تفضلو احبتي ورقة عمل عن الضوء
في المرفق
تمنياااتي لكمــ بالتوفيق والنجاااح
ودوام الصحه والعافية
الضوء.doc (57.0 كيلوبايت, 1174 مشاهدات)
T . Saleem 1
الضوء : ىو موجات كيرومغناطيسية ذات مدى واسع من الأطوال الموجية ينتقل بخطوط مستقيمة وسرعة كبيرة –
الانعكاس : ىو ارتداد الموجات الكيرومغناطيسية عند سقوطيا عمى سطح غير منفذ –
الانعكاس نوعان : انعكاس منتظم انعكاس غير منتظم – –
سؤال : أكمل الجدول التالي لممقارنة بين نوعي الانعكاس : –
الانعكاس
الأشعة الساقطة
) متوازية / غير
متوازية (
الأشعة المنعكسة
) متوازية / غير
متوازية (
السطح العاكس
)أممس / خشن (
مثال عميو
الرسم
منتظم
متوازية
متوازية
أممس مصقول
انعكاس الضوء
عن الم ا ريا
غير منتظم
متوازية
غير متوازية
خشن
لوحات المرور
سؤال : أي مما يمي يعتبر مثالاً عمى الانعكاس المنتظم وأييا يعتبر مثالاً عمى الانعكاس غير المنتظم ؟ –
مثال
نوع الانعكاس
انعكاس الضوء عن سطح ماء بحيرة في يوم صافي
منتظم
انعكاس الضوء عن عدسات النظارة
منتظم
انعكاس الضوء عن سجادة الصلاة
غير منتظم
انعكاس الضوء عن الموحات الإرشادية في الشوارع
غير منتظم
انعكاس الضوء عن سطح بناية من الخرسانة المسمحة
غير منتظم
انعكاس الضوء عن طبق فضي
منتظم
انعكاس الضوء عن ورقة
غير منتظم
الم ا ريا المستوية : –
منطقة الشارقة التعميمية مدرسة معاذ بن جبل لمتعميم الثانوي بنين
م ا رجعة ىامة فيزياء عمى ) انعكاس الضوء وانكساره (
الاسم :……………………… الصف العاشر/………
T . Saleem 2
الرمز ) ( يسمى : بُعد الجسم عن المرآة ، والرمز ) ( يسمى : بُعد الصورة عن المرآة
ما ىي صفات الصورة المتكونة في الم ا ريا المستوية : –
1 طول الصورة يساوي طول الجسم –
2 بُعد الصورة عن المرآة يساوي بُعد الجسم عن المرآة –
3 الصورة معتدلة –
4 الصورة معكوسة الجانب –
الصورة التقديرية : ىي صورة تتكون بواسطة امتدادات الأشعة المنعكسة ولا يمكن رؤيتيا عمى شاشة –
قانوني الانعكاس : –
1 ا زوية السقوط تساوي ا زوية الانعكاس –
2 يقع كل من الشعاع الساقط والشعاع المنعكس وعمود الانعكاس في مستوى واحد –
عمل لما يأتي تعميل عممي اً دقيق اً : –
1 تستخدم في السيا ا رت أمام السائق م ا ريا مستوية ؟ –
لأن الصورة المتكونة فييا معكوسة الجانب فيق أ ر السائق الكممة المعكوسة بشكل صحيح
2 الصور المتكونة في الم ا ريا المستوية تقديرية ) وىمية ( ؟ –
لأنيا خمف ) داخل ( المرآة لأنو لا يمكن استقباليا عمى حائل لأنيا تتكون من تلقي امتدادات – –
الأشعة المنعكسة
3 تكتب كممة إسعاف ) – AMBULANCE ( معكوسة عمى مقدمة سيا ا رت الإسعاف ؟
لأن الصورة المتكونة فييا معكوسة الجانب فيق أ ر السائق الكممة المعكوسة بشكل صحيح
الم ا ريا الكروية : ىي م ا ريا سطحيا العاكس جزء من سطح كرة –
وىي نوعان : مقعرة ) مجمعة ( محدبة ) مفرقة ( –
الم ا ريا المقعرة ) المجمعة ( : ىي م ا ريا سطحيا العاكس جزء من السطح الداخمي لكرة –
الرمز ) ( يسمى : البؤرة وىي نقطة تجمع الأشعة المنعكسة
والرمز ) ( يسمى : مركز التكور
والرمز ) ( يسمى : البعد البؤري وىو المسافة بين البؤرة والم آ رة
والرمز ) ( يسمى : نصف قطر تكور الم آ رة
بحيث أن :
T . Saleem 3
ملحظة ىامة : في الم ا ريا المقعرة يمكن أن تكون الصور : ) حقيقية تقديرية لا تتكون صورة ( – – –
بينما في الم ا ريا المستوية أو الم ا ريا المحدبة ) المفرقة ( تكون الصو رة المتكونة دائم اً تقديرية
كما أن بؤرة الم آ رة المقعرة حقيقية بينما لكل من الم أ رة المستوية والم آ رة المحدبة ) المفرقة ( بؤرة تقديرية
تستخدم المرآة المقعرة في : محلات التجميل وعند طبيب الأسنان وفي الطباخ ) السخان ( الشمسي –
الزيغ الكروي : ىو عيب في الم ا ريا المقعرة ينتج عنو تفاوت في تجميع الأشعة القريبة من المحور الأساسي لمم آ رة –
مقارنة بالأشعة البعيدة عنو
الصورة الحقيقية : ىي صورة تتكون عندما تتجمع الأشعة الضوئية بعد انعكاسيا عن سطح الم آ رة المقعرة –
ملحظة ىامة في الم ا ريا المقعرة : –
1 إذا سقط شعاع ضوئي موازياً لممحور الأساسي فإنو ينعكس ما ا رً بالبؤرة –
2 إذا سقط شعاع ضوئي ما ا رً بالبؤرة فإنو ينعكس موازياً لممحور الأساسي –
3 إذا سقط شعاع ضوئي ما ا رً بمركز التكور فإنو ينعكس عمى نفسو –
مثال : في كل من الأشكال الآتية استخدم مخططات الأشعة وحدد موضع صورة القمم ثم اكتب صفات الصورة ؟ –
T . Saleem 4
ملحظة ىامة : –
التمثيل البياني لمعلقة بين بعد الصورة وبعد الجسم عن المرآة :
فتكون معادلة الم ا ريا الكروية ىي :
ملحظة ىامة جداً : –
1 في الم آ رة المقعرة البعد البؤري ) – ( دائماً موجب
2 إذا كان ) – ( موجب تكون الصورة حقيقية أما إذا كان ) ( سالب تكون الصورة تقديرية
3 إذا وُضع الجسم أبعد من البؤرة تكون الصورة حقيقية –
4 إذا وُضع الجسم في البؤرة لا تتكون صورة –
5 إذا وُضع الجسم بين البؤرة والمرآة تكون الصورة تقديرية مكبرة –
6 في المرآة المقعرة الصورة الحقيقية دائماً مقموبة وتقع في ناحية الجسم –
7 في المرآة المحدبة الصورة دائماً ) تقديرية معتدلة مصغرة ( وتقع في الطرف المقابل لمجسم – – –
T . Saleem 5
مسألة : في الشكل المجاور أجب عما يمي : –
1 ما اسم الأداة البصرية ؟ مرآة مقعرة –
2 احسب البعد البؤري ليذه الأداة ؟ –
مسألة : في الشكل المجاور أجب عما يمي : –
1 أوجد ميل الخط المستقيم ؟ الميل –
2 أوجد بُعد الجسم عن المرآة عند النقطة ) – ؟ )
3 أوجد بُعد الصورة عن المرآة عند النقطة ) – ؟ )
4 أوجد البُعد البؤري ليذه المرآة ؟ –
مسألة : م آ رة مقعرة بعدىا البؤري ) – ( . احسب بعد صورة جسم موضوع أماميا عمى مسافة ) ؟ )
مسألة : وضع جسم عمى بعد ) – ( من م آ رة مقعرة فتكونت لو صورة خمف الم آ رة تبعد ) ( عنيا
احسب نصف قطر تكور المرآة ؟
مسألة : وضع جسم عمى بعد ) – ( أمام م آ رة فتكونت لو صورة عمى جدار يبعد ) ( عن الم آ رة
ما نوع ىذه الم أ رة ؟ ىل الصورة حقيقية أم تقديرية ؟ ىل ىي معتدلة أم مقموبة ؟ احسب البعد البؤري ليذه المرآة ؟
المرآة مقعرة لأن الصورة حقيقية تكونت عمى جدار
الصورة حقيقية لأنيا تكونت عمى الجدار
الصورة مقموبة لأنيا حقيقية
الجسم الأداة
الصورة
𝟏𝟓 𝐜𝐦
𝟓 𝐜𝐦
𝟏 𝟐 𝟑 𝟒 𝟓 𝟏 𝟐 𝟑 𝟒 𝟓 𝒂 𝟏𝒊 𝟏𝑶 𝟏𝒇 𝟏𝒇
T . Saleem 6
الم ا ريا المحدبة ) المفرقة ( : م آ رة سطحيا العاكس جزء من السطح الخارجي لكرة –
ملحظة ىامة جد اً : –
1 في الم ا ريا المحدبة يكون البعد البؤري ) – ( دائماً سالباً
2 في الم ا ريا المحدبة يكون بعد الصورة ) – ( دائماً سالباً
3 في الم ا ريا المحدبة تكون الصورة دائماً ) تقديرية معتدلة مصغرة ( – – –
وتقع في الطرف المقابل لمجسم
تستخدم الم ا ريا المحدبة في: المحلات التجارية وعمى جانبي السيارة لأنيا تعطي مدى واسع لمرؤيا –
مسألة : في الشكل المجاور أجب عما يمي : –
1 ما اسم الأداة البصرية ؟ مرآة محدبة –
2 احسب البعد البؤري ليذه الأداة ؟ –
مسألة : م آ رة محدبة بعدىا البؤري ) – ( تكون صورة لجسم عمى مسافة ) ( . أين يقع الجسم ؟
مسألة : كرة زجاجية قطرىا ) – ( وضع جسم عمى مسافة ) ( . أين تتكون الصورة وما صفاتيا ؟
انكسار الضوء ىو : انح ا رف الضوء عند انتقالو من وسط إلى آخر تكون سرعة الضوء في مختمفة –
1 إذا سقط شعاع ضوئي باتجاه مائل من وسط سرعة الضوء فيو كبيرة ) معامل انكساره صغير ( إلى وسط آخر سرعة –
الضوء فيو أقل ) معامل انكساره أكبر ( فإنو ينكسر ) مقترب اً من / مبتعد اً عن ( عمود الانكسار أي ينكسر
) مقترب اً من / مبتعد اً عن ( السطح الفاصل بين الوسطين
2 إذا سقط شعاع ضوئي باتجاه مائل من وسط سرعة الضوء فيو صغيرة ) معامل انكساره كبير ( إلى وسط آخر سرعة –
الجسم الأداة
الصورة
𝟏𝟓 𝐜𝐦 𝟓 𝐜𝐦
T . Saleem 7
الضوء فيو أكبر ) معامل انكساره أقل ( فإنو ينكسر ) مقترب اً من / مبتعد اً عن ( عمود الانكسار أي ينكسر
) مقترب اً من / مبتعد اً عن ( السطح الفاصل بين الوسطين
3 إذا سقط شعاع ضوئي عمودي اً عمى الحد الفاصل بين الوسطين أو منطبق اً عمى ) موازي اً ( عمود الانكسار فإنو –
) ينكسر مقترب اً / ينكسر مبتعد اً / لا ينكسر أي ينفذ (
سؤال : الرسم المجاور يبين شعاع ضوئي انتقل من وسط شفاف ) – ( إلى وسط
شفاف ) ( والمطموب :
1 ما اسم ىذه الظاىرة ؟ ظاىرة الانكسار –
2 الشعاع ) – 1 ( يسمى الشعاع الساقط والشعاع ) 2 ( يسمى
الشعاع المنكسر وال ا زوية ) 3 ( تسمى ا زوية السقوط
وال ا زوية ) 4 ( تسمى ا زوية الانكسار والعمود ) 5 ( يسمى عمود الانكسار
3 سرعة الشعاع الضوئي في الوسط ) – ( ) أكبر / أصغر ( من سرعتو في الوسط ) ( . ما السبب ؟
لأن الشعاع الضوئي عندما انتقل من الوسط ) ( إلى الوسط ) ( فإنو ) اقترب من / ابتعد عن ( عمود الانكسار
أي ) اقترب من / ابتعد عن ( السطح الفاصل بين الوسطين
ثاني اً عمل لما يأتي تعميل عممي اً دقيق اً : –
1 ينكسر الضوء عندما ينتقل بين وسطين شفافين مختمفين ؟ –
لأن أحد طرفي الموجة الضوئية يصل إلى السطح الفاصل بين الوسطين قبل الآخر فتتغير سرعتو مما يؤدي إلى تغير
اتجاه الموجة
2 إذا انتقمت سيارة باتجاه مائل من الطريق المعبد إلى مكان مغطى بالعشب فإنيا تنحرف ؟ –
لأنيا يجب أن تغير من سرعتيا
3 أنجح الصيادين من يسدد سيمو إلى سمكة في الماء فوقيا مباشرة ؟ –
لأنو في الإسقاط العمودي ينفذ الشعاع دون انكسار لذلك يحدد موقع السمكة بدقة
معامل الانكسار لمادة : نسبة سرعة الضوء في الف ا رغ إلى سرعتو في المادة –
أي :
مسألة : أوجد سرعة الضوء في الماس ذي معامل الانكسار ) – ( إذا عممت أن سرعة الضوء في اليواء تساوي
( ؟ )
وسط ) 𝑨 )
وسط ) 𝑩 )
𝟏
𝟐
𝟑
𝟒
𝟓
T . Saleem 8
قانون سنل في الانكسار: –
ملحظة ىامة : –
1 معامل الانكسار لميواء يساوي ) – )
2 معامل الانكسار ليس لو بعد وىو دائماً أكبر من واحد لأن سرعة الضوء في أي وسط أقل من سرعتو في اليواء –
مسألة : ينتقل شعاع ضوئي من اليواء إلى قطعة زجاج تاجي ب ا زوية سقوط ) – ( مع العمودي . المطموب أوجد
ا زوية الانكسار ؟
مسألة : ينتقل شعاع ضوئي من اليواء إلى قطعة شفافة لمادة معينة فتكون ا زويتا السقوط والانكسار مع العمودي –
( ( و ) ( عمى التوالي . ما معامل انكسار مادة القطعة الشفافة ؟
مسألة : في الشكل المجاور احسب ا زوية الانكسار في المياه العذبة ؟ –
العدسة : جسم شفاف يكسر الأشعة الضوئية فيجمعيا أو يفرقيا ليكون صورة –
ملحظة ىامة : في العدسة المجمعة يمكن أن تكون الصور : ) حقيقية تقديرية لا تتكون صورة ( – – –
بينما في العدسة المفرقة تكون الصورة المتكونة دائماً تقديرية
كما أن بؤرة العدسة المجمعة حقيقية بينما بؤرة العدسة المفرقة تقديرية
ملحظة ىامة في العدسات المجمعة : –
1 إذا سقط شعاع ضوئي موازياً لممحور الأساسي فإنو ينكسر ما ا رً بالبؤرة –
T . Saleem 9
2 إذا سقط شعاع ضوئي ما ا رً بالبؤرة فإنو ينكسر موازياً لممحور الأساسي –
3 إذا سقط شعاع ضوئي ما ا رً بمركز العدسة فإنو ينفذ دون أن ينكسر –
مثال : في كل من الأشكال الآتية استخدم مخططات الأشعة وحدد موضع صورة القمم ثم اكتب صفات الصورة ؟ –
T . Saleem 10
ملحظة ىامة جداً : –
1 في العدسة المجمعة البعد البؤري ) – ( دائماً موجب بينما في العدسة المفرقة البعد البؤري ) ( دائماً سالب
2 في العدسة المجمعة الصورة الحقيقية دائماً مقموبة وتقع في الطرف المقابل لمجسم –
3 في العدسة المفرقة تكون الصورة دائم اً ) تقديرية معتدلة مصغرة ( وتقع في ناحية الجسم – – –
مسألة : في الشكل المجاور إذا تكونت الصورة عمى بعد –
( ( من العدسة المطموب :
1 أكمل مخططات الأشعة لتحصل عمى الصورة المتكونة ؟ –
2 احسب البعد البؤري ليذه العدسة ؟ –
مسألة : وضع جسم عمى بعد ) – ( أمام عدسة مجمعة بعدىا البؤري ) ( . أوجد بعد الصورة عن
العدسة ؟ وما صفاتيا ؟
T . Saleem 11
مسألة : وضع جسم عمى بعد ) – ( أمام عدسة مفرقة بعدىا البؤري ) ( . أوجد بعد الصورة عن
العدسة ؟ وما صفاتيا ؟
مسألة : عدسة مجمعة بعدىا البؤري ) – ( وضع أماميا جسم عمى بعد يعادل خمسة أمثال بعدىا البؤري .
