ازدواجية الموجة والجسيم
المقدمة
 الفيزياء الكلاسيكية :- هي علم الفيزياء حتي نهاية القرن 19 .
                 تقوم بتفسير المشاهدات اليومية والتجارب المعتادة.

الفيزياء الحديثة :- هي علم الفيزياء من بداية القرن 20
تعتبر مدخلا لفيزياء الكم Quantum physics  .
تفسر الظواهر الفيزيائية الدقيقة                                                                                                                            على المستوي الذري Atomic scale                                                            
    وعلى المستوي دون الذري Subatomic scale  .
تفسر الظواهر الإلكترونية لنظم الإلكترونيات والاتصالات الحديثة.
تفسر التفاعلات الكيميائية على مستوي الجزيء باستخدام كاميرا فائقة السرعة  (د/احمد زويل)

تفسير بعص الظواهر الفيزيائية
1 : الموجات الكهرومغناطيسية (الطيف الكهرومغناطيسي)
الطيف الكهرومغناطيسي
طيف يحتوي على كل الترددات  و الاطوال الموجية الممكنة

أشعة كونية
Cosmic Rays أشعة جاما
-Raysγ أشعة اكس
X-Rays أشعة فوق بنفسجية
Ultra-violet Rays ضوء مرئي
Visible Rays أشعة تحت حمراء
Infra-Red Rays أشعة ميكرومترية
Microwaves
                 
                            يزداد التردد   ويقل الطول الموجي

اولا : التفسير حسب الفيزياء الكلاسيكية :
موجات تنتشر في خطوط مستقيمة
موجا ت تنعكس وتنكسر وتعاني الحيود والتداخل.
يشكل الضوء المرئي جزء محدود من الطيف الكهرومغناطيسي.
تختلف الموجات الكهرومغناطيسية في التردد والطول الموجي لكن سرعتها ثابتة في الفراغ   (3×108 m/s ( C=
لا تحتاج الي وسط مادي لانتشارها.
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
ثانيا : التفسير حسب الفيزياء الحديثة       وذلك بتجارب بلانك على إشعاع الجسم الأسود
الجسم الأسود :- هو الجسم الذي يمتص كل الأطوال الموجية للأشعة الساقطة عليه ثم يعيد إشعاعها كاملة   لذلك يعتبر ( ممتص مثالي Perfect absorber    مشع مثالي     Prefect Emitter ).
تمثيل الجسم الأسود المثالي: يمثل بتجويف مغلق به ثقب صغير تنحصر بداخله معظم الإشعاعات لكثرة الانعكاسات ويخرج منها جزء يسير يسمي إشعاع الجسم الأسود.

إشعاع الأجسام الساخنة :
جميع الأجسام الساخنة تشع ضوء وحرارة مثل (الأرض- مصباح - قطعة فحم -الشمس – النجوم ).
لون الضوء الصادر من الجسم الساخن متغير حسب درجة الحرارة أي تتغير شدة الإشعاع بتغير الطول الموجي .



منحني بلانك
(هي علاقة بين شدة الإشعاع والطول الموجي) وجد أن
تزداد النهاية العظمي لشدة الإشعاع m λ  بزيادة درجة حرارة المصدر (تناسب طرديا).
الطول الموجي المصاحب للنهاية العظمي لشدة الإشعاع يتناسب عكسيا مع درجة الحرارة (قانون فين)
                              =cons  T λ
                          cons =2.89×10-3    m.ok
      "تزاح النهاية العظمي لشدة الشعاع نحو الطول الموجي الأقل بزياد درجة الحرارة "
شدة الإشعاع للأطوال الموجية الأقصر والأطوال الموجية الأكبر تقترب من الصفر.
المنحنيات تتكرر بنفس الصيغة لجميع الأجسام الساخنة حتي الأرض والأشخاص والكائنات الحية.
اطلق على ظاهرة الإشعاع اسم إشعاع الجسم الأسود.

تفسير بلانك لإشعاع الجسم الأسود  
 ( تفسير الطيف الكهرومغناطيسي حسب الفيزياء الحديثة )
يتكون الإشعاع من دفقات(دفعات) من الطاقة يسمي كل منها الكوانتم Quantum (الكم أو الفوتون).
تزداد طاقة الفوتونات بزيادة ترددها ولكن يقل عددها  بزيادة الطاقة حيث
E=nhυ             ∴        E/n=nhυ
             زيادة التردد يؤدي لزيادة الطاقة ونقص عدد الفوتونات.

