فصل ازدواجية الموجة و الجسيم قابل للتعديل

فصل ازدواجية الموجة و الجسيم قابل للتعديل

فصل ازدواجية الموجة و الجسيم قابل للتعديل

للثانوية العامة

يمكنك تنزيل نسخة ورد فى نهاية الصفحة

ازدواجية الموجة والجسيم

  E الفيزياء الكلاسيكية:

(1)  تشمل الفيزياء الكلاسيكية كل ما سبق أن درسناه.

(2) تفسر هذه الفيزياء مشاهداتنا اليومية وتجاربنا المعتادة .

(3) من أهم ركائز الفيزياء الكلاسيكية التفرقة الكاملة بين الموجات والجسيمات.

(4) لا تستطيع تفسير الظواهر التي يتعامل فيها الضوء أو الإشعاع الكهرومغناطيسي مع الإلكترون أو الذرة .

E الفيزياء الحديثة:

(1)    تتعامل الفيزياء الحديثة مع مجموعة كبيرة من الظواهر العلمية التي لا نراها بصورة مباشرة في حياتنا اليومية مثل تأثير الضوء والإشعاع الكهرومغناطيسي علي الإلكترون أو الذرة .

(2)    تتناول الكثير من أثار هذا الكون التي لا تستطيع الفيزياء الكلاسيكية تفسيرها وخاصة عند التعامل علي المستوي الذري أو دون الذري .

(3)    يفسر هذا الفرع من الفيزياء كل الظواهر الإلكترونية الحديثة وهي أساس نظم الإلكترونيات والاتصالات الحديثة .

(4)    تفسر التفاعلات الكيميائية علي مستوي الجزيئات والتي تمكن العالم أحمد زويل من تصوير بعضها باستخدام كاميرا الليزر فائقة السرعة .

(5)    ألغت الفيزياء الحديثة جزءا من التفرقة بين الموجات والجسيمات ونادت بما يسمي بالطبيعة المزدوجة للجسيمات .

(6)    تعتبر الفيزياء الحديثة مدخلا مهما للميكانيكا النسبية ولفيزياء الكم .

إشعاع الجسم الأسود

 q استخدام الفيزياء الكلاسيكية لتفسير الضوء :

(1)          استقر فهمنا للضوء حتي الأن علي أنه موجات تنعكس وتنكسر وتعاني من التداخل والحيود .

(2)          الضوء المرئي جزء محدود من الطيف الكهرومغناطيسي

(3)          الموجات الكهرومغناطيسية تختلف عن بعضها في التردد والطول الموجي ولكنها تنتشر بسرعة ثابتة في الفراغ C = 3×10⁸ كما أنها لا تحتاج إلي وسط لانتشارها.

q إشعاع الأجسام الساخنة :

(1)     الأجسام الساخنة تشع ضوءا أو حرارة .

(2)     من أمثلة الأجسام الساخنة الشمس وسائر النجوم وقطعة الفحم المتقدة والمصباح الكهربي .

(3)     المصدر المشع لا يشع كل الأطوال الموجية السابقة بنفس القدر بل تختلف شدة الإشعاع باختلاف الطول الموجي وأحد هذه الأطوال الموجية تصاحبه أقصي شدة إشعاع λ_m أي أن اللون الغالب علي الضوء الصادر من كل مصدر من المصادر المشعة يكون متغيرا.

q منحني بلانك : هو المنحني الذي يوضح العلاقة بين شدة الإشعاع والطول الموجي .

-        قانون فين : الطول الموجي الذي تصاحبه أقصي شدة إشعاع λ_m يتناسب عكسيا مع درجة الحرارة المطلقة .

-        تفسير قانون فين :

(1)          كلما زادت درجة الحرارة كان الطول الموجي الذي عنده قيمة عظمي للإشعاع λ_m أقصر كما بالشكل .

(2)          يلاحظ من الشكل أيضا أنه كلما زاد الطول الموجي جدا أو قصر جدا فإن شدة الإشعاع تقترب من الصفر .