أوجد بعد الصورة عن العدسة ؟ وما صفاتيا ؟
النظا ا رت الطبية وعيوب الإبصار : –
تتكون عين الإنسان من جزء أساسي يسمى القرنية تعمل مع العدسة الشفافة كعدسة مجمعة تجمع الأشعة الضوئية في
منطقة حساسة لمضوء في مؤخرة العين تسمى الشبكية
سؤال : يلاحظ محمد أن والده كمما أ ا رد تصفح الجريدة يُبعدىا عن عينيو . ما عيب الإبصار الذي يعاني منو الوالد ؟ –
وكيف يعالج ىذا العيب ؟
طول النظر لأنو لا يرى الأجسام القريبة بوضوح ويعالج باستخدام عدسة مجمعة
أكمل الجدول التالي لممقارنة بين قصر النظر وطول النظر ؟ –
عيب النظر
قصر النظر
طول النظر
مدى الرؤيا
لا يرى الأجسام البعيدة بوضوح
لا يرى الأجسام القريبة بوضوح
مكان تجمع الأشعة
أمام الشبكية
خمف الشبكية
سبب ىذا العيب
طول شديد في العين أو زيادة
في تحدب عدستيا
قصر شديد في العين أو نقصان
في تحدب عدستيا
كيف يصحح ىذا العيب
باستخدام عدسة مفرقة أو
باستخدام الميزك
باستخدام عدسة مجمعة أو
باستخدام الميزك
الشكل
T . Saleem 12
ال ا زوية الحرجة والانعكاس الكمي الداخمي : –
في الشكل المجاور أجب عما يمي :
1 لماذا لم يغير الشعاع ) – ( اتجاىو ؟
لأنو سقط عمودياً عمى السطح الفاصل
2 ما اسم ال ا زوية ) – ( ؟ ال ا زوية الحرجة
3 ماذا سيحدث لمشعاع ) – ( ؟ ولماذا ؟
سينعكس انعكاس داخمي كمي لأن ا زوية السقوط ا زدت عن ال ا زوية الحرجة
4 ما ىي شروط حدوث الانعكاس الكمي الداخمي ؟ –
أن يسقط الشعاع الضوئي من وسط سرعة الضوء فيو أقل ) معامل انكساره أكبر ( إلى وسط آخر سرعة الضوء فيو
أعمى ) معامل انكساره أقل ( وأن تكون ا زوية السقوط أكبر من ال ا زوية الحرجة
5 اذكر بعض التطبيقات الحياتية لظاىرة الانعكاس الكمي الداخمي ؟ –
استخدام المناشير في بعض الأجيزة الضوئية بدلاً من الم ا ريا المطمية بالفضة أو الألمنيوم لأنيا مقاومة لمخدش –
وتعكس بكفاءة أكبر
الألياف البصرية المستخدمة في مجال الاتصالات لأنو يمكنيا نقل عدد كبير من المكالمات الياتفية واشا ا رت –
الحاسوب لمسافات بعيدة دون الحاجة لمحطات تقوية
في مجال الطب تستخدم بواسطة المنظار لنقل صور الأعضاء الداخمية لمجسم –
ال ا زوية الحرجة : ىي ا زوية السقوط من الوسط الذي لو معامل انكسار أكبر تقابميا ا زوية انكسار ) – ( مع العمودي
من الوسط الذي لو معامل انكسار أصغر
أي :
الانعكاس الكمي الداخمي : ىو الانعكاس الكامل الذي يحصل داخل مادة عندما تزيد ا زوية سقوط الضوء عن ال ا زوية –
الحرجة لممادة
مسألة : أوجد ال ا زوية الحرجة لضوء منتقل من الماء ) – ( إلى الثمج ) ؟ )
مسألة : عند انتقال الضوء من وسط شفاف إلى اليواء كانت ال ا زوية الحرجة ) – ( فما معامل انكسار مادة
الوسط الشفاف ؟
T . Saleem 13
أمثمة عمى الانكسار الجوي في حياتنا اليومية : رؤية قرص الشمس بعد غيابيا الس ا رب الصح ا روي – – –
سؤال : لماذا لا تحدث ظاىرة الس ا رب الصح ا روي في أيام الشتاء ؟ –
لأن درجة الح ا ررة لا تكون مرتفعة وبالتالي لا يحدث تغير واضح في معامل انكسار طبقات الجو
سؤال : لماذا لا يمكن حدوث ظاىرة الانعكاس الكمي الداخمي لمضوء عند انتقالو من اليواء إلى الماء ؟ –
لأن معامل انكسار الماء أكبر من معامل انكسار اليواء
سؤال : في أي من الظروف التالية تحدث ظاىرة الس ا رب ؟ –
1 فوق بحيرة ساخنة في يوم حار ؟ لا تحدث – 2 فوق طريق إسفمت في يوم حار ؟ تحدث –
3 فوق منحدر تزلج في يوم بارد ؟ لا تحدث – 4 فوق رمال الشاطئ في يوم حار ؟ تحدث –
5 فوق سيارة سوداء في يوم مشمس ؟ تحدث –
سؤال : اكتب اسم الظاىرة الفيزيائية التي تمثل كلاً من الأشكال التالية : –
سؤال : لديك مجموعة مختمفة من الم ا ريا والعدسات وضع أمام كل منيا جسم فحصمت عمى صورة لمجسم كما في –
الأشكال بالجدول . حدد من الرسم نوع الأداة المستخدمة في كل حالة ؟
الشكل
نوع الأداة
عدسة مفرقة ) مقعرة (
عدسة مجمعة ) محدبة (
مرآة مقعرة ) مجمعة (
الشكل
نوع الأداة
مرآة محدبة ) مفرقة (
مرآة مقعرة ) مجمعة (
عدسة مجمعة ) محدبة (
منتظم غير انعكاس صح ا روي س ا رب انكسار داخمي كمي انعكاس النظر طول
جسم
صورة
الأداة
جسم
صورة الأداة جسم
صورة
الأداة
جسم
صورة
الأداة
جسم صورة الأداة جسم
صورة
الأداة
حل مراجعة انعكاس الضوء وانكساره .pdf (1.69 ميجابايت, 126 مشاهدات)
المصابيـــــــح المتوهجة
تُعَدُّ المصابيح المتوهجة أكثر مصادر الضوء الكهربائي شيوعًا، وتوجد في كل بيت تقريبًا. كذلك فإن أضواء السيارة، ومصابيح اليد الكهربائية، هي أيضاً أنواع من المصابيح المتوهجة.
وتعتمد كمية الإضاءة المنبعثة من مصباح متوهج على كمية الكهرباء التي يستهلكها. ومعظم المصابيح المستخدمة في البيوت تتراوح قدرتها بين 40 و150 واطًا من القدرة. ويقيس مهندسو الإضاءة كمية الضوء المنبعثة من مصباح ما بوحدة تُدعى لومن. فمصباح عادي قدرته 100 واط يُعطي نحو 1,750 لومن. وتُطبع كمية القدرة التي يستهلكها مصباح ما بالواط على المصباح نفسه.
يتكوّن كل مصباح متوهج من ثلاثة أجزاء أساسية 1ـ الفتيلة 2ـ الزجاجة 3ـ القاعدة. وتُصدر الفتيلة الضوء، أما الزجاجة والقاعدة فتساعدان في القيام بهذا العمل.
الفتيلة (خيط المئبر)
سلك رفيع ملولب. تسري الكهرباء في السلك عند إشعال المصباح. لكن على هذه الكهرباء التغلب على مقاومة الفتيلة. وفي سبيل ذلك تُسخن الكهرباء الفتيلة إلى أكثر من 2,500°م. ودرجة الحرارة العالية هذه تجعل الفتيلة تبعث الضوء.
يستخدم صانعو المصابيح فلز التنجستن في صنع الفتائل؛ لأن قوة هذا الفلز تجعله يصمد أمام درجات حرارة عالية دون أن ينصهر. ويتألف الضوء المنبعث من فتيلة تنجستن من خليط من كل ألوان الضوء المنبعث من الشمس.
تتألف بعض المصابيح من أكثر من فتيلة واحدة. ويمكن إشعال هذه الفتائل فرديًا، حتى يمكن للمصابيح إنتاج كميات مختلفة من الضوء. فمثلاً يمكن أن يحتوي مصباح ما على فتيلة قدرتها 50 واطًا وأخرى قدرتها 100 واط. وتبعًا لطريقة إشعال الفتيلتين منفردتين أو معًا يمكن الحصول على ضوء يقابل 50 واطًا أو 100 واط أو 150 واطًا.
الزجاجــــــــــــة
تعمل على إبعاد الهواء عن الفتيلة فتحفظها من الاحتراق. وتحتوي معظم المصابيح على خليط من الغازات غالبها من غازي الأرجون والنيتروجين، وذلك بدلاً من الهواء. وتساعد هذه الغازات في إطالة عمر الفتيلة وتمنع الكهرباء من الانتشار داخل الزجاجة.
ُتغطَى زجاجة المصباح عادة بطبقة من طلاء يساعد في بعثرة الضوء من الفتيلة، ويقلل من بهره للعين. وتستخدم لذلك مادة السليكا، أو يمكن حفر الزجاجة بحمض ما. أما المصابيح الملونة، فتُطلى بلون يحجب كل الألوان إلا لون الطلاء. وتنتج المصابيح في أشكال عدة بما في ذلك أشكال كشعلة النار، وأشكال كمثرية، وأخرى مستديرة أو أنبوبية.
وعندما تحترق المصابيح المتوهجة يكون السبب غالبًا التبخر التدريجي للفتيلة، وفي النهاية انقطاعها. وقبل أن يحدث ذلك، فإن تيارات من الغاز داخل الزجاجة تقوم بنشر التنجستن المتبخر على السطح الداخلي للزجاجة. ويتسبب التنجستن المتبخر في ترسيب طبقة سوداء على السطح تدعى اسوداد جدار الزجاجة. وهذا الترسب يحجب بعضًا من الضوء وبالتالي يقلل من كفاءة المصباح.
وفي أحد أنواع المصابيح ويُدعى مصباح التنجستن ـ الهالوجين يمكن تجنب عملية الاسوداد المذكورة آنفًا. ويحتوي مثل هذا المصباح على زجاجة كوارتزية تحتوي على كمية قليلة من عائلة الهالوجين مثل البروم أو اليود. ويتحد الهالوجين داخل الزجاجة مع بخار التنجستن ويكوِّن غازًا. ويتحرك هذا الغاز حتى يلامس الفتيلة لكن حرارة الفتيلة العالية تعمل على حل الغاز. وبذا يعاد ترسيب التنجستن المتبخّر على الفتيلة وينطلق الهالوجين ليتحد مرة أخرى مع التنجستن المتبخر من الفتيلة.
القـــــــــــاعــــــــــدة
تحمل المصباح قائمًا وتثبته وتقوم بوصل المصباح بالدائرة الكهربائية.
مصابيح التفريغ الغازي
تقوم مصابيح التفريغ الغازية بإنتاج الضوء عن طريق مرور الكهرباء خلال غاز تحت الضغط، بدلاً من توهج الفتيلة . ومثل هذه العملية تدعى تفريغًا كهربائيًا. وتُسمى مثل هذه المصابيح أحيانًا مصابيح تفريغ كهربائي. وتضم هذه العائلة من المصابيح: المصابيح الفلورية ومصابيح النيون ومصابيح الصوديوم منخفضة الضغط ومصابيح بخار الزئبق ومصابيح الهاليد المعدنية ومصابيح الصوديوم عالية الضغط. ويُعَدُّ ضوء القوس الكهربائي نوعًا من مصابيح التفريغ الغازي. ولكن التفريغ في هذه الحالة لا يتم داخل زجاجة.
لا تُستخدم المصابيح الفلورية كثيرًا في المنازل، لكنها كثيرة الاستخدام في المكاتب والمدارس والمحلات التجارية. ويقوم مهندسو الإضاءة بتركيب أنواع أخرى من مصابيح التفريغ الغازي في المساحات الداخلية و الخارجية الواسعة، وتشمل مثل هذه المساحات المصانع والطرق ومواقف السيارات ومراكز التسويق والملاعب المدرَّجة. وتستخدم معظم مصابيح النيون في الإعلانات التجارية.
