الفيزياء4

‫فيـزياء ‪4‬‬ ‫التعليم الثانوي (نظام املقررات)‬ ‫م�سار العلـوم الطبيعية‬

‫رقم الإيداع ‪1428/3797 :‬‬ ‫ردمك ‪9960 - 48 - 247 - 2 :‬‬

‫طبعة جتريبية ‪1431‬هـ ــ ‪1432‬هـ ‪ 2010/‬ـ ‪2011‬م‬

‫‪: º``````````°S’G‬‬ ‫‪......................................................................... : á````°SQó`ªdG‬‬ ‫‪.........................................................................‬‬

‫طبعة جتريبية‬ ‫‪1431‬هـ ــ ‪1432‬هـ‬ ‫‪2010‬م ــ ‪2011‬م‬

‫فـيـزيــــاء (‪)4‬‬ ‫)‪Physics (4‬‬ ‫التعليم الثانوي (نظام املقررات)‬ ‫مسار العلوم الطبيعية‬ ‫(الضوء ـ اإللكترونيات ـ امليكانيكا احلرارية)‬

‫�أ‪.‬دالل عب ��د الق ��ادر مخل� ��ص‬ ‫�أ‪.‬لمي ��اء �أحمــــ ��د محمــــد وزة‬

‫�أ‪.‬ربــــــــ ��ى حـــــــ�س� �ــن ح�س� �ـــونـــــة‬ ‫�أ‪.‬بــــــدري ��ة مــحــمــــــــ ��د فـالت ��ة‬

‫�أ‪.‬عبد العزيز بن �إبراهيم الر ِّي�س‬ ‫د‪.‬عمر بن مرزوق الدو�س ��ري‬ ‫�أ‪.‬عبد اهلل ب ��ن فهد الحنو�ش‬

‫طبعة تجريبية‬ ‫‪1432 - 1431‬هـ‬ ‫‪ 2011 - 2010‬م‬

‫ح‬

‫وزارة التربية والتعليم‪1٤2٩ ،‬هـ‬ ‫فهرسة مكتبة امللك فهد الوطنية أثناء النشر‬ ‫وزارة التربية والتعليم‬ ‫العلوم التجريبية (التعليم الثانوي) ‪ -‬الرياض ‪142٩‬هـ‬ ‫‪ 174‬ص ‪ 27x 21‬سم‬ ‫ردمك‪٩٩60 - 4٨ - 427 - 2 :‬‬ ‫‪ - 1‬العلوم التجريبية ‪ -‬كتب دراسية ‪ -2 -‬التعليم الثانوي‬ ‫السعودية ‪ -‬كتب دراسية أ‪ .‬العنوان‬ ‫‪1427 /27٩7‬‬ ‫ديوي ‪227٫60714‬‬ ‫رقم اإليداع ‪142٨ / 37٩7 :‬‬ ‫ردمك ‪٩٩60 - 4٨ - 247 - 2 :‬‬

‫اأ�سر‪ ±‬على ال‪à‬األي∞ وال‪£à‬وير‬

‫‪ègÉæª∏d áeÉ©dG IQGOE’G‬‬

‫لهذا املقرر قيمة مهمة وفائدة كبيرة فلنحافﻆ عليه ولنجعل نظافته تشهد على حسن سلوكنا معه‪.‬‬ ‫إذا لم نحتفﻆ بهذا املقرر في مكتبتنا اﳋاصة في آخر العام لالستفادة فلنجعل مكتبة مدرستنا حتتفﻆ به‪.‬‬ ‫حقوق الطبع والنشر محفوظة لوزارة التربية والتعليم‪ -‬اململكة العربية السعودية‬

‫ﻣﻮﻗﻊ‬

‫وزارة التربية والتعليم‬ ‫‪www.moe.gov.sa‬‬

‫ﻣﻮﻗﻊ البوابة التعليمية للتخطيط والتطوير‬

‫ﻣﻮﻗﻊ‬

‫إدارة التعليم الثانوي‬ ‫‪www.moe/sh.gov.sa‬‬

‫البريد اإللكتروني إلدارة التعليم الثانوي‬

‫‪2‬‬

3

‫إن احلمد هلل نحمده ونستعينه ونستهديه ونسترشده‪ .‬والصالة والسالم على خامت األنبياء واملرسلني محمد [ وصحبه‬ ‫ومن سار على نهجه إلى يوم الدين‪.‬‬

‫أخي املعلم‪ /‬أختي املعلمة‬

‫إن الغاية من تدريس العلوم عامة والفيزياء خاصة ليست حتصيل املعرفة العلمية فحسب‪ ،‬بل تتعدى ذلك إلى تطوير‬ ‫إمكانات املتعلم باجتاه جديد‪ ،‬ينطلق من ضرورة توظيف هذا العلم في حياة الفرد واملجتمع‪ ،‬والفيزياء في األساس علم‬ ‫جتريبي يقوم على املالحظة املوجهة‪ ،‬والقياس الدقيق الستنباط القوانني والوصول إلى النظريات الشاملة التي تساعدنا على‬ ‫فهم الظواهر الطبيعية‪ ،‬ولذلك فقد وضعنا عدداً مناسب ًا من النشاطات العلمية البسيطة وبعض التجارب املخبرية النظامية‬ ‫لتكون خلفية يستمد منها الطالب اختباراتهم الذاتية التي تنطلق منها إلى دراسة املوضوع دراسة نظرية متكاملة‪.‬‬ ‫وقد أخذ بعني االعتبار عند تعديل فصول املقرر التوجيهات احلديثة في تعليم العلوم واالطالع على مقررات مماثلة‬ ‫لبعض الدول العربية واألجنبية والرجوع إلى الكثير من من املصادر املتنوعة‪.‬‬ ‫[‬

‫([) كلمة طالب تشمل البنني والبنات‪.‬‬

‫‪4‬‬

‫هذا وقد اعتمدت الرموز الالتينية عند كتابة القوانني الفيزيائية في هذا املقرر ليتوافق مع املقررات اجلامعية‬ ‫خصوص ًا وأن هذا املقرر متقدم ومهم ملن يريد مواصلة الدراسة اجلامعية‪.‬‬ ‫فنحث املعلمني واملعلمات على االهتمام بهذا االجتاه التربوي في تعليم الفيزياء‪ ،‬وإفساح املجال أمام‬ ‫الطالب الكتساب أكبر قسط ممكن من أساليب التقومي املتنوعة التي تنمي املهارات العلمية‪ ،‬باإلضافة إلى‬ ‫املعرفة النظرية‪ .‬وفي اعتقادنا أن هذا املنهج التعليمي ُي َس ِّهل مهمة املعلمني واملعلمات في حتقيق أهداف‬ ‫تدريس الفيزياء‪ ،‬وقد مت متييز النشاطات والتجارب عند الطباعة عن العرض النظري‪ ،‬وذلك تسهي ً‬ ‫ال ملتابعة‬ ‫املادة وتدريسها كما أننا أدخلنا بعض األسئلة التي تثير تفكير الطالب خالل عرض املوضوعات واألنشطة‬ ‫لتشويقهم لفهم املوضوع‪ ،‬ومساعدتهم على االكتشاف وتنمية حب البحث واالطالع لديهم‪ ،‬وفي هذا‬ ‫الصدد نؤكد على اإلخوة املعلمني واألخوات املعلمات إفساح املجال للطالب للتفاعل داخل الصف‬ ‫وحل األنشطة والتمارين واالستكشاف‪ ،‬لتنمية مهارات التفكير العلمي كالربط والتحليل واملقارنة‬ ‫واالستنتاج وإعادة تكوين املفاهيم واستخدام املعرفة والتقنية وتنفيذ التجارب العلمية وغيرها‪ .‬وليس‬ ‫حتويل املقرر إلى كم معرفي أصم وذلك باالستغناء عن الكتاب واستخدام ملخصات تضر بالعملية‬ ‫التعليمية‪ ،‬إذ ليس بالضرورة تقدمي كل ما في املقرر للطالب في الصف فقد تترك بعض املوضوعات؛‬ ‫ليتعلمها الطالب بأنفسهم حتقيق ًا ملبدأ التعلم الذاتي‪.‬‬ ‫ويدرس هذا الكتاب في فصل دراسي واحد بواقع خمس حصص أسبوع ًّيا‪ .‬وهو الرابع واألخير في نسخته‬ ‫بناء على آراء العاملني في امليدان التربوي) ضمن سلسلة كتب الفيزياء‬ ‫التجريبية (وهي قابلة للتعديل ً‬ ‫األربعة للتعليم الثانوي (نظام املقررات)‪ ،‬ويحتوي على ثالثة أجزاء‪ ،‬وهي كاآلتي‪:‬‬ ‫ الفصل األول‪ :‬الضوء‪.‬‬‫ الفصل الثاني‪ :‬اإللكترونيات‪.‬‬‫ الفصل الثالث‪ :‬احلرارة وامليكانيكا احلرارية‪.‬‬‫نأمل أن يؤدي هذا الكتاب الغرض املنشود من دراسته‪ .‬ولنا الثقة الكاملة أن يعمل املعلمون واملعلمات على‬ ‫تبصير الطلبة باحلقائق الفيزيائية الكامنة خلف التطبيقات العملية وتدريبهم على استخدام األجهزة العلمية‬ ‫استخدام ًا صحيح ًا في اجلزء العملي‪ ،‬ومحاولة استخدام ما تعلمه الطالب في مختلف جوانب احلياة التي تقع‬ ‫في متناول حواسهم؛ كما يجب إكسابهم مهارة البحث العلمي التي تضيف في كل يوم رؤية جديدة وإدراك ًا‬ ‫أشمل للمعرفة البشرية ليلتقي كل ذاك املعنى العظيم عند الوحدة القائمة في الكون‪.‬‬ ‫وصدق اهلل عز وجل القائل‪:‬‬ ‫يونس‪.101 :‬‬ ‫واهلل ولي التوفيق‪،،،‬‬ ‫أعضاء جلنة التعديل واملراجعة‬

‫‪5‬‬

‫هذا وقد تضمن حواشي الكتاب بعض التعليقات اجلانبية الشيقة لزيادة الفضول العلمي حتت عدد من‬ ‫املوضوعات اجلانيلة مثل‪:‬‬ ‫الرم‪e‬‬

‫ال‪H‬قر…‬

‫م‪b‬لو‪N�ô‬ا‬

‫قانون‬

‫عندما تراه ‪-‬عزيزي الطالب ‪ -‬فالبد أن تعرف أنك اآلن‬ ‫أمام إحدى قوانني مادة الفيزياء‪.‬‬

‫تعريف‬

‫عندما تراه ‪-‬عزيزي الطالب‪ -‬فالبد أن متسك قلمك ألنك‬ ‫أمام إحدى تعريفات مادة الفيزياء‪.‬‬

‫للبحث‬

‫هنا ُيترك للطالب موضوع ما يبحثه‪ ،‬من خالل مهاراته‬ ‫اﳋاصة‪ُ .‬مستخدم ًا كل اإلمكانيات املتاحة لديه من كتب‪،‬‬ ‫وحاسب آلي‪ ،‬وشبكة املعلومات الدولية‪.‬‬

‫سؤال‬

‫أسئلة ذات عالقة ﲟوضوع الدرس؛ ُ‬ ‫ليتم‬ ‫وحت ﱠل للطالب؛ ﱠ‬ ‫تدريبه على أﳕاط األسئلة املختلفة‪.‬‬

‫للتأمل‬

‫هي عبارة عن مواقف‪ ،‬و ُيترك للطالب أن يسبح بخياله‬ ‫ليتأمل بعض املواقف‪ ،‬التي قد حتدث في حياتنا اليومية‬ ‫والتي لها عالقة ﲟوضوع الدرس‪.‬‬

‫ِّ‬ ‫لالﻃالع فقط‬

‫هي عبارة عن معلومة للطالب‪ ،‬نريد من خاللها لفت نظر‬ ‫الطالب إليها لالطالع عليها‪.‬‬

‫قضية للمناقشة‬

‫هي عبارة عن موضوع معني‪ ،‬وهو ذو أهمية؛ نريد جذب‬ ‫انتباه الطالب إليها ليسلط الضوء عليها‪.‬‬

‫[‬

‫‪6‬‬

‫([) تعني كلمة الطالب للبنني والبنات‪.‬‬

‫الرم‪e‬‬

‫ال‪H‬قر…‬

‫م‪b‬لو‪N�ô‬ا‬

‫حقيقة مدهشة‬

‫ُوجه نظر الطالب حلقائق عجيبة في هذا الكون‬ ‫نريد هنا أن ن ِّ‬ ‫الواسع‪ ،‬ليري من خالل دراسته ملادة الفيزياء قدرة اهلل في‬ ‫الكون‪.‬‬

‫ابحث في‬ ‫مكتبتك‬

‫نشجع هنا الطالب على عقد للصلة بني التعلم بالقراءة‬ ‫والرجوع للمكتبة في األمور الدراسية لزيادة معلوماته في‬ ‫جانب معني‪.‬‬

‫مفتاح العالقة‬

‫هي مفتاح ذهني الستكشاف العالقة الرياضية‪.‬‬

‫ﲤرين‬

‫أسئلة تؤهل الطالب على جو االمتحانات‪ ،‬حيث إنها غير‬ ‫ُمجابة‪ ،‬يستطيع من خاللها أن يق ِّيم نفسه تقييم ًا ذاتياً‪.‬‬

‫تطبيق‬

‫أسئلة لها عالقة ﲟوضوع الدرس ويتم طرحها على الطالب‬ ‫لم ًا بكافة‬ ‫بعد دراسة جزء محدد من الدرس ليصبح ُم ﱠ‬ ‫نواحي الدرس‪.‬‬

‫مالحظة مهمة‬

‫نريد هنا لفت نظر الطالب ملوضوع بعينه ذي أهمية وصلة‬ ‫ﲟوضوع الدرس‪.‬‬

‫سؤال للتفكير‬ ‫سؤال للتفـكيــر‬ ‫مشاكلة حتتاج‬ ‫مشكلة حتتاج حلـل‬ ‫حلل مواقف‬ ‫مواقف تفكر فيها‬ ‫تفكر فيها‬

‫وهي تلك التساؤالت التي تسهم في تنمية مهارات‬ ‫التفكير لدى املتعلمني‪ ،‬وترتبط ارتباط ًا وثيق ًا ﲟوضوع‬ ‫الدرس ويطالب بها في عمليات التقومي املختلفة‪.‬‬

‫ملعلوماتك‬

‫هي معلومات مرتطبة ﲟوضوع الدراسة؛ فالغرض منها‬ ‫توسيع مدارك الطالب وزيادة وإثراء احلصيلة العلمية له‪.‬‬

‫‪7‬‬

Part One ‫اﻟﻔﻬﺮس‬

‫ حصة‬36-2π

‫ا�ي�ية‬MG�Ë‫ر‬N‫ا*و�ات الك‬ ©¡‫و‬C‫ (ال‬wz‫ ا*ر‬‰‫ ا*جا‬w�

±≤ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ W�bI� ≠ ±≤ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ ¡uC�« WFO�� ≠ ±≥ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ ÂU��_« ‰ö� ¡uC�« „uK� ≠ ±≥ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ WOzuC�« WF�_«Ë Âe(« ≠ ±¥ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ ”UJF�ô« U�u�U� ≠ ±∂ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ W�ËdJ�« U�«d*« ≠ ≤± ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ U�«dLK� ÂUF�« Êu�UI�« ≠ ≤± ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ dO�J��« …u� Êu�U� ≠ ≤µ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ —U�J�ô« U�u�U� ≠ ≤∏ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ —uAM*« w� —U�J�ô« ≠ ≥± ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ —uAM*« w� ¡uC�« qOK% ≠ ≥µ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ W�d(« W�Ë«e�« ≠ ≥µ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ W�d(« W�Ë«e�« UIO�D� ≠ ≥∏ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ U�bF�« w� —uB�« ÊuJ� ôU� ≠ ¥∞ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ U�bFK� ÂUF�« Êu�UI�« ≠ ¥≤ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ W�bF�« …u� ≠ ¥µ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ dB��« »uO� ≠ µ± ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ W�dB��« ôü«Ë …eN�_« ≠ µ≥ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ ¡uC�« U�u� œuO� ≠ µµ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ WOzuC�« U�u*« q�«b� ≠ µ∂ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ !u� W�d& ≠ µπ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ »UDI��ô« ≠ ∂≤ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ »UDI��ô« vK� WOKL� UIO�D� ≠ ∂¥ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ U��—b�Ë WK��√ ≠

‫اﻟﻔﺼﻞ ا ول‬ W�HB�« r�— ∂π v�≈ ±≤

8

h‫ حص‬1µ - ±¥

‫�يات‬Ë‫لك�ر‬ù‫ا‬

∑≤ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ W�bI� ≠ ∑≥ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ ö u*« ÁU��_ wzUM��« VO�d��« ≠ ∫ ö u*« t�� Ÿ«u�√ ≠ ∑µ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ N≠ Type ŸuM�« s� ∑∂ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ P≠ Type ŸuM�« s� ∑∑ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ PÆN WOzUM��« WK u�« ≠ ∑∏ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ WOzUM��« WK u�« qO u� ≠ ∏∞ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ —UO�K� ÂuIL� WK u�« qO u� ≠ ∏≤ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ —u��e�«d��« ≠ ∏∑ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ WK�UJ�*« dz«Ëb�« ≠ ∫WO�Ëd�J�≈ UOMI�� WK��√ ≠ ∏∏ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ u�œ«d�« ∏π ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ Êu�eHK��« π± ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ V�U(« w� WOIDM*« dz«Ëb�« π≥ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ U��—b�Ë WK��√ ≠

‫ حصة‬26 - 2¥

‫ا�يكا ا(رارية‬M‫الدي‬Ë …‫ا(رار‬

±∞±ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆW�bI� ≠ ±∞≤ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ …—«d(« WOL� ≠ ±∞≥ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ Í—«d(« Ê«e�ô« ±∞π ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ WO�uM�« …—«d(« ≠ ±±¥ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ W�—«d(« jO�U�*« ≠ ±±µ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ «“UGK� W�—«d(« ’«u)« ≠ ±≤∞ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ W�—«d(« UJO�UM�b�« ≠ ±≤≤ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ …—«d(«Ë qGA�« ∫W�—«d(« UJO�UM�b�« 5�«u� ±≤µ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ ‰Ë_« Êu�UI�« ±≥± ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ ”uJ�ö�«Ë ”uJF�« ¡«d�ù« ±≥≥ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ ©UN�¡UH�® W�ü« œËœd� ±≥µ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ w�U��« Êu�UI�« ±≥π ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ Í—«d(« ‰UI��ô« ±≥π ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ qO u��U� …—«d(« ‰UI��« ±¥¥ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ qL(U� …—«d(« ‰UI��« ±¥∂ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ ŸUF�ùU� …—«d(« ‰UI��« ±¥π ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ œu�_« r�'« ±µ∞ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ 5Ñ Êu�U� ±µ≤ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ U��—b�Ë WK��√

9 ±µπ ÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆÆ o�ö*«

‫اﻟﻔﺼﻞ اﻟﺜﺎﻧﻲ‬ W�HB�« r�— π∂ v�≈ ∑≤

‫اﻟﻔﺼﻞ اﻟﺜﺎﻟﺚ‬ W�HB�« r�— ±µ∑ v�≈ ±∞±

10

: ‫ﻳﺘﻮﻗﻊ ﻣﻦ اﻟﻄﺎﻟﺐ ﺑﻌﺪ دراﺳﺘﻪ ﻟﻬﺬا اﻟﻔﺼﻞ أن‬ ÆW�dB��« ·UO�_« hzUB� œbF�

ÆWO�O�UMG�ËdNJ�« U�u*« ·d= F�

·UO�_« UIO�D� r�√ —UB��U� ÕdA� Æ…UO(« w� W�dB��«

Æ WOzuC�« U�u*« —UA��« √b�� d�c�

Æ U�bF�« Ÿ«u�√ eO1 Æ U�bFK� ÂUF�« Êu�UI�« UÎ O�U�� o�D�

w� ”UJF�ô« w�u�U� s� UÎ OKL� oI��� Æ¡uC�«

Æ U�bF�« w� dO�J��« Êu�U� o�D�

ÆU�«dLK� ÂUF�« Êu�UI�« UÎ O�U�� o�D�

ÆdB��« »uO� œb��

Æ U�«dLK� dO�J��« …u� V���

jO���« d�J*«Ë »uJ�ËdJO*« qL� Ê—UI� Æ…—UEM�«Ë

l�u* WOKLF�«Ë W�dEM�« ZzU�M�« 5� Ê—UI� Æ …¬d*« w� …—uB�«

jO���« dN�*« «b���U� W�d& Íd�� Æ…—UEM�«Ë

Æ¡uC�« —U�J�« d�H�

f�U� “UN�� WO�UMB�« —UL�_« qL� ÕdA� ÆWOzuC�« U�uLK� ÆWOzuC�« U�uLK� q�«b��« √b�� d�H� ÆWOzuC�« U�uLK� »UDI��ô« √b�� d�H�

Æ”UJF�ô« Ÿ«u�√ œbF�

WD�«u� UÎ OKL� ¡uC�« qOK��� W�d& Íd�� Æ—uAM*« Æ —uAM*« WD�«u� UÎ OKL� nOD�« lL�� wK� ”UJF�« vK� ‰uB�K� W�d& Íd�� Æ¡uCK� wK�«œ qL�Ë wK�«b�« wKJ�« ”UJF�ô« 5� j�d� ÆW�dB��« ·UO�_«

11

‫مقدمة ‪:Introduction‬‬

‫الضـــــــوء ‪Light‬‬

‫سبق وأن درست في مقرر فيزياء (‪ )3‬أن الضوء ما هو إال موجات كهرومغناطيسية ذات تردد ينحصر‬ ‫في مدى يعرف بالطيف املرئي ‪.‬‬ ‫فاملوجات الكهرومغناطيسية هي اضطراب ينتشر في الفراغ بسبب تفاعل مجالني‬ ‫أحدهما كهربائي واآلخر مغناطيسي متعامدان على بعضهما ‪ ،‬كما يتعامدان‬ ‫على خط انتشار املوجات وتنتشر هذه املوجات في الفراغ بسرعة الضوء ‪.‬‬

‫ينتقل الضوء مثل جميع املوجات الكهرومغناطيسية األخرى خالل الهواء بسرعة مقدارها ‪ ٨ 10 ™ 3‬م‪ /‬ث‪،‬‬ ‫وعندما ﳝر الضوء في وسط مادي ‪ ،‬فﺈن سرعته تتوقف على كثافة ذلك الوسط ‪ ،‬فكلما زادت كثافة الوسط‬ ‫تقل سرعة الضوء خالله …‪ .‬ملاذا ؟ ‪.‬‬ ‫وحيث أن كثافة املاء أكبر من كثافة الهواء ‪ ،‬لذلك تكون سرعة الضوء في املاء أقل من سرعته في الهواء‬ ‫( سرعة الضوء في املاء حوالي ‪ 5 10× 2٫25‬كم ‪ /‬ث ) ‪.‬‬ ‫لقد ظهرت عدة نظريات كمحاولة لتفسير طبيعة الضوء وكيفية انتشاره ‪ ،‬ودراسة ظواهره املختلفة عند‬ ‫اصطدامه باألجسام أو نفاذه منها أو امتصاصه في األوساط املادية ‪.‬‬ ‫كما اتضح أن الضوء ذو طبيعة مزدوجة ‪ ،‬حيث إنه ﳝكن التعامل معه على أنه موجات ‪،‬‬ ‫كما ﳝكن اعتباره جسيمات ‪.‬‬ ‫س‪ :‬ما هي الظواهر التي تؤيد كل من االجتاهني؟‬