-        تفسير منحني بلانك :

(1) لم تستطع الفيزياء الكلاسيكية تفسير المنحنيات السابقة ( منحني بلانك ) لأن الفيزياء الكلاسيكية تعتبر الإشعاع موجات كهرومغناطيسية فقط لذا فإن شدة  الإشعاع تزداد بنقص الطول الموجي (أي بزيادة التردد) كما في المنحني (أ) .

(2) نلاحظ أن شدة الإشعاع تقل عند الترددات العالية أي في الأطوال الموجية القصيرة جدا ( كما في المنحني ب) .

q الإشعاع الصادر من الشمس :

درجة حرارة سطح الشمس 6000⁰k وهذا يجعل شدة الإشعاع العظمي تقع عند طول موجي = 500 nm أي 500 nm = 0.5 micron = 5000 A⁰ أي في نطاق الطيف المرئي ، لذا فإن :

(1)          حوالي 40% من الطاقة الإشعاعية للشمس تتكون من ضوء مرئي

(2)          حوالي 50% تقريبا إشعاع حراري .

(3)          باقي الإشعاع يقع في باقي مناطق الطيف .

q الإشعاع الصادر من المصباح الكهربي المتوهج :

درجة حرارة المصباح المتوهج 3000⁰k لذا فإن قمة منحني الإشعاع تقع عند طول موجي = 1000nm = 10^-6m = 1 micron = 1000A⁰ لذا فإن :

(1)          حوالي 20% من الطاقة الإشعاعية للمصباح ضوء .

(2)          الباقي يكون في صورة حرارة .

q أبحاث بلانك : وجد العالم بلانك أن المنحني السابق يتكرر مع كل الأجسام الساخنة التي تشع طيفا متصلا من الإشعاع ولا يقتصر ذلك علي الشمس بل يحدث للأرض والكائنات الحية .

q إشعاع الأرض :

(1)          نظرا لأن الأرض جسم غير متوهج فإنها تمتص إشعاع الشمس ثم تشعه مرة أخري .

(2)          درجة حرارة الأرض منخفضة كثيرا بالنسبة للشمس فإننا نجد الطول الموجي عند قمة المنحني حوالي 10 micron وهو في نطاق الأشعة تحت الحمراء

-        كيفية تصوير إشعاع الأرض :

هناك أقمار صناعية وأجهزة قياس محمولة جوا وأجهزة أرضية تصور سطح الأرض باستخدام مناطق الطيف المختلفة ومن بينها الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من سطح الأرض بالإضافة إلي الضوء في المجال المرئي وكذلك باستخدام الموجات الميكرومترية والتي تستخدم في الرادار.

-        أهمية تصوير الإشعاع الصادر من الأرض :

(1)          يقوم العلماء بتحليل هذه الصور لتحديد مصادر الثروة الطبيعية .

(2)          تستخدم في التطبيقات العسكرية مثل أجهزة الرؤية الليلية لرؤية الأجسام المتحركة في الظلام واضحة بفعل ما تشعه من إشعاع حراري .

(3)          كما يستخدم التصوير الحراري في الطب وكذلك في مجال الأورام والأجنة .

(4)          يستخدم في مجال اكتشاف الأدلة الجنائية ، حيث يبقي الإشعاع الحراري لشخص فترة بعد انصراف الشخص ، وتسمي هذه التقنية الاستشعار عن بعد .

ظاهرة إشعاع الجسم الأسود :

q الجسم الأسود : هو الجسم الذي الذي يمتص كل ما يسقط عليه من أشعة ذات أطوال موجية مختلفة  لذا فهو ممتص مثالي ، ثم يعيد إشعاعه بصورة مثالية أي يكون باعثا مثاليا أيضا .