وباستثناء المصابيح الفلورية فإن مصابيح التفريغ الغازي لا تستخدم في المنازل. فلون الأشياء يبدو مختلفًا عند إضاءة هذه المصابيح، كذلك تزيد تكلفة هذه المصابيح على مثيلتها من المصابيح المتوهجة، لكنها تُعَمِّر أطول وتعطي ضوءًا أشد مقابل كل واط من القدرة. ولذا فإن حسابًا جامعًا لكل هذا قد يجعلها أرخص من المصابيح المتوهجة.
مصابيح التفريغ الغازي المنخفضة الضغط
تستخدم غازات الأرجون أو النيون أو غازات أخرى تحت ضغط منخفض لتقوم بإنتاج الضوء. وتضم هذه العائلة المصابيح الفلورية ومصابيح النيون ومصابيح الصوديوم منخفضة الضغط.
المصابيح الفلورية
يتكوّن المصباح الفلوري من أنبوب زجاجي يحتوي على غاز الزئبق وغاز الأرجون تحت ضغط منخفض. وتُسبب الكهرباء التي تسري في الأنبوب انبعاث الطاقة فوق البنفسجية من الزئبق المتبخر. والعين لا ترى طاقة الأشعة فوق البنفسجية في صورة ضوء. كما أن السطح الداخلي للأنبوب مغطى بمادة مفسفرة تبعث ضوءًا مرئيًّا عندما تصيبها طاقة الأشعة فوق البنفسجية.
مصابيــــــــح النيـــــــــــون
أنابيب مملوءة بالغاز، تتوهج عندما تحدث عملية تفريغ كهربائية داخلها. فغاز نيون نقي في أنبوب صاف يُعطي ضوءًا أحمر اللون. ويمكن إنتاج الضوء في ألوان أخرى بمزج غاز النيون بغازات أخرى، أو استخدام أنابيب ملونة أو مزيج من هاتين الطريقتين.
مصابيح الصوديوم المنخفضة الضغط
تتألف مثل هذه المصابيح من أنبوبين زجاجيين واحد منهما داخل الآخر. يحتوي الأنبوب الداخلي على صوديوم صلب ومزيج من غازي النيون والأرجون. وعند إشعال المصباح في البداية فإنه يبعث ضوءًا برتقاليًّا مائلاً إلى الاحمرار متطابقًا مع خصائص غاز النيون. ولكن كلما سخن الصوديوم، فإنه يتبخر ويصبح الضوء بعد ذلك أصفر اللون.
مصابيح التفريغ الغازي عالية الضغط
تستخدم مثل هذه المصابيح الزئبق، أو مركبات معدنية أو مركبات كيماوية أخرى تحت ضغطٍ عالٍ من أجل إنتاج الضوء. وتُسمَّى هذه المصابيح أيضًا مصابيح التفريغ عالية الشدة وتضم مصابيح بخار الزئبق ومصابيح الهاليد الفلزية ومصابيح الصوديوم العالية الضغط.
مصابيح بخار الزئبق
ولها زجاجتان إحداهما داخل الأخرى. وتُسمى الزجاجة الداخلية ـ وهي مصنوعة من الكوارتز ـ الأنبوب القوسي، أما الزجاجة الخارجية فتقوم بحماية الأنبوب القوسي. ويحتوي الأنبوب القوسي على بخار زئبقي تحت ضغط أعلى مما يوجد في المصباح الفلوري؛ وبذا فإن المصباح البخاري هذا يستطيع إنتاج الضوء دون الحاجة إلى طلائه بمادة فوسفورية. وينبعث من البخار الزئبقي ضوء أزرق اللون مائل إلى الاخضرار إضافة إلى الأشعة فوق البنفسجية. وإذا كان مصباح بخار الزئبق مصنوعًا من زجاجٍ صافٍ فإنه لا ينتج ضوءًا أحمر، وبذا فإن الأجسام الحمراء تبدو معه بنية اللون، أو رمادية، أو سوداء. أما مصابيح بخار الزئبق التي يُُغَطَّى فيها سطح الزجاجة الخارجية بمادة فوسفورية فإنها تقوم بإنتاج ضوء ذي عدة ألوان؛ إذ إن مادة الفوسفور تبعث ضوءًا أحمر عندما تقع عليها الأشعة فوق البنفسجية. وتُعمّر مصابيح بخار الزئبق أكثر من غيرها من المصابيح ذات القدرة المماثلة، ولكن هذه المصابيح تتطلب زمناً يبلغ نحو خمس إلى سبع دقائق لبناء ضغط البخار الزئبقي والوصول إلى سطوعٍ كاملٍ للضوء.
مصابيح الهاليد الفلزية
تحتوي هذه المصابيح على مركبات كيماوية من أي فلز مع الهالوجين. وتعمل مثل هذه المركبات على إنتاج ضوء متوازن من ألوان الضوء الطبيعي أكثر مما يتوافر في حالة مصابيح بخار الزئبق، ودون الحاجة إلى استخدام مادة فوسفورية. كذلك فإن هذه المصابيح تتمتع بحياة طويلة، وإنتاج ضوء عال، مقابل كل واط من القدرة. وتُعدُّ هذه المصابيح مثالية للاستعمال الخارجي وأحيانًا داخل المنازل.
مصابيح الصوديوم عالية الضغط
تشبه هذه المصابيح مصابيح بخار الزئبق، لكن أنبوبها القوسي مصنوع من أكسيد الألومنيوم بدلاً من الزجاج أو الكوارتز. وتحتوي على مزيجٍ صلبٍ من الصوديوم والزئبق إضافة إلى غاز نادر. وينبعث من المصباح ضوءٌ برتقالي أبيض يعمل على إكساب الألوان الزرقاء والخضراء نوعاً من الدُّكنة، كما أنه يحوِّل اللون الأحمر إلى لون برتقالي. ولهذا المصباح حياة طويلة وكفاءة ضوئية عالية.
مصادر أخرى للضوء الكهربائي
هناك مصدرا ضوء كهربائي ينبعث منهما ضوء خافت نتيجة استخدام الطاقة الكهربائية، وهما الصمام الثنائي مشع الضوء، واللوحات الكهروضوئية. ولا تتطلب هذه المصابيح زجاجةً أو تفريغًا أو فتيلةً لكن ضوءَها لا يكفي لإضاءة غرفة.
الصمَّامات الثنائية المشعة للضوء
وهي شرائح صغيرة من مادة زرنيخيد الجاليوم ـ أو أي مادة شبه موصلة أخرى صلبة. وتعطي هذه الصمامات ضوءًا أحمر أو أصفر أو أخضر اللون عندما تُهَيج ذراتها بطاقة كهربائية انظر: الضوء. وتستهلك هذه الصمامات طاقة قليلة، كما أنها تدوم طويلاً جدًا. وتستخدم مجموعات من هذه الصمامات في الحواسيب وحاسبات الجيب والساعات الرقمية لتكون أرقاماً أو حروفًا. يتألف إظهار نمطي مبني على هذه الصمامات من عدد من صمامات صغيرة يتم التحكم فيها فرديًّا بدوائر حاسوبية. وتعمل هذه الدوائر على إشعال نموذج معين من هذه الصمامات لتشكل حرفًا أو رقمًا.
ويعتمد العديد من الحواسيب الحديثة والساعات الرقمية على مُظْهِرَات بلُّورية سائلة. وتستهلك هذه المُظهِرَات الأخيرة قدرة أقل من الصمامات الثنائية المذكورة، لكنها لا تُرى إلا في وجود ضوء مباشرٍ؛ نظرًا لأنها لا تبعث الضوء من نفسها.
اللوحات الكهروضوئية
تتألف من طبقات من مواد فسفورية تحشر بين صفيحةٍ معدنيةٍ وطلاءٍ شفافٍ يوصل الكهرباء. وعندما تسري الكهرباء خلال الصفيحة ومادة الطلاء فإن المواد الفوسفورية تنتج سطوعًا ذا لونٍ أخضر مائل إلى الزرقة. وتستهلك هذه اللوحات طاقةً قليلة. ولكن لوحةً عالية السطوع لا تنتج ضوءًا أكثر مما ينتجه أصغر مصباح عادي. وتستخدم مثل هذه اللوحات أضواء ليلية وفي لوحات القياس والأجهزة في بعض الطائرات والسيارات.
نبــذة تـــــــــــاريخيـــــــــة
خلال منتصف القرن التاسع عشر الميلادي قام عدد من المخترعين بمحاولة إنتاج الضوء من الكهرباء. فتمكن العديد من الرواد من تطوير مصابيح متوهجة. وكانت مثل هذه المصابيح تعمل في البداية على البطاريات لكنها كانت سريعًا ما تحترق.
لم يتطلب الاستخدام الشائع للضوء الكهربائي مجرد توافر مصباح، وإنما تطلّب أيضًا طريقة رخيصة لتوزيع الكهرباء على أصحاب المصابيح. لذا طوّر المخترع الأمريكي توماس أديسون طريقة كهذه. وأصبح بالتالي مكتشف الضوء الكهربائي. ففي عام 1879م، اخترع إديسون مصباحه المتوهج وكان من مكوناته الرئيسية فتيلة مكوّنة من خليط كربوني. وخلال السنوات الأولى من القرن التاسع عشرالميلادي طور أديسون أول محطة كهربائية تقوم بتوليد الكهرباء وتوزيعها. وكانت هذه المحطة تقع في شارع بيرل بمدينة نيويورك. وبدأت عملها عام 1882م.
وبعد ذلك، وفي أوائل سني القرن العشرين، بدأ المهندسون يُجْرُون التجارب لتطوير مناحي الإضاءة الكهربائية، باستخدام مصابيح التفريغ الغازي. وقد أدّى عملهم هذا إلى تطوير المصابيح الفلورية ومصابيح بخار الزئبق في الثلاثينيات من القرن العشرين.
وقد تم اكتشاف الإضاءة الكهربائية في عام 1936م. أما المُظهِرَات البلّورية السائلة والصمامات الثنائية المشعة الضوء، فقد تم تطويرها نتيجة للأبحاث التي أُجريت باستخدام نبائط شبه موصلة في الستينيات من القرن العشرين. أما في السبعينيات من القرن العشرين فقد تمكن الباحثون من تطوير مصادر ضوء فعالة مثل، مصابيح الهاليد المعدنية ومصابيح تفريغ الصوديوم العالية الضغط.
شحالهم الشيوخ ..
الضوء هو إشعاع كهرومغناطيسي ذو طول موجي، يمكن العين البشرية أن تراه إذا وقعت طول موجته بين نحو 750 نانومتر (الضوء الأحمر) و370 نانومتر (الضوء البنفسجي)، والعين تستطيع رؤية الأجسام غير الشفافة من خلال انعكاس الضوء عليها. كلمة الضوء تطلق على هذا الحيز الوسطي من طيف الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يمتد من موجات الراديوية (أو موجات الراديو) المستعملة في إرسال الراديو بطول موجة بين السنتيمتر وعدة كيلومترات، ويمتد من الناحية الأخرى للأشعة تحت الحمراء ثم إلى الطيف المرئي ثم إلى الأشعة الفوق بنفسجية، إلى الأشعة السينية، ثم إلى أشعة جاما التي تصدر من أنوية الذرات ولها طاقات عالية تُقاس بالمليون إلكترون فولت MeV ودرجة نفاذ عالية.
محتويات [أخفِ]
1 انكسار الضوء
1.1 التداخل
1.2 الفتحة المزدوجة
1.3 الفتحة الفردية
2 تاريخ
3 الطيف المرئي
4 طبيعة الضوء وانتشاره
5 سرعة الضوء
6 المفعول الكهروضوئي
7 المنابع الضوئية
8 نظريات
8.1 نظرية الدقائق لنيوتن
8.2 نظرية ماكسويل للموجات الكهرومغناطيسية
8.3 نظرية اينشتاين للفوتون
8.4 النظرية الموجية الكمية
9 المراجع
[عدل] انكسار الضوء
الضوء هو موجة عرضية كهرومغناطيسية. ويعد الانعكاسK وانكسار الضوءK وانحرافه، والتضارب هم ظاهرة يتم ملاحظتها عن طريق الموجات . وتتحرك الموجة الميكانيكية المتكررة التي تعتبر بمثابة اضطراب أو تشويش متكرر من خلال موجة متوسطة. وتتحرك الموجة المتوسطة في أي مكان . كما تتقلب الذرات الفردية والجزيئات في موضعهم المتوازن , حيث لم يتغير موضعهم المتوسط . كما تنقل هذه الذرات الفردية والجزيئات بعض من طاقتهم لجيرانهم عند التفاعل معهم. وفي المقابل تنقل الذرات المجاورة طاقتها للذرات الاخري التي تجاورهم أسفل الخط .وبذلك يتم نقل الطاقة بهذه الطريقة من خلال الموجات المتوسطة , دون نقل أي مواد أخرى. وبالتالي , تعتبر كل نقطة علي واجهة الموجة هي مصدر النقاط التي تعمل علي إنتاج موجات جديدة . وفي الثلاث أبعاد , تعتبر هذه الموجات الجديدة موجات كروية حيث تسمي (بالمويجات) التي تنتشر نحو الخارج بسرعة الموجات الموجودة في محيط الموجات المتوسطة. كما تنبعث المويجات عن طريق النقاط الموجودة علي واجهة الموجة حيث تتداخل مع كل مويجة(تصغير موجة) لتنتج الموجة المهاجرة أو المغادرة. وتسمي هذه القاعدة (بقاعدة هيجيين) . وتقوم هذه القاعدة بالتحكم في الموجات الكهرومغناطيسية. وعندما نتعرض لدراسة انتشار الضوء , فإننا نحل أي واجهة موحية محل مزيج من المصادر التي تم اضطرابها اعلي الواجهة الموحية، حيث يشع الضوء في هذه المرحلة نقطة علي صدر الموجة واجهة الموجة الأصلية واجهة الموجة الجديدة . وتمثل واجهة الموجة الموجودة علي الناحية الأخري من الفتحة صدر الموجة الموضح بالأسفل , وذلك عندما يمر الضوء من خلال الفتحة الصغيرة , حيث يتماثل حجم الفتحة مع طول الموجة الضوئية. وينتشر الضوء علي حدود الحائل أو العارض. ويعتبر هذا العارض هو ظاهرة انحراف الضوء.
