ملتقى الفيزيائيين العرب - عرض مشاركة واحدة - سلسلة المُساعد(35- 44): شرح ومناقشة " الفيزياء الذرية "
عرض مشاركة واحدة
  #2  
قديم 14-04-2008, 19:42
الصورة الرمزية ناصر اللحياني
ناصر اللحياني
غير متواجد
المُشـــرف العـــام
أبو صــالح وجُمــانة وراشــد
 
تاريخ التسجيل: Feb 2006
الدولة: مكة المكرمة
المشاركات: 14,476
افتراضي رد: سلسلة المُساعد(35- 44): شرح ومناقشة " الفيزياء الذرية "

مقدمة :


سيطرت الفيزياء التقليدية ( الميكانيكا ، الديناميكا الحرارية ، الكهرومغناطيسية ) التي وضع نواتها نيوتن زهاء قرنين من الزمن وحققت انتصارات باهرة في الفيزياء وعلم الفلك ، وستظل دائما مآثر الفكر البشري وأمجاده وما زالت تعلمان في المدارس والجامعات ، على الرغم من أن الفروض التي قامت عليها غير صحيحة كالتفرقة الكاملة بين الموجات والجسيمات إلا أنها أعطت نتائج صحيحة قابلة للتطبيق عند السرعات الضعيفة التي لا تقارن بسرعة الضوء ، كما عجزت عن تفسير وتعليل بعض الظواهر مثل : الظاهرة الكهروضوئية ، وإشعاع الجسم الأسود ، وظاهرة كمبتون .

أدى ذلك إلى ميلاد ما يسمى الآن بالفيزياء الحديثة التي تشمل الميكانيكا النسبية , ميكانيكا الكم , الفيزياء الذرية والنووية وغيرها .

مزيد من التفصيل :

طبيعة الضوء

1 – نظرة الفيزياء القديمة:

( أ ) نظرية نيوتن الجسيميّة لطبيعة الضوء :
تنص على أن الضوء عبارة عن جسيمات تصدر من المصدر وكان المتزعم لهذه النظرية هو إسحاق نيوتن والذي استطاع بهذه النظرية تفسير بعض الظواهر العملية المتعلقة بطبيعة الضوء منها التحقق من صحة قوانين انعكاس الضوء . وقد لاقت النظرية الجسيمية لطبيعة الضوء القبول من الكثير من العلماء في ذلك الوقت و لكنها لم تستطع أن تعطي التفسير الجيد لبعض الظواهر الضوئية مثل انكسار الضوء وتداخل الضوء .




( ب ) نظرية هيجينز الموجيّة لطبيعة الضوء :
تنص على أن الضوء عبارة عن نوع من أنواع الأمواج ، وكان المتزعمين لهذه النظرية هم هيجينز وماكسويل و يونج . واستطاعت هذه النظرية أن تفسر وتحقق قوانين الانعكاس والانكسار باستخدام هذه النظرية . ولكنها لم تلقى هذه النظرية ترحاب علمي في بداياتها لعدة أسباب منها : أن جميع الأمواج المعروفة في ذلك الوقت ( صوت ، ماء ، ... الخ ) تنتقل خلال وسط مادي ، بينما الضوء يستطيع أن ينتقل إلينا من الشمس خلال الفراغ ، وكذلك فإن النظرية الموجية لم تعطي تفسيرا أو تعليلا لبعض الظواهر مثل : الظاهرة الكهروضوئية ، وإشعاع الجسم الأسود ، وظاهرة كمبتون .




2 – نظرة الفيزياء الحديثة :

الطبيعة المزدوجة للضوء :
عند شروط معينة فإن الجسيمات تسلك سلوك الموجات وعند شروط أخرى تسلك الموجات سلوك الجسيمات , وهذا ما يسمى بالطبيعة المزدوجة أي أن الجسيم يعامل أحيانا على أنه جسيم وأحيانا على أنه موجة .