‫ﻃبيعــة الضــوء ‪Light Natural :‬‬ ‫كان هناك خالف بني العلماء سابق ًا حول طبيعة الضوء ‪ ،‬هل هو جسيمات أم أنه موجات ‪.‬‬ ‫وقد كان لكل من هاتني الفكرتني ما يؤيدها من الظواهر الطبيعية للضوء ‪ ،‬حتى أصبح راسخ ًا اليوم أن‬ ‫الضوء ذا طبيعة مزدوجة ‪ ،‬فهو أحيان ًا يبدو كأمواج وأحيان ًا أخرى يبدو كجسيمات ( فوتونات ) ‪.‬‬ ‫وفي دراستنا للضوء وكيفية انتشاره والتعرف على خواصه ‪ ،‬سوف نراعي النموذج املوجي باعتبار أنه‬ ‫يفسر ظواهر االنعكاس واالنكسار والتداخل و احليود ‪ ،‬وهي ما تشكل اﳋواص العامة للموجات ‪ ،‬أما‬ ‫النموذج اجلسيمي للضوء فتؤيده ظاهرة التأثير الكهروضوئي التي درستها سابق ًا ‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫سلوك الضوء خالل األجسام ‪:‬‬ ‫يعتبر الضوء شكل من أشكال الطاقة يثير حاسة اإلبصار ِّ‬ ‫وﳝكننا من رؤية األجسام ويسير في‬ ‫خطوط مستقيمة ‪.‬‬ ‫ما هي الظوهر التي تدل على أن الضوء يسير في خطوط مستقيمة ؟‬ ‫تختلف املواد من حيث نفاذية الضوء خاللها ‪.‬‬ ‫عدد مع ذكر أمثلة أنواع املواد من حيث نفاذ الضوء من خاللها ‪.‬‬ ‫اذكر بعض الظواهر التي توضح كيفية سلوك الضوء مع هذه املواد ‪.‬‬ ‫ويكون سلوك الضوء في األوساط املختلفة واحد ًا ﳑا يأتي ‪:‬‬ ‫‪ --1‬ينعكس جزء من الضوء عن السطح الفاصل مرتداً نحو منطقة السقوط‪،‬‬ ‫وتسمى هذه الظاهرة ‪ ........‬كما في الشكل ( ‪).............‬‬

‫‪ -2‬ينفذ جــزء مــن الــضــوء داخل‬ ‫الوسط الثاني مغيراً اجتاهه ‪ ،‬وتسمى‬ ‫هـــــذه الـــظـــاهـــرة ‪ .........‬كما‬ ‫فـــي الــشــكــل (‪. )...........‬‬ ‫‪ -3‬يــحــدث امــتــصــاص لــلــضــوء داخــل‬ ‫شكل (‪ )3-1‬الضوء ينكسر‬ ‫مــادة الوسط الثاني وتسمى هــذه الظاهرة‬ ‫‪ .............‬مــثــل امــتــصــاص اجللد‬ ‫وأوراق النبات للضوء كما في الشكل (‪. )...........‬‬ ‫‪)4‬‬ ‫‬‫‪1‬‬ ‫ﻝﻙﺵ(‬

‫‪)1‬‬ ‫‬‫‪1‬‬ ‫ﻝﻙﺵ(‬

‫شكل (‪ )1-1‬الضوء ينعكس‬

‫‪)3‬‬ ‫‬‫‪1‬‬ ‫ﻝﻙﺵ(‬

‫شكل (‪ )2-1‬الضوء ﳝتص‬

‫احلزم واألشعة الضوئية ‪:‬‬ ‫يبني الشكل (‪ ))4-1‬مصدراً نقطي ًا يصدر حزمة ضوئية من خالل‬ ‫ثقب صغير ‪ .‬وﳝكننا أن نرى احلزمة الضوئية بنفث دقائق من الدخان‬ ‫أو الطباشير في طريقها ‪ ،‬وبذلك نستطيع أن نرى حدودها ‪ .‬وﳝر مركز‬

‫‪4‬‬ ‫‬‫‪1‬‬ ‫ﻝﻙﺵ(‬ ‫الشعاع)الضوئي‬ ‫شكل (‪)٤-1‬‬

‫‪13‬‬

‫احلزمة الضوئية ﲟركز الثقب ومركز املصدر النقطي ‪.‬‬ ‫وتتكون احلزمة الضوئية من عدد من اﳋطوط الوهمية يسمى كل منها بـ ( الشعاع الضوئي)‪.‬‬

‫قانونــا االنعكـاس ‪:Law of Reflection‬‬ ‫عندما ينعكس الضوء يخضع لقانونني هما ‪:‬‬ ‫القانون األول ‪ :‬زاوية السقوط = زاوية االنعكاس ‪.‬‬ ‫القانون الثاني ‪ :‬الشعاع الضوئي الساقط والشعاع الضوئي املنعكس‬ ‫والعمود املقام من نقطة السقوط على السطح العاكس تقع جميعها في‬ ‫مستوى واحد عمودي على مستوى السطح العاكس (في بعدين)‪ .‬كما‬ ‫في الشكل (‪.)5-1‬‬

‫شكل ((‪ ))٥-1‬االنعكاس‬

‫�‪A‬ا◊ (‪)1 - 1‬‬

‫حتقيق قانوني االنعكاس باستخدام القرص الضوئي ( جهاز هارتل‪: ) Hartl‬‬

‫تركيب القرص ‪:‬‬ ‫قـــرص معدنــي قــابــل للـــدوران محيطـــه مقســم إلــــى ‪. ْ 360‬‬

‫حاجز معدني قابل للحركة به عدة فتحات مستطيلة ضيقة ينفذ منها الضوء‪.‬‬

‫خطوات العمل ‪:‬‬

‫‪ --1‬ﺛبﺖ مرآة مستوية رأسية صغيرة عند مركز القرص بحيث يكون‬ ‫مستواها عمودي ًا على مستوى القرص شكل ( ‪. )٦-1‬‬

‫‪ --2‬أســقــط حــزمــة مـــتـــوازيـــة مـــن األشـــعـــة الــضــوئــيــة على‬ ‫احلـــاجـــز املـــعـــدنـــي بــحــيــث يــنــفــذ مـــن أحــــد ﺛــقــوبــﻪ شــعــاع‬ ‫) هارتل‬ ‫جهاز‬ ‫(‪)٦-1‬‬ ‫شكل‬ ‫‪6‬‬ ‫‬‫‪1‬‬ ‫ﻝﻙﺵ(‬ ‫ضــوئــي يسقط عــلــى املــــرآة عــنــد مــركــز الــقــرص فيظهر على‬ ‫الـــقـــرص خـــطـــان مــضــيــﺌــان هــمــا مـــســـار الـــشـــعـــاع الـــســـاقـــط ومـــســـار الـــشـــعـــاع املــنــعــكــس ‪.‬‬ ‫‪ -3‬قس زاويتي السقوط واالنعكاس ‪.‬‬

‫‪ -٤‬كرر العمل السابق عدة مرات بتغيير زاوية السقوط وفي كل مرة قس زاويتي السقوط واالنعكاس ‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫تجـ ـ ــربـ ـ ــة (‪)1-1‬‬

‫الهدف‪ :‬حتقيق قانون االنعكاس األول عملياً‪.‬‬ ‫أدوات التجربة‪ :‬مرآة مستوية ‪ -‬مسطرة ‪ -‬دبابيس معدنية‪ -‬منقلة ‪ -‬قلم رصاص‪.‬‬ ‫خطوات العمل‪:‬‬ ‫‪ -1‬نثبت املرآة املستوية ونحددها بالقلم الرصاص‪.‬‬ ‫‪ -2‬نثبت دبوسني أ‪ ،‬ب ليمثال الشعاع الساقط‪.‬‬ ‫‪ -3‬ننظر من اجلهة اليمنى (األخرى) لنثبت دبوسني جـ‪ ،‬د بحيث يكونا على امتداد صورة أ‪ ،‬ب‬ ‫‪ -4‬نرفع الدبابيس ثم نوصل أب‪ ،‬جـ د‬ ‫‪ -5‬نقيم العمود املقام ‬ ‫‪ -6‬نقيس زاوية السقوط = ‪ ....‬‬ ‫‪ -7‬نقيس زاوية االنعكاس= ‪....‬‬ ‫نكرر التجربة عدة مرات‬ ‫االستنتاج‪ :‬زاوية السقوط ‪ = ....‬زاوية االنعكاس ‪....‬‬ ‫أ‬

‫العمود‬ ‫املقام‬

‫د‬ ‫جـ‬

‫ب‬

‫َجـ‬ ‫د‬

‫‪15‬‬

‫املرآة املقعرة المة‬

‫املرايـا الكرويـة ‪:Spherical Mirrors‬‬ ‫املرايا الكروية عبارة عن جزء من سطح كرة يكون أحد سطحيها‬ ‫الداخلي أو اﳋارجي مصقو ًال ‪ ،‬وعاكس ًا للضوء وتنقسم هذه املرايا إلى‬ ‫قسمني هما ‪:‬‬

‫شكل (‪ )٧-1‬مرآة مقعرة‬

‫‪ -1‬املرايا املقعرة ( الالمة أو املجمعة ) ‪:Concave Mirror‬‬ ‫وهي التي يكون سطحها الداخلي عاكس ًا شكل (‪.)7-1‬‬ ‫‪ -2‬املرايا اﶈدبة ( املفرقة أو املشتتة ) ‪:Convex Mirror‬وهي‬ ‫التي يكون سطحها اﳋارجي عاكس ًا شكل (‪.)٨-1‬‬

‫املرآة احملدبة مفرقة‬

‫شكل (‪ )٨-1‬مرآة محدبة‬

‫‪á¶MÓe‬‬ ‫الحﻆ أن السطح العاكس ﳝثله اﳋط اﳋفيف في الشكلني السابقني ‪.‬‬

‫مصطلحات خاصة باملرايا الكروية‪:‬‬ ‫من خالل التأمل في الشكلني (‪ ))٩-1(، ) 7-1‬ﳝكن تعريف املصطلحات‬ ‫التالية‪:‬‬

‫البؤرة اﳋيالية في املرآة احملدبة‬

‫‪ -1‬قطب املرآة (ق) ‪ :‬هو نقطة تقع في منتصف سطح املرآة ‪.‬‬ ‫‪ -2‬مركز التكور (‪ :Center of Curvature )2‬هو نقطة‬ ‫متثل مركز تكور الكرة التي اقتطعت منها هذه املرآة ‪.‬‬ ‫‪ - 3‬البؤرة األصلية للمرآة املقعرة (ب ) ‪:Focal Point‬‬ ‫هي نقطة تتجمع فيها األشعة املوازية حملور املرآة بعد انعكاسها‪ .‬شكل (‪)7-1‬‬ ‫‪ -٤‬محور املرآة ‪ :‬هو خط يصل بني قطب املرآة ومركز تكورها ممتداً من اجلهتني ‪.‬‬

‫‪16‬‬

‫شكل (‪)٩-1‬‬

‫‪ -٥‬البؤرة اﳋيالية للمرآة اﶈدبة (ب) ‪ :‬هي نقطة تتجمع فيها امتدادات األشعة املوازية حملور املرآة بعد‬ ‫انعكاسها كما في شكل ( ‪. )٩-1‬‬ ‫‪ -٦‬البعد البؤري (ع ) ‪ :Focal Length F‬هو البعد بني قطب املرآة وبؤرتها األصلية ‪.‬‬ ‫‪ -٧‬نصف قطر الكرة (نق) ‪ = R‬ضعف البعد البؤري ( ‪R = 2F . ) 2f‬‬

‫‪F = 1/2 R‬‬

‫س‪ :‬ارسم هذﻩ املصطلحات بالرسم على مرآة محدبة الشكل (‪)1٠-1‬‬

‫حاالت تكون الصور في املرايا املقعرة ‪:‬‬ ‫من أجل حتديد موقع صورة جسم وضع أمام مرآة مقعرة يلزمنا تتبع شعاعني من ثالثة أشعة تنبعث من‬ ‫رأس اجلسم وتلتقي عند نقطة متثل رأس صورته كما في الشكل (‪ )10-1‬وهذه األشعة هي ‪:‬‬ ‫‪ -1‬الشعاع الساقط موازي ًا حملور املرآة وهذا ينعكس ماراً بالبؤرة ‪.‬‬ ‫‪ -2‬الشعاع الساقط ماراً بالبؤرة وهذا ينعكس موازي ًا حملور املرآة ‪.‬‬ ‫‪ -3‬الشعاع الساقط ماراً ﲟركز التكور وهذا ينعكس على نفسه ‪ .‬ملـاذا ؟‬

‫م‬

‫م‬

‫(‪ )1‬شعاع موازي ينعكس مار بالبؤرة‬

‫م‬

‫م‬

‫(‪ )2‬شعاع مار بالبؤرة ينعكس موازي‬

‫م‬

‫ب‬

‫(‪ )3‬شعاع مار باملركز ينعكس على نفسه‬

‫شكل (‪)1٠-1‬‬

‫‪á¶MÓe‬‬

‫الحﻆ أن اﳋط ﳝثل السطح العاكس احملدب ‪.‬‬ ‫وﳝــــكــــن إيـــــجـــــاز حـــــــاالت تــــكــــون الـــــصـــــور فـــــي املـــــرايـــــا املــــقــــعــــرة مـــــن خــــــالل اجلـــــــــدول الــــتــــالــــي ‪:‬‬

‫‪17‬‬

‫احلالة‬

‫موقﻊ اجلسم‬

‫موقﻊ الصورة‬

‫األولى‬

‫في الالنهاية‬ ‫( في مكان‬ ‫بعيد )‬

‫في بؤرة املرآة‬

‫حـــقـــيـــقـــيـــة*‪،‬‬ ‫مقلوبة‪ ،‬مصغرة‬ ‫جداً‬

‫الثانية‬

‫أمـــــــام مـــركـــز‬ ‫التكور‬

‫‪..........‬‬

‫‪..........‬‬

‫الشكـل‬

‫صفات الصورة‬

‫اجلسم‬

‫الثالثة‬

‫فـــــــي مــــركــــز‬ ‫التكور للمرآة‬

‫م‬

‫ب‬ ‫اجلسم‬

‫‪..........‬‬

‫‪..........‬‬

‫بـــــــني مــــركــــز‬ ‫الرابعة‬ ‫التكور والبؤرة‬

‫‪..........‬‬

‫‪..........‬‬

‫فـــــي الــــبــــؤرة‬ ‫اﳋامسة‬ ‫األصلية‬

‫‪..........‬‬

‫‪..........‬‬

‫م‬

‫ب‬

‫اجلسم‬

‫ب‬

‫ب‬ ‫اجلسم‬

‫ب‬

‫ب‬

‫* الصورة احلقيقية هي التي ﳝكن استقبالها على حاجز أما الصورة اﳋيالية ال ﳝكن استقبالها على حاجز وإﳕا تظهر فقط على املرآة‬

‫‪18‬‬

‫اجلسم‬

‫بني قطب املرآة‬ ‫السادسة‬ ‫والبؤرة األصلية‬

‫‪..........‬‬

‫‪..........‬‬

‫ب‬

‫ب‬

‫امأل الفراغات في اجلدول مستخدم ًا األشعة السابق ذكرها ‪:‬‬ ‫تجربة تحديد حاالت تكون الصور عملي ًا (‪)2-1‬‬

‫قم مع مجموعة من زمالئك بتنفيذ حاالت تكون الصور عملي ًا ‪ ،‬مع حتديد األدوات واألجهزة التي‬ ‫تستخدمها في ذلك‪ .‬ودون ما شاهدت‪.‬‬

‫‪19‬‬

‫حاالت تكون الصور في املرايـا اﶈدبـة (‪:)Convex‬‬ ‫من أجل حتديد موقع صورة جسم وضع أمام مرآة محدبة يلزمنا تتبع شعاعني من ثالثة أشعة هي كما‬ ‫في الشكل املقابل (‪: ) 11 -1‬‬ ‫‪ --1‬الشعاع الساقط موازي ًا حملور املرآة وهذا ينعكس بحيث ﳝر امتداده‬ ‫بالبؤرة ‪.‬‬ ‫‪ --2‬الشعاع الساقط بحيث ﳝر امتداده بالبؤرة وهذا ينعكس موازي ًا‬ ‫حملور املرآة ‪.‬‬

‫شكل (‪ )11-1‬أنواع األشعة في املرايا اﶈدبة‬

‫‪ -3‬الشعاع الساقط بحيث ﳝر امتداده ﲟركز التكور وهذا ينعكس على‬ ‫نفسه ‪.‬‬

‫ب‬ ‫(‪ )1‬شعاع موازي ينعكس‬ ‫بحيث امتداده ﳝر بالبؤرة‬

‫(‪ )2‬شعاع امتداده مار‬ ‫بالبؤرة ينعكس موازي‬

‫ب‬

‫م‬

‫(‪ )3‬شعاع ساقط امتداده مار‬ ‫باملركز ينعكس على نفسه‬

‫وصفات الصورة التي تكونها املرآة اﶈدبة لألجسام التي تقﻊ أمامها ليس لها عالقة ببعد األجسام عن قطب‬ ‫املرآة اﶈدبة فهي دوم ًا لها الصفات املوضحة في اجلدول كالتالي ‪:‬‬

‫‪20‬‬

‫موقﻊ الصورة‬

‫موقﻊ اجلسم‬

‫الشكـل‬

‫صفات الصورة‬

‫اجلسم‬

‫أمام املرآة‬

‫خــلــف املــــــرآة بني خيالية ‪ ،‬معتدلة ‪،‬‬ ‫مصغرة‬ ‫القطب والبؤرة‬

‫ب‬

‫م‬

‫�‪A‬ا◊ ح ـ ـ ـ ـ ـ ـ ــر‬

‫طبق عملي ًا تغيير موقع جسم عدة مرات أمام مرآة محدبة ‪ ،‬ماذا تالحﻆ ؟ وملاذا ؟‬

‫القانون العام للمرايا وقانون قوة التكبير ‪:‬‬ ‫الحظت في حاالت تكون الصور أن بعد الصورة (ص) يتغير بتغير بعد اجلسم (س) ويحكم ذلك‬ ‫القانون التالي ‪:‬‬ ‫‪1‬‬ ‫البعد البؤري (‪)f‬‬

‫=‬

‫‪1‬‬ ‫بعد اجلسم (‪)s‬‬

‫‪+‬‬

‫‪1‬‬ ‫بعد الصورة (َ ‪)s‬‬

‫ويسمى هذا القانون بالقانون العام للمرايا ‪.‬‬

‫قانون قـوة التكبير ‪:Magnification equation‬‬

‫َ‬ ‫الحظت من حاالت تكون الصور في املرايا أن طول الصورة (‪ ))L‬يتغير بتغير‬ ‫طول اجلسم (‪ )L‬وبعد اجلسم عن املــرآة (‪ )S‬وبعد الصورة عن املــرآة (َ ‪، ))s‬‬ ‫ويحكم ذلك القانون التالي ‪:‬‬

‫طول الصورة (‪َ)L‬‬ ‫بعد الصورة (َ ‪)s‬‬ ‫بعد اجلسم (‪ = )s‬طول اجلسم (‪)L‬‬

‫‪)1‬ﺍﻱﺍﺭﻡﻝﺍ ﻱﻑ ﺭﻭ ﺹﻝﺍ ﻥﻭﻙﺕﻝ ﺩﻩﺍﺵﻡ‬ ‫‪2‬‬ ‫‬‫‪1‬‬ ‫ﻝﻙﺵ(‬ ‫شكل (‪ )12-1‬مشاهد لتكون الصور في املرايا‬

‫‪21‬‬

‫‪á¶MÓe‬‬ ‫وينبغي عند تطبيق القانون السابق مراعاة ما يأتي ‪:‬‬ ‫‪ -1‬البعد البؤري ‪ :‬يكون موجب ًا للمرآة املقعرة ( الالمة ) وسالب ًا للمرآة احملدبة ( املفرقة )‪.‬‬ ‫‪ -2‬بعد الصورة ‪ :‬يكون موجب ًا للصورة احلقيقية وسالب ًا للصورة اﳋيالية ‪.‬‬ ‫‪ -3‬بعد اجلسم ‪ :‬يكون موجب ًا لﻸجسام احلقيقية وسالب ًا لﻸجسام اﳋيالية ‪ ،‬علم ًا بأن الصور اﳋيالية‬ ‫تعتبر أجسام ًا خيالية إذا استقبلت على مرآة أخرى ‪.‬‬ ‫وﳝكن تلخيص هذﻩ القواعد في جدول باستخدام الرموز كالتالي ‪:‬‬ ‫املرآة اﶈدبة‬

‫املرآة املقعرة‬

‫‪S‬‬ ‫َ‬

‫‪S‬‬ ‫‪F‬‬

‫تطبيقات انعكاس الضوء على سطوح املرايا ‪:‬‬ ‫للضوء استخدامات عديدة في احلياة مثل استخدام ظاهرة انعكاس الضوء لتجميع األشعة في جهاز الفرن الشمسي‬ ‫وكذلك استخدام السطوح العاكسة في املصابيح الكاشفة للسيارات ‪.‬‬

‫أذكر تطبيقــات أخرى ‪.‬‬ ‫�‪A‬ا◊ ح ـ ـ ـ ـ ـ ـ ــر‬

‫قم بتصميم الفرن الشمسي في مدرستك بﺈشراف معلمك ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫‪1-1‬‬ ‫مرآة مقعرة بعدها البؤري ‪ 20‬سم ‪ ،‬أوجد موضع الصورة املتكونة وصفاتها جلسم موضوع أمامها‬ ‫على بعد ‪ :‬أ ‪ 30 -‬سم‬

‫ب ‪ 10 -‬سم ‪.‬‬

‫احلل‪:‬‬ ‫‪60‬‬

‫‪30‬‬

‫‪-‬‬

‫‪S‬ﹶ‬

‫‪20‬‬

‫‪ S = 60 = 2‬ﹶ = ‪M‬‬ ‫‪S‬‬ ‫‪30‬‬

‫حقيقية‪ ،‬مصغرة‪ ،‬مقلوبة‬

‫ﺗﻤﺮﻳﻦ‬

‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫=‬ ‫‪+‬‬ ‫‪20‬‬ ‫‪30‬‬ ‫‪S‬ﹶ‬ ‫‪ S = 60 cm‬ﹶ‬

‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪S‬‬ ‫‪S‬ﹶ‬ ‫‪3-2‬‬ ‫‪1‬‬ ‫=‬ ‫‪60‬‬ ‫‪60‬‬

‫‪1‬‬ ‫=‬ ‫‪F‬‬ ‫‪1‬‬ ‫=‬ ‫‪S‬ﹶ‬

‫)ﺃ(‬

‫‪1-1‬‬

‫جسم يقع أمام مرآة كروية على بعد ‪ 20‬سم فتكونت له صورة معتدلة ومصغرة على بعد ‪15‬سم‬ ‫ب‪ -‬التكبير‬ ‫من املرآة ‪ ،‬احسب ‪ :‬أ‪ -‬البعد البؤري للمرآة مبين ًا نوعها ‪.‬‬ ‫‪................ ....................................................................‬‬ ‫‪................................ ....................................................‬‬ ‫‪....................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................‬‬ ‫‪....................................................................................‬‬

‫‪23‬‬

‫تجربة عملية (‪)3-1‬‬

‫جتربة تعيني البعد البؤري ملرآة مقعرة (تفضل التجربة في غرفة مظلمة)‪:‬‬ ‫الهدف من التجربة‪ :‬تعيني البعد البؤري ملرآة مقعرة‪.‬‬ ‫أدوات التجربة‪ :‬حامل مرايا ‪ -‬مرآة مقعرة ‪ -‬مسطرة مدرجة ‪ -‬شمعة ‪ -‬حائل (حاجز) نستقبل عليه الصور‬ ‫خطوات العمل‪:‬‬ ‫‪ -1‬ثبت املرآة املقعرة على احلامل‪.‬‬

‫‪ -2‬ثبت احلاجز ‪.‬‬

‫‪ -3‬أشعل لهب الشمعة وضعها أمام املرآة‪.‬‬

‫‪ -4‬حرك احلاجز في نفس اجلهة التي بها الشمعة حتى حتصل على أوضح وأصغر نقطة مضيئة على احلاجز‪.‬‬ ‫‪ -5‬قس املسافة بني البؤرة وقطب املرآة‪.‬‬ ‫رقم‬ ‫المحاولة‬