[عدل] التداخل
هوتهاجر موجتان أو أكثر في محيط الموجة المتوسطة بصورة مستقلة , كما تمر الموجات بعضهم من بعض. ونلاحظ اضطراب بسيط في بعض المناطق حيث تتداخل الموجات مع بعضها. وعندما تتداخل موجتان أو أكثر بعضها مع بعض , فان الإزاحة الناتجة تعد متساوية مع عمليات العزل الفردية. فإذا تداخلت الموجتان مع بعضهم لبعض بمقدار سعات متساوية, بمعني أن , إذا واجهت قمة الموجة اعلي القمة وإذا قابل جوف الموجة جوف الموجة الأخر, فإننا سنلاحظ علي التو الموجة الناتجة عن هذا التداخل بمقدار سعتين . كما أنة لدينا تداخل استدلالي .وإذا كانت الموجتان المتدخلتان خارج المرحلة بشكل كامل , بمعني أنة , إذا واجهت قمة الموجة جوفها , فان الموجتان سيقومان بإلغاء كل موجة تعتبر خارج المرحلة بشكل كلي . ولذلك فإننا لدينا تداخل مدمر ومهلك.
[عدل] الفتحة المزدوجة
وإذا كان الضوء ساقطا علي العارض الذي يشتمل علي فتحتان صغيرتان جدا , فان المويجات الصادرة من كل فتحة ستقوم بالتداخل وراء الحائل . كما أنة إذا سمحنا بسقوط الضوء علي الشاشة التي تقع وراء العارض , فإننا سنلاحظ نوعا من الخطوط اللامعة وأيضا المظلمة. كما يعرف هذا النوع من الخطوط اللامعة والمظلمة بالنمط الهامشي . بينما تشير الخطوط اللامعة والساطعة للتداخل البناء والاستدلالي , فان الخطوط المظلمة والداكنة تشير إلي التضارب المدمر والهدام. الشكل( فتحات – شاشة)
[عدل] الفتحة الفردية
وعندما يمر الضوء من خلال الفتحة الفردية الذي يبلغ عرضها بنفس طول الموجة الضوئية , فإننا سنلاحظ انحراف ضوئي في الفتحة الفردية التي يمر الضوء من خلالها. وتخبرنا قاعدة (هيجيين) بأننا من الممكن أن نعتبر كل جزء من الفتحة هو فتحة يصدر منها الموجات . وتتداخل هذه الموجات بعضها مع بعض لإنتاج نموذج من انحراف الضوء أو انكساره. وربما يحدث تضارب مدمر عندما يغادر الضوء الفتحة في اتجاه معين , ويحدث هذا التضارب بين الأشعة اعلي حافة الفتحة (شعاع رقم 1), وبين الأشعة الوسطى(الأشعة رقم 5). وإذا تضارب هذان الشعاعان بشكل مدمر , فتتداخل أيضا الأشعة الثانية والسادسة , والثالثة , والسابعة , والرابعة , والثامنة مع بعض. وعلاوة على ذلك , فان الضوء الصادر من وسط الفتحة يتضارب بعضه مع بعض بشكل مدمر , ويقوم بإلغاء الضوء المنبثق من النصف الأخر من الفتحة. ويتوسط الشعاع الأول والخامس طول الموجة خارج المرحلة وذلك إذا كان ينبغي أن يغادر الشعاع الخامس بدلا من الشعاع الأول نصف طول الموجة
كما نحتاج لتضارب مدمر لإنتاج أول هامش مظلم . وبالإضافة إلي ذلك يتم إنتاج الهوامش المظلمة الاخري في نوعا من الانحراف أو الانكسار الضوئي وذلك عن طريق الفتحة الفردية حيث توجد تلك الهوامش المظلمة علي زوايا θ
وإذا تم عرض نوع التدخل والتضارب علي شاشة ذات مسافة (L) من هذه الفتحات , فأنة من الممكن إيجاد طول الموجة من خلال مسافات الهوامش المظلمة.
[عدل] تاريخ
شكل اهتمام نيوتن بالميكانيكا دافعًا شديدًا لتفسير تركيبة الضوء على أساس ميكانيكي بحت. فقد افترض نيوتن أن الضوء عبارة عن جسيمات صغيرة تسير وفق خطوط مستقيمة ما لم يعترضها مانع ما. من الناحية التجريبية فقد كانت خواص الضوء، كالانعكاس على سطح مصقول والانكسار على سطح الماء معروفة في ذلك الوقت لذا كان على نيوتن إعطاء تفسير لهذه الظواهر على أساس نظريته الجسيمية. وحسب نيوتن فإن انعكاس الضوء على السطوح المصقولة بحيث تكون زاوية الانعكاس تساوي زاوية السقوط سببه التصادم المرن لهذه الجسيمات وارتدادها بنفس كمية الحركة. أما انكسار الأشعة الضوئية، فقد فسره باختلاف القوى المؤثرة على الجسيم في كلا الوسطين. لقد لاقت أفكار نيوتن نجاحًا في أول الأمر لكن سرعان ما اكتشفت ظواهر جديدة تناقض هذه الأفكار، لعل أهمها يتلخص في ظاهرة حيود الضوء. حيث إذا ما سلطنا منبع ضوئي على حاجز به ثقب فالملاحظ على شاشة وراء هذا الحاجز ظهور بقعة ضوئية أعرض من الثقب ويزداد حجمها كلما ابتعدنا عن الثقب. هذا يتعارض كلية مع قوانين نيوتن للحركة. فإذا افترضنا أن الضوء عبارة عن جسيمات تسير في خط مستقيم فإن ذلك يعني أن حجم البقعة الضوئية سيساوي حجم الثقب لأن الحاجز سوف يمنع الجسيمات التي لم تمر عبر الثقب من العبور. هذا دفع هوغنس إلى نتيجة أن الضوء عبارة في الحقيقة عن أمواج تنتشر في الفضاء بحيث تصبح كل نقطة من صدر الموجة بدورها منبع لموجة أخرى. ثم جاء اكتشاف آخر ليدعم فرضية الطبيعة الموجية للضوء، ألا وهو ظاهرة التداخل في تجربة شقي يونغ، حيث تسلط حزمة ضوئية على حاجز به شقين عرضهما بضع ملليمترات والمسافة بينهما بضعة سنتيمترات، ووضعت شاشة مشاهدة للأشعة خلف الحاجز. وكانت نتيجة التجربة مذهلة فقد لوحظ على الشاشة مساحات عديدة مضيئة مستطيلة مثل الشقين وأخرى مظلمة بحيث يكون ظهورها متناوبا ،أي مضيئ مظلم مضيئ مظلم وهكذا. أثر الظاهرة كان أوضح كلما كان حجم الشقين أصغر ويختفي تماما إذا ما زاد حجمهما عن بضع عشرات من المليمترات. وكان هذا دليلا على الطبيعة الموجية للضوء.
[عدل] الطيف المرئي
مقال تفصيلي :طيف مرئي يمكن تعريف هذا المدى من طيف الموجات الكهرومغناطيسية بإنه ذلك الطيف الذي يمكن أن يؤثر في العين فتحس بالرؤية، ويبدأ طيف الضوء المرئي عند اللون البنفسجي وينتهي عند اللون الأحمر. ونظرًا لأن حساسية العين تختلف باختلاف طول موجة الأشعة الضوئية المستقبلة فهي قادرة على التمييز بين الألوان المختلفة. وتكون حساسية العين أكبر ما يمكن عند الطول الموجي الذي يقع بين الأخضر والأصفر. وتقاس أطوال الموجات الضوئية بوحدات صغيرة جدا مثل الميكرومتر والنانومتر والانجستروم.
يمكن ملاحظة اختلاف الطول الموجي بالعين ثم يترجم داخل العقل للون من الأحمر وهو ذو أطول موجة حيث أن طوله الموجي 700 نانومتر، والبنفسجي ذو أقصر طول موجي حيث أن طوله الموجي حوالي 400 نانومتر، وبينهم ترد مختلف الألوان كالبرتقالي، والآخضر، والأزرق.
الطول الموجي الطيف الكهرومغناطيسي خارج مجال رؤية العين يطلق علية الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء. تستطيع بعض الحيوانات رؤية بعض الأطوال الموجية الطويلة مثل النحل.
إن تعرض الجلد للأشعة فوق البنفسجية لفترة طويلة يمكن أن يسبب حروق الشمس أو سرطان الجلد، ونقص التعرض يسبب نقص فيتامين د.
[عدل] طبيعة الضوء وانتشاره
ينتشر الضوء موجيًّا في جميع الاتجاهات وبسرعة فائقة جدًّا لدرجة أنه لا يوجد في حياتنا اليومية أي شيء يدعونا للقول إنه يتحرك أسرع من الضوء. ويكون انتشار الضوء في خطوط مستقيمة. لذلك فان لكل جسيم ظل عند سقوط الضوء عليه أو على أي شي يصدر منه، لذلك يمكن القول بأن انتشار الضوء في خطوط مستقيمة هو مبدأ علمي يتحقق من مشاهدة الظل، وكذلك فإن تجمع الضوء بالعدسات وبالكاميرات هو تطبيق لهذه الحقيقة. تختلف حساسية العين باختلاف الطاقة الإشعاعية المستقبلة من الأجسام المضيئة أو المرئية، والعين قادرة على التمييز بين الألوان المختلفة المكونة لضوء العادي ضوء الشمس المرئي الواصل لسطح الأرض حيث لكل لون خواص مختلفة عن اللون الآخر. ويقع حد حساسية العين في التمييز أو الرؤية للألوان أي للموجات الضوئية بين الضوء الذي طول موجته (4000A أو 400 نانو متر) إلى (7000A أو 700 نانومتر) أي هاتين القيمتين هما حدود الإحساس بالرؤية. لكن للعين أيضًا أن تكشف ضوء بطول موجة خارج عن هذه الحدود إذا كانت شدة الضوء عالية لدرجة كافية. ويستخدم الألواح الفوتوغرافية والكاشفات الإلكترونية الحساسة للكشف عن الإشعاع بدلاً عن العين البشرية وخاصة خارج الحدود المذكورة (4000-7000A) هذه الحدود تعرف بحدود الضوء المرئي (visible light).
وحسب تعريفنا السابق للضوء فيمكن أن نعرّف طبيعة الضوء استنادًا إلى معادلات ماكسويل ونظرية الكهرومغناطيسية بأنه عبارة عن اضطراب كهرومغناطيسي ينتشر على هيئة موجات مستعرضة، جزء منها يتغير فيها الجهد الكهربي دوريًّا، والجزء الآخر يتغير فيه المجال المغناطيسي دوريًّا أيضًا وبنفس معدل تغير الجهد الكهربي. والاثنان متعامدان على بعضهما.
موجة يتغير فيها المجال الكهربي E متعامدا على موجة يتغير فيها مجال مغناطيسي B. وتنتشر الموجة في الاتجاه k العمودي على المستوي الذي ينغير فيه المجالان (أي من اليسار إلى اليمين)وتتميز الموجة الكهرومغناطيسية عامة بالعوامل التالية :
1- سعة الموجة (a) بالمتر.
2- طول الموجة (λ) بالمتر.
3- سرعة الموجة (υ) متر/ثانية.
4- التردد (f) هرتز أي دورة/ثانية.
5- العدد الموجي (k) أي عدد الموجات لكل وحدة طول والذي يساوي (2Π/ λ) (متر) (-1).
6- الترددالزاوي (ω) والذي يساوي (ω=2Πf).
العلاقة الخاصة بسرعة الموجات تعطى كالتالي (υ=λ.f)، وفي حالة الموجات الكهرومغناطيسية تكون العلاقة c =λ.f حيث c سرعة الضوء في الفراغ. وهي تقدر بنحو 300000 كيلومتر / ثانية.
وقد أثبت أينشتين في النظرية النسبية أن سرعة الضوء في الفراغ ثابتة لا تتغير، وأنها أعلى سرعة على الإطلاق ولا تستطيع الأجسام الوصول إليها. حيث أن الأجسام تزيد كتلتها كلما إقتربت سرعتها من سرعة الضوء.
وفي علم البصريات والموجات تقاس الأطوال بوحدات صغيرة جداً والمستخدم هو الميكرومتر μm، والمللي ميكرومتر mm، أو النانومتر nm، أو الانجستروم A، حيث :
1A=10 (-10) meter
1μ=10 (-6) meter
1 nm = 10 (-3)µm=10 (-9) meter
فمثلاً طول الموجة الضوء الأصفر هي (5890A) وهي ضمن حدود حد الرؤية (4000A-7000A) ومنبع الضوء حولنا هي الشمس وهذا لا يعني أن الشمس فقط هي مصدر الضوء الوحيد، فالنجوم والمجرات تـُصدر ضوءا. وفى حياتنا اليومية نحصل على الضوء بواسطة الكهرباء والمصابيح. ولاننسى النار فهي أيضا مصدر للضوء.
[عدل] سرعة الضوء
كان الفلكيون يعتقدون أن الضوء ينتقل بسرعة لانهائية كما كان يُعتقد أن أي حدث يحدث في أي مكان في الكون يلاحظ في جميع النقاط الأخرى في الكون في الوقت ذاته. ويٌقال أن جاليلو قد حاول أن يقيس سرعة الضوء عام 1600 م ولكنة لم ينجح في تلك الفترة إلا بعد محاولات متعددة وأقتنع أن سرعة الضوء لانهائية أي لا يوجد شي أسرع من الضوء. ولكن في عام 1849 م نجح العالم فيزو بإعطاء قيمة لسرعة الضوء على كوكب الأرض. أما في الفضاء فان سرعة الضوء المطلقة هي (3exp8 m/s). وفي الأوساط المادية فينتقل الضوء بسرعة معتمدة على خواص الوسط. والعلاقة بين سرعة الضوء في الوسط (v) وسرعة الضوء في الفراغ c هي:
(c/n) = v = c.(ε.μ) (1/2)
حيث (v) سرعة الضوء في الوسط المادي.
وc سرعة الضوء في الفراغ وهي تساوي (3exp8 m/s).
و(ε) معامل السماحية الكهربائية أي (معامل سماح المجال الكهربائي للوسط).
و(μ) معامل النفاذيه المغناطيسية أي (معامل النفاذ للمجال المغناطيسي للوسط).
و (n=(c/v معامل الانكسار للوسط حيث يمثل النسبة سرعة الضوء بالفراغ وسرعة الضوء في الوسط أو (n^2= ε.μ) لذلك قيمته دائماً أكبر من الواحد.
سرعة الضوء في الماء هي ثلاثة أرباع سرعة الضوء في الفراغ. سرعة الضوء في الزجاج هي ثلثي سرعة الضوء في الفراغ.