-        يمكن تصور الجسم الأسود بأنه تجويف مغلق به ثقب صغير ، فإن ما بداخل هذا التجويف يبدو أسود ، لأن الإشعاع يظل في معظمه محصورا بداخله من كثرة الانعاكسات ولا يخرج إلا جزء يسير منه ، وهو ما يسمي إشعاع الجسم الأسود .

q تفسير بلانك لظاهرة إشعاع الجسم الأسود :

(1)     هذا الإشعاع يتكون من وحدات صغيرة أو دفقات من الطاقة يسمي كل منها الكوانتم (الكم) أو فوتون.

(2)     وعلي ذلك فإن الإشعاع الصادر من الجسم المتوهج وهو فيض هائل من الفوتونات الصادرة من الجسم المتوهج تزداد طاقتها كلما زاد ترددها .

(3)     عدد هذه الفوتونات يتناقص كلما زادت هذه الطاقة .

(4)     هذه الفوتونات تصدر من تذبذب الذرات .

(5)     طاقة هذه الذرات المتذبذبة ليست متصلة وإنما مكمأة أو غير متصلة أي منفصلة .

(6)     تأخذ مستويات الطاقة قيما E = h υ حيث h هو ثابت بلانك h = 6.625×10^-34 ، وυ هو التردد .

(7)     لا تشع الذرة طالما بقيت في مستوي واحد ، ولكن كلما انتقلت الذرة المتذبذبة من مستوي طاقة عال إلي مستوي طاقة أقل فإنها تصدر فوتونا طاقته E =hυ وبذلك توجد فوتونات ذات طاقة عالية اذا كانت υ كبيرة ، وفوتونات ذات طاقة منخفضة اذا كانت υ صغيرة .

(8)     حيث أن الإشعاع يتألف من بلايين من هذه الفوتونات ، فنحن لا نلاحظ هذه الفوتونات منفصلة ، ولكن نلاحظ خواص الإشعاع الصادر ككل ، وهذه الخواص التي تعبر عن فيض الفوتونات هي الخواص الكلاسيكية للموجات والعين قادرة علي الإحساس حتي بفوتون واحد ساقط عليها .

التأثير الكهروضوئي

{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{

q حاجز جهد السطح :

(1)     يحتوي المعدن علي أيونات موجبة وإلكترونات حرة .

(2)     تستطيع الإلكترونات الحرة أن تتحرك داخل المعدن .

(3)     لا تستطيع الإلكترونات أن تغادر المعدن بسبب قوي التجاذب التي تجذبها نحو الداخل (حاجز جهد السطح )

q تحرير الإلكترونات من المعدن :

يمكن لبعض هذه الإلكترونات أن تتحرر وتخرج من المعدن اذا أعطيناها :

(أ‌)    طاقة حرارية .                  (ب) طاقة ضوئية .

q أنبوبة شعاع الكاثود C.R.T : تعتمد فكرة هذه الأنبوبة علي تحرر الإلكترونات بإعطائها طاقة حرارية أو ضوئية وتستخدم هذه الأنبوبة في شاشة التلفزيون والكمبيوتر .

-        تركيب أنبوبة شعاع الكاثود : أنبوبة مفرغة من الهواء تقريبا تحتوي علي :

(1)     المدفع الإلكتروني : ويتركب كما في من :

(أ‌)    المهبط أو الكاثود : وهو سطح معدني يمكن تسخينه بواسطة فتيلة التسخين فتنطلق منه بعض الإلكترونات بتأثير الحرارة متغلبة علي قوي الجذب عند السطح .

(ب‌)      الشبكة : تعترض الشبكة طريق الإلكترونات لذا فإنها تتحكم في شدة تيار الإلكترونات .

(ج) المصعد أو الأنود : وهو القطب الموجب ويعمل علي إلتقاط الألكترونات التي تتحرر من الفتيلة وينشأ عن ذلك مرور تيار كهربي في الدائرة الخارجية كما أن الأنود متصل بالشاشة لذا فإنه يوجه تيار الإلكترونات إليها .

(2) الشاشة : عندما تصطدم الإلكترونات بالشاشة فإن الأخيرة تصدر ضوءا تختلف شدته من نقطة لأخري حسب شدة الإشارة الكهربية المرسلة .