‫المسافة بين البؤرة وقطب المرأة‬

‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪3‬‬ ‫المجموع‬

‫‪ -6‬كرر التجربة عدة مرات‪ .‬‬

‫‪24‬‬

‫المتوسط‬

‫ ‬

‫‪ -7‬احسب املتوسط =‬

‫املسافة في كل مرة‬ ‫عدد املرات‬

‫اﻧﻜﺴــﺎر اﻟﻀــﻮء ‪Refraction of light‬‬

‫‪:‬‬

‫ﻟﻘﺪ ﻋﺮﻓﺖ أن اﻟﻀﻮء ﻳﺴﻴﺮ ﻓﻲ ﺧﻄﻮط ﻣﺴﺘﻘﻴﻤﺔ ﻓﻲ اﻟﻮﺳﻂ اﳌﺘﺠﺎﻧﺲ ‪ ،‬وأﻧﻪ إذا ﺳﻘﻂ‬ ‫ﺷﻌﺎع ﺿﻮﺋﻲ ﻋﻠﻰ ﺟﺴﻢ ﻏﻴﺮ ﺷﻔﺎف ‪ ،‬ﻓﺈن ﻗﺴﻤ ًﺎ ﻣﻨﻪ ﻳﻨﻌﻜﺲ ﻋﻨﻪ واﻵﺧﺮ ﳝﺘﺺ ‪ .‬وﻟﻜﻦ‬ ‫ﻣﺎذا ﻳﺤﺪث ﻟﻠﻀﻮء إذا ﺳﻘﻂ ﻋﻠﻰ وﺳﻂ ﺷﻔﺎف ﻳﺴﻤﺢ ﻟﻪ ﺑﺎﻟﻨﻔﺎذ ﻣﻨﻪ؟ وﳌﺎذا ﻳﺒﺪو ﻗﺎع‬ ‫ﺑﺮﻛﺔ ﺳﺒﺎﺣﺔ أﻗﻞ ﻋﻤﻘ ًﺎ ﻣﻦ ﻋﻤﻖ اﻟﺒﺮﻛﺔ اﳊﻘﻴﻘﻲ؟ ﳌﺎذا ُﻳﺨ ﱠﻴﻞ إﻟﻴﻚ إذا وﺿﻌﺖ ﻗﻠﻤ ًﺎ ﻓﻲ‬ ‫ﻛﻮب ﻣﺎء أن اﻟﻘﻠﻢ ﻣﻜﺴﻮر ﻋﻨﺪ ﺳﻄﺢ اﳌﺎء؟ وﻛﻴﻒ ﺗﻔﺴﺮ ﻇﺎﻫﺮة ﻗﻮس اﳌﻄﺮ؟‬ ‫ﻛﻞ ﺗﻠﻚ اﻷﺳﺌﻠﺔ ﳝﻜﻦ اﻹﺟﺎﺑﺔ ﻋﻨﻬﺎ ﺑﺪراﺳﺔ إﺣﺪى اﳋﺼﺎﺋﺺ اﳌﻬﻤﺔ ﻟﻠﻀﻮء وﻫﻲ‬ ‫ﺧﺎﺻﻴﺔ اﻻﻧﻜﺴﺎر أو اﻻﻧﻌﻄﺎف ﻛﻤﺎ ﺳﻤﺎﻫﺎ اﳊﺴﻦ ﺑﻦ اﻟﻬﻴﺜﻢ ‪.‬‬

‫اﻧﻜﺴﺎر اﻟﻀﻮء‬

‫ﺗﻘﺮﻳﺮ‪ :‬اﻛﺘﺐ ﺗﻘﺮﻳﺮ ًا ﻋﻦ اﻟﻌﺎﻟﻢ اﳌﺴﻠﻢ اﳊﺴﻦ ﺑﻦ اﻟﻬﻴﺜﻢ وإﳒﺎزاﺗﻪ ﻓﻲ ﻣﺠﺎل ﻋﻠﻢ اﻟﻀﻮء‪.‬‬ ‫إن اﻟﻀﻮء اﻟﺬي ﻳﺼﻞ إﻟﻰ أﻋﻴﻨﻨﺎ ﻻ ﻳﺴﻠﻚ ﺧﻄ ًﺎ ﻣﺴﺘﻘﻴﻤ ًﺎ واﺣﺪاً ﻓﻲ اﻟﻮﺳﻄﲔ اﳌﺨﺘﻠﻔﲔ ‪ ،‬وﻫﺬا ﻣﺎ‬ ‫ﻧﻌﺒﺮ ﻋﻨﻪ ﺑﺎﻧﻜﺴﺎر اﻟﻀﻮء ‪ ،‬أي أن اﻟﻀﻮء ﻳﻨﻜﺴﺮ إذا اﻧﺘﻘﻞ ﻣﻦ اﻟﻮﺳﻂ اﳌﺎدي ذي ﻛﺜﺎﻓﺔ ﻣﻌﻴﻨﺔ إﻟﻰ آﺧﺮ ذي ﻛﺜﺎﻓﺔ ﻣﺨﺘﻠﻔﺔ‬ ‫وﺳﻘﻂ ﺑﺸﻜﻞ ﻣﺎﺋﻞ ﻋﻠﻰ اﻟﺴﻄﺢ اﻟﻔﺎﺻﻞ ﺑﲔ اﻟﻮﺳﻄﲔ ﻛﻤﺎ ﻓﻲ اﻟﺸﻜﻞ )‪.(١٣-١‬‬ ‫إن اﻧﻜﺴﺎر اﻟﻀﻮء ﻳﺮﺟﻊ ﺳﺒﺒﻪ إﻟﻰ ﺗﻐﻴﺮ ﻣﺘﻮﺳﻂ ﺳﺮﻋﺔ اﻟﻀﻮء ﻋﻨﺪ اﻧﺘﻘﺎﻟﻪ ﻣﻦ‬ ‫وﺳﻂ ﻵﺧﺮ ‪ .‬وﻳﻌﺮف اﻧﻜﺴﺎر اﻟﻀﻮء ﺑﺄﻧﻪ ‪ :‬ﺗﻐﻴﺮ ﻣﺴﺎر اﻟﺸﻌﺎع اﻟﻀﻮﺋﻲ ﻋﻨﺪ‬ ‫اﻧﺘﻘﺎﻟﻪ ﻣﻦ وﺳﻂ ﺷﻔﺎف إﻟﻰ آﺧﺮ ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻋﻨﻪ “‬

‫اﻧﻈﺮ إﻟﻰ اﻟﺸﻜﻞ ) ‪ (١٣-١‬وﺗﻌﺮف ﻋﻠﻰ‬ ‫اﳌﺼﻄﻠﺤﺎت اﳋﺎﺻﺔ ﺑﻮﺣﺪة اﻻﻧﻜﺴﺎر‪ ،‬ﺛﻢ ﻗﺎرن ﺑﲔ‬ ‫زاوﻳﺔ اﻟﺴﻘﻮط وزاوﻳﺔ اﻻﻧﻜﺴﺎر ‪.‬‬

‫ﺷﻜﻞ )‪ (١٣-١‬اﻧﻜﺴﺎر اﻟﺸﻌﺎع اﻟﻀﻮﺋﻲ‬

‫واﻵن ﻧﺘﻌﺮف ﻋﻠﻰ اﻟﻘﻮاﻧﲔ اﻟﺘﻲ ﲢﻜﻢ اﻧﻜﺴﺎر اﻟﻀﻮء ‪:‬‬

‫ﻗﺎﻧﻮﻧــﺎ اﻻﻧﻜـﺴﺎر ‪:Refractions laws‬‬ ‫اﻟﻘﺎﻧﻮن اﻷول ‪ :‬اﻟﺸﻌﺎع اﻟﻀﻮﺋﻲ اﻟﺴﺎﻗﻂ واﻟﺸﻌﺎع اﻟﻀﻮﺋﻲ اﳌﻨﻜﺴﺮ واﻟﻌﻤﻮد اﳌﻘﺎم ﻣﻦ ﻧﻘﻄﺔ اﻟﺴﻘﻮط ﻋﻠﻰ اﻟﺴﻄﺢ‬ ‫اﻟﻔﺎﺻﻞ ﺗﻘﻊ ﺟﻤﻴﻌﻬﺎ ﻓﻲ ﻣﺴﺘﻮى واﺣﺪ ﻋﻤﻮدي ﻋﻠﻰ اﻟﺴﻄﺢ اﻟﻔﺎﺻﻞ ‪.‬‬

‫‪25‬‬

‫‪2‬‬

‫‪= n2 sin‬‬

‫‪1‬‬

‫ﭨ‬ ‫ﭨﭨﭨ‬ ‫ﺳﻨﻞ‪..‬‬ ‫وﺗﻌﺮفﭨﻫﺬہﭨاﻟﻌﻼﻗﺔﭨﺑﻘﺎﻧﻮنﭨﺳﻨﻞﭨ‪.‬ﭨ‬ ‫ﺑﻘﺎﻧﻮنسنل‬ ‫اﻟﻌﻼﻗﺔبقانون‬ ‫ﻫﺬﻩالعالقة‬ ‫وﺗﻌﺮفهذه‬ ‫وتعرف‬

‫‪n1 sin‬‬

‫‪2-1‬‬ ‫‪2-1‬‬

‫‪ bî©dG‬‬ ‫‪ ¯e‬‬ ‫‪ábÓ©dG ìÉàØe‬‬

‫ﺳﻨﻞ(‪::‬‬ ‫ﭨاﻟﻘﺎﻧﻮنﭨاﻟﺜﺎﻧﻲﭨ)ﻗﺎﻧﻮنﭨﺳﻨﻞ(ﭨ‪:‬ﭨ‬ ‫)ﻗﺎﻧﻮنسنل)‬ ‫اﻟﺜﺎﻧﻲ(قانون‬ ‫اﻟﻘﺎﻧﻮنالثاني‬ ‫القانون‬ ‫ﭨﭨﭨﭨ‬ ‫ﭨ‬

‫‪n1‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪n21‬‬ ‫‪n2‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬

‫ﻣﻌﺎﻣﻞ اﻻﻧﻜﺴﺎر اﳌﻄﻠﻖ ﻟﻠﻮﺳﻂ اﻷول‬ ‫ﻣﻌﺎﻣﻞﭨاﻻﻧﻜﺴﺎرﭨاﳌﻄﻠﻖﭨﻟﻠﻮﺳﻂﭨاﻷولﭨ‬ ‫معامل االنكسار املطلق للوسط األول‬ ‫ﻣﻌﺎﻣﻞ اﻻﻧﻜﺴﺎراﳌﻄﻠﻖ ﻟﻠﻮﺳﻂ اﻟﺜﺎﻧﻲ‬ ‫ﻣﻌﺎﻣﻞﭨاﻻﻧﻜﺴﺎراﳌﻄﻠﻖﭨﻟﻠﻮﺳﻂﭨاﻟﺜﺎﻧﻲ‬ ‫معامل االنكساراملطلق للوسط الثاني‬ ‫زاوﻳﺔ اﻟﺴﻘﻮط ﻓﻲ اﻟﻮﺳﻂ اﻷول‬ ‫زاوﻳﺔﭨاﻟﺴﻘﻮطﭨﻓﻲﭨاﻟﻮﺳﻂﭨاﻷولﭨ‬ ‫زاوية السقوط في الوسط األول‬ ‫زاوﻳﺔ اﻻﻧﻜﺴﺎر ﻓﻲ اﻟﻮﺳﻂ اﻟﺜﺎﻧﻲ‬ ‫زاوﻳﺔﭨاﻻﻧﻜﺴﺎرﭨﻓﻲﭨاﻟﻮﺳﻂﭨاﻟﺜﺎﻧﻲ‬ ‫زاوية االنكسار في الوسط الثاني‬

‫‪ ¦Mîe‬‬ ‫‪á¶MÓe‬‬ ‫ﺳﺮﻋﺔ‬ ‫ﺑﲔ‬ ‫اﻟﻨﺴﺒﺔ‬ ‫اﳌﻄﻠﻖﭨهوﻫﻮ‬ ‫اﳌﻄﻠﻖ‬ ‫اﻻﻧﻜﺴﺎر‬ ‫ﻣﻌﺎﻣﻞ‬ ‫ﺳﺮﻋﺔﭨ‬ ‫ﺑﲔﭨسرعة‬ ‫اﻟﻨﺴﺒﺔﭨبني‬ ‫ﻫﻮﭨالنسبة‬ ‫اﻻﻧﻜﺴﺎرﭨاملطلق‬ ‫ﻣﻌﺎﻣﻞﭨاالنكسار‬ ‫معامل‬ ‫)‪(u‬‬ ‫اﻟﻮﺳﻂ‬ ‫ﻓﻲ‬ ‫وﺳﺮﻋﺘﻪ‬ ‫)‪(c‬‬ ‫اﻟﻔﺮاغ‬ ‫ﻓﻲ‬ ‫اﻟﻀﻮءﭨﻓﻲﭨاﻟﻔﺮاغﭨ)‪(c‬ﭨوﺳﺮﻋﺘﻪﭨﻓﻲﭨاﻟﻮﺳﻂﭨ)‪(u‬‬ ‫اﻟﻀﻮءفي الفراغ (‪ )c‬وسرعته في الوسط (‪)u‬‬ ‫الضوء‬ ‫‪cc‬‬ ‫إذن‪:‬‬ ‫ﭨإذن‪:‬‬ ‫= ‪nn‬‬ ‫إذن‪:‬‬

‫ﭨﭨﭨﭨ‬ ‫ﺑﺰاوﻳﺔ‬ ‫ﭨﭨﭨﭨﭨﭨﺳﻘﻂﭨﺷﻌﺎعﭨﺿﻮﺋﻲﭨﻣﻦﭨاﻟﻬﻮاءﭨﻋﻠﻰﭨﺳﻄﺢﭨﻣﺎءﭨﺑﺰاوﻳﺔ‬ ‫ﻣﺎءبزاوية‬ ‫ﺳﻄﺢماء‬ ‫ﻋﻠﻰسطح‬ ‫اﻟﻬﻮاءعلى‬ ‫ﻣﻦالهواء‬ ‫ﺿﻮﺋﻲمن‬ ‫ﺷﻌﺎعضوئي‬ ‫ﺳﻘﻂشعاع‬ ‫سقط‬ ‫‪uu‬‬ ‫اﻧﻜﺴﺎر‬ ‫ﭨﻓﺎﻧﻜﺴﺮﭨﻓﻲﭨاﳌﺎءﭨﺑﺰاوﻳﺔﭨاﻧﻜﺴﺎر‬ ‫ﺑﺰاوﻳﺔانكسار‬ ‫اﳌﺎءبزاوية‬ ‫ﻓﻲاملاء‬ ‫ﻓﺎﻧﻜﺴﺮفي‬ ‫ﭨﺳﻘﻮطﭨﻣﻘﺪارﻫﺎﭨ‪٦٠‬ﭨفانكسر‬ ‫ﺳﻘﻮطمقدارها‬ ‫سقوط‬ ‫‪ْ ٦٠‬‬ ‫ﻣﻘﺪارﻫﺎ‪ْ 60‬‬ ‫اﻟﻬﻮاء==‪..()١1‬‬ ‫ﭨأوﺟﺪﭨﻣﻌﺎﻣﻞﭨاﻧﻜﺴﺎرﭨاﳌﺎءﭨ)ﻣﻌﺎﻣﻞﭨاﻧﻜﺴﺎرﭨاﻟﻬﻮاءﭨ=ﭨ‪١‬ﭨ(ﭨ‪.‬ﭨ‬ ‫اﻧﻜﺴﺎرالهواء‬ ‫)ﻣﻌﺎﻣﻞانكسار‬ ‫اﳌﺎء(معامل‬ ‫اﻧﻜﺴﺎراملاء‬ ‫ﻣﻌﺎﻣﻞانكسار‬ ‫أوﺟﺪمعامل‬ ‫ﭨﻣﻘﺪارﻫﺎﭨ‪٤٠‬ﭨأوجد‬ ‫مقدارها‬ ‫‪ْ ٤٠‬‬ ‫ﻣﻘﺪارﻫﺎ‪ْ 40‬‬ ‫‪nn11sin‬‬ ‫‪sin 11==nn22sin‬‬ ‫‪sin 22‬‬ ‫‪1x‬‬ ‫‪1xsin‬‬ ‫‪sin60‬‬ ‫‪60==nn22xxsin‬‬ ‫‪sin40‬‬ ‫‪40‬‬ ‫‪٠٫٨٦٦‬‬ ‫ﭨﭨ‪٠٫٨٦٦‬‬ ‫)‪0٫٨66 sin(60‬‬ ‫‪١٫٣٥‬‬ ‫اﳌﺎء(==)‪== sin(60‬‬ ‫)ﻣﻌﺎﻣﻞﭨاﻧﻜﺴﺎرﭨاﳌﺎء(ﭨ=ﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨ=ﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨﭨ=ﭨ‪١٫٣٥‬ﭨ‬ ‫==‪1٫35‬‬ ‫اﻧﻜﺴﺎراملاء)‬ ‫)ﻣﻌﺎﻣﻞانكسار‬ ‫ﭨﭨﭨﭨ‪( nn22‬معامل‬ ‫)‪sin(40‬‬ ‫‪٠٫٦٤٣‬‬ ‫ﭨﭨ‪٠٫٦٤٣‬‬ ‫)‪0٫643 sin(40‬‬ ‫وﺣﺪة(‪.‬‬ ‫ﻻﺣﻆﭨأنﭨﻣﻌﺎﻣﻞﭨاﻻﻧﻜﺴﺎرﭨﻫﻮﭨﻧﺴﺒﺔﭨ)ﻟﻴﺲﭨﻟﻪﭨوﺣﺪة(‪.‬‬ ‫)ﻟﻴﺲلهﻟﻪوحدة)‪.‬‬ ‫ﻧﺴﺒﺔ(ليس‬ ‫اﻻﻧﻜﺴﺎرهوﻫﻮنسبة‬ ‫ﻣﻌﺎﻣﻞاالنكسار‬ ‫ﻻﺣﻆأنأنمعامل‬ ‫الحﻆ‬ ‫ﭨ‬

‫ﭨ‬

‫ﺳﺆالﭨللتفكير‪:‬‬ ‫سؤال‬ ‫ﻟﻠﺘﻔﻜﻴﺮ‪:‬‬ ‫وﺳﻂخفيف‬ ‫ﻟﻠﻬﻮاء()وسط‬ ‫ﻛﺜﻴﻒ)(للهواء‬ ‫وﺳﻂكثيف‬ ‫اﳌﺎء()وسط‬ ‫ﻣﻦاملاء‬ ‫ﺿﻮﺋﻲمن‬ ‫ﺷﻌﺎعضوئي‬ ‫ﻣﺴﺎرشعاع‬ ‫ﺑﺎﻟﺮﺳﻢمسار‬ ‫وﺿﺢبالرسم‬ ‫وضح‬ ‫ﺧﻔﻴﻒ)(‪..‬‬ ‫وﺿﺢﭨﺑﺎﻟﺮﺳﻢﭨﻣﺴﺎرﭨﺷﻌﺎعﭨﺿﻮﺋﻲﭨﻣﻦﭨاﳌﺎءﭨ)ﭨوﺳﻂﭨﻛﺜﻴﻒﭨ(ﭨﻟﻠﻬﻮاءﭨ)ﭨوﺳﻂﭨﺧﻔﻴﻒﭨ(ﭨ‪.‬‬

‫ﺑﺰاوﻳﺔ االنكسار‬ ‫اﻟﺴﻘﻮط بزاوية‬ ‫زاوﻳﺔ السقوط‬ ‫ﻋﻼﻗﺔ زاوية‬ ‫ماﻣﺎ عالقة‬ ‫اﻻﻧﻜﺴﺎر ؟؟‬ ‫ﻣﺎﭨﻋﻼﻗﺔﭨزاوﻳﺔﭨاﻟﺴﻘﻮطﭨﺑﺰاوﻳﺔﭨاﻻﻧﻜﺴﺎرﭨ?ﭨ‬

‫واﳌﺜﺎل السابق‪.‬‬ ‫إﻟﻴﻬﺎ واملثال‬ ‫ﺗﻮﺻﻠﺖ إليها‬ ‫اﻟﺘﻲ توصلت‬ ‫اﻟﻨﺘﻴﺠﺔ التي‬ ‫ﺑﲔ النتيجة‬ ‫ﻗﺎرن بني‬ ‫قارن‬ ‫اﻟﺴﺎﺑﻖ‪.‬‬ ‫ﻗﺎرنﭨﺑﲔﭨاﻟﻨﺘﻴﺠﺔﭨاﻟﺘﻲﭨﺗﻮﺻﻠﺖﭨإﻟﻴﻬﺎﭨواﳌﺜﺎلﭨاﻟﺴﺎﺑﻖ‪.‬ﭨ‬

‫‪26‬‬

‫‪٢٦‬‬

‫تجربة عملية (‪)¥-1‬‬

‫الهدف‪:‬‬

‫تعيني معامل انكسار الزجاج ملتوازي مستطيالت‬

‫أدوات التجربة‪:‬‬

‫متوازي مستطيالت زجاجي ‪ -‬مسطرة مدرجة ‪ -‬دبابيس ‪ -‬قلم رصاص ‪ -‬منقلة ‪.‬‬

‫خطوات العمل‪:‬‬

‫‪ -1‬نضع املتوازي على الورقة ويحدد بالقلم الرصاص‪.‬‬ ‫‪ -2‬نثبت دبوسني أ‪ ،‬ب ﳝثال الشعاع الساقط‪.‬‬

‫‪ -3‬ننظر من اجلهة األخرى ونثبت دبوسني جـ‪ ،‬د على امتداد الدبوسني أ‪ ،‬ب ليمثال الشعاع‬ ‫اﳋارج‪.‬‬ ‫‪ -4‬نرفع املتوازي والدبابيس ونوصل بالقلم‬

‫ب‬

‫أ‬

‫أ ب ﳝثل شعاع ساقط‬ ‫س ص ﳝثل شعاع منكسر‬

‫ساقط‬

‫‪φ1‬‬ ‫س‬

‫ج د ﳝثل شعاع خارج‬

‫‪1‬‬

‫‪2‬‬

‫‪ -5‬تعيني زاوية السقوط ‪ْ .... =φ1‬‬ ‫تعيني زاوية االنكسار‬

‫‪2‬‬

‫= ‪ْ ....‬‬

‫‪φ2‬‬

‫ﲟا أن معامل انكسار الهواء = ‪1‬‬ ‫إذاً ﳝكن تعيني معامل انكسار الزجاج من القانون‪:‬‬ ‫‪1‬‬

‫وبالتعويض ﳝكن إيجاد ‪n2‬‬

‫منكسر‬

‫جـ‬

‫شعا‬

‫ع‬ ‫خارج‬

‫د‬

‫ي‬

‫‪n sin φ1 = n2 sin‬‬ ‫للزجاج‬

‫‪sin φ1‬‬ ‫‪sin 1‬‬

‫‪1‬للهواء‬

‫= ‪n2‬‬

‫‪27‬‬

‫‪Α‬‬

‫االنـكسـار في املنشور ‪:refraction in prism‬‬

‫يوضح الشكل (‪ )14 -1‬مقطع ًا عرضي ًا ملنشور‬ ‫زجاجي ‪ .‬فﺈذا سقط شعاع ضوئي على أحد أوجه‬ ‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫املنشور بزاوية معينة ( زاوية السقوط هـ) ‪ ،‬فﺈنه يعاني‬ ‫انكساراً ‪ ،‬وعندما يصل إلى الوجه اآلخر للمنشور فﺈنه‬ ‫أيض ًا سوف يعاني انكساراً مرة أخرى ‪ ،‬فيخرج من‬ ‫املنشور بزاوية تُسمى زاوية اﳋروج (خ) ‪ ،‬أي أن هذا‬ ‫شكل (‪ )1٤-1‬مسار الشعاع الضوئي في املنشور‬ ‫الشعاع قد عانى أكثر من انكسار ‪ ،‬وتسمى الزاوية‬ ‫احملصورة بني امتداد الشعاع الساقط وامتداد الشعاع‬ ‫اﳋارج زاوية االنحراف (ح) كما في الشكل (‪ )14-1‬وﳝكن كتابة العالقة بني زاوية السقوط وزاوية اﳋروج وزاوية‬ ‫االنحراف على النحو التالي ‪:‬‬ ‫‪φ2‬‬

‫‪= φ1 + φ2 - A‬‬

‫‪φ1‬‬

‫حيث ‪ :‬الزاوية ((‪ )A‬هي زاوية رأس املنشور ‪.‬‬

‫‪3-1‬‬ ‫منشور ثالثي متساوي األضالع سقط شعاع بزاوية ‪ ْ 40‬وكانت زاوية االنحراف ‪ ْ 37‬احسب‬ ‫زاوية اﳋروج‪.‬‬ ‫احلل‪:‬‬

‫‪= ø1 + ø2 - A‬‬ ‫‪37 = 40 + ø2 - 60‬‬ ‫‪37 = ø2 - 20‬‬ ‫‪20 + 37 = ø2‬‬ ‫‪ = ø2‬ﹾ‪57‬‬ ‫‪28‬‬

‫‪4-1‬‬ ‫سقط شعاع ضوئي على أحد وجهي منشور ثالثي (مقطعه العرضي على شكل مثلث متساوي األضالع) ‪،‬‬ ‫فﺈذا كانت زاوية السقوط ‪ .ْ 45‬تتبع مسار هذا الشعاع حتى يخرج من املنشور‪ ،‬ثم احسب زاوية انحرافه‪،‬‬ ‫علما أن معامل االنكسار للمنشور ‪.1٫5‬‬ ‫احلل‪:‬‬ ‫‪1‬‬