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic1.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic1.swf

توضيح :

إذا كان السؤال ما هي طبيعة الضوء بالتحديد هل موجية أم جسيميه ؟

فإنه لن تكن هناك إجابة محددة فبعض الظواهر تعتبر الضوء جسيمات ، وكذلك بعض الظواهر تعتبر الضوء موجات ، وأخيرا يمكن القول أنه خلال الأطوال الموجية الطويلة يتصرف الضوء كموجات ، وفي الأطوال الموجية القصيرة ( ذات الطاقة العالية) يتصرف كجسيمات.

في الرابط التالي ثلاث مقاطع فيديو للمقارنة بين الطبيعة الجسمية والطبيعة الموجية :

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic1.rar

نظرية الكم

تبسيط نظرية الكم :

قبل أن نستعرض قصة نشأة نظرية الكم سأذكر تبسيطا لمعنى نظرية الكم ، يقول بلانك :

تأخذ الطاقة المشعة من الأجسام الصلبة قيم من مضاعفات ثابت بلانك
( وفق العلاقة : ط = هـ د ) ،
حيث ( هـ ) ثابت بلانك ويساوي 6.62 × 10 ^ - 34 جول ثانية .
فإما أن تكون الطاقة مساوية لـ 6.62 × 10 ^ - 34
أو 13.24 × 10 ^ - 34
أو 19.86 × 10 ^ - 34
وهكذا ...
ويستحيل أن تأخذ الطاقة قيما عشوائية من غير مضاعفات ثابت بلانك
مثل : 17 × 10 ^ - 34

مثال آخر للتبسيط ، تعتبر الأعداد الزوجية مكممة فهي تأخذ قيما من مضاعفات 2 ، ويستحيل أن نعتبر أي عدد عشوائي عددا زوجيا دون أن يكون من مضاعفات 2 .

نشأة نظرية الكم :

تشع الأجسام الصلبة إذا سخنت لدرجات حرارة مختلفة ، وبينت الدراسات التي أخذت لهذه الأجسام الساخنة بان مقدار طاقة الشعاع المنبعثة منها يعتمد على طولها الموجي .

وكانت هناك محاولات لإيجاد تفسير هذه العلاقة بواسطة نظرية الموجات المعروفة وقوانين الديناميكا الحرارية ولاقت نجاحا جزئيا ، فاستطاعت إحدى النظريات تفسير هذه العلاقة عند الأطوال الموجية القصيرة ولكنها فشلت عند الأطوال الموجية الطويلة ، أما النظرية الأخرى فنجحت عند الأطوال الموجية الطويلة ولكنها فشلة عند الأطوال الموجية القصيرة ، و أتضح من ذلك أن هنالك شيء أساسيا ماز ل مفقودا في قوانين الفيزياء الكلاسيكية .

في ديسمبر 1900م استطاع الفيزيائي الألماني ماكس بلانك أن يهز الأوساط العلمية بحل هذه المعضلة بافتراض يختلف اختلافا كبيرا عن المفاهيم المقبولة في ذلك الزمان ، حيث افترضت الفيزياء الكلاسيكية بان الذرات والجزيئات تستطيع أن تمتص أو تبعث أي قيم عشوائية من طاقة الشعاع ، أما بلانك فقد قال بان الذرات والجزيئات تستطيع أن تمتص و أن تبعث الطاقة في شكل قيم منفصلة فقط مثل الحزم الصغيرة ( وبمعنى آخر طاقة الموجات الضوئية مكممة ، فتتم بصورة متقطعة [ كمّات] ) .
ولقد أعطي بلانك اسم الكم أو الفوتون لأصغر كمية من الطاقة يمكن امتصاصها أو انبعاثها من الشعاع الكهرومغناطيسية وهو ما يعرف الآن بثابت بلانك .

الخلاصة :

فروض نظرية الكم للعالم بلانك:
1- الضوء يتكون من كمات محدده من الطاقة تسمي فوتونات .
2- طاقة كل فوتون ( الإشعاع الكهرومغناطيسي ) تتناسب طرديا مع تردده وعكسيا مع الطول الموجي.

رد مع اقتباس