(3) نظام تحريك شعاع الإلكترونات : يمكن توجيه حزمة الإلكترونات بوسطة مجالات كهربية او مغناطيسية تصدر عن الألواح (x,y) فتعمل علي تحريك شعاع الإلكترونات بحيث يمسح الشاشة نقطة بنقطة حتي تكتمل الصورة المرسلة علي الشاشة .

q تحرير الإلكترونات من المعدن بتأثير الضوء: عندما يسقط ضوء علي الكاثود C بدلا من تسخين الفتيلة فإن تيارا يمر في الدائرة يدل علي أن الإلكترونات تحررت من الكاثود بتأثير الضوء ، وتسمي هذه الظاهرة ( ظاهرة التأثير الكهروضوئي) وتسمي الإلكترونات المنطلقة الإلكترونات الكهروضوئية .

-        ظاهرة التأثير الكهروضوئي : هي انطلاق الإلكترونات بسبب سقوط ضوء علي سطح معدني .

 q تفسير ظاهرة التأثير الكهروضوئي :

-        أولا : لم تستطع النظرية الكلاسيكية للضوء تفسيرها للأسباب التالية :

النظرية الكلاسيكية تنظر للضوء علي أنه موجات وطبقا لهذا التصور لابد أن يحدث الأتي :

(1)  يسخن الضوء المعدن وعندئذ تعطي موجات الضوء طاقة للإلكترونات كي تنطلق .

(2) شدة التيار أو انطلاق الإلكترونات الكهروضوئية يتوقف علي شدة موجة الضوء الساقطة بصرف النظر عن ترددها υ .

(3) الطاقة الحركية للإلكترونات المنطلقة وبالتالي سرعتها يجب أن تزداد بزيادة شدة الإضاءة.

(4) لو كانت شدة الإضاءة قليلة فإن تسليط الضوء لمدة طويلة كفيل بإعطاء الإلكترونات الطاقة اللازمة لتحريرها بصرف النظر عن تردد الموجة الساقط .

وقد وجد أن المشاهدة العملية تختلف تماما عن هذه التوقعات المبنية علي النظرية الكلاسيكية ، فقد وجد أن :

? انطلاق الإلكترونات يعتمد أساسا علي تردد الموجة الساقطة وليس شدتها فلا تنطلق الإلكترونات بتاتا إلا اذا كان تردد الضوء الساقط أعلي من قيمة معينة تسمي التردد الحرج υ_c .

? الطاقة الحركية للإلكترونات المنطلقة وسرعتها تتوقف علي تردد موجة الضوء الساقط وليس علي شدة الضوء .

? انطلاق الإلكترونات يحدث لحظيا وليس هناك فترة انتظار لتجميع الطاقة اللازمة لتحرير الإلكترونات اذا كانت شدة الضوء ضعيفة بل تنطلق الإلكترونات في هذه الحالة في التو واللحظة بشرط أن يكون تردد الضوء أكبر من الحد الحرج υ_c .

-        ثانيا : تفسير أينشتين لظاهرة التأثير الكهروضوئي :

(1)          اعتبر أينشتين أن الشعاع الضوئي عبارة عن حزمات أو كمات من الطاقة تسمي فوتونات تحمل كل منها كمية محددة من الطاقة E تتناسب قيمتها مع تردد الموجات E = hυ حيث h ثابت بلانك .

(2)          لكل معدن طاقة تلزم لتحرير الإلكترون من سطحه وتسمي هذه الطاقة (دالة الشغل) ويرمز لها بالرمز E_w وقد وجد أن : E_w = hυ ، حيث υ_c هو القيمة الحرجة لتردد الضوء الساقط والتي تعمل علي تحرير الإلكترون من هذا المعدن .

(3)         إذا سقط فوتون طاقته = hυ علي سطح معدني وكانت هذه الطاقة مساوية لدالة الشغل hυ_c فإن هذا الفوتون يستطيع بالكاد أن يحرر إلكترونا وعندئذ يكون : E_W = hυ_c .