حسبت سرعة الضوء بالفراغ وكانت القيمة المحسوبة 299،792،458 متر في الثانية، أما عند مرور الضوء في أوساط شفافة فان سرعته تقل كما أنه من الممكن ان يتعرض للانكسار والانعكاس حسب طبيعة الوسطين الذين يعبرهما.
[عدل] المفعول الكهروضوئي
تحدث ظاهرة المفعول الكهروضوئي (photoelectric effect) عند سقوط إشعاع كهرومغناطيسي على سطح معدن فينتج عنه تحرير إلكترونات من سطح المعدن. ذلك لأن جزءا من طاقة الشعاع الكهرومغناطيسي يمتصها الإلكترون المرتبط بذرات المعدن فيتحرر منه ويكتسب طاقة حركة وهذه العملية تعتمد على تردد موجة الضوء.
بقيت النظرية الموجية للضوء سائدة زمن طويل حتى نهاية القرن التاسع عشر إلى أن إكتـُشف المفعول الكهرضوئي فعمل على قلب المفاهيم عن طبيعة الضوء.
المفعول الكهرضوئي يتلخص فيمايلي: يسلط إشعاع ضوئي على معدن موضوع في ناقوس مفرغ من الهواء وفي وجود حقل كهربائي مطبق بين قطبين مربوطين بمقياس التيار الكهربائي. في حالة عدم وجود أي إشعاع يشير مؤشر الجهاز إلى الصفر. وعند تسليط الإشعاع يلاحظ تحرك مؤشر الجهاز دلالة على وجود تيار كهربائي، أي أن عددا من الإلكترونات انتـُزعت من المعدن وانتقلت تحت تأثير الحقل الكهربائي إلى القطب الموجب. إلى هنا لا شيء يتناقض مع النظرية الموجية, حيث يمكن الافتراض ان طاقة الموجة(والمتناسبة مع مربع سعة الموجة) انتقلت إلى إلكترونات المعدن. لكن التجربة أثبتت أن طاقة الإلكترونات لا تعتمد على شدة الإشعاع ولكن على تواتره : تستجيب الإلكترونات في الذرة لتردد شعاع الضوء بصفة خاصة، وزيادة شدة الإشعاع يُزيد فقط عددالإلكترونات.
العلاقة بين طاقة الإلكترونات E وتواتر الإشعاع f خطية:
V − hf = E
حيث V هو جهد التأين للمعدن ويسمى كذلك جهد الخروج, h هو ثابت بلانك وهو العدد المميز لميكانيكا الكم وهو يعطي العلاقة بين تردد الموجة وطاقة الموجة. وجهد التأين خاصية من خواص المادة ويعتمد على التوزيع الإلكتروني لذرة العنصر، ومقداره يختلف من عنصر إلى عنصر.
أول من قدم تفسير هذا المفعول كان ألبرت آينشتين فحسب هذا الأخير فإن الضوء يصدر في شكل كمات منفصلة من الطاقة تسمى فوتونات كل فوتون يحمل معه مقدارا من الطاقة يساوي جداءالتواتر بثابت بلانك.
ملاحظة: عكس ما يعتقد البعض فإن أينشتين حصل على جائزة نوبل على أعماله حول المفعول الكهروضوئي وليس عن النظرية النسبية
[عدل] المنابع الضوئية
هناك العديد من المنابع الضوئية. وأكثر هذه المنابع شيوعا هي المنابع الحرارية: وهي عبارة عن جسم يصدر عند درجة حرارة معينة طيفًا مطابقًا لإشعاع الجسم الأسود. ومن الأمثلة على ذلك الطيف (الإشعاع المنبعث من جو الشمس عند ذروة منحني بلانك حوالي 6000 كلفن من الطيف الكهرومغناطيسي)، المصابيح الكهربائية المتوهجة (التي تصدر فقط حوالي 7٪ من طاقتها كضوء مرئي والباقي كأشعة تحت الحمراء)، والجزيئات الصلبة المتوهجة في النيران.
تنزاح الذروة في طيف الجسم الأسود في اتجاه مجال الأشعة تحت الحمراء للأجسام الباردة نسبيا مثل البشر. وكلما ازدادت درجة حرارة الجسم (كالحديد المنصهر)، تنزاح الذروة إلى أطوال موجية أقصر، مولدة أولا توهجًا أحمرًا، ثم توهجًا أبيضًا، وأخيرًا توهجًا أزرقًا حين تنزاح الذروة خارجة من الجزء المرئي من الطيف داخلة إلى مجال الأشعة فوق البنفسجية. يمكن رؤية هذه الألوان عند تسخين المعدن إلى درجات حرارة عالية فنرى اللون الأحمر ثم اللون الأبيض . أما الإصدارات الحرارية الزرقاء فلا يمكن رؤيتها غالبًا. واللون الأزرق الذي نراه في لهب الغاز أو مشعل اللحام هو في الواقع نتيجة لانبعاثات جزيئية، وخصوصًا من جذور CH الحرة (تصدر حزمة موجية طولها حوالي 425 نانومتر).
تصدر الذرات الضوء وتمتصه عند طاقات مميزة. مما يولد خيوط الإصدار الذري في طيف كل ذرة. يمكن للإصدار أن يكون تلقائيا(Spontaneous emission)، كما في حالة مصباح ثنائي باعث للضوء، ومصباح التفريغ الغازي (مثل مصابيح النيون، ولافتات النيون، ومصابيح بخار الزئبق، وغيرها)، واللهب (ضوء صادر عن الغاز الساخن نفسه، على سبيل المثال، يـُصدر الصوديوم ضوءا أصفرا عند وضعه في لهب الغاز). ويمكن أيضا أن يكون الإصدار محفزًا، كما هو الحال في الليزر أو في الموجات الدقيقة للمايزر.
تباطؤ الجسيمات المشحونة، مثل الإلكترونات، يمكن أن يُولد إشعاعًا مرئيًا: إشعاع سيكلوتروني، وإشعاع سنكتروني، وأشعة انكباح. الجسيمات الأولية المتحركة بسرعة أكبر من سرعة الضوء ضمن وسط ما يمكن أن تولد إشعاع شيرنكوف.
تُولد بعض المواد الكيميائية إشعاعًا مرئيًا بعملية الضيائية الكيميائية. وكذلك في الأجسام الحية، تسمى هذه العملية بالضيائية الحيوية. فمثلا تقوم اليراعة بتوليد الضوء بهذه الطريقة، ويمكن للمراكب المبحرة في الماء أن تميز البلانكتون الذي يولد توهجًا ضعيفًا. تقوم بعض المواد بتوليد الضوء عندما تضاء بإشعاع ذي طاقة تناسب توزيعها الإلكتروني. تعرف هذه الظاهرة بالفلورية. وتستخدم في المصابيح الفلورية. تصدر بعض المواد الضوء بعد فترة قصيرة من تحفيزها بإشعاع طاقي، وتعرف هذه الظاهرة باسم الفسفورية .
يمكن تحفيز المواد الفسفورية بتسليط جسيمات دون الذرية عليها. والتألق المهبطي (بالإنجليزية: Cathodoluminescence) هو أحد الأمثلة على ذلك. هذه الآلية تستخدم في الرائي ذو أنبوب الأشعة المهبطية.
ويوجد آليات أخرى لإنتاج الضوء:
وميض
ضيائية كهربائية w:en:electroluminescence
ضيائية صوتية
ضيائية احتكاكية w:en:triboluminescence
إشعاع شيرنكوف
عندما يمتد مفهوم الضوء ليشمل الفوتونات ذات الطاقة العالية جدًا (أشعة غاما)، فإن آليات توليد الضوء تشمل أيضًا:
النشاط الإشعاعي
فناء الجسيم – الجسيم المضاد.
ميزت هيئة الإضاءة الدولية بين المنبع الضوئي والمضياء. المنبع الضوئي هو مصدر فيزيائي للضوء، مثل الشمس والمصابيح، بينما يشير مصطلح مضياء إلى توزيع قدرة طيفية خاص. وبالتالي يمكن توصيف المضياء مسبقًا، ولكن قد لا يمكننا تصنيعه عمليًا.[1]
[عدل] نظريات
لقد كان يٌعـتقد حتى نهاية القرن الثامن عشر بأن الضوء شبيه بالصوت ويحتاج إلى وسط مادي حتى ينتقل ويسمى هذا الوسط بالأثير الذي كان يعرفه العلماء بأنة مادة رقيقة جداً ذات كثافة متناهية في الصغر وذلك لتبرير إن الأثير لا يمكن ملاحظته ولكن تجربة (ميكلسون- مورلي) أثبت إن الأثير غير موجود.
ففي عام 1905م وضع اينشتاين فرضاً لحل هذه المشكلة والفرض يقول :
(إذا كان هناك عدد من الراصدين يتحركون بسرعة منتظمة كل منهم بالنسبة للآخر وأيضاً بالنسبة للمصدر الضوئي وإذا كل من الراصدين يقيس سرعة الضوء الخارج من المصدر فأنهم جميعاً سيحصلون على نفس القيمة لسرعة الضوء).
هي نفس فكرة جاليلو عام 1600م وهذا الفرض هو أساس النظرية النسبية الخاصة والتي استغنت عن فكرة وجود الأثير. وأثبت أن سرعة الضوء ثابتة في جميع المراجع.
[عدل] نظرية الدقائق لنيوتن
تصور نيوتن أن الجسم المضيء تنبعث منة جسيمات دقيقة كروية تامة المرونة وتسير بسرعة منتظمة كبيرة جداً وتختلف من وسط إلى آخر حسب كثافته. وتكون حركة هذه الجسيمات الكروية في خطوط مستقيمة في الوسط المتجانس الواحد وقد استدل نيوتن على أن الأشعة الضوئية عندما تصطدم بسطح عاكس فأن زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس كاصطدام كرة تامة المرونة بسطح أملس مرتدة بحيث زاوية سقوطها تساوي زاوية انعكاسها.
أما في ظاهرة الانكسار فأنه قد فسره نيوتن عندما تخترق هذه الجسيمات الكروية الضوئية أوساطاً مختلفة الكثافة مثل الماء أو الزجاج فأنها تنكسر داخل كل وسط وتنحرف عن المسار المستقيم لها. فعند انتقال الضوء من وسط اقل كثافة مثل الهواء إلى وسط أكثر كثافة مثل الماء فأن الوسط المائي يحرف هذه الجسيمات الضوئية إلى أسفل ومعنى ذلك أن المركبة الرأسية لسرعة الضوء المنكسر سوف تقل بحيث تقترب الجسيمات الكروية الضوئية من العمود على السطح الفاصل بين الوسطين.
وبذلك سوف تزداد السرعة المحصلة أي أن سرعة الضوء في الوسط الكثيف سوف تزداد وتصبح أكبر من سرعة الضوء في الوسط الخفيف (أي أن سرعة الضوء تعتمد على الكثافة الضوئية للوسط). وهذا غير صحيح ويخالف التجارب العلمية حيث أن سرعة الضوء تكون أكبر ما يمكن في الفراغ أي تزداد كلما قلت الكثافة للوسط فأن سرعة الضوء في ذروتها في الفراغ وبالتالي فشلت نظرية نيوتن في تفسير ظاهرة الحيود والتداخل والاستقطاب.
[عدل] نظرية ماكسويل للموجات الكهرومغناطيسية
وجد ماكسويل أن الضوء هو موجة كهرومغناطيسية سرعتها تساوي سرعة الضوء. أي أن الضوء موجات كهرومغناطيسية ذات طاقة، وقد أتضح أن الشحنة الكهربائية تولد مجالاً كهربائياً حولها وهي ساكنة، وتولد مجالاً مغناطيسياً وهي متحركة. كذلك التغير في المجال الكهربائي يولد مجالاً مغناطيسياً، وهذا نص قانون (أمبير). وأن التغير في المجال المغناطيسي يولد مجالا كهربائيا وهذا نص قانون (فاراداي). هذه الحقيقة هي أصل تكوين الموجات الكهرومغناطيسية حيث أن شحنة كهربائية متذبذبة تولد في الفضاء مجالين كهربائي ومغناطيسي ،أي مجالاً (كهرومغناطيسي) متغير وهذا المجال يتحرك في الفراغ بسرعة الضوء نفسها (3exp8 متر /ثانية) أي 300000 كيلومتر /ثانية.
C =1/ ((ε.μ) (1/2)) = 3 exp8
أما شدة الضوء (I) أو شدة الموجة الكهرومغناطيسية فهي
(الطاقة في وحدة الزمن لوحدة المساحة وعمودية على اتجاه انتشار الموجة)
. I= ε. (Eexp2). c
حيث (E) شدة المجال الكهربائي أو المغناطيسي (B).
يحدد المدى التقريبي للطيف الكهرومغناطيسي من موجات الراديو ذات الطول الموجي الطويل إلى أشعة جاما ذات الطول الموجي القصير جداً والطاقة العالية. والضوء المرئي أي الذي يمكن للعين البشرية رصد موجاته يقع بين مدى من فوق البنفسجي إلى تحت الأحمر.ومن الجدير بالذكر أنة لا توجد حدود تفصل مناطق الطيف من بعضها البعض.
عندما تسقط الموجات الكهرومغناطيسية على سطح ما وبصورة عمودية فأن الجسم يمتص تلك الأشعة وأن قوة تسمى قوة الأشعاع تظهر وتحسب من خلال العلاقة التالية :
F= P/ ©
حيث P هي الطاقة لكل وحدة زمن أي القدرة للموجة الكهرومغناطيسية الممتصة ويمكن الحصول على P من خلال العلاقة التالية:
P= (u) / c
حيث u هي الطاقة الكهرومغناطيسية.
[عدل] نظرية اينشتاين للفوتون
من أهم العلماء الفيزيائيين الذين قاموا بتفسير سلوك الضوء حول العالم بلانك الذي درس الطاقة الأشعاعية المنبعثة من الاجسام الساخنة واستطاع حسابها بالقانون التالي:
E= h. f
حيث (E) هي الطاقة و (h) هو ثابت يسمى ثابت بلانك ويساوي 6.635exp-34 J.s جول.ثانية. و (f) هو التردد الضوء المنبعث.
وأن الضوء ينبعث على شكل كمات صغيرة سماها الفوتون واقترح اينشتاين على أساس فرض بلانك أن الطاقة في الحزم الضوئية تنتشر في الفراغ بشكل حزم مركزة من الطاقة وهي الفوتونات ويكون انبعاثها على شكل كمات أي دفعات واقترح أن الضوء المار خلال الفراغ لا يسلك سلوك الموجة إطلاقاَ بل سلوك جسيم الفوتون وبذلك تعارض اينشتاين في أول الأمر مع مبدأ النظرية الموجية للضوء التي حققت نتائج مخبريه عظيمة ولكن بعد مرور فترة زمنية أيد اينشتاين فكرة النظرية الموجية وعارض نفسه أي عارض مبدأ سلوك الجسيمات.