‫‪n1 sin φ1 = n2 sin‬‬ ‫)‪sin (45‬‬ ‫= ‪sin 1‬‬ ‫‪1.5‬‬ ‫‪A= 1+ 2‬‬ ‫‪= 31.87‬‬

‫‪= n1 sin φ2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪n2 sin‬‬

‫‪... 1.5 x sin (31.9) = 1 x sin φ2‬‬ ‫ْ‪... φ2 = 52.4‬‬ ‫‪= φ1 + φ2 - A‬‬ ‫‪= 45 + 52.4 - 60‬‬ ‫ْ‪= 37.4‬‬

‫‪...‬‬

‫‪29‬‬

‫تجربة عملية (‪)µ-1‬‬

‫الهدف من التجربة‪ :‬تعيني معامل انكسار املنشور باستخدام الدبابيس‪.‬‬ ‫األدوات ‪ :‬منشور ﺛالﺛي ‪ ،‬دبابيس صلب‪ ،‬مسطرة‪ ،‬قلم رصاص منقلة‪.‬‬ ‫خطوات العمل ‪:‬‬ ‫‪ - 1‬ضع املنشور بحيث يستند بﺈحدى قاعدتيه على‬ ‫الورقة وحدده بالقلم الرصاص‪.‬‬ ‫‪ -2‬ثبت دبوسني أ‪ ،‬ب ﳝثال الشعاع الساقط بوضع مائل‪.‬‬

‫د‬

‫‪φ2‬‬ ‫جـ‬

‫‪φ1‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪1‬‬

‫ب‬

‫م‬

‫‪ --3‬انظر من اجلهة األخرى وثبت دبوسني (جـ‪ ،‬د) ﳝثال‬ ‫الشعاع اﳋارج على امتداد الدبوسني أ‪ ،‬ب‪.‬‬ ‫‪ --4‬ارفع الدبابيس واملنشور ووصل بالقلم الرصاص‪.‬‬ ‫‪ -5‬مدد الشعاع الساقط أ ب‬ ‫مدد الشعاع اﳋارج جـ د‬ ‫‪ -6‬قس الزاوية احلادة بني امتداديهما‬ ‫= زاوية االنحراف‬ ‫‪ -7‬كرر التجربة ودون النتائج في اجلدول‪ ،‬وحتقق من صحة‬ ‫القانون‬

‫‪φ1‬‬

‫زاوية‬ ‫السقوط‬

‫‪= φ1 + φ2 - A‬‬

‫رأس‬ ‫املنشور‬

‫زاوية‬ ‫زاوية‬ ‫زاوية‬ ‫اﳋروج السقوط االنحراف‬

‫‪ -٨‬أوجد معامل االنكسار من العالقة‬

‫‪30‬‬

‫‪A+‬‬ ‫) ‪sin ( 2‬‬ ‫=‪n‬‬ ‫)‪sin (A/2‬‬

‫‪φ2‬‬

‫الخروج االنحراف‬

‫البد أنك استنتجت من النشاط السابق أن زاوية انحراف الشعاع (ح) تعتمد على كل من ‪:‬‬ ‫زاوية السقوط ( هـ ‪ ) 1‬وزاوية اﳋروج ( خ) وزاوية رأس املنشور (أ) حسب العالقة التالية ‪:‬‬

‫‪= φ1 + φ2-A‬‬

‫حيث ‪:‬‬

‫‪A = Ө1 + Ө2‬‬

‫فسر في ضوء ما سبق حتلل الضوء األبيض الساقط على أحد أوجﻪ املنشور إلى‬ ‫سبعة ألوان عند خروجﻪ من الوجﻪ اﻵخر ‪.‬‬

‫حتليل الضــوء في املنشور ‪:‬‬ ‫إن الضوء األبيض مزيج من سبعة ألوان وﳝكن مشاهدتها باستخدام‬ ‫املنشور ‪ ،‬ولكي تتعرف على تفاصيل أكثر عن هذا املوضوع قم‬ ‫باألنشطة التالية ‪:‬‬ ‫�‪A‬ا◊ (‪)2-1‬‬

‫األدوات ‪ :‬مصدر للضوء األبيض ‪ ،‬غرفة مظلمة ‪ ،‬منشور ‪ ،‬حاجز ‪.‬‬ ‫خطوات التجربة ‪:‬‬ ‫‪ - 1‬ضع املنشور بني املصدر الضوئي واحلاجز ‪.‬‬ ‫‪ - 2‬اجعل أشعة الضوء الصادرة من املصدر الضوئي تسقط على أحد‬ ‫أوجه املنشور ‪.‬‬ ‫شكل (‪)1٥-1‬‬ ‫‪ - 3‬غير من زاوية سقوط هذﻩ األشعة على وجﻪ املنشور وانظر إلى احلاجز ‪.‬‬ ‫ماذا تالحﻆ؟ ‪....................................................‬‬

‫‪31‬‬

‫‪á¶MÓe‬‬ ‫البد أنك الحظت تكون ألوان الطيف السبعة على احلاجز ‪ ،‬وأن هذه األلوان جميعها انكسرت‬ ‫مقتربة من قاعدة املنشور كما في الشكل ( ‪. )15-1‬‬ ‫�‪A‬ا◊ (‪)3-1‬‬

‫األدوات ‪ :‬منشور زجاجي ‪ ،‬جهاز املطياف كما في الشكل ( ‪ ( )1٦-1‬وهو عبارة عن قاعدة دائرية‬ ‫يثبﺖ عليها املنشور ‪ ،‬وعلى أحد جانبيﻪ منظار وعلى اجلانب اﻵخر مصدر ضوئي )‬ ‫خطوات التجربة ‪:‬‬ ‫‪ - 1‬ضع املنشور في املكان املخصص له في املطياف ‪.‬‬ ‫‪ - 2‬سلط أشعة املصدر الضوئي على املنشور‬ ‫‪ - 3‬حرك املنظار ﳝين ًا ويساراً إلى أن تشاهد ألوان الطيف ‪.‬‬ ‫‪ - 4‬حرك املنظار تدريجي ًا بدرجات صغيرة ‪.‬‬ ‫‪)1‬‬ ‫‪6‬‬ ‫‬‫‪1‬‬ ‫ﻝﻙﺵ (‬ ‫ماذا تالحﻆ؟ ‪..........................................‬‬ ‫شكل (‪)1٦-1‬‬ ‫منظار التحليل الطيفي‬

‫‪á¶MÓe‬‬ ‫البد أنك الحظت من خالل املنظار وجود ألوان الطيف السبعة ‪ ،‬كما الحظت أنه كلما غيرنا‬ ‫الزاوية اختفى لون من األلوان ‪.‬‬ ‫نستنتج من النشاط األول والثاني ‪:‬‬ ‫‪ -1‬أن لضوء األبيض ليس ضوءاً بسيط ًا بل هو ضوء مركب من سبعة ألوان مرئية هي على الترتيب ‪ :‬األحمر ‪،‬‬ ‫البرتقالي ‪ ،‬األصفر ‪ ،‬األخضر ‪ ،‬األزرق ‪ ،‬النيلي ‪ ،‬البنفسجي ‪ ،‬وتسمى بالطيف املرئي ‪.‬‬

‫‪32‬‬

‫‪ -2‬أن زاوية انحراف أي لون من ألوان الطيف تختلف عن زاوية انحراف األلوان األخرى وسبب ذلك‬ ‫هو اختالف طول املوجة من لون آلخر ‪.‬‬ ‫‪ -3‬انكسار كل لون بزاوية تختلف عن زاوية انكسار األلوان األخرى يعني أن معامل انكسار املنشور أللوان الطيف‬ ‫يختلف من لون آلخر ‪ ،‬ملـاذا ؟‬ ‫‪á¶MÓe‬‬ ‫معامل انكسار املنشور هو للضوء االبيض املركب من سبعة ألوان لكل لون معامل انكسار خاص به ‪،‬‬ ‫ونظراً لكون الفرق في قيمة معامل االنكسار ضئيل جداً بني هذه األلوان فقد مت االكتفاء بكتابته للون‬ ‫ال للزجاج ‪:‬‬ ‫األبيض فمث ً‬ ‫‪ ( n‬معامل االنكسار ) = ‪ 1٫520‬للون األحمر‬ ‫= ‪ 1٫53٨‬للون البنفسجي‬ ‫ولﻸملاس ‪ ( n :‬معامل االنكسار ) = ‪ 2٫410‬للون األحمر‬ ‫= ‪ 2٫45٨‬للون البنفسجي‬ ‫الحﻆ أن معامل انكسار األملاس كبير وقدرته على التحليل عالية وهو ما يفسر شدة ملعانه وبريقه ‪.‬‬ ‫يالحﻆ أنه إذا وضع مقياس حرارة إلى ﳝني منطقة الضوء األحمر في نقطة ال يظهر فيها ضوء على اإلطالق ‪ ،‬فﺈن‬ ‫ارتفاع ًا يطرأ على درجة حرارته ‪ ،‬ولقد عرف هذا اجلزء من الطيف باألشعة حتت احلمراء ‪ ،‬وهي ال تُرى بالعني املجردة‬ ‫ولكنها صورة من صور الطاقة الضوئية ‪ ،‬وكذلك فاألشعة فوق البنفسجية ‪ ،‬والتي توجد في الطرف اآلخر من الطيف‪،‬‬ ‫هي أيض ًا جزء من الضوء األبيض ‪.‬‬ ‫كما يالحﻆ كذلك أن كل ضوء يتميز بطول موجة خاص وتردد خاص به ‪ ،‬وكذلك تختلف طاقته عن طاقة األلوان‬ ‫األخرى انظر شكل ( ‪. )17-1‬‬

‫شكل (‪ )1٧-1‬حيث (النانو متر = ‪ ٩-1٠‬م)‬

‫‪33‬‬

‫إن هذه الظاهرة نراها في األيام التي يسقط فيها املطر دون أن يغيب ضوء‬ ‫الشمس ‪ ،‬حيث يظهر لنا ما ُيسمى بقوس املطر في السماء كما في شكل‬ ‫( ‪. )1٨-1‬‬ ‫السبب فيها ﳝكن تفسيره بشكل مماثل ملا حدث في املنشور ‪ ،‬حيث‬ ‫يسقط الشعاع الضوئي من الشمس على سطح قطرة املاء ‪ ،‬فيتحلل إلى ألوان‬ ‫الطيف املعروفة ‪ ،‬وتنكسر األلوان داخل القطرة بزوايا انكسار مختلفة ‪،‬‬

‫‪)1‬‬ ‫‪8‬‬ ‫‬‫‪1‬‬ ‫شكل ﻝﻙﺵ(‬ ‫قوس املطر‬ ‫(‪)1٨-1‬‬

‫وتسقط على السطح املقابل بزوايا سقوط مختلفة وتنكسر بنفس الطريقة ‪،‬‬ ‫وتدخل إلى عني الناظر الذي يرى األلوان من القطرات املختلفة ‪ ،‬وهي تشكل قوس املطر في اجلهة املقابلة للشمس ‪.‬‬

‫جتميﻊ الطيـف ‪: spectrum compired‬‬ ‫هل ﳝكن جتميﻊ ألوان الطيف السبعة لنحصل منها على اللون األبيض ؟‬ ‫نعم ﳝكن ذلــك ‪ ،‬وبﺈمكانك أن تتحقق من ذلــك بأحد النشاطني‬ ‫السابقني وذلك بوضع منشورين متماثلني ومن نفس املادة أحدهما في‬ ‫وضع مقلوب بالنسبة لﻶخر ‪ ،‬فيلغي املنشور الثاني تأثير املنشور األول‬ ‫كما في الشكل (‪ ))1٩-1‬ولهذه الظاهرة تطبيقات مهمة حيث ُيستفاد‬ ‫منها في عمل صناعة العدسات الضوئية واآلالت البصرية ‪.‬‬ ‫شكل ((‪ ))1٩-1‬جتميﻊ الطيف‬

‫سؤال للتفكير ‪:‬‬

‫ملاذا ُيح ِّلل املنشور الزجاجي الضوء األبيض إلى ألوان الطيف بينما ال يتحلل‬ ‫الضوء بواسطة متوازي املستطيالت الزجاجي ؟‬

‫‪34‬‬

‫الزاوية احلرجة واالنعكاس الكلي الداخلي ‪:‬‬ ‫‪Total internal refletion‬‬

‫تتبع مسار األشعة الصادرة من املصدر (أ) املوجود في‬ ‫املاء في الشكل (‪ )20-1‬ستالحﻆ أن الشعاع ش‪ 1‬ال يعاني‬ ‫انكساراً ألنه عمودي على السطح أي أن‪:‬‬ ‫زاوية السقوط = زاوية االنكسار = صفر‬

‫ﺵ‬ ‫‪5‬‬

‫ﺵ‬ ‫‪4‬‬

‫أما الشعاع ش‪ 2‬ينكسر مبتعداً عن العمود املقام ‪ ،‬ألن‬ ‫معامل االنكسار للماء أكبر من معامل االنكسار للهواء ‪،‬‬ ‫وكذلك الشعاع ش‪. 3‬‬

‫‪ْ90‬‬

‫ﺵ‬ ‫‪3‬‬

‫ﺡ‬

‫ﺵ‬ ‫‪2‬‬

‫ﺵ‬ ‫‪1‬‬

‫ﺃ‬

‫االنعكاس الكلي‬

‫‪)2‬‬ ‫ ‪0‬‬‫‪1‬‬ ‫ﻝﻙﺵ(‬

‫شكل (‪)2٠-1‬‬

‫الشعاع ش‪ 4‬ينكسر موازي ًا لسطح املاء أي أن زاوية انكساره تساوي ‪ ْ ٩0‬وتُسمى الزاوية التي سقط بها الشعاع في‬ ‫هذه احلالة الزاوية احلرجة (ح) ‪.‬‬ ‫وﳝكن أن نعرف الــزاويــة احلرجة لوسط شفاف بأنها ‪ :‬زاويــة السقوط من‬ ‫هذا الوسط والتي تقابلها زاوية انكسار مقدارها ‪ ٩٠‬في الهواء أو الفراغ ‪.‬‬ ‫وﳝكن كتابة قانون سنل باعتبار زاوية السقوط (س) هي الزاوية احلرجة (ح) وزاوية االنكسار تساوي ‪ ْ ٩0‬كالتالي ‪:‬‬

‫‪= n2 sin 90‬‬

‫‪1‬‬

‫‪n1 sin‬‬

‫أما إذا زادت زاوية السقوط عن الزاوية احلرجة فﺈن الشعاع الضوئي ال ينكسر بل يحدث له انعكاس كلي‬ ‫داخلي كما في الشعاع ش‪. 5‬‬

‫تطبيقات على ﻇاهرة االنكسار واالنعكاس الكلي الداخلي ‪:‬‬

‫األلياف البصرية ( الضوئية ) ‪: Fibers optices‬‬

‫األلياف جمع ليف ‪ ،‬وهو قضيب مكون من مادة شفافة ذات معامل انكسار خاص وأحيان ًا يكون‬ ‫معامل االنكسار مختلف ًا من نقطة ألخــرى أو متدرج ًا ‪ ،‬ويغطى الليف ﲟــادة من اﳋــارج حلمايته‪،‬‬

‫‪35‬‬

‫وتتميز هــذه األلــيــاف بسهولة انثنائها وأنــهــا ذات قطر صغير جداً‬ ‫يتراوح قطر الليف الواحد بني ( ‪ ) 0٫01 – 0٫002‬ملم وتتكون‬ ‫حزمة األلياف الواحدة من عدة ألياف كما في الشكل ( ‪. ) 21-1‬‬ ‫وتــعــمــل هـــذه األلـــيـــاف عــلــى مــبــدأ االنــعــكــاس الــكــلــي الداخلي‬ ‫بــحــيــث إذا ســقــط الـــشـــعـــاع الـــضـــوئـــي عــلــى أحــــد طـــرفـــي الليف‬

‫‪)2‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‬‫‪1‬‬ ‫ﻝﻙﺵ(‬ ‫شكل (‪)21-1‬‬

‫يــــحــــدث لـــــه عــــــدة انــــعــــكــــاســــات كـــلـــيـــة داخــــلــــيــــة متتالية‬ ‫إلــــــــى أن يـــــخـــــرج الـــــشـــــعـــــاع مــــــن الــــــطــــــرف اآلخـــــــــر لــلــيــف‬ ‫كما فــي الــشــكــل(‪ ))22-1‬ومــن أهــم تطبيقات األلــيــاف البصرية‬ ‫استخدامها في الفحص الطبي بواسطة املناظير ‪ ،‬حيث يوصل الليف‬ ‫بجهاز خاص فيتم من خالل الليف املضاء فحص بعض أجــزاء جسم‬ ‫اإلنسان كاملعدة واملثانة وغيرها كما في الشكل‬

‫‪)2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‬‫‪1‬‬ ‫ﻝﻙﺵ(‬

‫شكل (‪)22-1‬‬

‫( ‪. )23-1‬‬ ‫وهناك تطبيقات في مجاالت أخرى ‪ ،‬ابحث عنها ‪.‬‬ ‫‪)2‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‬‫‪1‬‬ ‫ﻝﻙﺵ(‬

‫شكل (‪)23-1‬‬

‫هناك ظواهر ناشئة عن االنكسار واالنعكاس الكلي الداخلي مثل البعد احلقيقي‬ ‫والبعد الظاهري والسراب القطبي والسراب الصحراوي حاول تفسيرها في ضوء‬ ‫ما سبق‪.‬‬

‫‪36‬‬

‫العدسات ‪:Lenses‬‬ ‫كيف ﳝكن جتميﻊ أشعة الضوء في نقطة صغيرة ؟‬ ‫للحصول عــلــى جتميع األشــعــة فــي نقطة صــغــيــرة مت صــنــاعــة مــا يعرف‬ ‫بــالــعــدســات ‪ ،‬وهــي أجــســام زجــاجــيــة مصنوعة مــن مـــواد شــفــافــة تعمل‬ ‫عــلــى انــكــســار الــضــوء بحيث تتشكل صـــورة للمصدر الــضــوئــي‪ ،‬ومن‬ ‫أمثلتها تلك العدسات املستخدمة فــي الكاميرات والــنــظــارات واملناظير‬ ‫بــأنــواعــهــا ‪ .‬وتــنــقــســم هـــذه الــعــدســات إلـــى قــســمــني رئــيــســيــني هــمــا ‪:‬‬

‫عدسات مقعرة عدسات محدبة‬

‫شكل (‪)2٤-1‬‬

‫‪ -1‬عــدســات مــحــدبــة ( المـــة ) ‪ :‬وهــــي الـــتـــي تـــكـــون رقــيــقــة مـــن أطـــرافـــهـــا وســمــيــكــة مـــن وسطها‪.‬‬ ‫‪ -2‬عدسات مقعرة ( مفرقة ) ‪ :‬وهي التي تكون رقيقة من وسطها وسميكة من أطرافها ‪ .‬ولهذين النوعني أشكال‬ ‫عدة الحظها في الشكل ( ‪ )24-1‬وتعرف عليها ‪.‬‬ ‫ولدراسة حاالت تكون الصور في العدسات يجب معرفة املصطلحات التالية اﳋاصة بالعدسات ‪:‬‬ ‫‪ -1‬املركز البصري للعدسة (م) ‪ :‬وهو نقطة تقع في منتصف العدسة بحيث إذا مر بها الشعاع الضوئي ال ينكسر‪،‬‬ ‫ألن الشعاع الساقط عليه يحدث له إزاحة وال يحدث له انحراف ) ‪.‬‬ ‫‪ -2‬مركز التكور ‪ :‬هو نقطة متثل مركز تكور الكرة التي اقتطعت منها‬ ‫العدسة ويبعد عن املركز البصري مسافة تساوي ضعف طول البعد البؤري ‪.‬‬ ‫‪ -3‬محور العدسة ‪ :‬هو خط مستقيم يصل بني املركز البصري للعدسة ومركز‬ ‫تكورها ممتداً من اجلهتني ‪.‬‬ ‫‪ -٤‬البؤرة األصلية للعدسة اﶈدبة (ب) ‪ :‬وهي النقطة التي تتجمع فيها‬ ‫األشعة املوازية حملور العدسة بعد انكسارها شكل ( ‪. ) 25-1‬‬

‫العدسة احملدبة مجمعة‬ ‫شكل (‪)2٥-1‬‬

‫‪ -٥‬البؤرة اﳋيالية للعدسة املقعرة (ب) ‪ :‬وهي النقطة التي تتجمع فيها‬ ‫‪. )26‬‬ ‫امتدادات األشعة املوازية حملور العدسة بعد انكسارها ‪ .‬شكل ( ‪) – 1‬‬ ‫‪ -٦‬البعد البؤري (ع) ‪ :‬هو البعد بني املركز البصري للعدسة والبؤرة األصلية‬ ‫أو اﳋيالية ‪.‬‬

‫العدسة املقعرة مفرقة‬ ‫شكل (‪)2٦-1‬‬

‫‪37‬‬

‫ﻣﺴﺎر اﻷﺷﻌﺔ ﻓﻲ اﻟﻌﺪﺳﺔ اﶈﺪﺑﺔ ‪:‬‬

‫ﻣﻦ أﺟﻞ ﲢﺪﻳﺪ ﻣﻮﻗﻊ ﺻﻮرة ﺟﺴﻢ وﺿﻊ أﻣﺎم ﻋﺪﺳﺔ ﻣﺤﺪﺑﺔ ﻳﻠﺰﻣﻨﺎ ﺗﺘﺒﻊ ﻣﺴﺎر ﺷﻌﺎﻋﲔ ﻣﻦ ﺛﻼﺛﺔ أﺷﻌﺔ ﻫﻲ ﻛﻤﺎ ﻓﻲ‬

‫اﻟﺸﻜﻞ ) ‪. (٢٧- ١‬‬ ‫اﳉﺴﻢ‬

‫‪ --١‬اﻟﺸﻌﺎع اﻟﺴﺎﻗﻂ ﻋﻠﻰ اﻟﻌﺪﺳﺔ ﻣﻮازﻳ ًﺎ ﶈﻮرﻫﺎ وﻳﻨﻜﺴﺮ ﻣﺎراً ﺑﺎﻟﺒﺆرة ‪.‬‬ ‫‪ --٢‬اﻟﺸﻌﺎع اﻟﺴﺎﻗﻂ ﻋﻠﻰ اﻟﻌﺪﺳﺔ ﻣﺎراً ﺑﺎﻟﺒﺆرة وﻳﻨﻜﺴﺮ ﻣﻮازﻳ ًﺎ ﶈﻮر اﻟﻌﺪﺳﺔ ‪.‬‬

‫‪٢‬ب‬

‫‪ --٣‬اﻟﺸﻌﺎع اﻟﺴﺎﻗﻂ ﻋﻠﻰ اﻟﻌﺪﺳﺔ ﻣﺎراً ﲟﺮﻛﺰﻫﺎ اﻟﺒﺼﺮي وﻫﺬا ﻻ ﻳﻨﻜﺴﺮ‪.‬‬

‫ﺣﺎﻻت ﺗﻜﻮن اﻟﺼﻮر ﻓﻲ اﻟﻌﺪﺳﺎت اﶈﺪﺑﺔ ) اﳌﺠﻤﻌﺔ ( ‪:‬‬

‫ب‬

‫ب‬

‫‪٢‬ب‬

‫ﺷﻜﻞ ))‪(٢٧-١‬‬

‫اﻣﻸ اﻟﻔﺮاﻏﺎت ﻓﻲ اﳉﺪول أدﻧﺎﻩ ﻣﺴﺘﺨﺪﻣ ًﺎ اﻷﺷﻌﺔ اﻟﺴﺎﺑﻘﺔ ‪:‬‬ ‫اﳊﺎﻟﺔ‬

‫ﻣﻮﻗﻊ اﳉﺴﻢ ﻣﻮﻗﻊ اﻟﺼﻮرة‬

‫ﻣﻮﻗﻊ اﻟﺼﻮرة‬

‫اﻷوﻟﻰ‬

‫ﻓﻲ‬ ‫اﻟﻼﻧﻬﺎﻳﺔ‬ ‫) ﻓﻲ ﻣﻜﺎن‬ ‫ﺑﻌﻴﺪ‬ ‫ﻧﺴﺒﻴ ًﺎ (‬

‫ﺣﻘﻴﻘﻴﺔ ‪،‬‬ ‫ﻣﻘﻠﻮﺑﺔ ‪،‬‬ ‫ﻣﺼﻐﺮة ﺟﺪاً‬

‫اﻟﺜﺎﻧﻴﺔ‬

‫أﻣﺎم ﻣﺮﻛﺰ‬ ‫اﻟﺘﻜﻮر‬

‫‪........... ...........‬‬

‫اﻟﺜﺎﻟﺜﺔ‬

‫ﻓﻲ ﻣﺮﻛﺰ‬ ‫اﻟﺘﻜﻮر‬

‫‪........... ...........‬‬

‫ﻓﻲ ﺑﺆرة‬ ‫اﻟﻌﺪﺳﺔ‬

‫اﻟﺸﻜـﻞ‬

‫اﳉﺴﻢ‬

‫اﻟﺼﻮرة‬ ‫اﻟﻌﺪﺳﺔ‬

‫اﳉﺴﻢ‬

‫‪38‬‬

‫‪٢‬ب‬ ‫‪٢‬ب‬

‫ب‬

‫ب‬

‫اجلسم‬

‫الرابعة‬

‫بني مركز‬ ‫التكور ‪........... ...........‬‬ ‫والبؤرة‬

‫‪2‬ب‬

‫اﳋامسة‬

‫في البؤرة‬ ‫األصلية‬

‫‪........... ...........‬‬

‫‪2‬ب‬

‫السادسة‬

‫بني البؤرة‬ ‫واملركز ‪........... ...........‬‬ ‫البصري‬

‫‪2‬ب‬

‫ب‬

‫ب‬

‫اجلسم‬

‫ب‬

‫جـ‬

‫اجلسم‬

‫ب‬

‫جـ‬

‫احلصول على الصورة باستخدام مرآة عاكسة‬

‫�‪A‬ا◊ (‪)¥-1‬‬

‫شارك مع زمالئك في إجراء جتربة عملية للحصول على مواضع تكون الصور باستخدام العدسات احملدبة‬ ‫(الالمة) ‪.‬‬