(4)          إذا زادت طاقة الفوتون الساقط hυ عن دالة الشغل hυ_c فإن الالكترون يتحرر ويظهر فرق الطاقة

hυ – hυ_c علي شكل طاقة حركية KE للإلكترون أي يتحرك بسرعة أكبر ، وبعد ذلك تتناسب شدة التيار الكهروضوئي مع شدة الضوء الساقط .

(5)          اذا كانت طاقة الفوتون الساقط hυ أقل من hυ_c أي E_W فإن الإلكترون لا يتحرر مهما كانت شدة الإضاءة ولا يحدث التيار الكهروضوئي .

(6)          يحدث انطلاق جميع الإلكترونات لحظيا ولا يكون هناك فترة انتظار لتجميع الطاقة بشرط أن تكون طاقة الفوتون hυ أكبر من دالة الشغل E_W .

q ملاحظة هامة : يلاحظ أن الطاقة اللازمة لتحرير الإلكترون hυ_c تتوقف علي دالة الشغل للمعدن فقط E_W أي علي نوع المادة ، ولا تتوقف علي شدة الضوء أو زمن التعرض للضوء أو فرق الجهد بين المصعد والمهبط .

-        دالة الشغل E_W : هي الحد الأدني من الطاقة اللازمة لتحرير الإلكترون من سطح المعدن .

-        القيمة الحرجة لتردد الضوء الساقط υ_C : هي أقل تردد للضوء الساقط يعمل علي تحرير الإلكترون من سطح المعدن ، أي أن لكل معدن تردد حرج للضوء الساقط عليه والذي يعمل علي تحرير الإلكترونات منه .

-        العوامل التي تتوقف عليها دالة الشغل لمعدن : نوع مادة السطح المعدني .

ظاهرة كوموتون

{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{

(1)          لاحظ كوموتون عند سقوط فوتون من أشعة X أو أشعة جاما γ وهي ذات تردد عال وطاقة كبيرة علي ألكترون حر يحدث الأتي :

(أ‌)        يقل تردد الفوتون ويغير اتجاهه أي أن الطول الموجي للفوتون المشتت λ₂ تكون أكبر من الطول الموجي للفوتون الساقط λ₁ .

(ب‌)  تزداد سرعة الإلكترون المشتت ويغير اتجاهه .

(2)          لا يمكن تفسير ذلك بالنظرية الموجية الكلاسيكية .

(3)          يمكن تفسيرها بفرض بلانك أن الشعاع الكهرومغناطيسي يتكون من فوتونات وأن هذه الفوتونات يمكن أن تصطدم بالإلكترونات تصادما مرنا كما تصطدم كرات البلياردو ، ونتيجة لهذا التصادم يحدث الأتي :

(أ‌)   تبقي كمية الحركة ثابتة : أي أن كمية الحركة قبل التصادم = كمية الحركة بعد التصادم .

(ب‌)               تبقي الطاقة ثابتة (قانون بقاء الطاقة ) : أي أن : ( طاقة الفوتون + طاقة الإلكترون ) قبل التصادم = ( طاقة الفوتون + طاقة الإلكترون ) بعد التصادم .

q الاستنتاج : مما سبق نجد أننا يجب أن نعتبر أن :

(1)          الفوتون بالرغم من اعتباره موجات إلا أن أصبح ينظر إليه كجسيم له كمية حركة أي سرعة وكتلة .

(2)          الإلكترون جسيم له سرعة وكتلة وبالتالي كمية حركة ويتصرف كأنه موجة ، أي أن تأثير كومتون إثبات للصفات الجسيمية للفوتون حيث يكون للفوتون كتلة وسرعة وكمية حركة .

خواص الفوتون

{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{

مما سبق من المشاهدات والتجارب تستنتج أن : الفوتون : ( هو كم من الطاقة مركز في حيز صغير جدا له كتلة وله كمية حركة )

(1)          طاقة الفوتون = hυ .