وفي عام 1924م وضع العالم الفرنسي دي بروجلي مبدأ هام جداً وهو المبدأ السائد حتى الآن والذي نال على أثرة شهادة الدكتوراه في الفيزياء وينص على:
(أن للضوء صفة مزدوجة فهو يسلك سلوك الموجة تحت ظروف معينة – (وهذا يفسر الانعكاس والانكسار والاستقطاب والحيود والتداخل وهذا ما يتفق مع نظرية ماكسويل)- وأن الضوء يسلك سلوك الجسيم (الفوتون) تحت ظروف أخرى -(وهذا يفسر تفاعل الضوء مع المواد والظاهرة الكهروضوئية وظاهرة كومبتون وغيرها وهذا ما يتفق مع نظريات اينشتاين ونيوتن).
وهذا يعني أن للمادة صفة مزدوجة فإذا كان لدينا جسم كتلته (m) يتحرك بكمية حركة (p) فأن طول الموجة المصاحبة له تعطى من خلال القانون التالي :
λ = (h) / P
ومن وجه نظري فأن هذا القانون مهم جداً وهو محور النظرية الكمية لاحظ في القانون أن
P. λ= h
حيث أن (p) تمثل الاعتبارات الجسيمية(P = m. v حيث v سرعة الجسيم) و(λ) طول الموجة وحاصل ضربهم هو ثابت بلانك (h). ويعني بشكل أدق أنه يمكن القول بأن حزمة أي حزمة ضوئية لها تردد وطول موجي ويمكن اعتبارها موجة ويمكن القول أن الحزمة الضوئية مشكلة من الفوتونات أي لها طاقة حركة وكمية حركة.
[عدل] النظرية الموجية الكمية
لدراسة انتقال الطاقة كحركة موجية يتطلب عادة وسط حيث تتذبذب جزيئات الوسط. فالجسيم المتذبذب يؤثر بقوة على جارة فتجعله يتذبذب أيضاً وبهذه الطريقة فأن الحركة من جسيم إلى آخر وبالتالي يتم انتقال الطاقة الموجية في المادة، وهي حالة مشابهة لما يحدث في الماء عندما تنقل الطاقة إلى الضفة دون أن تنتقل جسيمات الماء نفسه أو انتقال الصوت في الهواء. وفكرة الأثير ابتكرت كي يكون هذا الوسط هو الوسط الناقل للضوء بالطريقة السابقة. ولكن الضوء حسب النظرية الكهرومغناطيسية لا يحتاج إلى وسط فهو يأتي من الشمس أي في الفراغ الذي لا وسط فيه وبسرعة الضوء المطلقة وبعد ذلك تبين من النظرية الكهرومغناطيسية أن الموجة الكهرومغناطيسيةعبارة عن تغير مجالين متوافقين بنفس التردد، أحدهما كهربائي (E) ووالآخر مغناطيسي (B).
وقد عُرّفت جبهة الموجة على أساس ذلك بأنها المحل الهندسي لجميع النقاط ذات الطور الواحد.
[عدل] المراجع
^ McDonald, Roderick(1997),Colour Physics for Industry(Second Edition ed.), Society of Dyers and Colourists, p. 99, ISBN 0 901956 70 8
الحيود
هو انحراف الموجات عن اتجاه انتشارها الأصلي حول حافة الحاجز أو حول حافتي فتحة صغيرة.
تفسير ظاهرة الحيود
تفسر هذه الظواهر بأن الحاجز يقطع قسما من صدر الموجة المتحركة ومن مبدأ هيجنز يمكن استنتاج أن ظاهرة الحيود يسببها تداخل الموجات البدائية عند حدود جبهة الموجة المنقطعة بالحاجز ونلاحظ أنه كلما كان حجم الحاجز أو الفتحة صغيرا بالمقارنة بطول الموجة كلما كانت ظاهرة الحيود أكثر وضوحا.
الحيود في الضوء
بما أن أطوال موجات الإشعاع الضوئي صغيرة جدا لذلك لا يمكن مشاهدة الحيود في الضوء إلا على مسافة كبيرة من الحاجز أو الفتحة ولذلك لا تبدو ظاهرة الحيود في الأمواج الضوئية للعين بسبب صغر طول موجات الضوء المستخدم .
نلاحظ حيود الضوء من شق مفرد اتساعه صغير جدا وتظهر هدب الحيود على شكل مناطق
مضيئة وأخرى معتمة وتقل شدتها تدريجيا كلما ابتعدنا عن المركز.
ملاحظة
عندما يكون حجم الحاجز أو الفتحة مقاربا بالقياس لطول الموجة نشاهد الحيود بقرب الحاجز مباشرة أما عندما يكون الحاجز كبيرا مقارنة بطول الموجة يمكن أن نشاهد الحيود ولكن على مسافة أكبر من الحاجز.
يفسر ماسبق أن التغيرات في جبهة الموجة التي يحدثها الحاجز تكون أكثر ظهورا كلما ابتعدنا عن الحاجز وبالتالي كلما كان حجم الحاجز أكبر كلما شوهدت ظاهرة الحيود على مسافة أبعد منه بشرط أن تكون طاقة الموجات كبيرة بدرجة كافية لكي يكون انعطافها وحيودها واضحا.
أمثلة على الحيود في حياتنا اليومية
يمكن مشاهدة حيود الضوء في حياتنا اليومية من خلال الأقراص المدمجة (CD & DVD)
حيث يوجد بها مسارات دائرية متقاربة وعند سقوط الضوء عليها ينعكس الضوء إلينا في شكل القوس قزح المألوف وذلك يحدث بسبب حيود الموجات الضوئية عليه حيث أن المسافات بين
المسارات مقاربة لطول الموجات الضوئية . الحيود يمكن استخدامه أيضاً في بعض التطبيقات التقنية فهو يضع حدودا أساسية لدرجة نقاء صور الكاميرا والتليسكوب أو الميكروسكوب.
وبالتوفيق لكم =)
الوحدة الأخيرة في كتاب الفصل الثاني محذوفة
معلومات موثقة من المدرسين و المدرسات
نفع الله بها
الضوء وطاقة الكم.rar (896.6 كيلوبايت, 1469 مشاهدات)
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته ..
انكسار الضوء
الخصائص البصرية للمادة
الضوء والابصار
هل سألت نفسك يوما كيف ترى الاشياء ؟ وهل تصورت نفسك وأنت تدرس وانقطع التيار الكهربائي فجأة ؟لا بد أنك ستشعر بالانزعاج لأنك لن ترى شيئا ؛فما هو الضوء وما علاقته بالابصار ؟
الضوء شكل من أشكال الطاقة الكهرمغناطيسية يسبب لنا الاحساس بالرؤية .
لقد كان التصور السائد قديما عند الاغريق ،أن الضوء يخرج من العين ويسقط على الجسم فنراه ، وبقي هذا الرأي سائدا الى أن جاء العلماء المسلمين وأبطلوا ذلك وبين العالم الحسن بن الهيثم وصحح هذه الفرضية وقال (ان الرؤية تتم نتيجة ورود الضوء من الاجسام المرئية الى العين فنراها ) ولتأكيد ذلك أنك اذا دخلت الى غرفة مظلمة فانك لن ترى شيئا .
تفاعل الضوء مع المادة
عندما يسقط الضوء على جسم ما فان قسما منه ينعكس وقسما ينكسر وقسما اَخر يمتصه الجسم .وما يحدث للضوء يحدث للامواج الكهرمغناطيسية أي أن :-
الطاقة الساقطة = الطاقة المنعكسة + الطاقة النافذة + الطاقة الممتصة
الطاقة الساقطة الطاقة الساقطة الطاقة الساقطة الطاقة الساقطة
1= معامل الانعكاس + معامل النفاذ + معامل الامتصاص
1= معامل الانعكاس + معامل النفاذ+ €
تقسم الاجسام الى أنواع :-
انواع الاجسام
أجسام مضيئة :- وهي التي تصدر الضوء من ذاتها مثل(الشمس).
أجسام مستضيئة :- وهي التي تعكس الضوء الساقط عليها مثل (القمر )
ومن حيث الشفافية تقسم الى :-
أجسام شفافة : تسمح للضوء بالنفاذ من خلالها (كالزجاج)
أجسام غير شفافة :-لا تسمح للضوء بالنفاذ من خلالها (الخشب)
خصائص الضوء
للضوء خصائص وهي :-
1- يسير في خطوط مستقيمة .
2- الانعكاس .
3- الامتصاص .
4- النفاذ.
5- الانكسار .
6- الظلال.
الانعكاس (Reflection)
الانعكاس هو ارتداد الضوء الساقط عن جسم فيبقى في الوسط نفسه ولا ينفذ للوسط الاخر .
قانونا الانعكاس :-
1- الشعاع الساقط ،والشعاع المنعكس والعمود المقام على السطح العاكس من السقوط ،تقع جميعها في مستوى واحد يكون دائما عموديا على السطح العاكس
2- أن زاوية الانعكاس تزداد بازدياد زاوية السقوط وتنقص بنقصانها وأنهما في جميع الحالات متساويتان .
( لقد ناقش العلماء منذ زمن الاغريق ،مسألة انعكاس الضوء ،وتوصلوا الى أن زاوية السقوط = زاوية لانعكاس كما توصل الحسن بن الهيثم الى القانون الاول ) .
أنواع الانعكاس :-
1- انعكاس منتظم :-عندما يكون سطح الجسم العاكس مصقولا كالمرآة وينتج منه أخيلة تعتمد على نوع السطح العاكس(زاوية السقوط = زاوية الانعكاس)
2 – انعكاس غير منتظم :- عندما يكون السطح العاكس خشناًَ فتتفرق الاشعة المنعكسة بزوايا منعكسة ولا تتكون أخيلة .
النفاذ (Transmission)
النفاذ :- هو انتقال الضوء (عندما يسقط على السطح الفاصل بين وسطين )من الوسط الاول الى الوسط الثاني ويسمى الوسط الذي ينتقل فيه الضوء بالوسط الشفاف ، كالزجاج .
أنواع المواد الشفافة :-
1- مواد تامة الشفافية:اذا نظرنا منها نرى معالم الجسم الموجود وراءها واضحة .
2- مواد نصف شفافة: هذه المواد لا تنفذ الضوء ؛لكنك لا تميز صورة الجسم الموجود وراءها بوضوح وتعمل هذه الجزيئات على تفريق الاشعة بداخلها ؛لذلك تنفذ الاشعة في اتجاهات مختلفة وبالتالي لا ترى بوضوح .
3- مواد مرشحة: وهذه المواد لا تنفذ جميع الوان الطيف ،بل تنفذ اللون الخاص بها فاذا نظرت في ورقة سيلوفان صفراء فانك سترى اللون الاصفر وهكذا
معامل النفاذ ومعامل الانعكاس
لقياس معامل النفاذ تستخدم جهاز يسمى الفوتومتر ، نستقبل الضوء من مصدر معين ونجد شدة الاستضاءة (ش1)ثم نضع المادة الشفافة بين مصدر الضوء والفوتومتر ونجد شدة الاستضاءة (ش2)عندئذ فان:- معامل النفاذ = ش1
ش2
يسمى معامل النفاذ الشفافية وهو غير ثابت للمادة الواحدة اذ تعتمد قيمته على سمك المادة الشفافة .ان المادة الشفافة تمتص جزءا من الطاقة الضوئية ويعتمد هذا الجزء على طول مسار الشعاع الضوئي في المادة الشفافة .
لقياس معامل الانعكاس نتبع الطريقة السابقة ،فنقيس شدة الاستضاءة الساقطة (ش1) وشدة الاستضاءة المنعكسة (ش2) فيكون :
معامل الانعكاس = ش3
ش1
الامتصاص (Absorption)
إن أي جسم يسقط عليه الاشعاع يمتص جزءا منه وأن معامل الامتصاص للمواد المختلفة يتراوح بين (7%) للفضة المصقولة و (99%) للدهان الاسود .
تتحول الطاقة التي يحدث لها امتصاص الى طاقة حرارية في المادة الماصة . وفي بعض الاحيان يصاحب هذا التحول ظواهر أخرى منها :ـــــ
1- في الخلية الكهروضوئية : ينتج من امتصاص الضوء الكترونات
2- في البطارية الشمسية :ينتج من امتصاص الضوء اختزان للطاقة الكهربائية .
3- في أوراق النبات الخضراء :ينتج من امتصاص الضوء حدوث عملية التمثيل الضوئي .
الانكسار (Refraction)
لماذا يبدو قاع بركة السباحة أقل عمقاً من عمق البركة الحقيقي ؟وإذا وضعت قلما في كوب ماء ،خيل إليك أن القلم مكسور عند سطح الماء فما السر في ذلك ؟
تعرفت سابقا أن الضوء يسير في خطوط مستقيمة في الوسط المتجانس ،وأنه إذا سقط على جسم غير شفاف فإن قسما منه ينعكس عنه بزاوية تساوي زاوية سقوطه ولكن ماذا يحدث للضوء إذا سقط على وسط شفاف يسمح له بالنفاذ منه ؟فما هو الانكسار؟ وما قوانينه ؟ وما التطبيقات عليه في المسائل الرياضية ؟وبعض مفاهيمه ؟ وبعض الظواهر الطبيعية المتعلقة به ؟وما هي المفاهيم الاساسية المتعلقة بالانكسار ؟ هذه الاسئلة وغيرها ستجيب عنها إن شاء الله من خلال الفصل التالي .
انكسار الضوء
مفهوم الانكســــــار :-
هو تغير مسار الشعاع الضوئي عند انتقاله من وسط شفاف الى
اخر مختلف عنه .
الكثافة الضوئية لوسط ما:
هو المقدار الذي يميز اعتماد سرعة انتشار الضوء على نوع الوسط وتقاس بالقيمة العددية لمعامل الانكسار المطلق للوسط أو هي قدرة الوسط على كسر الأشعة الضوئية عند نفاذها فيه
السطح الفاصل :
هو السطح الذي يفصل بين وسطين شفافين مختلفين في الكثافة الضوئية
الشعاع الضوئي الساقط :
هو الشعاع المتجه الى السطح الفاصل ويقابله في نقطة السقوط
زاوية السقوط :
هي الزاوية المحصورة بين الشعاع الضوئي الساقط
والعمود المقام من نقطة السقوط على السطح الفاصل
الشعاع الضوئي المنكسر:
هو المسار الجديد للشعاع الضوئي في الوسط
الثاني بعد نفاذه من السطح الفاصل
زاوية الانكسار:
هي الزاوية المحصورة بين الشعاع الضوئي المنكسر
والعمود المقام من نقطة السقوط على السطح الفاصل
قانونا الانكسار (1)
1- إن الشعاع الساقط والشعاع المنكسر والعمود المقام على السطح الفاصل من نقطة السقوط تقع جميعها في مستوى واحد.
