثابت بلانك. ويقطع المنحنى محور التردد عند تردد العتبة، ويقطع محور الطاقة عند قيمة مساوية لدالة الشغل بإشارة سالبة.
شكل 9: العلاقة البيانية بين طاقة الحركة العظمى للإلكترونات وتردد الضوء الساقط يمثل المنحنى العلاقة بين الطاقة الحركية العظمى للإلكترونات وتردد الضوء الساقط، وهو خط مستقيم ميله ثابت بلانك. ويقطع المنحنى محور التردد عند تردد العتبة، ويقطع محور الطاقة عند قيمة مساوية لدالة الشغل بإشارة سالبة.
شكل 9←العلاقة البيانية بين طاقة الحركة العظمى للإلكترونات وتردد الضوء الساقط يمثل المنحنى العلاقة بين الطاقة الحركية العظمى للإلكترونات وتردد الضوء الساقط، وهو خط مستقيم ميله ثابت بلانك. ويقطع المنحنى محور التردد عند تردد العتبة، ويقطع محور الطاقة عند قيمة مساوية لدالة الشغل بإشارة سالبة.: 🔬 رسوم ومخططات بيانية علمية معتمدة
الدرس الثاني: الظاهرة الكهروضوئية وفرض دي برولي والمجهر الإلكتروني · 12 / 12