(2)          يتحرك الفوتون باستمرار بسرعة الضوء C وهي ثابتة مهما اختلف تردد الضوء

q العلاقة بين الكتلة والطاقة : أثبت أينشتين أن :

(1)  الكتلة والطاقة ترتبطان معا بعلاقته الشهيرة E = m × C² .

(2)  إذا فقد جزء من الكتلة فإنه يتحول إلي طاقة وهذا هو أساس القنبلة الذرية فقد وجد أن انشطار نواة الذرة يصحبه فقد كتلة صغيرة جدا ولكنها تتحول إلي طاقة كبيرة جدا لأن مربع سرعة الضوء كمية كبيرة جدا C² = 9×10¹⁶ m²/s² .

(3)  أعلن أينشتين اندماج قانون بقاء الكتلة وقانون بقاء الطاقة في قانون واحد هو ( قاون بقاء الكتلة والطاقة ) ، ومعني ذلك أن :

(أ‌)        الفوتون الذي طاقته E = hυ تكون كتلته m =  =  = أثناء حركته .

(ب‌)   كمية الحركة للفوتون = الكتلة × السرعة =  × c =  .

q تأثير حزمة من الفوتونات علي سطح :

إذا سقط شعاع من الفوتونات علي سطح فإن كل فوتون يسقط علي السطح وينعكس عنه يعاني تغيرا في كمية الحركة ، ويكون :

(1)          كمية حركة الفوتون الساقط = mC=  .

(2)          كمية حركة الفوتون المنعكس = mC=  .

(3)          :. التغير في كمية حركة الفوتون = mC- (- mC ) = 2mC = 2 ×  .

(4)          نفرض أن عدد الفوتونات الساقطة في الثانية الواحدة علي السطح = ф_L فوتون .

:. القوة التي تؤثر بها حزمة الفوتونات علي السطح = التغير في كمية الحركة في الثانية .

F = 2mC × ф_L         :. F= 2 ( ф_L =  N

 حيث P_w هي القدرة بالوات للطاقة الضوئية الساقطة علي السطح ، ويلاحظ أن :

(أ‌)    هذه القوة صغيرة جدا فلا تؤثر تأثيرا ملحوظا علي سطح الحائط وذلك لأن C وهي سرعة الضوء كبيرة جدا .

(ب‌)  يمكن أن تؤثر هذه القوة علي إلكترون حر لصغر كتلته وحجمه فتقذفه بعيدا ، وهذا هو تفسير ظاهرة كومتون .

q الموجة تصف السلوك الجماعي للفوتونات :

     { الخاصية الجسيمية للفوتون : في النموذج الميكروسكوبي (المجهري) : يمكن تصور الفوتون علي أنه كرة نصف قطرها يساوي الطول الموجي للموجة λ وتتذبذب بمعدل υ أي أن الضوء يعتبر مكون من جسيمات عندما يتفاعل مع الأجسام الصغيرة جدا مثل الذرات أو الإلكترونات .

    { الخاصية الموجية للفوتون :

(أ‌)  مجموعة الفوتونات لها مجال كهربي ومجال مغناطيسي والمجالان متعامدان  علي بعضهما وعلي اتجاه سريان حزمة الفوتونات (الموجة الكهرومغناطيسية) ، لذا فإننا نعتبر أن حزمة الفوتونات تحمل الطاقة التي يحملها شعاع الضوء .

(ب‌)  نستطيع أن نراقب الخواص الموجية في سلوك حزمة الفوتونات ككل وذلك لأن الحركة الموجية تكون مصاحبة لتيار فوتونات بأعداد كبيرة وهذا ما يسمي (النموذج الماكروسكوبي (أي الكبير ) ) .