2- إن النسبة بين جيب زاوية السقوط ،وجيب زاوية الانكسار تساوي مقدارا ثابتا
.ويكتب بالصيغة الرياضية كالتالي :-
قانونا الانكسار (2)
هذا وقد توصل الحسن بن الهيثم الى القانون الاول ،كما توصل الى أن ثم علاقة بين زاوية سقوط الشعاع الضوئي وزاوية انكساره ، إلا أنه لم يتوصل الى العلاقة الرياضية السابقة ولكن العالم الفلكي الهولندي (سنل) .
وإذا كان الوسط الاول في الفراغ (الهواء) فإن معامل الانكسار عندئذ يسمى معامل الانكسار المطلق للمادة أو اختصارا معامل انكسار المادة أي أن :-
ملاحظات
1- من القانون الأول يتضح أن بزيادة زاوية السقوط تزداد زاوية الانكسار ولكن ليس بصورة متناسبة.
2- للشعاعين الساقط والمنكسر خاصية انعكاسية .
3- عند عبور شعاع الضوء من وسط كثافته البصرية أقل – السرعة فيه أعلى – الى وسط كثافته البصرية أعلى – السرعة فيه أقل – فانه ينكسر مقتربا من العمود .
4- عند عبور شعاع الضوء من وسط السرعة فيه أقل الى وسط السرعة فيه أعلى – من ماء الى هواء – فان الشعاع ينكسر مبتعدا عن العمود ومقتربا من السطح الفاصل وفي هذه الحالة يكون معامل الانكسار النسبي بين الماء والهواء أصغر من الواحد وهذا الذي يفسر النقص الظاهري لعمق خزان الماء عندما ينظر الانسان الى الماء .
5 – اذا سقطت الأشعة الضوئية على السطح الفاصل بين وسطين شفافين بصورة عمودية فانها تنفذ الى الوسط .
أمثلة محلول
مثال (1) :-
سقط شعاع ضوئي من الهواء على سطح ماء بزاوية سقوط مقدارها (60) فانكسر في الماء بزاوية انكسار مقدارها (40) جد معامل انكسار الماء علما أن جا 60=866ر
جا40= 643ر .
الحل :- 1- نرسم مخططا يوضح السؤال ونضع عليه المعطيات
2- نكتب القانون م= جا زاوية السقوط = 866ر
جا زاوية الانكسار 634ر
قانون سنل
وينص قانون سنل على أن :-
م1*جا α = م2*جا β
ينكسر الضوء عندما من وسط الى اخر ،يختلف عنه في معامل انكساره .
زاوية الانحراف :- الزاوية المحصورة بين الشعاع المنكسر وامتداد الشعاع الساقط (ح) انظر الى الشكل المجاور ح
إذا زاوية الانحراف = زاوية السقوط – زاوية الإنكسار
ح= α> – β>
قانون سنل
مثال :-
سقط شعاع من الهواء على سطح الماء بزاوية (65) فما زاوية انحرافه ؟ (م للهواء=1؛م للماء=33ر1)
الحل :-
م1*جا α = م2*جا β
1*جا65 = 33ر1*جا β
جاβ = 43
ح = > α – > β
= 65- 43= 22
البعد الحقيقي والبعد الظاهري
لماذا تبدو السمكة في حوض على عمق أقل من عمقها الحقيقي ؟
الجواب هو أن الاشعة الضوئية تنكسر عند سطح مبتعدة عن العمود المقام وامتداد هذه الاشعة المنكسرة يشكل خيال السمكة بالنسبة للمشاهد على سطح الارض.
يطلق على البعد الذي يبدو للمشاهد أن الجسم عنده (موضع الخيال ): البعد الظاهري.
عند انتقال الشعاع الضوئي من وسط خفيف (معامل انكسار مادته صغير) الى وسط كثيف (معامل انكسار مادته كبير) يكون البعد الظاهري أكبر من البعد الحقيقي .
عند انتقال الشعاع الضوئي من وسط كثيف(معامل انكسار مادته كبير) الى وسط خفيف (معامل انكسار مادته صغير) يكون البعد الظاهري أقل من البعد الحقيقي .
انكسار الضوء في المنشور
اذا سقط شعاع ضوئى باتجاه منشور ثلاثي بزاوية (α ) فانه ينكسر بزاوية (β ) على السطح الاول ثم يسقط على السطح الثاني بزاوية سقوط (α ) لينكسر في الهواء بزاوية (β ) . في هذه الحالة ينحرف الشعاع انحرافين :
وبالتالي تكون زاوية الانحراف الكلي للشعاع الساقط تساوي:
ح = ح1+ح2وبتعويض قيمه كل من ح1وح2 تصبح
ح= α1 + β2 – أ
زاوية الانحراف الصغرى في المنشور
تعتمد زاوية الانحراف في المنشور على كل من: زاوية السقوط ومعامل انكسار المنشور وزاوية رأسه وفي وضع التماثل تصبح زاوية الانحراف الصغرى تساوي :
(ح=2α1 – أ) علما بأن زاوية أ= α2- β1 وα1= β2
تحلل الضوء في المنشور
عندما يسقط ضوء الشمس الابيض على الوجه الاول للمنشور بزاوية معينة فإنه ينكسر داخل المنشور ويسقط على السطح الثاني بزوايا سقوط مختلفة ليخرج من المنشور بزوايا انكسار مختلفة لالوان مختلفة تظهر على الحاجز والسبب أن ضوء الشمس الابيض مركب من عدة الوان لكل منها معامل انكسار خاص به .
إن الطيف الضوئي مكون من منطقتين : منطقة الطيف المرئي ومنطقة الطيف غير المرئي وهذا النوع من الطيف يتكون من سبعة الوان تعرف( بالوان قوس قزح ) ومن المعروف أنه باختلاف لون الطيف يختلف الطول الموجي ،وباختلافه يختلف معامل الانكسار.
الانعكاس الكلّي الداخلي:
إذا مر شعاع ضوئي من وسط شفاف معامل انكساره ( n) إلى الهواء بزاوية سقوط تساوى صفرا فانه يخرج عموديا على السطح الفاصل دون أن يعاني أي انحراف , وكلما زادت زاوية السقوط زادت زاوية الانكسار غير أن زاوية الانكسار تزيد بمعدل اكبر ( لأنها في الوسط ذو الكثافة الأقل – الهواء – ) , وعندما تصل زاوية السقوط بالوسط الشفاف إلى قيمتها العظمى فإنها تنكسر بالهواء أكبر زاوية انكسار ممكنة عمليا بحيث تمس السطح أي بزاوية90 . وتسمى زاوية السقوط في هذه الحالة بالزاوية الحرجة ( critical angle ) .
http://www.hsphysics.net/java/totintrefl/index.htl
تابع الانعكاس الكلي الداخلي
وبالتالي فانه من السهولة توقع ما يمكن حدوثه إذا زيدت زاوية سقوط الشعاع بالوسط عن مقدار الزاوية الحرجة ! لا بد أنّ الشعاع سينعكس كله عند السطح ويحبس داخل الزجاج فيما يعرف بظاهرة الانعكاس الكلى الداخلي .
ومن الملاحظ أن حدوث هذه الظاهرة يتطلب بالضرورة سقوط الشعاع على سطح سرعته خارجه اكبر من سرعته داخله أي أن ينتقل من مادة كثيفة ضوئيا ( ذات معامل انكسار اكبر) إلى مادة اقل كثافة ضوئية , وبزاوية سقوط اكبر من الزاوية الحرجة .
تطبيقات على ظاهرة الانعكاس الكلي الداخلي
1- السراب
2- قوس قزح
3-الالياف الضوئية
السراب
السراب :- هو عبارة عن ظاهرة طبيعية تحدث بسبب الاختلاف في كثافة طبقات الهواء القريبة من سطح الارض وحدوث الانعكاس الكلي الداخلي في إحداها عندما تزيد زاوية سقوط الاشعة فيها عن الزاوية الحرجة.
وتفسيرا لما يشاهده المسافر في الصحراء وفي المناطق القطبية أثناء النها رمن صور مقلوبة للأشياء كالاشجار والحيوانات فإن ذلك مرده الى وجود ظاهرة السراب .
وقد ورد ذكر السراب في القران الكريم في سورة النور في قوله تعالى (( والذين كفروا أعمالهم كسراب بقيعة.(1) يحسبه الظمآن ماء حتى إذا جاءه لم يجد شيئا ووجد الله عنده فوفاه حسابه والله سريع الحساب)) . بقيعة:-المكان الخالي الفسيح )
أنواع السراب:-
1- سراب صحراوي .
2- سراب قطبي .
السراب الصحراوي
كيف يحدث السراب الصحراوي؟
عندما تكون الشمس ساطعة ترتفع درجة حرارة سطح الارض فتسخن طبقة الهواء التي فوقها فتكون درجة حرارة الهواء في الطبقة التي تليها أقل سخونة وهكذا تنتقل الاشعة الصادرة عن الاجسام على سطح الارض من منطقة هواء بارد نسبيا الى أخرى أسخن فتنكسر الاشعة عند السطح الفاصل بينهما مبتعدة عن العمود المقام على السطح الفاصل من نقطة السقوط وتستمر كذلك الى أن تصل زاوية السقوط الى زاوية أكبر من الزاوية الحرجة فتنعكس انعكاس كلي داخلى ونتيجة لذلك يسير الضوء الى عين الناظر عبر المسار المبين في الشكل المجاور على أنه خيال مقلوب .
السراب القطبي
كيف يحدث السراب القطبي؟
يحدث السراب القطبي نتيجة اختلاف كثافة طبقات الهواء القريبة من الارض حيث تكون الطبقات القريب من الارض عاليه البرودة والاعلى منها تتميز أنها اقل برودة في هذه الحالة تنتقل الأشعة الصادرة عن الاجسام على سطح الارض من منطقه هواء بارد جدا الى منطقه هواء اقل برودة فتنكسر الأشعة عند السطح الفاصل مبتعدة عن العمود المقام عليه وتستمر كذلك الى ان تصل الى زاوية سقوط اكبر من الزاوية الحرجة وعندها يرى الناظر امتداد االاشعه المنعكسة ليشاهد خيالا مقلوبا .
من الملاحظ انه في الشتاء بعد سقوط المطر وظهور اشعه الشمس مباشرة تكون قوس قزح في الافق وعند الكتابة بقلم حبر جاف وسقوط اشعه الشمس عليه فانك تلاحظ ظهور الوان الى جانب القلم , فما تفسير هذه الظواهر ؟ فما هو قوس قزح؟ وما شروط تكونه ؟ .
قوس قزح:ظاهره طبيعية تحدث في الافق المقابل للشمس في الشتاء وتحدث بفعل تحلل ضوء الشمس في قطرات الماء وحدوث انعكاسات كليه داخليه فيها .
وهو من الظواهر الطبيعية الاخرى التي يمكن تفسيرها ايضا بواسطة الانعكاس الكلي الداخلي .
ما شروط حدوث ظاهره قوس قزح؟
1- وجود اشعه الشمس .
2- وجود قطرات الماء التي يحدث فيها الانعكاس .
ما هي الالياف الضوئية؟
كلما تحدث الناس عن أنظمة التلفون أو التلفزيون التي تعمل بالكوابل أو شبكات الانترنت اقترن الحديث دوما بذكر الألياف الضوئية فما هي الألياف الضوئية؟
الألياف الضوئية: هي عبارة عن جدائل طويلة من زجاج على درجة عالية من النقاء يصل رفعها إلى حد أن تماثل شعرة الإنسان. تصطف هذه الجدائل معا في حزمة تسمى الحبل الضوئي (optical cable).
مميزات الألياف الضوئية
لقد أحدثت الألياف الضوئية ثورة في عالم الاتصالات لتميزها على أسلاك التوصيل العادية فهي
1-أكثر قدرة على حمل المعلومات لان الألياف الضوئية ارفع من الأسلاك العادية فانه يمكن وضع عدد كبير منها داخل الحزمة الواحدة مما يزيد عدد خطوط الهاتف أو عدد قنوات البث التلفزيوني في حبل واحد. يكفي أن تعرف إن عرض النطاق للألياف الضوئية يصل إلى 50THZ في حين إن اكبر عرض نطاق يحتاجه البث التلفزيوني لا يتجاوز 6MHz .
2-اقل حجما حيث أن نصف قطرها اقل من نصف قطر الأسلاك النحاسية التقليدية فمثلا يمكن استبدال سلك نحاسي قطره 7.62سم بآخر من الألياف الضوئية قطره لا يتجاوز0.635سم و هذا يمثل أهمية خاصة عند مد الأسلاك تحت الأرض.
مكونات الالياف الضوئية
• Core و هو قلب من الزجاج الفائق النقاء يمثل المسار الذي ينتقل من خلاله الضوء
• cladding و هو المادة الخارجية التي تحيط بالقلب الزجاجي و هي مصنوعة من زجاج يختلف معامل انكساره عن معامل انكسار الزجاج الذي يصنع منه القلب و يعكس الضوء باستمرار ليظل في داخل القلب الزجاجي.
• Buffer coating و هو غلاف بلاستيكي يحمي القلب من الضرر.
مئات أو ربما الآلاف من هذه الألياف الضوئية تصطف معا في
حزمة لتكون الحبل الضوئي الذي يحمى بغطاء خارجي يسمى
جاكيت.