                                       تابع تفسير بلانك لإشعاع الجسم الأسود                                      
تصدر الفوتونات نتيجة تذبذب الذرات لذلك                                        
فهي  مكماة منفصلة وغير متصلة.                                                                                  
تأخذ مستويات الطاقة قيما     E=nhν                                                                                                    
حيث:   h :  ثابت بلانك  =6.625x10-34  JS  
υ : تردد الفوتون الساقط بالهرتز
لا تشع الذرة فوتونات طالما بقيت في مستوى طاقة واحد                                                              
عند انتقال الذرة من مستوى طاقة اعلى الي مستوى طاقة اقل تشع فوتون طاقته
E=hν=h c/λ
 وبذلك تزداد طاقة الفوتون بزيادة التردد(أي أن الفوتون جسيم له طبيعة موجية او موجة لها طبيعة جسيمية…… طبيعة مزدوجة)
يتكون الإشعاع من كم هائل من الفوتونات لذلك لا يمكن ملاحظة الانفصال بينها  لأن  للعين القدرة على الإحساس حتى بفوتون واحد ساقط عليها

تفسير الفيزياء الكلاسيكية للإشعاع
  الإشعاع موجات كهرومغناطيسية لذلك تزداد شدة الإشعاع بزيادة التردد اي بنقص الطول الموجي.
وهذا يتعارض مع نقص شدة الإشعاع عند الترددات العالية حسب الفيزياء الحديثة

دراسة بعض الإشعاعات
إشعاع الشمس
درجة حرارة سطح الشمس تساوي  ( 6000 o K).
تقابل النهاية العظمي لشدة الإشعاع الشمسي 500 nm  اي في نطاق الضوء المرئي لذلك
حوالي 40%  من طاقة الإشعاع الشمسي ضوء مرئي
حوالي 50% إشعاع حراري Infrared Radiation
10% في باقي مناطق الطيف.

إشعاع المصباح
درجة حرارة المصباح =( 3000oK )
تقابل النهاية العظمي لشدة الإشعاع   1000 nm
  لذلك لا ينتج عنه إلا 20% ضوء مرئي والباقي 80% في صورة إشعاع حراري

إشعاع الأرض
تمتص الأرض إشعاع  الشمس ثم تشعه مرة أخرى لذلك فدرجة حرارتها منخفضة
النهاية العظمى لشدة إشعاع الأرض       ويقع في نطاق الأشعة تحت الحمراء

أهمية إشعاع الأرض
        يتم تصوير إشعاع الأرض بواسطة أقمار صناعية وأجهزة محمولة بواسطة الأشعة تحت الحمراء او موجات ميكرومترية microwaves ( المستخدمة في الرادار) لتحديد مصادر الثروات الطبيعية  

تطبيقات عملية على إشعاع الأجسام
أجهزة الرؤية الليلية    :  التي تصور الأجسام ليلا بفعل ما تشعه من إشعاع حرارى
تقنية الاستشعار عن بعد(التصوير الحرارى) وتشمل
 أ- في الطب لكشف الأورام Tomography والأجنة Embryology
ب - في مجال الجريمة للكشف عن الجاني حيث يبقى اثر الإشعاع الحرارى للجسم في مكان الجريمة لفترة محدودة

التأثير الكهروضوئي photo electric effect
هو انبعاث الإلكترونات من المعادن تحت تأثير الضوء الساقط
حاجز جهد السطح
يحتوى المعدن على أيونات موجبة وإلكترونات سالبة حرة الحركة داخل المعدن
لا تستطيع الإلكترونات مغادرة سطح المعدن بسبب قوى التجاذب لداخل المعدن (حاجز جهد السطح )
حاجز جهد السطح
هو قوة التجاذب بين الإلكترونات والأيونات الموجبة في المعدن والتي تمنع تحرر الإلكترونات من سطح المعدن

تحرير الإلكترونات من سطح المعدن
ويتم ذلك بواسطة إكساب الإلكترون طاقة على صورة
1-طاقة حرارية   ويسمى  انبعاث حرارى
2- طاقة ضوئية   ويسمى انبعاث كهروضوئي

اولا  الانبعاث الحرارى للإلكترونات
       كما في أنبوبة أشعة الكاثود (CRT  )
فكرة عملها       انبعاث الإلكترونات من الفلز تحت التأثير الحرارى
الاستخدام        شاشة التلفزيون – الكمبيوتر – راسم الذبذبات
التركيب بالرسم والبيانات

