الفيزياء الذرية والجزيئية - الاشعة الكهرومغناطيسية

منذ
بداية القرن العشرين أصبح من المعروف أن المادة غير قابلة
للتجزئة إلى مالانهاية، بل انها تتكون من جسيمات مادية
قطرها في حدود 10-10m سميت بالذرات (Atoms).

وجاءت
أولى الدلائل على وجود الذرات من دراسة التفاعلات
الكيميائية وسلوك الغازات، كما حصل الفيزيائيون على دلائل
مباشرة على وجود الذرات باستخدام المجاهر الحديثة ذات
القدرة التكبيرية العالية، إلا أن أقوى هذه المجاهر لا
تستطيع استكشاف التركيب الداخلي للذرات ولذلك قام العلماء بوضع
تصوراتهم لتركيب الذرة الداخلي من خلال التجارب والنتائج المتوفرة
لديهم في ذلك الوقت.

يتناول
هذا المقرر دراسة تفصيلية للنماذج التي وضعها العلماء
لتركيب الذرة مثل نموذج طومسون ونموذج رذرفورد ونوذج بور.
وكل نموذج حقق العديد من الظواهر وفشل في أخرى وهذا ما
سيتم توضيحه من خلال تناول كل نموذج بالدراسة. كما سيتم
دراسة تركيب الذرة باستخدام ميكانيكا الكم من خلال معادلة شرودينجر.
تعتمد
دراسة تركيب الذرة بشكل اساسي على فهم الطيف
الكهرومغناطيسي للذرة باعتبارها بصمة مهمة تكشف عن بنية
الذرة ونركز من خلال هذا المقرر على طيف الهيدروجين باعتباره
أبسط الأطياف الذرية والمدخل إلى بناء النماذج الذرية. ولأهمية هذا
الموضوع يرجى الاطلاع على الشرح المفصل الخاص بالاشعه
الكهرومغناطيسية فما هي هذه الاشعة ؟

الطيف
الكهرومغناطيسي أو الأشعة الكهرومغناطيسية أو الامواج الكهرومغناطيسية
كلها تحمل نفس المعني الفيزيائي وحين التحدث عن جزء خاص من هذا الطيف
الكهرومغناطيسي مثل الضوء المرئي والمايكروويف واشعة اكس واشعة جاما
وموجات التلفزيون والراديو كلها عبارة اشعة تعرف باسم الاشعة
الكهرومغناطيسية Electromagnetic Radiation وكلها لها نفس الخصائص ولكنها تختلف في الطول الموجي Wavelength أوالتردد Frequency ولتوضيح ذلك استعن بالعرض التوضيحي ادناه وقم بتحريك المؤشر لتغيير الطول الموجي. لاحظ أنه كلما ازداد الطول الموجي قل التردد والعكس صحيح.

الأشعة الكهرومغناطيسية

وهذا
سبب تكون الاشعة الكهرومغناطيسية حيث ان تذبذب الشحنات المكونة للذرة
يؤدي إلى انبعاث الطيف الكهرومغناطيسي والذي يقوم بدور الزنبرك هو درجة
الحرارة التي تمد الشحنات بالطاقة أو اي نوع من انواع الإثارة
Excitation مثل التصادمات وغيره. ويعتمد الطول الموجي للاشعة
الكهرومغناطيسية على درجة اثارة الشحنة ومن هنا نجد ان الطبيف
الكهرومغناطيسي له مدى واسع وللتميز بين الاطوال الموجية اعطيت اسماء
مختلفة مثل اشعة المايكروويف والاشعة المرئية واشعة اكس واشعة جاما
وهكذا كما نلاحظ في

الشكل المقابل.

خصائص الاشعة الكهرومغناطيسية

الاشعة الكهرومغناطيسية تنتشر في الفراغ بسرعة ثابتة هي سرعة الضوء
وقيمتها 3x108m/s2. تنتقل هذه الاشعة في الفراغ وتنقل الطاقة من
المصدر source إلى المستقبل receiver. تم اكتشاف هذه الاشعة على
مراحل حيث كان العالم هيرتز Hertz 1887 أول من عمل في هذا المجال وكان
في ذلك الوقت فقط اشعة الراديو والاشعة المرئية ومن ثم تم اكتشاف باقي
الطيف الكهرومغناطيسي من خلال الملاحظات والظواهر الفيزيائية.

الاشعة الكهرومغناطيسية لها طول موجي l وتردد n يحدد خصائصها وترتبط سرعة الاشعة الكهرومغناطيسية مع التردد والطول الموجي من خلال المعادلة

c = n l

كما هو واضح في الشكل المقابل مخططاً لكامل الطيفالكهرومغناطيسي
حيث يبدأ من امواج الراديو ذات الطول الموجي الطويل والتردد المنخفط ثم
منطقة اشعة المايكروويف ومنطقة الاشعة تحت الحمراء ثم منطقة الاشعة
المرئية ثم منطقة الاشعة فوق البنفسجية ثم منطقة اشعة اكس ثم منطقة اشعة
جاما. وهذا التسلسل هو تبعاً لزيادة تردد هذه الموجات. ولكل منطقة من
مناطق الطيف الكهرومغناطيسي خصائص تميزها عن بعضها البعض وبناء عليه
نتجت تطبيقات مختلفة لهذه الاشعة وللعلم فإن منطقة الطيف المرئي هي
التي منحنا الله سبحانه وتعالى القدرة على رؤيتها وهي المنطقة التي
تستجيب لها شبكية العين لتتمكن من رؤية الاشياء من حولنا.

[/b]

الفيزياء الذرية والجزيئية - الاشعة الكهرومغناطيسية Electromagneticspectrum

[right] تجدر الاشارة إلى أن الاشعة الكهرومغناطيسية لها طاقة تعطى بالمعادلة

E = h n

حيث أن الثابت h هو ثابت بلانك
h = 6.6x10-34 J.s

وتستخدم وحدة الالكترون فولت للتعبير عن طاقة الاشعة الكهرومغناطيسية
1 e.v. = 1.6 x 10-19 J

نستنتج
من ذلك أنه كلما زاد التردد ازدادت الطاقة وعليه فإن طاقة اشعة جاما
اكبر ما يمكن في الطيف الكهرومغناطيسي وكما نعلم ان جسم الانسان يتحمل
طاقة اقصاها طاقة الطيف المرئي وتعتبر طاقة الطيف فوق الازرق ضارة
وتسبب حرق لخلايا الجسم وكذلك طاقة اشعة اكس تستطيع اختراق جلد البشري
والتعرض لها يسبب خطورة كبيرة. سنقوم بدراسة كل منطقة من مناطق الطيف
الكهرومغناطيسي على حدى لتوضيح المزيد من المعلومات عن تولدها
واستخداماتها.

تكبير الصورة تصغير الصورة تم تعديل ابعاد هذه الصورة. انقر هنا لمعاينتها بأبعادها الأصلية.