‫حاالت تكون الصور في العدسات املقعرة ( املفرقة ) ‪:‬‬ ‫من أجل حتديد موقع صورة جسم وضع أمام عدسة مقعرة يلزمنا‬ ‫تتبع مسار شعاعني من ثالثة أشعة هي كما في الشكل (‪. )2٨ -1‬‬

‫‪ -1‬الشعاع الساقط على العدسة موازي ًا حملورها ينكسر بحيث ﳝر امتداده بالبؤرة‪.‬‬ ‫‪ -2‬الشعاع الساقط على العدسة بحيث ﳝر امتداده بالبؤرة وهذا ينكسر موازي ًا حملورها‪.‬‬

‫شكل (‪)2٨-1‬‬

‫‪39‬‬

‫‪ -3‬الشعاع الساقط بحيث ﳝر باملركز البصري للعدسة وهذا ال ينكسر ‪.‬‬ ‫وصفات الصورة التي تكونها العدسة املقعرة لﻸجسام التي تقع أمامها ليس لها عالقة ببعد األجسام عن املركز‬ ‫البصري للعدسة املقعرة فهي دوم ًا لها الصفات املوضحة في اجلدول التالي ‪:‬‬ ‫موقﻊ اجلسم‬

‫موقﻊ الصورة‬

‫صفات الصورة‬

‫أمام العدسة‬

‫في نفس جهة‬ ‫اجلسم‬

‫خيالية ‪ ،‬معتدلة ‪،‬‬ ‫مصغرة‬

‫الشكـل‬

‫علل ‪ :‬الصورة املتكونة لﻸجسام أمام العدسة املقعرة لها نفس الصفات إذا‬ ‫وضعت على أي بعد ‪.‬‬

‫القانون العام للعدسات وقانون قوة التكبير ‪:‬‬ ‫الحظت في حاالت تكون الصور أن بعد الصورة (ص) يرتبط بكل من ‪ :‬بعد اجلسم (س) ‪،‬‬ ‫و البعد البؤري (ع) ويحكم ذلك القانون التالي ‪:‬‬

‫ﻗﺎﻧـﻮن‬

‫‪1‬‬ ‫البعد البؤري (‪)f‬‬ ‫أو‬

‫‪1‬‬ ‫‪F‬‬

‫=‬

‫‪1‬‬

‫=‬ ‫‪1‬‬ ‫َ‪S‬‬

‫بعد اجلسم (‪)s‬‬ ‫‪+‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪S‬‬

‫ويسمى هذا القانون بالقانون العام للعدسات ‪.‬‬

‫‪40‬‬

‫‪+‬‬

‫‪1‬‬ ‫بعد الصورة (َ‪)s‬‬

‫قانون قوة التكبير في العدسات ‪:‬‬ ‫الحظت من حاالت تكون الصور في املرايا أن طول الصورة َ‬ ‫(ل) يتغير بتغير طول اجلسم (ل) وبعد‬ ‫اجلسم عن املرآة (س) وبعد الصورة عن املرآة (ص) ‪ ،‬ويحكم ذلك القانون التالي ‪:‬‬

‫بعد الصورة (َ‪)s‬‬ ‫بعد اجلسم (‪)s‬‬

‫طول الصورة (َ‪)L‬‬ ‫طول اجلسم (‪)L‬‬

‫=‬

‫وينبغي عند تطبيق القانون السابق مراعاة ما يأتي ‪:‬‬

‫قواعد اإلشارة‬ ‫س‬ ‫‪+‬‬

‫جسم‬ ‫حقيقي‬

‫ص‬ ‫‪-‬‬

‫ع‬

‫‪+‬‬

‫جسم‬ ‫خيالي‬

‫‪-‬‬

‫صورة‬ ‫حقيقية‬

‫‪+‬‬

‫صورة‬ ‫خيالية‬

‫علم ًا بأن اجلسم اﳋيالي عبارة عن صورة خيالية ناجتة من عدسة‬ ‫أولية‪ .‬وتستقبل كجسم للعدسة األساسية (التي حتت الدراسة)‪.‬‬

‫‪-‬‬

‫عدسة‬ ‫مقعرة‬

‫عدسة‬ ‫محدبة‬

‫الصورة‬

‫اجلسم‬

‫‪5-1‬‬

‫العدسة‬

‫عدسة محدبة بعدها البؤري ‪ 15‬سم‪ ،‬أوجد موضع وصفات‬ ‫الصورة املتكونة بواسطتها جلسم يقع على بعد ‪ 30‬سم منها‪ ،‬واحسب قوة التكبير‪.‬‬ ‫‪1‬‬ ‫ﹶ‪S‬‬

‫ﹶ‪S‬‬ ‫=‬ ‫‪S‬‬ ‫‪30‬‬

‫‪M‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪15‬‬

‫= ﹶ‪S‬‬

‫‪1‬‬ ‫ﹶ‪S‬‬ ‫=‬

‫‪+‬‬

‫=‬

‫‪1‬‬ ‫‪F‬‬

‫‪2-1‬‬ ‫‪30‬‬

‫حقيقة مساوية للجسم‬

‫‪41‬‬

‫قـوة العدسـة ‪:‬‬

‫إذا كان لدينا عدسة محدبة بعدها البؤري ‪ 10‬سم فهذا يعني أن هذه العدسة تستطيع جتميع األشعة‬ ‫املتوازية على بعد ‪10‬سم ‪ ،‬أما إذا كان لدينا عدسة أخرى بعدها البؤري ‪30‬سم فﺈن هذا يعني أن هذه‬ ‫العدسة تستطيع جتميع األشعة املتوازية على بعد ‪30‬سم ‪ ،‬وهكذا نالحﻆ أنه كلما قل البعد البؤري‬ ‫للعدسة (‪ )F‬كلما زادت مقدرة العدسة على جتميع الضوء في نقطة قريبة من العدسة ‪.‬‬ ‫وتعرف قوة العدسة بأنها ‪ :‬قدرة العدسة على جتميﻊ األشعة املتوازية ‪.‬‬ ‫قوة العدسة ‪P = constant 1‬‬ ‫‪f‬‬ ‫ً‬ ‫ويعتبر هذا الثابت مساويا للواحد إذا قدر البعد البؤري للعدسة باملتر ‪ ،‬وتقاس قوة العدسة عندئذ‬ ‫بالديوبتر (رمز الديوبتر ‪)Δ‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪f‬‬

‫=‪P‬‬

‫ويعرف الديوبتر بأنﻪ ‪ :‬قوة العدسة التي بعدها البؤري ‪ 1‬متر‬

‫ونالحﻆ أن قوة العدسة الالمة تكون موجبة ‪ ،‬وقوة العدسة املفرقة تكون سالبة ‪ .‬ملاذا ؟‬

‫‪á¶MÓe‬‬ ‫يجب عدم اﳋلط بني قوة العدسة‬ ‫وقانون قوة التكبير في العدسة‪.‬‬

‫)‪(6-1‬‬ ‫عدستان إحداهما محدبة وبعدها البؤري ‪10‬سم‪ ،‬واألخرى مقعرة وبعدها البؤري‬ ‫‪20‬سم‪ ،‬أوجد قوة كل منهما ‪.‬‬ ‫‪10 Δ‬‬

‫ﺃﻛﻤﻞ‬ ‫‪1‬‬ ‫‪F‬‬

‫‪42‬‬

‫=‪P‬‬

‫حيث ‪ F‬باملتر‬

‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫= ‪ P = F (M) = 0.10‬ﻣﺤﺪﺑﺔ‬

‫تجربة عملية (‪)6-1‬‬

‫الهدف‪ :‬إيجاد البعد البؤري لعدسة محدبة عمل ًّيا ( الطريقة العامة)‪.‬‬

‫األدوات املستخدمة‪:‬‬

‫عدسة محدبة ‪ ،‬مصدر ضوئي ‪ ،‬شاشة ( حاجز )‪ ،‬مرآة مستوية ‪ ،‬منضدة ضوئية مدرجة وحوامل‬ ‫متحركة للعدسة واملصدر والشاشة واملرآة املستوية ‪.‬‬ ‫خطوات العمل ‪:‬‬ ‫‪ - 1‬ضع العدسة بني املصدر الضوئي واحلاجز ( الشاشة ) بحيث تكون املسافة (س) بني املصدر‬ ‫واحلاجز في حدود املتر ‪.‬‬ ‫‪ - 2‬حرك العدسة حتى حتصل على صورة حقيقية للمنبع الضوئي على الشاشة ‪.‬‬ ‫‪ - 3‬قس املسافة بني العدسة واملصدر الضوئي (‪ )s‬قس املسافة بني العدسة والشاشة (َ ‪.)s‬‬ ‫‪)Sَ/1( Y‬‬ ‫‪ - 4‬كرر التجربة بتغير قيمة (‪ )S‬فتتغير تبعا لها (َ‪)S‬ثم سجل نتائجك في اجلدول التالي‬ ‫ومنها احسب قوة العدسة (‪. )M‬‬ ‫‪Y‬‬ ‫‪ - 5‬ارسم العالقة البيانية بني ‪ S/1‬و‪ Sَ/1‬كما في الرسم‬ ‫) ومن الرسم عني قيمة‬ ‫البياني (‬ ‫ا‪ f/‬ثم عني البعد البؤري ‪ F‬وقوة العدسة ‪. P‬‬ ‫‪)Sَ/1( X‬‬ ‫‪X‬‬

‫‪X‬‬

‫‪X‬‬

‫‪s‬‬

‫‪َs‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪s‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪َs‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪+ 1‬‬ ‫‪s‬‬ ‫‪َs‬‬

‫‪1‬‬ ‫=‬ ‫‪f‬‬

‫‪f‬‬

‫النتائج ‪:‬‬ ‫‪- 1‬‬

‫من اجلدول ‪ :‬البعد البؤري املتوسط ‪ ......... = f‬متر‪ ،‬قوة العدسة =‪...........‬‬ ‫ديوبتر‬

‫ ‪ = x1‬سم‬ ‫‪ - 2‬من الرسم البياني ‪ :‬اجلزء املقطوع من احملور السيني‬ ‫اجلزء املقطوع من احملور الصادي ‪........ = 1‬سم‬ ‫‪y‬‬ ‫‪........... =f‬م ‪ ،‬قوة العدسة ‪........... =P‬ديوبتر ‪.‬‬

‫‪43‬‬

‫اﻟﺰاوﻳﺔ اﻟﺒﺼﺮﻳﺔ وﻗﻮة اﻟﺘﻜﺒﻴﺮ‪:‬‬ ‫�‪©µ≠±® ◊UA‬‬

‫ﳌﻌﺮﻓﺔ اﳌﻘﺼﻮد ﺑﺎﻟﺰاوﻳﺔ اﻟﺒﺼﺮﻳﺔ وﻗﻮة اﻟﺘﻜﺒﻴﺮ ﻗﻢ ﺑﺎﻟﻨﺸﺎط اﻟﺘﺎﻟﻲ‪: :‬‬ ‫‪ -١‬اﺟﻌﻞ زﻣﻴﻠﻚ ﻳﻘﻒ ﻓﻲ آﺧﺮ اﻟﻔﺼﻞ ‪.‬‬ ‫‪ -٢‬أﻏﻠﻖ إﺣﺪى ﻋﻴﻨﻴﻚ واﻧﻈﺮ إﻟﻰ زﻣﻴﻠﻚ ﻣﻦ ﺧﻼل اﻟﻌﲔ اﻷﺧﺮى ‪.‬‬ ‫‪ -٣‬ﺿﻊ إﺣﺪى أﺻﺎﺑﻌﻚ ﻋﻠﻰ ﺑﻌﺪ ‪٥‬ﺳﻢ ﺗﻘﺮﻳﺒ ًﺎ ﻣﻦ ﻋﻴﻨﻴﻚ وﻓﻲ ﻃﺮﻳﻖ اﻷﺷﻌﺔ اﳌﻨﻌﻜﺴﺔ ﻣﻦ زﻣﻴﻠﻚ إﻟﻰ ﻋﻴﻨﻴﻚ ‪.‬‬ ‫ﻫﻞ ﺗﺮى ﻛﺎﻣﻞ ﺟﺴﻢ زﻣﻴﻠﻚ ؟‬ ‫‪ -٤‬ﻗﺮب إﺻﺒﻌﻚ إﻟﻰ ﻋﻴﻨﻴﻚ ‪ ...‬ﻣﺎذا ﺗﻼﺣﻆ ؟‬ ‫ﻻﺑﺪ أﻧﻚ ﻻﺣﻈﺖ اﺧﺘﻔﺎء زﻣﻴﻠﻚ ﻋﻨﺪﻣﺎ ﻗﺮﺑﺖ إﺻﺒﻌﻚ ﻣﻦ ﻋﻴﻨﻴﻚ ﻓﻬﻞ ﻫﺬا ﻳﻌﻨﻲ أن ﺣﺠﻢ إﺻﺒﻌﻚ أﻛﺒﺮ‬ ‫ﻣﻦ ﺣﺠﻢ ﺟﺴﻢ زﻣﻴﻠﻚ ؟‬

‫ﻳﻮﺿﺢ اﻟﺸﻜﻞ ) ‪ ( ٢٩-١‬ﺛﻼﺛﺔ أﺟﺴﺎم ﻣﺘﺴﺎوﻳﺔ ﻓﻲ اﻟﻄﻮل وﻣﺨﺘﻠﻔﺔ‬ ‫ﻓﻲ ﺑﻌﺪﻫﺎ ﻋﻦ اﳌﺮﻛﺰ اﻟﺒﺼﺮي ﻟﻌﺪﺳﺔ اﻟﻌﲔ ﺣﻴﺚ ﻳﺼﻨﻊ ﻛﻞ ﺟﺴﻢ ﻣﻦ ﻫﺬﻩ‬ ‫اﻷﺟﺴﺎم زاوﻳﺔ ﻣﻊ اﳌﺮﻛﺰ اﻟﺒﺼﺮي ﻟﻌﺪﺳﺔ اﻟﻌﲔ ﺗﻜﺒﺮ ﻛﻠﻤﺎ اﻗﺘﺮب اﳉﺴﻢ‬ ‫ﻣﻦ اﳌﺮﻛﺰ اﻟﺒﺼﺮي ﻟﻌﺪﺳﺔ اﻟﻌﲔ وﺑﺎﻟﺘﺎﻟﻲ ﺗﻜﺒﺮ ﺻﻮرة ﻫﺬا اﳉﺴﻢ ﻓﻲ اﻟﻌﲔ‪،‬‬ ‫وﺗﺴﻤﻰ ﻫﺬﻩ اﻟﺰاوﻳﺔ ﺑﺎﻟﺰاوﻳﺔ اﻟﺒﺼﺮﻳﺔ واﻟﺘﻲ ﳝﻜﻦ ﺗﻌﺮﻳﻔﻬﺎ ﺑﺄﻧﻬﺎ اﻟﺰاوﻳﺔ‬ ‫اﶈﺼﻮرة ﺑﲔ اﻟﺸﻌﺎع اﻟﺴﺎﻗﻂ ﻣﻦ اﳉﺴﻢ واﶈﻮر اﳌﺎر ﺑﺎﳌﺮﻛﺰ اﻟﺒﺼﺮي‬ ‫ﻟﻌﺪﺳﺔ اﻟﻌﲔ‪.‬‬

‫ﺷﻜﻞ )‪ (٢٩-١‬اﻟﺰاوﻳﺔ اﻟﺒﺼﺮﻳﺔ‬

‫ﳑﺎ ﺳﺒﻖ ﻳﺘﻀﺢ أﻧﻪ ﻟﻜﻲ ﻳﺰداد اﳉﺴﻢ وﺿﻮﺣ ًﺎ ﻳﻠﺰم ﺗﻘﺮﻳﺒﻪ ﻣﻦ اﻟﻌﲔ ﺣﺘﻰ ﺗﺰداد اﻟﺰاوﻳﺔ اﻟﺒﺼﺮﻳﺔ ﻓﻴﺰداد ﺣﺠﻢ اﳉﺴﻢ ‪.‬‬ ‫إﻻ أن ﻫﻨﺎك ﻧﻘﻄﺔ ﺗﺴﻤﻰ اﻟﻨﻘﻄﺔ اﻟﻘﺮﻳﺒﺔ ﻟﻠﻌﲔ إذا ﻗﺮب اﳉﺴﻢ إﻟﻰ ﻣﺴﺎﻓﺔ أﻗﻞ ﻣﻨﻬﺎ ﻓﺎﻧﻪ ﻳﻘﻞ وﺿﻮﺣﻪ ﻋﻠﻰ اﻟﺮﻏﻢ ﻣﻦ‬ ‫زﻳﺎدة ﺣﺠﻤﻪ وﻫﺬﻩ اﻟﻨﻘﻄﺔ ﺗﺒﻌﺪ ﺣﻮاﻟﻲ ‪٢٥‬ﺳﻢ ﻋﻦ ﻋﲔ اﻹﻧﺴﺎن اﻟﺴﻠﻴﻢ ‪.‬‬

‫‪44‬‬

‫عيوب البصر‪:‬‬ ‫خلق اهلل عز وجل العني ليرى بها اإلنسان ما حوله ‪ ،‬وهذه النعمة ال تقدر بثمن يقول اهلل تعالى ممتن ًا على عباده ‪:‬‬ ‫سورة البلد (‪.)٨‬‬ ‫وقد درست في مادة األحياء تركيب العني البشرية وكيف حتصل الرؤية بواسطتها ‪ ،‬وسوف ندرس هنا العيوب التي‬ ‫تصيب العني بسبب انكسار الضوء ‪ ،‬وقبل دراستها يجب مالحظة اآلتي‪:‬‬ ‫‪ -1‬النقطة القريبة للعني السليمة هي ‪ 25‬سم‪ ،‬أما النقطةالبعيدة فهي‬ ‫الالنهاية ( ∞ ) ‪.‬‬ ‫‪ -2‬قطر العني السليمة ‪ 2٫5‬سم ‪.‬‬ ‫‪ -3‬العني ﲟثابة عدسة يحصل فيها انكسار لﻸشعة الضوئية ‪.‬‬

‫للعناية بالعني يجب‬ ‫زيــــارة طبيب العيون‬ ‫عــلــى فــتــرات متقاربة‬ ‫ليرى إذا كنت بحاجة‬ ‫إلـــى نـــظـــارات طبية‪،‬‬ ‫احــم عينك بنظارات‬ ‫واقــيــة أثــنــاء السباحة‬ ‫والشمس ‪.‬‬

‫النقطة القريبة لﻺنسان السليم حوالي ‪ 25‬سم حتى أوائل العشرينيات من العمر ثم تتغير إلى‬ ‫حوالي ‪ 50‬سم عند عمر األربعني عام ًا ‪ ،‬وتكون في حوالي ‪ 500‬سم عند عمر الستني عام ًا‬ ‫وذلك للجنسني ‪.‬‬

‫‪45‬‬

‫القراءة باللمس يتغلب بها الكفيف على عائق عدم الرؤية بفضل ﳕو حاسة‬ ‫اللمس عنده ‪.‬فاألشخاص العاجزون عن اإلبصار يقرؤون بتحسس حروف من نقاط بارزة‬ ‫تسمى طريقة برايل نسبة إلى مخترعها برايل ( وهوكفيف البصر ) ‪.‬‬

‫أما عيوب اإلبصار الناجتة عن انكسار الضوء فهي ‪:‬‬ ‫أوال ‪ :‬قصر النظر ‪: Aearsigl tedness‬‬

‫اإلنسان !ملصاب بهذا العيب ال يتمكن من رؤية األشياء البعيدة بوضوح أي أن النقطة البعيدة له‬ ‫ليست الالنهاية ∞ ‪ ،‬وفي هذه احلالة يكون مدى الرؤية هو( ‪ - 2 5‬ف ) حيث (ف) مسافة النقطة‬ ‫البعيدة ( أبعد نقطة يراها املصاب بوضوح ) ‪.‬‬ ‫أسباب قصر النظر ‪:‬‬

‫ا ‪ -‬تغير (زيادة ) قوة عدسة العني ‪.‬‬ ‫‪ -2‬زيادة قطر العني عن الوضع الطبيعي (‪) 2٫5‬سم ‪.‬‬ ‫وفي كلتا احلالتني تتكون الصورة قبل الشبكية‬ ‫كما في الشكل (‪ 30-1‬أ) ‪.‬‬ ‫عالج قصر النظر ‪:‬‬

‫قصر النظر (تكوين الصور قبل الشبكية)‬

‫شكل (‪)3٠-1‬‬

‫العالج عدسة مقعرة‪.‬‬ ‫ما قوة العدسة الالزمة لتصحيح هذا العيب ؟‬

‫وﳝكن حساب قوة العدسة املناسبة لتصحيح قصر النظر باملعادلة التالية ‪:‬‬

‫‪-1‬‬ ‫‪f‬‬ ‫‪46‬‬

‫=‪P‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪S‬‬

‫=‪P‬‬

‫حيث( ‪ )f‬أبعد نقطة يراها املصاب بوضوح ‪.‬‬

‫)‪(7-1‬‬ ‫شخص مصاب بأحد عيوب النظر االنكسارية ‪ ،‬فﺈذا كانت مسافة النقطة البعيدة عن عينه هي ‪2‬م ‪،‬‬ ‫فأوجد قوة العدسة التي يجب أن يستعملها لتصحيح هذا العيب في نظره ‪.‬‬

‫احلل ‪:‬‬

‫ﲟا أن النقطة البعيدة عن عني هي ‪2‬م فﺈن الشخص مصاب بقصر النظر‬ ‫إذاً يعالج باستخدام عدسة مقعرة قوتها ‪:‬‬ ‫‪= - 1 = 0.5Δ‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪P =-1‬‬ ‫‪f‬‬

‫وهــنــاك طريقة أخــرى لعالج هــذا العيب وذلــك بالتدخل اجلــراحــي ‪ ،‬حيث يستخدم مــا يسمى‬ ‫(التشريط ) أو استخدام الليزر أو الليزك ‪( .‬ابحث في ذلك بالتفصيل)‬ ‫ﺛاني ًا ‪ :‬ﻃول النظر ‪:Farssightedness‬‬

‫اإلنسان املصاب بهذا العيب في النظر ال يستطيع‬ ‫رؤية األجسام القريبة بوضوح أي أن النقطة القريبة له‬ ‫أكبر من ‪25‬سم‬ ‫سم ‪ ،‬أما األجسام البعيدة فيراها بوضوح‪،‬‬ ‫ويكون مدى الرؤية لهذا اإلنسان ( ل ‪) ∞ -‬‬

‫؟‬

‫أسباب ﻃول النظر ‪:‬‬

‫‪ -1‬تغير( نقصان ) في قو ة عدسة العني‪.‬‬

‫تكوين الصورة خلف الشبكية‬

‫‪ -2‬نقصان قطر العني عن الوضع الطبيعي أي أقل من‬ ‫‬‫(‪2٫5‬سم ) ‪.‬‬ ‫وفي كلتا احلالتني تتكون الصورة خلف الشبكية كما‬ ‫في الشكل (‪ ) 31-1‬أ‪.‬‬

