ملخص وحدة الكهرومغناطيسية فيزياء الصف 12 عام

ملخص وحدة الكهرومغناطيسية فيزياء الصف 12 عام

الوحدة السابعة : الكهرومغناطيسية 

1 القوى الكهربائية و المغناطيسية على الجسيمات

تجارب طومسون 

– الموجات الكهرومغناطيسية جزء لا يتجزأ من حياتنا اليومية ، نتعامل معها بشكل يومي مثال موجات الراديو والتلفزيون و الضوء و الهاتف الخلوي . 

اكتشاف الإلكترون : 

– قام طومسون بتوصيل أنبوبة مفرغة من الهواء ( الشكل المجاور ) بفرق جهد كبير جدا بين الأنود و الكاثود . 

– لاحظ وجود بقعة مضيئة ناتجة عن مرور أشعة غير مرئية ( أشعة الكاثود ) تسارعت من الكاثود إلى الأنود بسبب فرق الجهد ، و توصل طومسون إلى أن هذه الجسيمات ذات شحنة سالبة . 

– من خلال التجربة استطاع طومسون تحديد النسبة بين الشحنة و الكتلة ، و وجدها ثابتة. 

– استنتج طومسون أن الجسيمات مكونات سالبة لجميع الذرات ( إلكترونات )

– لاحظ طومسون أن حزمة الإلكترونات تؤثر فيها قوتان متعاكستان كهربائية و مغناطيسية و لكي تستمر في الحركة في خط مستقيم يجب أن تكون القوة المغناطيسية تساوي القوة الكهربائية 

– القوة المغماطيسية عمودية على السرعة لذلك تتحرك الإلكترونات في مسار دائري يعطى بالعلاقة : 

– استطاع حساب سرعة الإلكترونات من خلال معرفة شدة المجال الكهربائي و المجال المغناطيسي

– من خلال معرفة نصف قطر المسار استطاع حساب الشحنة النوعية للالكترون

تحليل النظائر :

– تصطدم الأيونات بالكاشف في أماكن مختلفة حيث عددها و موقعها يعتمد على نوع مادة الأيونات . ( الموقع يعتمد على كتلة الأيون حيث يزداد نصف القطر بزيادة الكتلة ، و عددها يعتمد على عدد نظائر العنصر) 

– نصف القطر يمكن تحديدة من خلال المسافة بين مكان اصطدام الأيون و الشق
الموجود في الإلكترود ( حيث هذه المسافة تساوي القطر 2r) 

مثال : ( أيونات الكروم ) 

– العلامات الأربع الحمراء تشير إلى أن عينة الكروم تحتوي على أربعة نظائر. %51 . 

– يدل عرض العلامة على نسبة وجود النظير. ( تزداد النسبة بزيادة العرض ) . 

– النظير 52 هو النظير الأكثر وجودا ( عرضها و شدة لمعانها أكبر) . 

– مجموع نسب النظائر يساوي 100.% . 

– في الشكل المجاور الأيونات أحادين التأين _(+1). 

– للحصول على أيون ثنائي التكافؤ يجب زيادة تسرع الإلكترونات عن طريق زيادة المجال الكهربائي بزيادة فرق الجهد . ( يتحكم بذلك مشغل المطياف )

تطبيقات للمطياف : 

– استخدام مطياف الكتلة الفصل النظائر و معرفة نسبتها ( مثال : فصل عينة من اليورانيوم إلى النظائر المكونة لها 

– يستخدم مطياف الكتلة التحليل الغلاف الجوي و التربة في المريخ و أجسام أخرى في النظام الشمسي . 

– يستخدم مطياف الكتلة في العلوم الجيولوجية و المستحضرات الدوائية و البيولوجية 

– يستخدم في الطب الشرعي . 

– يستخدم في المطارات للكشف عن آثار متفجرات التي يحملها المسافرون في الحقائب أو ملابسهم .

المجالات الكهربائية و المغناطيسية في الفراغ

– لاحظ العالم أورستید انحراف إبرة البوصلة عند اقترابها من سلك يسري فيه تيار كهربائي ( شحنة متحركة ). ومنها استنتج أن هنك علاقة بين الكهرباء والمغناطيسية. وأن التيار المتغير يولد مجالا مغناطيسيا متغيرا. 

– بعد ذلك اكتشف كل من العالمين ( مایکل فارادي و جوزيف هنري ) أن المجال مغناطيسي المتغير ينتج كذلك مجال كهربائي متغیر 

– اقترح ماكسويل أيضا أن الشحنات الكهربائية ليست ضرورية ، فالمجال الكهربائي المتغير وحده يمكن أن يولد مجالا مغناطيسيا. ثم توقع ماكسويل أن كلا من الشحنات المتسارعة والمجالات المغناطيسية المتغيرة تولد مجالات كهربائية ومغناطيسية تتحرك معا في الفضاء

– تأكد العالم هيرتز أن هذه الموجة يمكنها أن تنتقل في الفضاء . 

– أطلق على وحدة قياس التردد اسم ( هيرتز Hz) تكريما له 

الموجات الكهرومغناطيسية 

– موجات تتكون من مجالين (كهربائي و مغناطيسي ) متذيذيين و متعامدين على بعضهما البعض و في اتجاه متعامد على اتجاه سرعة الموجة . 

– تنتقل عبر الفضاء بسرعة الضوء. 

* يوضح الشكل المجاور : 

– يمكن لمجال كهربائي أن ينشأ عن مجال مغناطيسي ما ( الشكل يسار) لاحظ خطوط المجال عبارة عن حلقت مغلقة وخلاف المجال الكهرباء الساكنة حيث لا توجد شحنات تبدأ عندها الخطوط أو تنتهي. 