أي أن النموذجين الماكروسكوبي والميكروسكوبي مرتبطان ببعضهما البعض .

q متي يستخدم كل من النموذجين الميكروسكوبي والماكروسكوبي للفوتون :

لما كانت الخاصية الموجية والخاصية الجسيمية للفوتونات متلازمتين فالمهم أن نفهم كيف نطبق كلا منهما في مكانه حسب حجم العائق الذي يعترض طريق الضوء فمثلا

(1)          اذا كان العائق له أبعاد أكبر بكثير من الطول الموجي λ طبقا للنموذج الماكروسكوبي وعندئذ ينظر للضوء علي أنه موجات .

(2)          اذا كان العائق علي مستوي الذرة أو الإلكترون أي في حدود λ فإننا لابد أن نتعامل مع النموذج الميكروسكوبي وعندئذ ننظر للضوء علي أنه فوتونات (جسيمات) .

q علاقة الطول الموجي للفوتون بكمية الحركة الخطية (علاقة دي برولي) :

λ = ( وبضرب البسط والمقام × h )

:. λ =  =

P_L = m × C = ×C =  

:.  =  

:. λ =

حيث h ثابت بلانك ، و λ الطول الموجي للفوتون ،  كمية الحركة .

q ملاحظات :

(1)     تنطبق العلاقة السابقة علي الفوتونات كما تنطبق علي الجسيم الحر حيث يصف الطول الموجي للموجة المصاحبة للجسيم .

(2)     الطول الموجي المصاحب للجسيم الحر يزداد بنقص كمية الحركة .

(3)     عند سقوط فوتونات علي سطح ما فإن مقارنة تحدث بين الطول الموجي للفوتون λ والمسافة البينية لذرات السطح فإذا كان :

(أ‌)    الطول الموجي λ أكبر بكثير من المسافات البينية فإن الفوتونات تتعامل مع هذا السطح كسطح متصل وتنعكس فيه كما في النظرية الموجية .

(ب‌)           اذا كانت المسافات البينية مقاربة للطول الموجي λ فإن الفوتونات تنفذ من خلال الذرات كما يحدث في حالة أشعة x .

الطبيعة الموجية للجسيم

{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{

(1) يوجد في الكون قدر كبير من التماثل .

فإذا كانت الموجات لها طبيعة جسيمية فلماذا لا يكون للجسيم المتحرك طبيعة موجية ؟

(2) ذكر العالم دي برولي أن الجسيم له طبيعة موجية .

(3) الطول الموجي للموجة المصاحبة للجسيم     λ = .

وهي معادلة مماثلة لمعادلة الفوتون السابقة علما بأن  هي كمية حركة الجسيم ، h ثابت بلانك .

E  ملاحظة :

     من العلاقة السابقة نجد أن الطول الموجي λ المصاحب لأي جسم يتحرك يتناسب تناسب عكسيا مع كل من :

(1)          كتلة الجسم m .

(2)          سرعة الجسم v .

q تفسير الطبيعة الموجية للفوتون والإلكترون :

-        أولا الفوتون : الفيزياء الحديثة تنظر للضوء علي أنه مجموعة هائلة من الفوتونات (جسيمات ) ، وهذه الفوتونات في مجموعها تصاحبها موجة تصف سلوكها الجماعي من انتشار وانعكاس وانكسار وتداخل وحيود بحيث تصف شدة الموجة تركيز الفوتونات .

-        ثانيا الإلكترون :

(1)          شعاع الإلكترونات ينظر إليه علي أنه مجموعة هائلة من الإلكترونات في مجموعها لها موجة مصاحبة تصف سلوكها الجماعي .

(2)          يحمل الإلكترون علي حدة الصفات الوراثية للكل من حيث الشحنة والكتلة والدوران حول نفسه (اللف المغزلي ) وكمية الحركة .

(3)          يكون للموجة المصاحبة خواص الانتشار والانعكاس والانكسار والتداخل والحيود تماما كما في الضوء .

q الاستنتاج :

    يمكن استخدام شعاع من الإلكترونات كما نستخدم شعاعا من الضوء ، وقد ظهر ذلك  جليا في  الميكروسكوب الإلكتروني . 