‫العالج ‪ :‬عدسة محدبة‬ ‫شكل (‪)31-1‬‬

‫‪47‬‬

‫قوة العدسة املستخدمة لتصحيح هذا العيب‪:‬‬ ‫وﳝكن حساب قوة العدسة املستخدمة لتصحيح ﻃول النظر من املعادلة التالية ‪:‬‬

‫‪4 L - 100‬‬ ‫‪L‬‬

‫=‬

‫‪1‬‬ ‫‪F‬‬

‫=‪P‬‬

‫حيث (ل) هي أقرب نقطة يراها بوضوح اإلنسان املصاب بطول النظر ووحدة قياسها ( سم )‪.‬‬

‫)‪(8-1‬‬ ‫إنسان مصاب بأحد عيوب النظر االنكسارية ‪،‬فﺈذا كانت مسافة النقطة القريبة له ‪40‬سم ‪ ،‬جد قوة‬ ‫العدسة الالزمة لتصحيح هذا العيب‪.‬‬

‫احلل ‪:‬‬ ‫ﲟا أن النقطة القريبة ليست ‪25‬سم فﺈن هذا اإلنسان مصاب بطول النظر‬ ‫إذاً يعالج باستخدام عدسة المة قوتها ‪:‬‬

‫‪= 1.5 Δ‬‬

‫‪48‬‬

‫‪4x 40 - 100‬‬ ‫‪40‬‬

‫=‬

‫‪4 L - 100‬‬ ‫‪L‬‬

‫=‪P‬‬

‫حساب قوة العدسة املستخدمة في حالة ﻃول النظر‬

‫‪1‬‬ ‫َ‪s‬‬

‫‪§≤a ´ÓWÓd‬‬

‫‪f‬‬

‫‪= L-25‬‬ ‫‪25L‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪f‬‬

‫‪+‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪L‬‬

‫‪L‬‬ ‫‪4L - 100‬‬

‫= ‪f‬‬ ‫‪4L - l‬‬ ‫‪100‬‬

‫‪1‬‬ ‫‪s‬‬

‫=‬

‫‪1‬‬ ‫‪f‬‬

‫ ‪1‬‬‫‪25‬‬

‫=‬

‫‪1‬‬ ‫‪f‬‬

‫‪= 25L s.m‬‬ ‫‪L-25‬‬ ‫‪25L‬‬ ‫‪m.m‬‬ ‫(‪100 )L-25‬‬ ‫قوة العدسة =‬

‫‪1‬‬ ‫‪f‬‬

‫ﺛالث ًا ‪ :‬االستجماتزم ‪ ( :‬الالنقطية أو الالبؤرية )‬

‫سمى أحيانا انعدام التماثل في النظر أوالالبؤرية واملصاب‬ ‫و ُي ﱠ‬ ‫بهذا العيب فــي النظر اليــرى املستقيمات املــتــوازيــة أفقية‬ ‫بنفس وضوح املستقيمات املتوازية العمودية كما في الشكل‬ ‫( ‪ ، ))32 -1‬وذلك بسبب عدم انتظام حتدب قرنية العني‪.‬‬ ‫ويعالج باستخدام عدسات تسمى العدسات األسطوانية ‪.‬‬ ‫شكل (‪)32-1‬‬

‫‪49‬‬

‫قم بزيارة أحد مراكز جتهيز العدســات واكتب تقرير ًا عن كيفية اختيار العدســة‬ ‫املناسبة لتصحيح النظر‪.‬‬ ‫معادلة صانﻊ العدسة‬ ‫كثيراً ما تطلب عدسات ذات مواصفات محددة من األماكن املتخصصة في صناعة وإنتاج العدسات‬ ‫مثل أماكن بيع النظارات ‪ ،‬فما هي املعلومات التي يحتاجها صانع العدسة إلنتاج العدسة املطلوبة على‬ ‫الوجه املطلوب ؟‬ ‫يحتاج صانع العدسة إلى معلومات مهمة تتعلق بالعدسة املطلوبة وهي ‪:‬‬ ‫نصف قطر تكور سطح العدسة األول ( نق‪ )1‬وهذا يختاره الصانع للعدسة ‪.‬‬ ‫نصف قطر تكور سطح العدسة الثاني ( نق‪ )2‬وهذا يختاره الصانع للعدسة‪.‬‬

‫‪§≤a ´ÓWÓd‬‬

‫معامل انكسار سطح العدسة األول م‪ 1‬ويعتمد على نوع املادة التي تصنع منها العدسة‬ ‫معامل انكسار سطح العدسة الثاني م‪ 2‬وهذا يختاره الصانع للعدسة ‪ .‬كيف ؟‬ ‫ومن هذه املعلومات يستطيع حساب البعد البؤري للعدسة املطلوبة من القانون التالي ‪:‬‬

‫‪1‬‬ ‫ع‬

‫(م‪ - 2‬م‪)1‬‬ ‫=‬ ‫م‬ ‫‪1‬‬

‫‪1‬‬ ‫نق‬ ‫‪1‬‬

‫‪1‬‬ ‫‬‫نق‬ ‫‪2‬‬

‫ويستخدم مقياس التكور ( السفيرو متر ) لقياس نصف‬ ‫قطر تكور األسطح الكروية مثل املرايا والعدسات كما في‬ ‫الشــكل ومن خاللﻪ ﳝكن إيجاد البعد البؤري للعدســات‬ ‫باستخدام معادلة صانﻊ العدسة‪.‬‬

‫‪50‬‬

‫األجهزة واﻵالت البصرية ‪:‬‬ ‫ما نوع املجهر الذي يستخدمﻪ الشخص الذي يقوم بﺈصالح الساعات ؟ حدد نوع‬ ‫العدسة املستخدمة مﻊ ذكر السبب ومﻊ الرسم ؟‬ ‫البعد البؤري لنظام مكون من عدستني رقيقتني ( محدبتني ) متباعدتني ‪:‬‬ ‫النظام املكون من عدستني يستفاد منه في تكبير وتقريب صور األجسام ‪ ،‬بحيث تتكون صورة بواسطة‬ ‫العدسة األولى القريبة من اجلسم ثم تستقبل هذه الصورة على العدسة الثانية فتتكون لها صورة مرة‬ ‫أخرى أكبر من الصورة األولى ‪ ،‬وهكذا نحصل على تكبير للجسم باستخدام عدستني لم نكن لنحصل‬ ‫عليه باستخدام عدسة واحدة ‪ ،‬ومن التطبيقات في هذا املجال املجهر املركب واملنظار الفلكي *‪.‬‬ ‫املنظار الفلكي ( التيليسكوب ) ‪Telescope‬‬

‫يستخدم لرؤية األجسام التي ال ترى بالعني املجردة بوضوح بسبب بعدها كالنجوم وغيرها‪.‬‬

‫تركيبﻪ ‪:‬‬

‫عدسة ذات بعد بؤري صغير نسبي ًا وتسمى العدسة العينية لقربها‬ ‫من عني املستخدم ‪.‬‬ ‫عدسة ذات بعد بؤري كبير نسبي ًا مقارنة بالبعد البؤري للعدسة‬ ‫العينية وتسمى بالعدسة الشيئية ‪ ،‬ألنها في مواجهة اجلسم املراد‬ ‫رؤيته ‪.‬‬ ‫قصبة معدنية ثبت عند نهايتيها العدستان وﳝكن تغيير طولها‬ ‫وبالتالي البعد بني العدستني (الشكل ‪.)33-1‬‬ ‫ﻃريقة عمل اجلهاز‪:‬‬

‫شكل ((‪)33-1‬‬

‫تسقط األشعة الضوئية من اجلسم املراد رؤيته وتكون هذه األشعة متوازية بسبب بعد اجلسم ‪ ،‬فتتكون‬ ‫صورة حقيقية مقلوبة مصغرة للجسم عند بؤرة العدسة الشيئية وهذه الصورة تعتبر جسم ًا بالنسبة‬ ‫* سوف نكتفي هنا بدراسة املنظار الفلكي حيث أن املجهر املركب متت دراسته في مقرر األحياء‪.‬‬

‫‪51‬‬

‫للعدسة العينية ‪ ،‬وعند تغيير البعد بني (طول القصبة) بحيث تقع تلك الصورة على بعد أقل بقليل من‬ ‫البعد البؤري للعدسة العينية فﺈنه تتكون للجسم صورة خيالية في الالنهاية ‪.‬‬

‫قوة تكبير املنظار الفلكي ‪:‬‬

‫تعتمد قوة تكبير املنظار الفلكي على قوة تكبير كل من العدستني العينية والشيئية والقانون التالي‬ ‫يعطي قوة التكبير النهائية للمنظار‬

‫أما طول القصبة الهوائية فيمكن حسابها من القانون ‪:‬‬

‫‪ábÓ©dG ìÉàØe‬‬

‫‪F obj‬‬ ‫=‪P‬‬ ‫‪Feye‬‬

‫‪F obj‬‬

‫البعد البؤري للعدسة الشيئية‬

‫‪Feye‬‬

‫البعد البؤري للعدسة العينية‬

‫‪L = Fe + Fo‬‬

‫)‪(9-1‬‬ ‫منظار فلكي البعد البؤري لشيئيته ‪100‬سم والبعد البؤري لعينيته ‪5‬سم ‪.‬‬ ‫أوجد قوة تكبيره وطوله علم ًا بأن الصورة النهائية في الالنهاية ‪.‬‬

‫احلل‬

‫‪F obj‬‬ ‫‪Feye‬‬

‫=‪P‬‬

‫=‬

‫‪100‬‬ ‫‪5‬‬

‫= ‪ 20‬مرة‬

‫طول املنظار (‪ 105 = 5 + 100 = fo + fe = )L‬سم‬

‫‪52‬‬

‫هناك أجهزة وآالت بصرية أخرى تستخدم للعرض مثل الفانوس السحري ‪ ،‬جهاز‬ ‫اإلسقاط فوق الرأسي ‪ .‬أو غيرها‪ ،‬حاول أن تشرح تركيبها وطريقة عملها ‪.‬‬

‫ﻗﻀﻴﺔ ﻟﻠﻤﻨﺎﻗﺸﺔ‪:‬‬ ‫بالتعاون مع زمالئك ناقﺶ التطور احلاصل في األجهزة واآلالت البصرية واستخدامها في احلياة‬ ‫املعاصرة‪ ،‬ثم حاول أن تصفها برسم خرائط مفاهيم حسب تركيبها أو طبيعة استخداماتها‬ ‫(عدسة‪ -‬منظار‪ -‬ألياف بصرية‪ -‬ألعاب إلكترونية ضوئية‪ -‬ليزر طبي‪ -‬إلﺦ)‪.‬‬

‫حيود موجات الضوء ‪:Diffraction of Light‬‬

‫حيود املوجات الضوئية ‪:‬‬ ‫للتعرف على حيود موجات الضوء قم بالنشاط التالي ‪:‬‬ ‫�‪A‬ا◊ (‪©6-1‬‬

‫األدوات ‪ :‬مصدر ضوئي ‪ ،‬حاجز بﻪ فتحة صغيرة جد ًا ‪ ،‬حاجز الستقبال الضوء‬ ‫خطوات التجربة‬ ‫‪ - 1‬ضع احلاجز ذا الفتحة بني املصدر الضوئي واحلاجز اآلخر ‪.‬‬ ‫‪ - 2‬غير في بعد املصدر الضوئي عن احلاجز مع مراعاة أن‬ ‫يكون الضوء عمود ًّيا على الفتحة‪.‬‬ ‫‪ -3‬ماذا تشاهد على احلاجز ؟‬

‫‪53‬‬

‫ال بد أنك شاهدت في هذا النشاط وجود بقعة من الضوء القوي على احلاجز يحيط بها حلقات مضيئة وأخرى‬ ‫مظلمة متتابعة ‪ ،‬ويفسر ذلك مبدأ هيجنز ‪ ،‬الذي ينص على أن (كل نقطة على صدر املوجة تعمل كمصدر مستقل)‬ ‫حيث أن أكثر األشعة تذهب في اﳋط املستقيم فال يصل إلى خارج البقعة إال كمية قليلة من اإلضاءة‪ ،‬وأما املوجات‬ ‫التي حتيد عن مسارها فﺈنها تتداخل بكيفيات مختلفة مولدة هذه احللقات ‪.‬‬

‫احليود‪ :‬انحناء املوجات عندما يقابلها فتحة مناسبة‬ ‫(اتساع الفتحة قريب من الطول املوجي) أو أقل‪.‬‬

‫يعتمد حيود املوجة على الطول املوجي وأبعاد الفتحة ( عرضها ) فكلما زاد الطول املوجي زاد وضوح احليود ‪.‬‬ ‫وإذا كان عرض الفتحة التي ينفذ منها الضوء قريب ًا من الطول املوجي للضوء املستخدم ( من رتبة طول املوجة ) كانت‬ ‫أهداب احليود أكثر وضوح ًا ‪ .‬انظر الشكل (‪.)34-1‬‬

‫ال يوجد حيود ألن عرض‬

‫حيود واضح ألن عرض‬

‫الفتحة أكبر من الطول املوجي‬

‫الفتحة أقل من الطول املوجي‬

‫شكل (‪)3٤-1‬‬

‫‪54‬‬

‫التداخل في املوجات الضوئية ‪:‬‬ ‫في عام ‪ 1٨0٨‬م استطاع العالم البريطاني (يوﱋ) رؤية ودراسة تداخل املوجات الضوئية من خالل‬ ‫جتربة عملية تعرف بتجربة (يوﱋ) للشق املزدوج‪.‬‬ ‫�‪A‬ا◊ (‪)∑-1‬‬

‫األدوات ‪ .‬مصدر ضوئي (يفضل أن يكون أحادي اللون ) ‪،‬لوح زجاجي مطلي باللون األسود ‪ ،‬حاجز الستقبال الضوء‬ ‫خطوات إجراء النشاط ‪:‬‬

‫‪ - 1‬اعمل شقني ضيقني أفقيني متجاورين ومتوازيني في اللوح ‪.‬‬ ‫‪ - 2‬سلط حزمة من الضوء على هذين الشقني ‪.‬‬ ‫‪ - 3‬استقبل الضوء املار من خالل الشقني على احلاجز ‪.‬‬ ‫‪ - 4‬غير من بعد احلاجز عن الشقني حتى تشاهد خطوط ًا مضيئة وأخرى مظلمة بشكل واضح‬ ‫هذه اﳋطوط تسمى أهداب التداخل في الضوء ‪ .‬شكل ( ‪) 35 – 1‬‬

‫‪y‬‬

‫‪X‬‬ ‫‪ )3٥‬جتربة يوﱋ‬ ‫(‪)3٥-1‬‬ ‫شكل (‪1‬‬

‫ال يوجد فرق جوهري بني أهداب التداخل الناجتة عن‬ ‫ال منهما ناﰋ عن تداخل‬ ‫الشقني أو عن حيود الضوء‪ ،‬ألن ك ً‬ ‫موجات ضوئية‪ ،‬بيد أنه ﳝكن القول أن أهداب احليود ناجتة عن‬ ‫عدد كبير من املصادر الضوئية (باعتبار كل نقطة من نقاط صدر‬ ‫املوجة مصدراً ضوئي ًا ) أما أهداب التداخل عن الشقني فناجتة من‬ ‫مصدرين ضوئيني فقط‪.‬‬

‫‪55‬‬

‫و ُتعطى العالقة الرياضية بني مركزي هدبني متتاليني بالعالقة التالية ‪:‬‬

‫‪nλ x‬‬ ‫‪d‬‬

‫=‪y‬‬

‫‪ 1=n‬فﺈن (‪ )y‬متثل البعد بني‬ ‫حيث ‪ y‬بعد الهدب ذي الرتبة (‪ )n‬عن الهدب املركزي‪ .‬وعندما ‪n‬‬ ‫مركزي هدبني متتاليني من نفس النوع ‪.‬‬

‫‪ábÓ©dG ìÉàØe‬‬

‫‪d‬‬ ‫‪x‬‬ ‫‪λ‬‬ ‫‪y‬‬

‫املسافة بني الفتحتني‪.‬‬ ‫بعد احلاجز عن الشقني‪.‬‬ ‫الطول املوجي‪.‬‬ ‫املسافة بني هدبني متاليني من‬ ‫نفس النوع‪.‬‬

‫)‪(10-1‬‬ ‫في جتربة يوﱋ استخدم ضوء طوله املوجي ‪ 7- 10 x 4‬متر واملسافة بني فتحتي الشق املزدوج ‪ 3‬ملم ويبعد‬ ‫احلاجز ‪ 1٫5‬متر الذي يستقبل عليه الهدب‪ .‬احسب املسافة بني كل هدبتني متتاليتني‪.‬‬

‫احلل‪:‬‬

‫‪y = nλx‬‬ ‫‪d‬‬

‫إذن ‪= y‬‬

‫أكمل‪.......... :‬‬

‫‪10 4 1‬‬ ‫‪10 3‬‬

‫‪7-‬‬

‫‪1٫5‬‬

‫‪3-‬‬

‫من التجربة السابقة ﳝكن استنتاج شروط التداخل البناء والهدام على النحو التالي‪:‬‬

‫‪ -1‬عندما تنتشر موجتان صادرتان عن منبعني متفقني في الطور يحدث تداخل بناء عند النقاط التي‬ ‫يكون فرق بعديهما عن املنبعني مساوي ًا للطول املوجي أو مضاعفاته العددية الصحيحة (أو صفر) ‪n λ‬‬ ‫حيث ‪ n‬عدد صحيح ﲟعنى تالقي قمة مع قمة أو قاع مع قاع كما في الشكل (‪.)36 -1‬‬

‫‪56‬‬

‫‪ -2‬عندما تنتشر موجتان صادرتان عن منبعني متفقني في الطور يحدث تداخل هدام عند النقاط التي‬ ‫يكون فرق بعديهما عن املنبعني مساوي ًا لنصف الطول املوجي أو املضاعفات الفردية لنصف الطول املوجي‬ ‫‪ )n+ 1 ( λ‬حيث ‪ n‬عدد صحيح أو صفر كما في الشكل ( ‪.) 37 -1‬‬ ‫‪2‬‬

‫التداخل‪ :‬تراكب حركتني أو أكثر ينتج تداخل بناء تعميري في بعض املواضع أو تداخل‬ ‫هدمي (تدميري)‪.‬‬

‫شكل (‪ )3٦-1‬تداخل املوجات‬

‫شكل (‪ )3٧-1‬تداخل املوجات‬

‫القدرة التحليلية للضوء ‪Resolving power:‬‬ ‫ﳝكن التفريق بني مصادر الضوء حسب املسافة الفاصلة بني املصادر ذاتها وكذلك حسب بعد املصادر‬ ‫عن جهاز التحليل (العني مثال) ‪.‬‬ ‫تعتبر قدرة اجلهاز التحليلية أكبر كلما استطاع التمييز بني مصادر ضوئية متقاربة ًّ‬ ‫جدا وعلى بعد كبير‬ ‫منه‪ ،‬فمث ً‬ ‫ال في األشكال (‪ )40-1( ، )3٩-1( ، )3٨-1‬متثيل لقدرة العني التحليلية للتمييز بني‬ ‫مصدرين ضوئيني تفصل بينهما مسافة صغيرة ثابتة ( أضواء سيارة ) على مسافات مختلفة من العني‪،‬‬ ‫ويرى الناس هذه الصور الثالث عند مسافات معينة حسب بعد املصدر عن العني السليمة‪ ،‬وﳝكن تثبيت‬ ‫املسافة بني املصدر والعني والتحكم في املسافة بني املصدرين ( أضواء السيارة )‪.‬‬

‫‪57‬‬

‫املصدر بعيد عن اجلسم‬

‫شكل (‪)3٨-1‬‬

‫‪58‬‬

‫املصدر قريب من اجلسم‬

‫شكل (‪ )3٩-1‬التداخل‬

‫املسافة بني املصدر واجلسم متوسطة‬ ‫شكل (‪)٤٠-1‬‬

‫االستقطــاب ‪: Polaraization‬‬ ‫�‪A‬ا◊ (‪©∏ - 1‬‬

‫أحضر حب ً‬ ‫ال وﺛبﺖ أحد ﻃرفيﻪ والطرف اﻵخر حر وحدد عليﻪ أربﻊ مواضﻊ ﲤثلها النقاط‬ ‫(أ‪ ،‬ب ‪ ،‬جـ ‪ ،‬د ) واجعل احلبل ﳝر من خالل فتحتني ﻃوليتني متوازيتني عند النقطة ب‪،‬جـ‬ ‫كما في الشكل (‪. )٤1 - 1‬‬ ‫حرك الطرف (أ) في جميﻊ االجتاهات تتكون موجة مستعرضة خالل احلبل من النقطة (أ)‬ ‫إلى ما قبل النقطة (ب ) ﺛم تنفذ املوجة من خالل الفتحتني املتوازيتني عند النقطتني (ب‪،‬جـ)‬

‫شكل (‪ )٤1-1‬االستقطاب‬

‫ولكن اجتاﻩ االهتزاز يكون في اجتاﻩ واحد حتى تصل إلى النقطة (د) بينما اجتاﻩ االهتزاز‬ ‫في اجلزء (أ) متعامد وفي جميﻊ االجتاهات وتسمى املوجة التي تصاحبها اهتزازات في‬ ‫مستوى واحد فقط ﲟوجة مستقطبة كما بالشكل (‪. )٤1 -1‬‬

‫شكل (‪ )٤2-1‬االستقطاب‬

‫وعند إدارة الفتحة (جـ) بحيث تصبح عمودية على الفتحة (ب) ﳒد أن املوجة ال تسري‬ ‫خالل اجلزء ( جـ د) كما بالشكل (‪.)٤2 -1‬‬

‫‪59‬‬

‫االستقطاب ‪:Polaraization‬‬

‫هو تكوين حزمة من الموجات الكهرومغناﻃيسية تهتز في مستوى واحد ‪.‬‬

‫ﲟا أن الضوء العادي عبارة عن موجات كهرومغناﻃيسية هل ﳝكن استقطابﻪ ؟‬

‫لــقــد مت اكــتــشــاف بــلــورات طبيعية تسمىحجر الــتــورمــالــني تشمل عــلــى تــرتــيــب خـــاص جلزيئاتها بحيث‬ ‫ال تسمح ﲟـــرور املــوجــات الــضــوئــيــة إال إذا كـــان مــســتــوى اهــتــزازهــا مـــوازيـــ ًا للمحور الــبــصــري لــلــبــلــورة كما‬ ‫فــي الــشــكــل (‪ ، )43 -1‬وقــــدمت إنــتــاج مــركــب صــنــاعــي ﳝــاثــل تــلــك املــــادة يــســمــى مــركــب الـــبـــوالرويـــد ‪.‬‬

‫شكل (‪)٤3-1‬‬

‫‪60‬‬

‫�‪A‬ا◊ (‪©π - 1‬‬

‫إذا كان لديك بلورتا التورمالني ( أ ‪ ،‬ب ) كما في الشكل ( ‪ ،)٤٤ -1‬وسقطﺖ حزمة ضوئية على‬ ‫البلورة (أ ) فالضوء في هذﻩ احلالة يهتز في مستوى واحد‪ .‬وعند تثبيﺖ البلورة ( أ ) فﺈن الضوء ﳝر‬ ‫من خاللها ولكن في مستوى واحد وهو املستوى الذي يوازي مستوى محور البلورة ويصبح الضوء‬ ‫بعد ذلك مستقطباً‪ ،‬إذ ًا تعرف هذﻩ البلورة (بالبلورة املستقطبة)‪ ،‬ﺛم ﳝر الضوء املستقطب من خالل‬ ‫البلورة (ب) فﺈذا كان محورها مواز ًيا ﶈور البلورة (أ) ومواز ًيا ملستوى اهتزاز الضوء املستقطب‬ ‫(تعرف هذﻩ البلورة بالبلورة اﶈللة) فﺈن الضوء ينفذ من خاللها حتى يصل إلى العني‪ ،‬وعند إدارة‬ ‫البلورة يختفي الضوء تدريج ًّيا حتى يصبح محورها عمود ًّيا على محور البلورة (أ) فيختفي الضوء‬ ‫ﲤام ًا ‪.‬‬ ‫بلورة محللة (ب)‬

‫بلورة مستقطبة (أ)‬

‫شكل (‪)٤٤-1‬‬

‫إ ًذا هذا النشاط يثبﺖ أن موجات الضوء هي موجات مستعرضة ﳝكن استقطابها ‪ ،‬وبصفة عامة فﺈن‬ ‫املوجات املستعرضة ﳝكن استقطابها وهذﻩ خاصية من خواصها ‪.‬‬

