النموذج الجسيمي والنموذج الموجي

معرفة الجسيمات التي تتكون منها المادة والطريقة التي تتصرف بها يعد مهما لشرح خصائص المادة

بدراسة سلوك الجسيمات يمكن تفسير التصادمات والتنبؤ بكيفية تحركها بعد التصادم بناءا على معرفة الكتل والسرعات

النمـــــــوذج الجـــــسيمي

النموذج الجسيمي نموذج جهري يمكن ملاحظته ويفسر بعض الظواهر :

تدفق الالكترونات ( التيار الكهربائي )

المواد البلورية (الخصائص الميكانيكية )

البنية الذرية

( التفاعلات الكيميائية )

النظرية الحركية

( الضغط ودرجة الحرارة والحجم لغاز ما )

النموذج النووي للذرة

( الانحلال الاشعاعي وتفاعلات الانشطار والاندماج النووي )

النمـــــــوذج الجـــــسيمي

يمتلك خصائص جسيمية مثل الكتلة والكثافة والشحنة

يسلك سلوك الجسيمات (له كمية تحرك وطاقة حركة ووضع )

يفسر ظاهرة الانعكاس والانكسار

لاحظ أنه مثلا حدوث الانعكاس والانكسار يكون غير كافيا للحكم على الضوء بأن له طبيعة موجية لأنه حتى الجسيمات يحدث لها ارتداد ( انعكاس ويمكن أن تغير اتجاه حركتها

الموجات هي طريقة تنتقل بها الطاقة من مكان الى آخر ويمكن ان يفسر النموذج الموجي عدة ظواهر :

الضغط او الكثافة

( الصوت )

الازاحة

(الموجات في الاوتار )

النمـــــــوذج الموجي

شدة المجال الكهربائي وكثافة الفيض المغناطيسي

( الضوء والموجات الكهرومغناطيسية )

النمـــــــوذج الموجي

يسلك سلوك الموجات وله نفس خصائصها من طول موجي وتردد وسعة

يحدث له ظواهر موجية كالتداخل والحيود

ينقل الطاقة وليس له كتلة وشحنة

موجات أم جسيمات ؟؟

• الضوء ينتقل كجسيمات يمكن أن ينكسر وينعكس
• الضوء ينتقل أسرع في الماء عن الهواء

لم يستطع تفسير حيود وتداخل الضوء لكنه استطاع تفسير الطبيعة الجسيمية للضوء

• أثبت حيود الضوء وتداخله في تجربة الشق المزدوج

• أثبت أن الضوء ينتقل في أبطأ في الماء عن الهواء

نيوتن

يونج

فوكو

الطبيعة الجسيمية للضوء

يصدر عداد جايجر نقرات فردية او منفصلة عند وضعه بجوار مصدر اشعاع جاما ويمكن استنتاج ان اشعة جاما تسلك سلوك الجسيمات عندما تتفاعل مع جسيمات الغاز داخل عداد جيجر

يمكن وضع هذا كدليل على أن للضوء طبيعة جسيمية

الفوتــــــــونات

ظاهرة التأثير الكهروضوئي وتفسير أينشتاين لها أقنعت العلماء بأن الضوء يمكن أن يسلك سلوك الجسيمات والتي سميت بالفوتونات

التأثير الكهروضوئي : تفاعل بين فوتون والكترون في فلز ما حيث يتحرر الالكترون من سطح الفلز

الفوتون : كمة من الطاقة الكهرومغناطيسية

الفوتــــــــونات

الفوتون هو حزمة من الطاقة او كمة من الطاقة الكهرومغناطيسية والكمة هي كمية محددة منفصلة من شي ما

استخدم نيوتن كلمة corpuscule وتعني كريات صغيرة للجسيمات التي كان يعتقد ان الضوء يتكون منها

وضع ماكس بلانك نظرية الكم التي تقول ان الضوء عبارة عن كمات منفصلة او حزم منفصلة لها تردد معين يتناسب مع طاقة هذه الكمة ( طاقة الكمة E=hf

علاقة أينشتـــــاين

J S

ثابت بلانك

• طاقة الفوتون تتناسب طردية مع تردد الموجات الكهرومغناطيسية
• الاشعاع عالي التردد يعني أن طاقة فوتوناته عالية

العلاقة بين خاصية جسيمية (الطاقة ) وخاصية موجية (التردد)

• طاقة الفوتون تتناسب عكسيا مع طول الموجة

تعتبر هذه الكمية من الطاقة صغيرة جدا لذلك نحن لا نلاحظ الفوتونات الفردية لأشعة جاما

قد تكون طاقة الفوتونات الفردية صغيرة جدا لكن معدل انبعاث الفوتونات من المصدر هائل

الإلكترون فولت eV

الإلكترون فولت : الطاقة التي يكتسبها إلكترون عندما ينتقل بواسطة فرق جهد مقداره (1V)

طاقة الفوتون صغيره جدا وأقل من الجول لذلك تستخدم وحدة الالكترون فولت

عندما ينتقل الكترون بواسطة فرق جهد يحدث انتقال طاقة

الشغل المبذول او الطاقة المنتقلة W=QV

​

عندما يتحرك الكترون بواسطة فرق جهد 1V

فإن 1eV من الطاقة التي يكتسبها هذا الالكترون أو تنقل إليه

عندما يسرع جسيم مشحون الى سرعة v بواسطة فرق جهد V فإن طاقة حركته تزداد

ومنها فإن سرعة الالكترون :

​

مهارة عملية :تقدير ثابت بلانك h

يمكن الحصول على تقدير لقيمة ثابت بلانك عن طريق تجربة باستخدام الوصلة الثنائية الضوئية

الوصلة الثنائية الضوئية : مكون كهربائي يعمل في اتجاه واحد فقط (الاتجاه الامامي )

مهارة عملية :تقدير ثابت بلانك h

الوصلة الثنائية الضوئية تتطلب حد أدنى من فرق الجهد الكهربائي يسمى جهد العتبة ومصابيح الوصلات الثنائية ذات الألوان المختلفة لها قيم مختلفة لجهد العتبة

الوصلة الثنائية الباعثة للضوء الأحمر تتطلب جهد عتبة منخفض لجعلها في حالة توصيل لذلك تعطي فوتونات منخفضة الطاقة

الوصلة الثنائية الباعثة للضوء الأزرق تتطلب جهد عتبة مرتفع لجعلها في حالة توصيل لذلك تعطي فوتونات عالية الطاقة

عندما تكون الوصلة الثنائية الضوئية موصلة في الانحياز الامامي فإن الطاقة الكهربائية لالكترون واحد يمر عبر الوصلة الثنائية تنتقل لتصبح طاقة فوتون واحد

القياسات في التجربة

فرق الجهد الكهربائي بين طرفي الوصلة الثنائية

طول الموجة للضوء المنبعث من الوصلة الثنائية

يمكن الحصول عليه من خلال تجربة محزوز الحيود او من خلال الطول الموجي المكتوب على الوصلة الثنائية الضوئية

عند استخدام عدة وصلات ثنائية بألوان مختلفة يمكن تحديد فرق الجهد الكهربائي والطول الموجي ورسم تمثيل بياني بين فرق الجهد ومقلوب الطول الموجي

يمكن من خلال ميل المنحنى حساب ثابت بلانك بمعلومية ان سرعة الضوء وشحنة الالكترون ثابتة