 العناصر الأساسية
 1- المدفع الإلكتروني ويشمل
المهبط أو الكاثود : مصدر الإلكترونات ويسخن بواسطة الفتيل  حيث تكتسب الإلكترونات طاقة تمكنها من التغلب على حاجز جهد السطح
الشبكة :  تحدد مسار الشعاع الإلكتروني
المصعد أو الأنود :  يعمل على تعجيل الإلكترونات بإكسابها طاقة حركه ويوجهها الي الشاشة
2- الشاشة : مغطاه بمادة فلوريسية تضيء عند سقوط الإلكترونات عليها
 3- نظام تحريك الشعاع الإلكتروني : مجالات كهربية ومغناطيسية تعمل على تحريك الشعاع الإلكتروني بحيث يمسح الشاشة نقطة نقطه بمعدل 650 خط أفقي خمسين مرة في الثانية الواحدة
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ                      
ثانيا :الانبعاث الضوئي للإلكترونات من المعدن
عند سقوط ضوء على كاثود  داخل تجويف زجاجي تنبعث منه الإلكترونات وتمر في الدائرة الخارجية على شكل تيار كهربي    وتسمى الإلكترونات المنطلقة (الكترونات  كهرو ضوئية )


تفسير الفيزياء الكلاسيكية  للظاهرة الكهروضوئية
شدة التيار أو انطلاق الإلكترونات الكهروضوئية من المعدن تتوقف على شدة الضوء الساقط  ولا تتوقف على التردد
طاقة حركة الإلكترونات (أو سرعتها) تزداد بزيادة شدة الضوء بصرف النظر عن التردد
تسليط الضوء على المعدن لمدة طويلة يكفى لتحرير الإلكترونات مهما قلت شدته  بصرف النظر عن التردد وهذا مخالف لما أثبتته الدراسة العملية

المشاهدات العملية (الدراسة العملية)
لا تنطلق الإلكترونات من المعدن مهما زادت شدة الضوء إلا اذا كان للضوء الساقط تردد معين  يسمى بالتردد الحرج     ( هو اقل تردد للضوء الساقط  يلزم لتحرير الإلكترونات من المعدن )
تزداد طاقة حركة الإلكترونات ( وسرعتها ) بزيادة تردد الضوء الساقط بصرف النظر عن شدته
اقل طاقة تلزم لتحرير الإلكترونات من المعدن تسمى دالة الشغل        

تفسير أينشتين للظاهرة الكهروضوئية
-اذا سقط فوتون طاقته ( ) على سطح معدن فان
اذا كانت طاقة الفوتون   تساوى دالة الشغل لسطح المعدن     فان الفوتون يكون قادر بالكاد على تحرير الإلكترون من سطح الفلز ويكون
اذا زادت طاقة الفوتون الساقط   عن دالة الشغل لسطح المعدن
      يحرر الإلكترون ويكتسب الفرق في الطاقة على شكل طاقة حركة


 بعد ذلك تتناسب شدة التيار الكهروضوئي مع شدة الضوء الساقط

تابع :تفسير أينشتين للظاهرة الكهروضوئية
اذا كانت طاقة الفوتون الساقط  اقل من دالة الشغل لسطح المعدن  لا تتحرر الإلكترونات من سطح الفلز مهما زادت شدة الضوء الساقط
انطلاق الإلكترونات يحدث لحظيا طالما أن تردد الضوء اكبر من    

ملاحظة
تختلف دالة الشغل لسطح المعدن    (  )باختلاف نوع المادة (يقل التردد الحرج بزيادة الوزن الذري)
دالة الشغل لسطح المعدن  هي اقل طاقة للفوتون الساقط تلزم لتحرير الإلكترون من سطح المعدن دون إكسابه طاقة حركة
( : تتوقف على لون الضوء الساقط )
التردد الحرج    اقل تردد للضوء الساقط على الفلز يلزم لتحرير الإلكترونات من سطح الفلز
والطاقة)

الأسئلة
اذا رفعت درجة حرارة الجسم المشع فإن النهاية العظمى لشدة الإشعاع
             ( لا تتأثر – تزاح نحو التردد الأقل - تزاح نحو التردد الأعلى -  تزاح نحو الطول الموجي  الأعلى )
شدة إشعاع الترددات العالية جدا
            (كبيرة جدا – متوسطة – تقترب من الصفر – لا توجد إجابة  )
يزداد عدد الفوتونات الصادرة من الجسم المشع
               (بزيادة التردد – بنقص التردد  - بزيادة الطاقة – كل ما سبق )
يتوقف تحرر الإلكترونات من السطوح المعدنية علي
                        ( سرعة الضوء الساقط - شدة الضوء الساقط -تردد الضوء الساقط – زمن التعرض للضوء الساقط )