‫‪61‬‬

‫هل يحدث االستقطاب في الصوت ‪ .‬وملـاذا ؟‬

‫تطبيقات عملية على االستقطاب ‪:‬‬ ‫‪ -1‬النظارة الشمسية ‪:‬‬

‫وتعمل على استقطاب جزء من ضوء الشمس‬ ‫فتريح العني أثناء الرؤية من خاللها ‪.‬‬ ‫في الشكل (‪( )45-1‬أ) نظارتان شمسيتان‬ ‫موضوعتان بحيث يكون مستو ًيا استقطابهما‬

‫(محوراهما البصريان) متوازيني ولذلك نرى اﳋطوط‬

‫ﺃ‬

‫السوداء خلفهما واضحة‪.‬‬ ‫أما الشكل (‪( )45-1‬ب) فقد وضعت النظارتان‬ ‫بحيث يكون مستو ًيا استقطابهما متعامدين ولذلك‬

‫ال نرى اﳋطوط السوداء خلفهما بوضوح ‪.‬ملاذا ؟‬

‫ﺏ‬

‫شكل (‪)٤٥-1‬‬

‫‪62‬‬

‫‪ُ -2‬م َر ِّشح البوالرويد في كاميرات التصوير ‪Polarizer‬‬

‫نرى بعض األجسام املراد تصويرها تتعرض لكمية كبيرة من الضوء حسب نوعية األجسام التي خلفها‬ ‫وعند التصوير تظهر الصورة غير واضحة وللتغلب على هذه املشكلة مت وضع مرشح من البوالرويد أمام‬ ‫عدسة الكاميرا للتخلص من الضوء املنعكس من األجسام خلف اجلسم املراد تصويره ويكون معظمه‬ ‫في حالة استقطاب فيدار مستوى ِّ‬ ‫املرشح حتى يصبح عمود ًّيا على مستوى استقطاب الضوء املنعكس‬ ‫أما الضوء املنعكس من اجلسم املراد تصويره فال يتأثر باملرشح ألنه ضوء غير مستقطب ‪.‬ملاذا ؟‬

‫‪63‬‬

‫أﺳﺌﻠﺔ وﺗﻤﺎرﻳﻦ اﻟﻔﺼﻞ ا ول‬

‫‪ )1‬ضﻊ عالمة √ في املربﻊ املقابل لﻺجابة الصحيحة لكل من العبارات التالية ‪:‬‬ ‫أ ‪ -‬الديوبتر وحدة لقياس ‪:‬‬ ‫البعد البؤري‬ ‫قوة العدسة‬ ‫قوة التكبير‬ ‫الزاوية البصرية‬ ‫ب ‪ -‬للحصول على أكبر زاوية بصرية يوضع اجلسم أمام العني على بعد ‪:‬‬ ‫أصغر من ‪25‬سم‬ ‫أكبر من ‪25‬سم‬ ‫مساوي لـ ‪ 2٫5‬سم‬ ‫مساوي لـ ‪25‬سم‬ ‫جـ ‪ -‬عدم قدرة العني على رؤية مجموعة متعامدة من اﳋطوط بنفس الوضوح يدل على ‪:‬‬ ‫طول النظر‬ ‫قصر النظر‬ ‫ضعف قوة التكبير‬ ‫االستجماتزم‬ ‫د ‪ -‬عند سقوط أشعة الشمس على زجاج السيارة فﺈنها ‪:‬‬ ‫تنعكس‬ ‫تنفذ‬ ‫جميع ما تقدم‬ ‫متتص‬ ‫هـ ‪ -‬معامل االنكسار املطلق ألي وسط يكون دائم ًا ‪:‬‬ ‫مساوي للواحد‬ ‫أكبر من الواحد‬ ‫مساوي للصفر‬ ‫أصغر من الواحد‬ ‫و ‪ -‬عندما يعترض طريق انتشار املوجات عائق صغير ‪ .‬فﺈنها عند طرفه ‪:‬‬ ‫تنكسر‬ ‫تنعكس‬ ‫حتيد‬ ‫تتداخل‬ ‫ز ‪ -‬رؤيتك للضوء النافذ من شقوق األبواب ‪،‬دون أن تكون على خط مستقيم مباشرة مع مصدر‬ ‫الضوء ناﰋ عن ظاهرة ‪:‬‬

‫‪64‬‬

‫التداخل‬ ‫احليود‬ ‫االنكسار‬ ‫االنعكاس‬ ‫ح ‪ -‬عندما تنتشر في وسط واحد موجتان متماثلتان حتدث ظاهرة ‪:‬‬ ‫احليود‬ ‫االنكسار‬ ‫االنعكاس‬ ‫التداخل‬ ‫ط ‪ -‬تعتبركل نقطة من نقاط املصدر تعمل وكأنها مصدر ملوجات ثانوية ‪ ،‬هذه العبارة تعرف ﲟبدأ ‪:‬‬ ‫يوﱋ‬ ‫نيوتن‬ ‫هيرتز‬ ‫هيجنز‬ ‫ي ‪ -‬يكون الهدب املركزي في جتربة يوﱋ هدب ًا ‪:‬‬ ‫مضيئ ًا دوم ًا‬ ‫معتما دو ًما‬ ‫ً‬ ‫مضيئ ًا عند استخدام الضوء األبيض‬ ‫معتما أو مضي ًئا اعتما ًدا على نوع املنبع‬ ‫ً‬ ‫‪ )2‬امأل الفراغات في اجلدول التالي ﲟا يناسبها ‪:‬‬

‫العيب‬

‫موقﻊ الصورة‬ ‫رؤية األجسام‬ ‫بوضوح على مسافة املتكونة للجسم‬

‫أسباب حدوث‬ ‫هذا العيب‬

‫العدسة املستخدمة‬ ‫في تصحيح العيب‬

‫قصر النظر‬ ‫طول النظر‬

‫‪ )3‬ماذا يقصد باالنعكاس ؟ ميز بني نوعي االنعكاس؟‬ ‫‪ )٤‬اشرح ﻃريقة سهلة إليجاد البعد البؤري لعدسة محدبة مستعي ًنا بأشعة الشمس‪.‬‬

‫‪65‬‬

‫‪ )٥‬إذا كانﺖ أقرب مسافة للرؤية الواضحة لشخص هي ‪ 2٥‬سم أوجد قوة تكبير العدسات اﶈدبة‬ ‫التالية عند استخدام كل منها مجهر ًا بسيط ًا حيث (ع) البعد البؤري للعدسة ‪:‬‬

‫أ – ع = ‪ 15‬سم‬

‫ب ‪ -‬ع = ‪ 10‬سم‬ ‫جـ ‪ -‬ع = ‪ 5‬سم‬ ‫د ‪ -‬ع = ‪ 3‬سم‬ ‫‪ )٦‬ما العالقة بني قوة التكبير والبعد البؤري ؟‬ ‫‪ )٧‬ارسم العالقة بني التكبير الناﰋ والبعد البؤري في احلالة (جـ ) في سؤال رقم (‪ )٦‬ﺛم أوجد‬ ‫البعد البؤري لعدسة تكبيرها (‪ )٤٠‬مرة ‪.‬‬ ‫‪ )٨‬قوة تكبير مجهر مركب تساوي (‪ ) 12‬مرة ‪ .‬فﺈذا كان تكبير الشيﺌية وحدها يساوي ( ‪)12‬‬ ‫مرة فما تكبير العدسة العينية ؟‬ ‫‪ )٩‬لديك عدستان محدبتان البعد البؤري إلحداهما ‪٥٠‬ســم ‪ ،‬ولألخرى ‪2‬سم في رأيــك ما‬ ‫اﻵلة البصرية التي ﳝكن صنعها باستخدامك لهاتني العدستني ‪ ،‬وما مقدار قوة التكبير فيها‬ ‫وﻃولها؟‬ ‫‪ )1٠‬اذكر نوع عيب النظر ونوع العدسة املستخدمة لتصحيحﻪ‪ ،‬ﺛم احسب مقدار قوة العدسة في‬ ‫ما يلي ‪:‬‬ ‫ املدى البصري ‪ 25‬سم – ‪200‬سم‬‫ املدى البصري ‪ 50‬سم ‪∞ -‬‬‫‪ )11‬اختر من إحدى املجموعتني عدستني تصلحان لصنﻊ منظار فلكي بحيث تكون قوة تكبيرﻩ‬

‫‪66‬‬

‫معتبرا الصورة‬ ‫أكبر ما ﳝكن ‪ ،‬مبي ًنا سبب االختيار ‪ ،‬ﺛم أوجد قوة تكبير هذا املنظار وﻃولﻪ‬ ‫ً‬ ‫النهائية في الالنهاية ‪.‬‬ ‫املجموعة أ‬

‫املجموعة ب‬

‫‪50 -‬‬

‫‪50 +‬‬

‫‪20 -‬‬

‫‪20+‬‬

‫‪10 -‬‬

‫‪10+‬‬

‫‪1-‬‬

‫‪1+‬‬

‫‪0٫5 -‬‬

‫‪0٫5+‬‬

‫‪ )12‬أراد صانﻊ العدسات أن يحسب النقطة القريبة لشخص يستعمل عدسة قوتها البصرية ‪2+‬‬ ‫ديوبتر ﱠ‬ ‫فهال ساعدتﻪ ؟‬ ‫‪ ) 13‬إذا أخبرك زميلك أنﻪ يستخدم عدسة قوتها البصرية (‪ ٤-‬ديوبتر) فما النقطة البعيدة لها ‪.‬‬ ‫‪ )1٤‬ضﻊ عالمة (√) أمام العبارات الصحيحة و( × ) أمام اﳋاﻃﺌة مﻊ تصحيح اﳋطأ ‪:‬‬ ‫أ ‪ -‬للضوء كتلة ثابتة أثناء حتركه وسكونه ‪.‬‬ ‫ب‪ -‬تستخدم سطوح عاكسة محدبة في املصابيح الكشافة بالسيارات ‪.‬‬ ‫ج ‪ -‬استطاعت النظرية املوجية تفسير ظاهرتي التداخل واحليود ‪.‬‬ ‫مبتعدا عن العمود ‪.‬‬ ‫د ‪ -‬إذا سقط شعاع ضوئي من املاء إلى الهواء بزاوية سقوط ‪ 54‬فانه ينكسر‬ ‫ً‬

‫‪67‬‬

‫وضوحا في حياتنا من حيود موجات الضوء‪.‬‬ ‫هـ‪ -‬حيود موجات الصوت يكون أقل‬ ‫ً‬ ‫و ‪ -‬انعكاس املوجات خالل الوسط ال يغير ترددها أو طولها املوجي ولكن يغير سرعة انتشارها‬ ‫في الوسط ‪.‬‬ ‫‪ ) 1٥‬احسب مقدار زاوية السقوط في املاء ‪ ،‬إذا كانﺖ زاوية االنكسار املقابلة لها في الهواء‬ ‫تساوي ‪ 3٥‬ومعامل انكسار املاء ‪. 1٫33‬‬ ‫‪ )1٦‬سقط شعاع ضوئي من الهواء على سطح زجاجي زاويــة سقوط ‪ ٦٠‬فانعكس جزء منﻪ‬ ‫وانكسر الباقي أوجد الزاوية الواقعة بني الشعاع املنعكس والشعاع املنكسر إذا كان معامل‬ ‫االنكسار للزجاج = ‪. 3‬‬ ‫‪ )1٧‬أكمل الرسوم التالية مﻊ كتابة قيمة الزوايا الناقصة في كل حالة ‪:‬‬

‫‪ )1٨‬اختر زاوية انكسار الشعاع عند انتقالﻪ من وسط إلى آخر من بني األقواس ‪.‬‬

‫‪ÆÆ‬‬

‫‪68‬‬

‫‪ÆÆ‬‬

‫‪ÆÆ‬‬

‫‪ )1٩‬وضﻊ جسم على بعد ‪2٠‬سم من مرآة كروية فتكونﺖ لﻪ صورة حقيقية على بعد ‪٦٠‬سم‬ ‫من املرآة فما نوع املرآة ؟ وما نصف تكورها ؟ ﺛم احسب مقدار التكبير الناﰋ ‪.‬‬ ‫‪ )2٠‬وضﻊ جسم على بعد ‪٥٠‬سم من عدسة فتكونﺖ لﻪ صورة مقلوبة مكبرة مرتني ‪.‬ما نوع‬ ‫العدسة ؟ وما بعدها البؤري ؟‬ ‫‪ )21‬مرآة محدبة بعدها البؤري ‪3٠‬سم وضﻊ جسم على بعد ‪٦٠‬سم منها أوجد بعد الصورة‬ ‫املتكونة وصفاتها مﻊ توضيح إجابتك بالرسم ‪.‬‬ ‫‪ )22‬وضــﻊ جسم أمــام عدسة محدبة بعدها الــبــؤري ‪2٠‬ســم فتكونﺖ لــﻪ صــورة مصغرة‬ ‫إلى النصف ‪ .‬أوجد البعد بني اجلسم وصورتﻪ في احلالتني التاليتني موضح ًا إجابتك بالرسم‪:‬‬ ‫أ – إذا كانت العدسة محدبة‬

‫ب – إذا كانت العدسة مقعرة‬

‫‪ )23‬وضﻊ جسم ﻃولﻪ ‪٦‬سم عمود ًّيا على اﶈور األصلي ملرآة مقعرة نصف قطر تكورها ‪٥٠‬سم‬ ‫فﺈذا كان بعد اجلسم عن املرآة ‪٤٠‬سم ‪ .‬فأوجد بعد الصورة الناجتة وﻃولها واذكر خواصها‬ ‫مﻊ الرسم ‪.‬‬ ‫‪ )2٤‬أي العدستني في النظارة (الشكل الثالي) مضادة لالنعكاس‪ ،‬وملاذا؟‬

‫‪69‬‬

70

: ‫ﻳﺘﻮﻗﻊ ﻣﻦ اﻟﻄﺎﻟﺐ ﺑﻌﺪ دراﺳﺘﻪ ﻟﻬﺬا اﻟﻔﺼﻞ أن‬ Æ WK u*« t�� …œU*« nB� Æ qO u��« w� WK u*« t�� œ«u*« WOL�√ 5�� ÆW�zUA�« «—c�« YO� s� P ŸuM�« s� q u*« t��Ë N ŸuM�« s� q u*« t�� …—uK� 5� Ê—UI� Æ © Diod ® WOzUM��« WK u�« VO�d� nB� Æ WOzUM��« WK u�« w� e�U(« bN� —«bI� UNOK� n�u�� w��« q�«uF�« nB� Æ WOzUM��« WK u�« qO u� ‚d� nB� Æ WOzUM� WK Ë Â«b���U� —UO��« .uI� W�d& Íd�� Æ WOzUM��« WK u�« U�«b���« iF� d�c� Æ —u��e�«d��« VO�d� r�d�« l� nB� Æ —u��e�«d��« qL� ÕdA� Æ —u��e�«d��« U�«b���« iF� d�c� ÆoKG� ≠Õu�H� WOzU�dN� …dz«b� l�U� ÕU�HL� —u��e�«d��« vK� W�d& Íd�� Æ WK�UJ�*« WO�Ëd�J�ù« dz«Ëb�« vK� ·dF�� Æ u�œ«d�« dz«Ëœ vK� ·dF�� Æ Êu�eHK��« dz«Ëœ vK� ·dF�� Æ jI� And ¨ or ¨ Not WD��*« WOIDM*« dz«Ëb�« ÕdA� Æ w�ü« V�U(« qL� vK� ·dF�� Æ WO�Ëd�J�ù« l�«uI�« …dz«œ vK� ·dF��

71

‫اﻹلكتـرونيــات ‪Electronics‬‬ ‫مقدمة ‪: Introduction‬‬ ‫شهد علم اإللكترونيات تطوراً متسارع ًا في النصف الثاني من القرن العشرين ‪ ،‬وكان له األثر الكبير في شتى مناحي‬ ‫وﻓيﻢ يبﺤﺚ ﻫﺬا الﻌلﻢ ؟ وما آﺛارﻩ ﻓﻲ حياﺗنا ؟ وما الترانزﺳتور ؟ وما‬ ‫احلياة ‪ ،‬ﻓﻤا املقﺼود بﻌلﻢ اﻹلكترونيات ؟ َ‬ ‫أنواﻋﻪ وﺧﺼائﺼﻪ واﺳتﺨداماﺗﻪ ؟ هذه األسئلة وغيرها ستكتشف اإلجابة عنها عند دراستك هذا الفصل ‪.‬‬

‫اﻹلكترونيات ‪ :Electronics‬ﻫﻲ ﻋلﻢ التﺤكﻢ ﻓﻲ ﺳﻤات حرﻛة وﻃاﻗة اﻹلكترونات وﺗقنية اﺳتﺨدام‬ ‫ﻫﺬا الﻌلﻢ ﻓﻲ التطبيقات الﺼناﻋية لﻸﺟﻬزة املسﻤاة باﻹلكترونية * ‪.‬‬

‫وقد دخلت اإللكترونيات مجال التقنية مطلع القرن العشرين امليالدي ‪ ،‬حيﺚ استطاع العالم فلمنﻎ اختراع الصمام‬ ‫الثنائي عام ‪ 1٩04‬م وكان هذا االختراع اللبنة األولى في علم اإللكترونيات ‪.‬‬ ‫كان االستخدام األول لﻺلكترونيات في مجال االتصاالت اإلذاعية في عام ‪ 1٩20‬م ‪.‬‬ ‫وفي عام ‪ 1٩50‬م حدثت نقلة كبيرة في علم اإللكترونيات ‪ ،‬حيﺚ ﰎ اختراع الترانزيستور الذي حل محل الصمام‬ ‫في الدائرة اإللكترونية ‪.‬‬

‫‪á¶MÓe‬‬ ‫التحكم في اإللكترونيات له عدة صور منها ‪:‬‬ ‫‪ -1‬القدرة على عزل اإللكترون متا ًما عن املؤثرات اﳋارجية وذلك لتخزين املعلومات ‪.‬‬ ‫‪ -2‬حتديد طاقة اإللكترون متام ًا وذلك لتحديد اللون الناجت من تفاعله مع شاشة التلفاز إلعطاء‬ ‫اللون املطلوب لنقطة ( بيكسل ) ‪.‬‬ ‫‪ -3‬التحكم في حتديد حركة اإللكترون لتوليد موجات كهرومغناطيسية في دوائر الرنني في‬ ‫أجهزة البﺚ اإلذاعي والتلفزيوني ‪.‬‬ ‫‪ -4‬إغالق بعض مسارات اإللكترونات أو فتحها لتشكيل نوع من البوابات املنطقية كما في دوائر‬ ‫‪.not، or ، and‬‬ ‫وأيضا ميكن تعريفه بﺄنه علم يهتم بانتقال الشحنات (اإللكترونات) في الفراغ أو أشباه املوصالت واستخدامه في التطبيقات الصناعية‪.‬‬ ‫ً‬

‫‪72‬‬

‫الترﻛيﺐ البنائﻲ ﻷشباﻩ املوﺻﻼت ‪:Installation of Structural Semi Conductors‬‬

‫التركيب البنائي اإللكتروني ملواد أشباه املوصالت يعتمد على أن‬ ‫مستوى الطاقة املسمى بشريط التكافؤ يكون ﳑتل ًئا باإللكترونيات‬ ‫متاما ‪ ،‬أما مستوى الطاقة املسمى بشريط التوصيل (وهو آخر مستوى‬ ‫طاقة في املادة) فيكون خالي ًا متاما من اإللكترونيات وذلك عند درجة‬ ‫حرارة الصفر املطلق ‪.‬‬ ‫ورغم تشابه هذه اﳋاصية في التركيب البنائي إللكترونات املواد‬ ‫شبه املوصلة مع املواد العازلة إال أنه في املواد شبه املوصلة يكون فرق‬ ‫شكل (‪ )١-2‬الترﻛيﺐ البلوري‬ ‫صغيرا ًّ‬ ‫الطاقة بني شريط التكافؤ وشريط التوصيل‬ ‫جدا مقارنة مع‬ ‫ً‬ ‫املواد العازلة ويكون مساوي ًا للطاقة احلرارية (‪ )KBT‬في نطاق درجة‬ ‫حرارة الغرفة لذا فﺈن ‪:‬‬ ‫‪ -1‬العناصر التي متتاز باﳋاصية السابقة هي عناصر املجموعة الرابعة‬ ‫في اجلدول الدوري شكل (‪.)1-2‬‬ ‫‪ -2‬درجة التوصيل الكهربائي لهذه املواد ضعيفة‪.‬‬ ‫شكل ((‪ ))2-2‬إلكترونات التكاﻓﺆ‬ ‫‪ -3‬عند درجة الصفر املطلق (‪ْ2٧3-‬م) تصبح عازلة لدخول األربع‬ ‫إلكترونات في املستوى اﳋارجي في أربع روابط تساهمية ‪.‬‬ ‫ميكن زيادة التوصيل الكهربائي في أشباه املوصالت بطريقتني‪:‬‬ ‫أ‪ -‬رفع درجة احلرارة ‪ :‬حيﺚ تقوم بتكسير الروابط التساهمية فيتحرر‬ ‫إلكترونات (حاملة للتيار) تاركة خلفها فجوة (ثقوب) موجبة تعمل‬ ‫على جذب أقرب إلكترون إليها‪ .‬وتسمى حامالت الشحنة املوجبة‬ ‫شكل (‪ )3-2‬الروابﻂ التساﻫﻤية‬ ‫‪.posivive charge carries‬‬ ‫ب‪ -‬إضافة شوائب (ذرات خماسية التكافؤ) للحصول على بلورة‬ ‫من النوع السالب ‪ n- Type‬إضافة شوائب (ذرات ثالثية التكافؤ) للحصول على بلورية من النوع‬ ‫املوجب ‪P- Type‬‬ ‫تتكون بلورة شبه املوصل عن طريق مشاركة كل ذرة بﺈلكترونات التكافؤ األربعة لها مع أربع ذرات‬ ‫مجاورة لكي متﻸ املستوى األخير ويسمى هذا الترابط بني الذرات بالروابط التساهمية كما يوضحه‬ ‫الشكل ( ‪. ) 3 -2‬‬

‫‪73‬‬

‫ففي درجة حرارة الصفر املطلق تكون جميع اإللكترونات مرتبطة بذراتها ‪ ،‬أي نطاق التوصيل يكون‬ ‫خالي ًا متام ًا من أي إلكترون ‪.‬‬ ‫وعند ارتفاع درجة حرارة البلورة شبه املوصلة فﺈن بعض اإللكترونات تتمكن بواسطة الطاقة احلرارية‬ ‫التي اكتسبتها من حتطيم بعض الروابط التساهمية والتحرر من الذرة مخلفة مكانها فراغات تسمى ثقوب ًا‬ ‫‪ . HOLES‬فعندما يحطم إلكترون ما رابطته ويترك ثقب ًا خلفه ‪،‬فﺈن إلكترون ًا آخر مجاوراً يقفز ليشغل‬ ‫هذا الثقب مخلف ًا ثقب ًا جديداً شكل (‪ ، )4-2‬فانتقال اإللكترونات في اجتاه معني بفعل مجال كهربائي‬ ‫ال ‪ ،‬ينتج عنه انتقال مناﻇر للثقوب في اجتاه معاكﺲ كما في الشكل (‪.)5-2‬‬ ‫مث ً‬ ‫وكما تعرف فﺈن لﻺلكترون شحنة سالبة ‪ ،‬فحركتها تعتبر حركة شحنات سالبة وبالتالي ميكن اعتبار‬ ‫الثقب شحنة موجبة وانتقال الثقوب ميثل انتقال الشحنات املوجبة في البلورة ‪ ،‬وتسمى اإللكترونات‬ ‫بحامالت الشحنة السالبة ‪ ،Negative Charge carriers‬كما تسمى الثقوب بحامالت الشحنة‬ ‫املوجبة ‪. Positive Charge carriers‬‬ ‫ميكن تفسير عملية التوصيل الكهربائي ملواد شبه املوصالت بتتبع حركة انتقال حامالت الشحنة داخل‬ ‫البلورة‪ .‬وينتج تبع ًا لذلك تيار إلكتروني وتيار من الثقوب‪ .‬وفي البلورة النقية يكون عدد حامالت‬ ‫الشحنة السالبة (اإللكترونات املنتقلة) مساوي ًا لعدد حامالت الشحنة املوجبة‬

‫اجتاه حركة اإللكترونات‬

‫‪-‬‬

‫‪-‬‬

‫‪-‬‬

‫‪-‬‬

‫‪-‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫اجتاه حركة الفجوات‬ ‫شكل (‪)٤-2‬‬