– يمكن لمجال مغناطيسي أن ينشأ عن مجال كهربائي متغير ( الشكل يمين ). 

خصائص الموجات الكهرومغناطيسية :

الشكل المجاور: 

1- تتذبذب المجالات الكهربائية والمغناطيسية التي تتألف منها الموجة الكهرومغناطيسية في اتجاهات متعامدة على بعضها البعض و في اتجاه متعامد على اتجاه سرعة الموجة .

2- تعتبر موجات مستعرضة ( الانتشار يعامد الاهتزاز) 

3. تنتقل عبر الفراغ و يمكن انتقالها عبر الوسط 

4. أكبر سرعة لها في الفراغ ( c=3×10 m/s ) و في الهواء أقل قليلا (نعتبرها تقريبا مساوية لها في الفراغ). أما في الأوساط الأخرى أقل من سرعتها في الفراغ .

5- بالعلاقة بين السرعة و الطول الموجي  في الفراغ و الهواء )

استخدامات الموجات منخفضة التردد ( الأطوال الموجية الكبيرة )

( انظر الصفحة السابقة ) 

– تستخدم أقل الموجات ترددا في البث الإذاعي و التلفزيوني 

– موجات الهواتف الخلوية و نظام تحديد الموقع ( أكثر من تردد موجات الراديو ) 

– موجات الميكروويف مثل جهاز الميكروويف المستخدم في المنزل . 

– الأشعة تحت الحمراء اكثر تردد مما سبق ( أقل طول موجي ) تستخدم في مناظير الرؤية الليلية و تستخدم في قياس درجة حرارة الجسم من خلال الاشعاع الحراري للجسم الساخن . و التدفئة و أجهزة التحكم عن بعد .

– الأشعة فوق البنفسجية هي الأعلى تردد في الطيف المرئي و تستخدم في تأيين الذرات و الجزيئات و التفاعلات الكيميائية.  و كذلك في التعقيم و بعض الصناعات الإلكترونية ( أشباه الموصلات ) 

استخدامات الموجات عالية التردد ( الأطوال الموجية قصيرة جدا) 

– موجات الأشعة السينية ( أشعة x ).

يتم توليدها عن طريق قذف ذرات إلكترونات سريعة فتحرر إلكترونات من مدارات داخلية للذرة و تعيد الذرة ترتيب إلكتروناتها مطلقة الأشعة السينية .

تم اكتشافها من قبل العالم ( رونتجن ) حيث استخدم الأنبوبة في الشكل المجاور و فرق جهد كبير جدا . 

من استخداماتها تصوير العظام للكشف عن الكسور و الأسنان و القضاء على بعض الأورام السرطانية و تصوير الحقائب في المطارات لكنها ضارة أشعة X للإنسان إذا تعرض لها بكميات كبيرة . 

– أشعة جاما :

تردداتها عالية جدا و طاقتها كبيرة جدا و نفاذيتها كبيرة داخل الأجسام . لذلك تستخدم للكشف عن المواد الخطرة في حاويات الشحن ، و كذلك في علاج بعض الأمراض السرطانية .

– يعمل مذبذب جهاز الإرسال على زيادة فرق جهد التيار المتردد المستحث في الملف الثانوي للمحول . ثم يضاف التيار إلى الملف و المكثف ، و بالتالي يتواصل تذبذب الدائرة .

– في المحول تكون الذبذبة المكبرة الناتجة عن الملف الثانوي في حالة رنين مع دائرة الملف والمكثف، وتحافظ على استمرار حدوث الاهتزازات.
 

الترددات المضبوطة بالتجويف الرنان 

– يمكن زيادة التردد في دائرة الملف عن طريق خفص قدرة الملف على تخزين الطاقة و تقليل سعة المكثف . 

– تنشأ موجات الميكروويف عن طريق التجويف الرنان (صندوق فلزي مستطيل الشكل يعمل كملف و مكثف و يتحكم في التردد) 

– لانتاج موجات عالية التردد يجب تقليل حجم الصندوق إلى أن يصبح بحجدم الجزيء للترددات العالية جدا . 

– الأشعة تحت الحمراء تنتج عن طريق اهتزاز النوى داخل الجزيئات 

– موجات الضوء و الترددات الأعلى ( أشعة X ) تتولد نتيجة حركة الالكترونات داخل الذرات . 

– أشعة جاما بسبب تسارع الشحنات في الأنوية الذرية 

– لماذا لا يستخدم التجويف الرنان في توليد الأشعة تحت الحمراء 

لا يمكن استخدام موجات الأشعة تحت الحمراء لأنها تنتج داخل الحزبنات. يجب أن يكون التجويف الرنان أصغر من الحد الممكن – الحجم الجزيئي. 

الموجات الناتجة بواسطة الكهرباء الإجهادية : (الكهروضغطية ) 

– مثال : بلورة الكوارتز تنشأ عند تعرضها لفرق جهد كهربائي ( يسمى الكهرباء الإجهادية ).

– إذا كان فرق جهد التيار متردد فإن البلورة ستهتز بتردد معين . وهذا التردد يعتمد على سمك البلورة حيث يزداد التردد بنقصان

– ينشأ في البلورة قوة دافعة كهربائية نتيجة لاهتزاز البلورة يمكن تضخيمها و اعادتها إلى البلورة لتواصل الاهتزاز و عادة يكون تردد الاهتزازات ثابتة . لذلك تستخدم البلورة على نطاق واسع ( الأجهزة الخلوية الساعات و التلفاز و الكمبيوتر )