المجهر (الميكروسكوب ) الإلكتروني

{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{

-        المجهر الإلكتروني يعتبر من الأجهزة المعملية التي تعتمد علي الطبيعة الموجية للإلكترونات ، وهو يشبه الميكروسكوب الضوئي في نواح عديدة .

-        الاختلاف المهم بينهما هو قدرة التحليل ، لأن المجهر الإلكتروني له قدرة تحليلة كبيرة جدا ، لأن الإلكترونات بإمكانها أن تحمل طاقة حركة عالية جدا ومن ثم أطوالا موجية قصيرة ، وبالتالي يكون معامل تكبيره كبيرا جدا ، بحيث يستطيع أن يرصد أجساما صغيرة ، لا يستطيع الضوء العادي أن يرصدها .

-        يستخدم المجهر الضوئي الشعاع الضوئي ، أما المجهر الإلكتروني فيستخدم الشعاع الإلكتروني ، والشعاع الإلكتروني له طول موجي أقصر ألف مرة أو أكثر من الطول الموجي للشعاع الضوئي المرئي ، ولذلك فإن المجهر الإلكتروني له قدرة تمييز التفاصيل الدقيقة ، أما العدسات المستخدمة فهي عدسات مغناطيسية تركز شعاع الإلكترونات ، وتتم دراستها من خلال البصريات الإلكترونية .

ميكانيكا الكم

{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{

-        لتفسير النتائج السابقة في هذا الفصل وغيره اضطر العلماء الي استنباط ووضع قوانين جديدة في الميكانيكا تختلف عن الميكانيكا الكلاسيكية تسمي ( ميكانيكا الكم ) وبنيت هذه الميكانيكا علي فروض وضعها العالم شرودنجر .

E فروض شرودنجر :

(1)    طاقة الإلكترون في الذرة لها قيم ثابتة تسمي مستويات الطاقة .

(2)    لا تنبعث الطاقة من الذرة الا اذا انتقلت من مستوي أعلي إلي مستوي أقل .

(3)    يصدر هذا الانبعاث علي شكل فوتون طاقته hυ تساوي الفرق بين مستويي الطاقة وتسمي هذه ( عملية الاسترخاء) .

(4)    امتصاص الطاقة بواسطة الذرة يتم اذا كانت طاقة الفوتون الساقط تساوي الفرق بين مستويي الطاقة وعندئذ تستثار الذرة ويصعد الإلكترون من المستوي الأدني إلي المستوي الأعلي ، وهذه العملية تسمي (عملية الاستثارة ) .

(5)    اذا كانت طاقة الفوتون أكبر من طاقة التأين للذرة فإن الإلكترون يتحرر من الذرة تاركا الذرة الأم لتصبح أيون موجب .

(6)    عملية الاستثارة وعملية الاسترخاء عمليتان متلازمتان ، وفي حالة الاتزان الحراري تكون الذرة مستقرة نتيجة هذا التلازم والتوازن بين العمليتين .

(7)     هناك دالة تصف حركة الإلكترون داخل الذرة بحيث تعبر هذه الدالة عن احتمالية وجود الجسيم وقيمتها دائما موجبة ولكن تتغير قيمتها حسب المسافة .

مثال : احتمالية وجود الإلكترون داخل الذرة :

(1)          احتمالية وجود الإلكترون قرب النواة = صفر ، وذلك لأنه اذا اقترب من النواة تزداد سرعته جدا فيبعد عن النواة .

(2)          احتمالية وجود الإلكترون بعيدا عن النواة = صفر بسبب تأثير قوة جذب النواة له .

(3)          يظل الإلكترون محبوسا داخل الذرة .

وقد وجد أن فروض ميكانيكا الكم تتفق نتائجها مع المشاهدات العملية في كل ما يتصل بالجسيمات المحبوسة في حيز ضيق ، أما اذا كان الحيز كبيرا بالنسبة للجسيم فيمكن استخدام الميكانيكا الكلاسيكية .

فصل ازدواجية الموجة و الجسيم قابل للتعديل