آلية عمل الالياف الضوئية
افترض انك تريد أن توصل ومضة ضوئية خلال مسار طويل مستقيم كل ما عليك هو أن توجه الضوء خلال هذا المسار و لان الضوء ينتقل في خطوط مستقيمة فانه سيصل للطرف الآخر بلا مشاكل. لكن ماذا لو كان المسار به انحناء؟ بسهولة يمكن أن تتغلب على ذلك بوضع مرآة عند الانحناء لتعكس الضوء إلى داخل المسار مرة أخرى . و بنفس الطريقة تحل المشكلة لو كان المسار كثير الانحناءات حيث تصف مرايا على طول المسار لتعكس الضوء باستمرار من جانب لأخر ليبقى في مساره. هذه بالضبط هي فكرة عمل الألياف الضوئية. حيث ينتقل الضوء بواسطة الانعكاس المستمر عن الجدار المحاذي للقلب الزجاجي(cladding) انعكاسا داخليا كليا. و لان هذا الجدار لا يمتص أي من الضوء الساقط عليه فان الإشارة الضوئية يمكن أن تسافر مسافات طويلة. و لكن يحدث أحيانا أن يفقد جزء من الضوء حيث تمتصه الشوائب الموجودة في القلب الزجاجي
الاخيلة (العدسات)
في خاصية الانكسار السابقة التي تعرفنا عليها في جميع حالتها كان السطح الفاصل الذي تنكسر عنده الاشعة الضوئية مستويا وفي هذه الخاصية سنتابع موضوع الانكسار عندما يكون السطح الفاصل منحنيا غير مستوي كما سنناقش إحدى الادوات المهمة التي تعتمد مفهوم انكسار الضوء والتي كان لاختراعها الاثر الكبير في تقدم العلوم وبخاصة علم الفلك هذه الاداة هي العدسة .فما العدسات ؟ وما أنواعها وكيف تكسر الاشعة الضوئية ؟وما صفات الاخيلة التي تكونها ؟وما تطبيقاتها العملية في الحياة ؟هذه الاسئلة وغيرها ستتمكن من الاجابة عنها بعد دراستك لهذه الخاصية إن شاء الله .
العدسات مفهومها وأنواعها
العدسة :-جسم شفاف محصور بين سطحين كرويين .
أنواع العدسات :-
1- عدسة محدبة (convex ( :- تكون ثخينة في الوسط ورقيقة في الاطراف . وإذا سقطت أشعة متوازية عليها فانها تجمعها في نقطة واحدة لذلك سميت عدسة لامة أو جامعة . وتكون العدسة المحدبة على ثلاث أشكال :-
1- عدسة محدبة الوجهين .
2- عدسة محدبة مستوية .
3- عدسة محدبة مقعرة .
العدسات مفهومها وأنواعها
2- العدسة المقعرة(:- (concaveتكون رقيقة في الوسط وسميكة من الاطراف وإذا سقطت عليها أشعة متوازية فانها تفرقها لذلك تسمى العدسة المفرقة وهي ثلاث أنواع حسب تحدب سطحها:-
1- عدسة مقعرة
2- عدسة مقعرة مستوية
المصطلحات المستعملة في دراسة العدسات
1- مركز التكور :- مركز الكرة التي يكون سطح العدسة جزءا منها وللعدسة مركز تكور لكل سطح .
2- المحور الرئيسي :- امتداد الخط الواصل بين مركزي تكور سطحي العدسة
3- قطب العدسة :- نقطة تقاطع سطح العدسة مع محورها ولها قطب لكل سطح
4- السطح الاساسي :- السطح الذي تتلاقى فيه امتدادات الاشعة الساقطة على العدسة مع امتدادت الاشعة النافذة منها .
5- المركز البصري :- نقطة في العدسة على محورها الرئيسي لا يتغير اتجاه الشعاع المار فيه .
6- البعد البؤري :- المسافة بين المركز البصري للعدسة وإحدى نقطتيها البؤرتين (البعد للعدسة المحدبة موجب وللمقعرة سالب ،بؤرة المحدبة حقيقة والمقعرة وهمية)
3- عدسة مقعرة محدبة
المصطلحات المستعملة في دراسة العدسات
7- النقطة البؤرية الاولى :-نقطة على محور العدسة الرئيسي تنكسر الاشعة الصادرة منها في العدسة وتخرج موازية لمحورها (المحدبة) أو تتلاقى فيها امتدادات الاشعة الساقطة على العدسة التي تنكسر ثم تخرج موازية لمحورها (المقعرة)
8- النقطة البؤرية الثانية:- نقطة على محور العدسة تتجمع فيها الاشعة المتوازية والموازية لمحور العدسة بعد انكسارها عن العدسة (المحدبة) أو تنكسر الاشعة المتوازية عند سطحي العدسة وتبدو كأنها خارجة منها (المقعرة)
9- الخيال الحقيقي :- الخيال الذي يتكون بسبب تلاقي الاشعة بعد انكسارها عند سطحي العدسة ويمكن جمعه على ستار .
10-الخيال الوهمي:- هو الذي لا يتكون عند تلاقي امتداد الاشعة المنكسرة ولا يمكن جمعه على ستار .
المصطلحات المستخدمة في دراسة العدسات
11-الجسم الحقيقي :- هو الجسم الذي تصدرعنه أشعة متفرقة قد يكون ماديا مثل الشمعة أو يكون خيالا حقيقيا تكونه عدسة محدبة ويقع أمام عدسة أخرى .
12- الجسم الوهمي :- خيال وهمي تكونه عدسة ثم تسقط الاشعة (التي يتكون الخيال الوهمي عن التقاء امتدادها )على عدسة اخرى
عمل العدسة ( المنشور)
يقوم المنشور على حرف الاشعة الضوئية وزاوية الانحراف الكلي تعتمد على زاوية رأسه ففي الشكل المجاور الشعاع (أ) سقط عموديا على جزء من المنشور يشبه متوازي المستطيلات
اذ لا ينحرف الشعاع عن مساره اما الشعاع
(ب)فقد سقط على جزء من منشور زاوية رأسه
صغيرة فتكون زاوية انحرافه صغيرة بينما الشعاع
(ج) سقط على جزء من منشور زاوية رأسه كبيرة
وبذلك تكون زاوية انحرافه أكبر وتتلاقى هذه
الاشعة في البؤرة والخلاصة يمكننا اعتبار العدسة مكونة من
مجموعة شرائح كل شريحة جزء من منشور ثم تكون زوايا رؤوس
المنشورات صغيرة في الوسط وتكبر حتى نصل الى الاطراف.
العدسة الرقيقة
العدسة الرقيقة :-
هي العدسة التي يكون سطحاها الكرويان قريبين من بعضهما الى درجة يمكن اعتبار المسافة بينهما (سمك العدسة) صغيرة بالنسبة لبعدها البؤري . لاحظ الشكل المجاور
صفات الأخلية المتكونة لجسم في العدسات
يقصد بصفات الاخيلة المتكون لجسم بوساطة عدسة أن يكون : حقيقيا أم وهميا ؛مكبرا أم مصغرا ؛معتدلا أم مقلوبا
ولتحديد ذلك يمكن استخدام إحدى الطريقتين الآتيتين:-
في هذه الطريقة يكتفي بتحديد الخيال المتكون للجسم برسم شعاعين من الاشعة الثلاثة الآتية مع استخدام مقياس رسم مناسب
1- شعاع مواز للمحور الرئيسي ينكسر في العدسة مارا بالبؤرة الثانية وذلك في العدسة المحدبة أو امتداد ليمر بالبؤرة الثانية وذلك في العدسة المقعرة .
2- شعاع مار بالبؤرة الاولى ينكسر في العدسة ويخرج موازيا لمحورها وذلك في العدسة المحدبة أو امتداد الشعاع المار بالبؤرة ينكسر موازيا للمحور الرئيسي وذلك في العدسة المحدبة .
صفات الاخيلة المتكونة لجسم في العدسة
3- شعاع يمر بالمركز البصري ينفذ دون أن يغير مساره في كلتا العدستين .
تكبير الخيال يتحدد من العلاقة الآتية :- ت= طول الخيال
طول الجسم
= لَ (ت: التكبير)
ل يعد الخيال مكبرا اذا كان ت>1
ويعد مصغرا اذا كان ت<1
مساويا للجسم اذا كان ت=1
الطريقة الحسابية
1 1 1 تعرف هذه المعادلة ب
س ص ع قانون العدسات العام
عند استخدام المعادلة السابقة يجب اعتماد الاتي :-
س: بعد الجسم عن المركز البصري يعد موجبا للجسم الحقيقي
ص: بعد الخيال عن المركز البصري يعد موجبا للخيال الحقيقي وسالبا للخيال الوهمي .
ع:البعد البؤري للعدسة يعد موجبا للعدسة المحدبة ،وسالبا للعدسة المقعرة .
ملاحظة:-
(انظر السؤال في الشريحة التالية )
امثلة محلوله
وضع جسم طوله( 2سم )على محور عدسة محدبة رقيقة وعلى بعد( 8سم ) من مركزها البصري بحيث يكون الجسم عموديا على محور العدسة باعتبار البعد البؤري للعدسة( 4سم ) حدد صفات الخيال المتكون للجسم؟
الحل :-
طبق العلاقة 1 + 1 = 1 1 + 1 = 1 1 = 1
س ص ع 8 ص 4 ص 8
ص= 8سم ( الخيال حقيقي ،ومقلوب لكون بعده موجبا ويقع في الجهة الثانية للعدسة).
التكبير (ت)= ص = لً ت= 8= لً لً= 2سم (الخيال = للجسم)
س ل 8 2
صفات الأخيلة في العدسات المحدبة
تختلف صفات الاخيلة في العدسة المحدبة باختلاف بعد الجسم عن العدسة.
صفات الاخيلة في العدسة المقعرة
بخلاف العدسة المقعرة التي لا تعتمد صفات الخيال المتكون فيها على بعد الجسم عنها , وهو دائماً (وهمي ,معتدل , مصغر) .
جدول يبين الحالات الخمسة لصفات خيال الجسم الموضوع أمام عدسة محدبة.
تابع المميزات
3-اخف وزنا فيمكن استبدال أسلاك نحاسية وزنها 94.5كجم بأخرى من الألياف الضوئية تزن فقط 3.6كجم.
4-فقد اقل للإشارات المرسلة
5-عدم إمكانية تداخل الإشارات المرسلة من خلال الألياف المتجاورة في الحبل الواحد مما يضمن وضوح الإشارة المرسلة سواء أكانت محادثة تلفونية أو بث تلفزيوني. كما إنها لا تتعرض للتداخلات الكهرومغناطيسية مما يجعل الإشارة تنتقل بسرية تامة مما له أهمية خاصة في الأغراض العسكرية.
6- غير قابلة للاشتعال مما يقلل من خطر الحرائق
7-تحتاج إلى طاقة اقل في المولدات لان الفقد خلال عملية التوصيل قليل
بعض التطبيقات على العدسات
1- تصحيح عيوب النظر
2- المقراب الفلكي (التلسكوب).
3- المجهر المركب
عيوب النظر
التعريف -:
قصر النظر : هى الحالة التى تتكون فيها الصورة أمام الشبكية
والسبب إما استطالة خلقية في مقلة العين أو زيادة في تحدب العدسة البلورية.
طول النظر : هى الحالة التى تتكون فيها الصورة خلف الشبكية , والسبب إما أن تكون مقلة العين قصيرة أو أن عدسة العين بها ارتخاء.
http://web.macam.ac.il/~ltami/samah/SA24.htm
عدسات لاصقة تجعل قصير النظر يرى بوضوح من مسافة 100 متر
الخبر المفرح لقصيري النظر هو ما تناقلته الأوساط العلمية عن أن العمل يجري حاليا بقسم الفيزياء التطبيقية بجامعة هايلدبيرغ بألمانيا ليست لديها المقدرة على تصحيح عيوب النظر فقط بل تقوية الرؤية العادية في الليل إلى خمسة أضعاف مما يجعل نظر الإنسان أكثر حدة من نظر القطط والبوم.
ويعمل جوزيف بيا أستاذ الفيزياء وزملاؤه على جهاز بصري يدعى "المرآة النشطة" وهو جهاز يستخدم في التلسكوبات الفضائية لرصد النجوم الصغيرة والمجرات البعيدة.وتتصل المرآة النشطة بجهاز استشعار ذي موجة أمامية يعمل على تتبع وقياس مسار شعاع من الليزر الساقط والمرتد من العين.ومن خلال هذه الأشعة تقوم المرآة المصنوعة من الألمونيوم باكتشاف أنواع القصور المصابة به القرنية .
تابع الموضوع
وتستخدم البيانات الدقيقة التي يوفرها الجهاز الجديد كأساس في إنتاج عدسات لاصقة تناسب الشخص الذي صنعت من أجله تكون لها خاصية تصحيح وتقوية النظر بحيث يصبح نظر مرتديها أفضل من نظر الشخص الطبيعي وفي النهار تقوم عدسات بيل بتركيز أشعة الضوء بدقة على الشبكية بحيث تصبح ورقة الشجرة الصغيرة أو الصورة الظلية لشجرة بعيدة واضحة وضوحا يفوق وضوح الصور المتكونة بواسطة مساعدات الرؤية التقليدية.
وفي الليل تصبح لهذه العدسات قوة أكبر لأن هذه التقنية الجديدة مقارنة بالعدسات التي تباع في الأسواق حاليا تعمل في الظلام ويكون بؤبؤ العين باستعمالها أكثر اتساعا.
تابع
ويمكن لمرتدي هذه العدسات تبيين ملامح الوجه من على بعد 100 متر أي 80 مترا أبعد من الرؤية العادية.ووجد في تجربة الرؤية الليلية عاملا آخر يعزز هذا الاكتشاف حيث اتضح أنه وفي المنطقة شبه المظلمة تمكن الأفراد الذين أخضعوا للاختبار الرؤية خمس عشرة مرة أفضل من الرؤية بدون العدسات.وسوف يستفيد الملايين من الذين يعانون من قصور في الرؤية ليلا من اختراع (بيل) وسوف يضع ارتداء هذه العدسات نهاية لمعاناة السائقين ليلا على الطرقات السريعة الذين لا يكادون يميزون معالم الطريق أمامهم في الظلام وتؤدي الأنوار المنبعثة من مصابيح السيارات التي تصادفهم من الاتجاه المعاكس إلى إصابتهم بالزغللة.
المقراب الفلكي (التلسكوب)
الميكروسكوب جهاز مجهري يكبر الأجسام الصغيرة لتسهل دراستها ومن المجاهر ما هو البسيط وما هو المركب. أما البسيط فهو عبارة عن عدسة مكبرة وبفضلها نحصل على صورة مكبرة للجسم. أما المركبة فتتكون من عدد كبير من العدسات وهي عبارة عن مجموعتين الأولى الموجهة للجسم وتبين صورة حقيقية للجسم ومجموعة علوية تكبر صورة الجسم الحقيقية التي بينتها المجموعة الأولى وفي هذا النوع من الميكروسكوبات نحصل على صورة مكبرة جداً.
وايضا في المرفقات
م/ن
بالتوفيق
انكسار الضوء رائع.doc (129.5 كيلوبايت, 1661 مشاهدات) 