‫شكل ((‪ ))٥-2‬اﲡاﻩ حرﻛة الفﺠوات ‪+‬‬ ‫ﻋكﺲ حرﻛة اﻹلكترونات‬

‫التطﻌيﻢ لبلورات أشباﻩ املوﺻﻼت‬ ‫ال نسب ًّيا بحيﺚ يكون التيار الناجت‬ ‫إن عدد ناقالت ( حامالت ) الشحنة في معظم مواد أشباه املوصالت يكون قلي ً‬ ‫عن حركتها ضعيف ًا ‪ ،‬وال ميكن االستفادة منه في معظم التطبيقات العملية ‪.‬‬ ‫ال يكون عدد حامالت الشحنة في ( ‪1‬سم‪ ) 3‬ملادة اجلرمانيـــوم مســـاو ًيا‬ ‫ففي درجة احلرارة العادية (‪ْ 25‬م ) مث ً‬

‫‪74‬‬

‫(‪ )1310 × 2.4‬وفي السليكون يكون العدد (‪ )1010 × 1.5‬على الرغم من هذا العدد ‪،‬‬ ‫فﺈن التوصيل الكهربائي اجليد يحتاج لعدد أكبر بكثير ‪.‬‬

‫والتطﻌيﻢ يقﺼد منﻪ‪ :‬إﺿاﻓة ﻛﻤية ﻗليلة ًّ‬ ‫ﺟدا مﻦ ذرات مادة أﺧرى إلﻰ‬

‫بلورة شبﻪ املوﺻل بﻬدف زيادة ﻋدد اﻹلكترونات أو الﺜقوب ﻓيﻬا ‪ .‬واملادة‬ ‫املﻀاﻓة ﺗسﻤﻰ الﺸوائﺐ ‪. Impurities‬‬

‫وتنقسم مادة الشوائب إلى نوعني ‪:‬‬ ‫املانﺤة (‪)Donor‬‬

‫و‬

‫املستقبلة (‪.)Acceptor‬‬

‫شكل ((‪)٦-2‬‬ ‫بلورة ﺳالبة ‪n - type‬‬

‫البلورة من مادة شبه املوصل التي تطعم بذرات من مادة أخرى تصبح‬ ‫بلورة شبه موصل غير نقية ‪ Extrinsic Semiconductor‬وتنقسم بلورات‬ ‫أشباه املوصالت غير النقية إلى نوعني حسب نوع مادة الشوائب املضافة للبلورة كما يلي‪:‬‬ ‫أو ًﻻ ‪ :‬شبﻪ املوﺻل مﻦ النوع السالﺐ ‪N-Type Semiconductor :‬‬

‫ﳝكﻦ اﳊﺼول ﻋلﻰ بلورة مﻦ ﻫﺬا النوع‪ :‬بﺈضافة ذرات الشوائب من مادة خماسية التكافؤ ‪ ،‬أي‬ ‫يحتوي مستوى الطاقة األخير لهذه املادة على خمسة إلكترونات ‪ ،‬مثل الزرنيﺦ ( ‪ ) As‬والفسفور (‪)P‬‬ ‫واألنتيمون (‪ )Sb‬والبزموث ( ‪ )Bi‬إلى البلورة النقية لشبه املوصل ‪.‬‬ ‫افترض أن ذرات من مادة الزرنيﺦ ( ‪ ) As‬استخدمت كشوائب لبلورة من مادة اجلرمانيوم ‪ ،‬وقد يفضل‬ ‫هذا االستخدام ألن الزرنيﺦ هو العنصر الذي يلي اجلرمانيوم في اجلدول الدوري ‪ ،‬ولذرته نفﺲ حجم ذرة‬ ‫اجلرمانيوم ‪ ،‬وعلى ذلك فذرات الزرنيﺦ الشائبة تتالءم جيداً في الشبكة البلورية وحتل محل ذرة اجلرمانيوم‬ ‫كما في الشكل ( ‪.)2-٦‬‬ ‫وألن ذرة الزرنيﺦ لديها خمسة إلكترونات تكافؤ ‪ ،‬فﺈنها تشارك بﺄربعة منهم بروابط تساهمية مع‬ ‫أربع ذرات مجاورة ‪ ،‬ويبقى اإللكترون اﳋامﺲ غير مشترك في التنظيم البلوري (لذا تسمى باملانحة)‪،‬‬ ‫وبطبيعة احلال يكون ارتباطه بالبلورة ضعيف ًا ‪ ،‬فﺈذا ما توفرت له الطاقة الالزمة فﺈنه يصبح طليق ًا ‪ ،‬ويكون‬ ‫عدد هذا النوع من اإللكترونات بعدد الذرات للمادة الشائبة املضافة‪.‬‬ ‫كل ذرة شائبة تساهم بﺈلكترون باإلضافة الى اإللكترون املتحرر من ذرة اجلرمانيوم وتسمى هذه‬ ‫اإللكترونات بنوعيها بحامالت الشحنة األغلبية ‪ ، Majority Carriers‬التي تكون أكبر من عدد الثقوب‬ ‫والتي تسمى بحامالت الشحنة األقلية ‪ ، Minority Carriers‬ولهذا السبب يسمى شبه املوصل السالب‬

‫‪75‬‬

‫‪ . n-Type‬وعند درجة احلرارة العادية تصبح خاصية التوصيل لبلورة غير نقية متضاعفة لعدة مرات‬ ‫قياس ًا بالبلورة النقية ‪.‬‬ ‫وبزيادة عدد ذرات الشوائب يزيد عدد حامالت الشحنة ‪ ،‬لكن تبقى عملية التطعيم ذات حدود معينة‬ ‫لتبقى البلورة صاحلة للتطبيقات العملية‪.‬‬ ‫ﺛاني ًا ‪ :‬شبﻪ املوﺻل مﻦ النوع املوﺟﺐ ‪P-Type Semiconductor :‬‬ ‫نحصل على هذا النوع بﺈضافة ذرات الشوائب من مادة ثالثية‬ ‫التكافؤ (كاألملونيوم (‪ )Al‬و اجلاليوم) (‪ )Ga‬و اإلنديوم (‪ ، )In‬أي‬ ‫حتل ذرة شائبة محل ذرة جرمانيوم (‪ )Ga‬في شبه املوصل النقي ‪.‬‬ ‫تساهم الذرة الشائبة بﺈلكتروناتها الثالثة بروابط تساهمية مع ثالث‬ ‫ذرات جرمانيوم مجاورة وتترك الرابطة الرابعة غير مكتملة فيتكون‬ ‫ثقب ًا (لذا تسمى باملستقبلة) شكل (‪. )٧-2‬‬

‫كل ذرة شائبة سوف تتسبب بوجود ثقب يضاف لعدد الثقوب الناجتة‬ ‫عن انتقال إلكترون من ذرات اجلرمانيوم‪ ،‬ففي هذا النوع تكون الثقوب أو‬ ‫حامالت الشحنة املوجبة هي األغلبية ‪ ،‬ومن هنا جاءت التسمية شبه املوصل املوجب ‪.‬‬

‫شكل ((‪)٧-2‬‬

‫سواء أكانت البلورة من نوع (‪ ) N‬أو ( ‪ ) p‬فﺈنها تكون متعادلة كهربائ ًّيا ألن‬ ‫عدد اإللكترونات الكلي يساوي عدد البروتونات فيها ‪.‬‬

‫إذا ﰎ إدماج بلورة شبه موصل نقية في دائرة كما في الشكل (‪ )٨-2‬فﺈن حامالت الشحنة السالبة تتﺄثر باملجال‬ ‫الكهربائي‪ ،‬فتنجرف نحو القطب املوجب للبطارية ( عكﺲ اجتاه املجال الكهربائي ) ‪ ،‬بينما تنجرف الثقوب‬ ‫باالجتاه املعاكﺲ وفي هذه احلالة سيكون التيار اإللكتروني مساوي ًا للتيار املوجب ‪ ،‬كما سبق توضيح ذلك ‪.‬‬

‫شكل ((‪ ))٨-2‬حرﻛة الﺸﺤنات نﺤو القطﺐ املﺨالﻒ‬

‫‪76‬‬

‫أما عند إدماج بلورة شبه موصل غير نقية من نوع (‪ ( )N‬أي أغلبية حامالت الشحنة إلكترونات ) ‪ ،‬فﺈن التياراإللكتروني‬ ‫يفوق التيار املوجب‪ ،‬وعكﺲ ذلك يحدث عند إدماج بلورة شبه موصل غير نقية من نوع ( ‪ . ) p‬وال توجد تطبيقات عملية‬ ‫تذكر تستخدم فيها بلورة نقية أو غير نقية مفردة ‪ ،‬بل يتم ضم بلورتني أو أكثر في تشكيل يتحدد حسب الغرض من االستخدام ‪.‬‬ ‫الوﺻــلة الﺜنائيــة (‪Diode ) P. N‬‬ ‫بلورة شبه موصل من نوع ‪ ، N‬ومن ثم يوضع على‬ ‫أحد سطحيها قطعة صغيرة من مادة ثالثية التكافؤ‬ ‫ثم ترفع درجة حرارتها داخل فرن خاص ‪ .‬هذه‬ ‫العملية تسبب تغلغل وانتشار ذرات املادة ثالثية‬ ‫التكافؤ لتكون شوائب لبلورة من نوع ( ‪ ) p‬ضمن‬ ‫البلورة األولى ‪ ،‬وميكن متييز ثالث مناطق تظهر‬ ‫مبجرد تشكل البلورة (‪ ) PN‬وهي كما في الشكل‬ ‫(‪ )10-2‬كالتالي ‪:‬‬

‫‪ -1‬منطقة من شبه املوصل غير النقي ‪ ، N‬وحتوي ذرات شبه‬ ‫املوصل كاجلرمانيوم أو السليكون وذرات الشوائب خماسية‬ ‫التكافؤ (الشوائب املانحة) أي التي متنح اإللكترونات ‪.‬‬ ‫‪ -2‬منطقة من شبه املوصل غير النقي ( ‪ ، ) P‬وحتوي‬ ‫ذرات شبه املوصل وذرات الشوائب ثالثية التكافؤ (الشوائب‬ ‫املستقبلة) ‪ ،‬أي تستقبل اإللكترونات‪.‬‬ ‫(ميكن عكﺲ عملية‬ ‫إعداد الوصلة من خالل‬ ‫البدء ببلورة شبه موصل‬ ‫من نوع ‪)P‬‬

‫‪ÆÆ‬‬

‫شكل (‪)٩-2‬‬

‫شكل (‪ )١٠-2‬وﺻلة ﺛنائية‬

‫شكل (‪)2-١٠‬‬

‫ﺛنائﻲ الوﺻلة‬

‫شكل (‪ )١١-2‬اﲡاﻩ حرﻛة الﺸﺤنات‬

‫‪77‬‬

‫‪ -3‬منطقة االلتحام ‪ ،‬وهي منطقة احلدود بني نوعي البلورة ‪ N ، P‬وعند هذه املنطقة األخيرة تعبر بعض‬ ‫اإللكترونات من البلورة ‪ N‬باجتاه البلورة ‪ P‬لتمﻸ بعض الثقوب بها مخلفة وراءها شحنة موجبة في‬ ‫جدا ًّ‬ ‫البلورة ‪ N‬وتستمر هذه الهجرة لفترة زمنية قصيرة ًّ‬ ‫جدا‪ .‬الذرة التي تقبل إلكترون ًا مهاجراً تصبح أيون ًا‬ ‫موجبا‪.‬‬ ‫سالب ًا ‪ ،‬والتي تفقد إلكترونات تصبح أيو ًنا‬ ‫ً‬

‫‪á¶MÓe‬‬ ‫وعندئذ تُشكل األيونات‬ ‫تتكون منطقة خالية من أي إلكترونات أو ثقوب قادرة على االنتقال ‪.‬‬ ‫ٍ‬ ‫املوجبة والسالبة في هذه املنطقة مجا ًال كهربائ ًّيا ‪ ، Ei‬وهذا املجال ُينتج فرق ًا في اجلهد ُيطلق عليه جهد‬ ‫احلاجز للوصلة الثنائية ‪ Potential Barrier‬انظر الشكل ( ‪)11-2‬‬ ‫تبلﻎ قيمة جهد احلاجز في وصلة ثنائية من اجلرمانيوم (‪ 0.1‬فولت ) أما في السليكون فتبلﻎ (‪0.٦‬‬ ‫فولت ) تقريب ًا ‪.‬‬

‫ﺗوﺻيل الوﺻلة الﺜنائية بدائرة ﻛﻬربائية‬ ‫يتم توصيل الوصلة الثنائية بدائرة كهربائية بطريقتني هما‪:‬‬

‫أو ً‬ ‫ﻻ ‪ :‬ﺗوﺻيل اﻻﲡاﻩ اﻷمامﻲ ( اﻻنﺤياز اﻷمامﻲ )‪Forward Biasing‬‬

‫‪:‬‬

‫يطلق على طرف الوصلة الثنائية من نوع البلورة املوجب مصعد (‪ ، )Anode‬كما يطلق على البلورة السالب‬ ‫(‪)N‬مهبط (‪ )Cathode‬ويتم توصيل املصعد بالقطب املوجب للبطارية‪ ،‬وتوصيل املهبط بالقطب السالب لها ‪.‬‬ ‫ينشﺄ بهذه الطريقة مجال كهربائي خارجي بسبب توصيل قطبي البطارية بطرفي الوصلة الثنائية‪ ،‬ويكون‬ ‫اجتاهه معاكس ًا الجتاه املجال الداخلي للوصلة ويفوقه‬ ‫شدة ‪ .‬يعمل هذا املجال على دفع اإللكترونات لالنتقال‬ ‫بسهولة عبر منطقة احلدود ‪ ،‬وأيض ًا دفع الثقوب باالجتاه‬ ‫املعاكﺲ أما منطقة اإلفراغ فﺈنها تضيق حتى تكاد تتالشى‬ ‫متام ًا ‪ ،‬ويتوقف ذلك على شدة املجال الكهربائي بني طرفي‬ ‫الوصلة الثنائية ‪ ،‬شكل (‪. ) 12 – 2‬‬ ‫شكل (‪ )١2-2‬التوﺻيل اﻷمامﻲ‬

‫‪78‬‬

‫في هذه احلالة من التوصيل تنخفض مقاومة الوصلة الثنائية بشكل كبير‪ ،‬فيمر التيار باالجتاه املوضح‬ ‫بالشكل ‪ ،‬ويطلق عليه تيار االجتاه األمامي ‪.‬‬ ‫وميكن متثيل العالقة بني شدة التيار املار في الوصلة الثنائية مع فرق اجلهد املطبق بني طرفيها بيان ًّيا في حالة التوصيل‬

‫األمامي‪ .‬كما في شكل (‪ )13-2‬حيﺚ ميثل اﶈور السيني قيم فرق اجلهد للبطارية ‪ ،‬وميثل اﶈور الصادي قيم شدة‬ ‫التيار املار خالل الوصلة الثنائية ‪.‬‬ ‫نالحﻆ أن الوصلة الثنائية ال تسمح مبرور تيار ذي قيمة تطبيقية إال إذا ﰎ التغلب على جهد احلاجز املتكون في‬ ‫منطقة اإلفراغ ‪ .‬وعندما يزيد فرق اجلهد عن هذه القيمة ‪ ،‬فﺈن عدد اإللكترونات والثقوب التي تعبر خالل احلدود‬ ‫يزداد زيادة كبيرة وبشكل أسي ‪.‬‬ ‫نوع البلورة‬

‫نوع التوﺻيل‬

‫بلورة شبه موصلة موجبة ‪P‬‬ ‫بلورة شبه موصلة سالبة ‪N‬‬

‫ﲢيز أمامﻲ‬

‫ﲢيز ﻋكسﻲ‬

‫موجب‬

‫سالب‬

‫سالب‬

‫موجب‬

‫يطلﻖ ﻋلﻰ مقدار ﻓرق اﳉﻬد الﺬي يسبﺐ ﻫﺬﻩ الزيادة السريﻌة ﻓﻲ شدة التيار (ﺟﻬد الﻌتبة)‬ ‫للوﺻلة الﺜنائية (( ‪-Threshold Volt‬‬ ‫‪.)) age‬‬ ‫وهـــــو فــــي الـــوصـــلـــة املـــصـــنـــوعـــة من‬ ‫اجلــرمــانــيــوم وبــدرجــة احلـــرارة االعتيادية‬ ‫يـــــســـــاوي (‪0.3‬فـــــــــولـــــــــت)‪ ،‬بينما‬ ‫يـــســـاوي فـــي الـــوصـــلـــة املــصــنــوعــة من‬ ‫الــســلــيــكــون حـــوالـــي (‪0.٧‬فــــولــــت) ‪.‬‬

‫شكل (‪ )١3-2‬الﻌﻼﻗة البيانية للتوﺻيل اﻷمامﻲ‬

‫ﻗارن ذلﻚ مﻊ ﺟﻬد اﳊاﺟز ‪.‬‬

‫‪79‬‬

‫ﺛاني ًا ‪ :‬ﺗوﺻيل اﻻﲡاﻩ الﻌكسﻲ ( اﻻنﺤياز الﻌكسﻲ ) ‪: Reverse Biasing‬‬ ‫يتم ذلك بتوصيل البلورة ( ‪ ( ) N‬الكاثود ) للوصلةالثنائية بالقطب املوجب للبطارية‪،‬وتوصيل البلورة(‪) P‬‬ ‫(األنود) بالقطب السالب ‪ ،‬فيتولد بني طرفي الوصلة الثنائية فرق في اجلهد يولد مجا ًال كهربائ ًّيا يكون متفق ًا في‬ ‫االجتاه مع املجال الداخلي للوصلة الثنائية ‪.‬‬ ‫املجال الكهربائي املتكون من محصلة املجالني يعمل على دفع اإللكترونات‬ ‫عكﺲ اجتاه املجال مبتعد ًة عن احلدود بني البلورتني ‪ ،‬وتتحرك الثقوب باالجتاه‬ ‫املعاكﺲ ‪ .‬وهذا يؤدي إلى اتساع منطقة اإلفراغ بشكل كبير ‪ ،‬فتزيد مقاومة‬ ‫الوصلة الثنائية إلمرار التيار الكهربائي خاللها زيادة كبيرة ‪ ،‬وتصبح قيمة جهد‬ ‫احلاجز للوصلة الثنائية مساوية للقوة اﶈركة الكهربائية للبطارية ( تقريب ًا ) ‪.‬‬

‫شكل (‪ )١٤-2‬التوﺻيل الﻌكسﻲ‬

‫عدد قليل فقط من حامالت الشحنة السالبة ( اإللكترونات ) وحامالت الشحنة املوجبة ( الثقوب ) يتمكن من اجتياز‬ ‫منطقة اإلفراغ ‪ ،‬وهذا ما يفسر وجود التيار الضعيف الذي ميكن اعتباره من الناحية العملية مساوي ًا للصفر ‪ ،‬ويسمى‬ ‫هذا التيار بتيار االجتاه العكسي ‪.‬‬ ‫وإذا ما زيد فرق اجلهد‬ ‫بني طرفي الوصلة الثنائية ‪،‬‬ ‫فﺈن شدة التيار العكسي تبقى ثابت ًة‬ ‫تقريب ًا ‪ .‬وإذا وصلت قيمة فرق اجلهد‬ ‫العكسي عند مقدار معني ‪ ،‬فﺈن مقاومة‬ ‫الوصلة الثنائية تنهار ويحدث تلف‬ ‫دائم للوصلة الثنائية ‪ .‬قيمة فرق اجلهد‬ ‫الذي يحدث عند هذا االنهيار يسمى‬ ‫جهد االنهيار للوصلة الثنائية ‪ ،‬ولذلك‬ ‫حتدد خواص الوصلة الثنائية بذكر‬ ‫متوسط شدة التيار األمامي‪ ،‬والقيمة‬ ‫العظمى لفرق اجلهد العكسي‪.‬‬ ‫الوﺻلة الﺜنائية ﻛﻤقوم للتيار املتردد ‪Junction :‬‬ ‫‪Diode as aRectifer to A . C‬‬

‫‪80‬‬

‫ومقاومة الوصلة الثنائية ال حتقق‬ ‫قانون أوم ‪ ،‬ألن عالقة شدة التيار بفرق‬ ‫اجلهد ليست عالقة خطية‪ ،‬ولكن عندما يزيد فرق‬ ‫اجلهد بني طرفي وصلة ثنائية مصنوعة من السليكون‬ ‫عن ‪0.٧‬فولت فﺈن مقاومة الوصلة الثنائية تكون‬ ‫ثابتة وتتراوح بني ( ‪ ) 50 – 20‬أوم‪.‬‬

‫شكل (‪)١٥-2‬‬ ‫املقوم البلوري لتقوﱘ التيار املتردد‬

‫من استخدامات الوصلة الثنائية وأكثرها شيوع ًا هو تقوﱘ التيار املتردد‪ .‬فعند توصيل طرفي الوصلة الثنائية مبصدر‬

‫تيار متردد ‪ ،‬فﺈن التيار مير عبر الوصلة عندما تكون الوصلة في حالة التوصيل األمامي ( االنحياز األمامي )‪،‬‬ ‫أي خالل النصف املوجب من املوجة‪.‬‬ ‫وتقاوم الوصلة مرور النصف السالب ألنها تكون في حالة توصيل عكسي ( انحياز عكسي )‪ .‬وتسمى دائرة الوصلة‬ ‫الثنائية املوضحة في الشكل ( ‪ )15-2‬ﲟقوم نﺼﻒ املوﺟة ‪.‬‬ ‫��‪©±≠≤® WOKL� W�d‬‬

‫ﲡربة اﺳتﺨدام الوﺻلة الﺜنائية‬ ‫اﻷدوات املستﺨدمة ‪:‬‬ ‫مولد كهربائي ذو فرق جهد ‪ ٦‬فولت‪ 50 ،‬هيرتز ‪ -‬وصلة ثنائية–‬ ‫مقاومة قيمتها ‪ 100‬أوم– جهاز كاشف الذبذبات (أوسكوليسكوب)‪.‬‬ ‫ﺧطوات التﺠربة ‪:‬‬ ‫صل الدائرة كما في الشكل (‪1٦-2‬أ)‪ ،‬تالحﻆ منحنيان على شاشة‬ ‫األسسكوب ‪ ،‬أحدهما على القناة (‪ ، ) Y1‬والتي متثل فرق اجلهد بني‬ ‫أقطاب املولد ‪ ،‬واملنحنى اﻵخر على القناة (‪ ) Y2‬والتي متثل فرق اجلهد‬ ‫اﻻﺳتنتاج ‪:‬‬ ‫شكل (‪ )١٦-2‬ﺗوليد ذبﺬبات‬ ‫يتولد فرق جهد متناوب بني النقطتني ( أ ‪ ،‬ب ) خالل نصف املوجة األولى بحيﺚ يكون ‪:‬‬ ‫جـ أ ‪ -‬جـ ب< صفر ‪( ،‬حتيز أمامي) وفي هذه احلالة فﺈن ثنائي الوصلة ميرر التيار ‪.‬‬ ‫خالل نصف املوجة الثانية جـ أ ‪ -‬جـ ب > صفر (حتيز عكسي) وفي هذه احلالة فﺈن ثنائي‬ ‫الوصلة يقطع التيار ‪ ،‬ويصبح (ت = صفر ) لذلك فﺈن التيار مير عبر الدائرة خالل النصف‬ ‫موجة املوجبة وال مير خالل النصف موجة السالبة ‪.‬‬

‫مقوم قنطري للتيار‬

‫‪81‬‬

‫)‪(1-2‬‬ ‫في الدائرة فرق اجلهد بني طرفي الوصلة الثنائية (‪1‬فولت ) عندما تكون شدة التيار األمامي‬ ‫(‪ 1‬أمبير ) ‪ .‬إذا كان فرق اجلهد للبطارية ( ‪ ٦‬فولت ) فﺄوجد ما يلي ‪:‬‬ ‫اجلهد على املقاومة (م)‬ ‫القدرة املبددة في الوصلة ‪.‬‬ ‫احلل ‪:‬‬ ‫أ‪ -‬جهد البطارية = جهد الوصلة الثنائية ‪ +‬جهد املقاومة‬ ‫جهد املقاومة ‪٦ = 1+‬‬ ‫جهد املقاومة = ‪ 5 =1 - ٦‬فولت‬ ‫ب‪ -‬القدرة املبددة في الوصلة الثنائية = جهد الوصلة × شدة التيار‬ ‫القدرة املبددة في الوصلة الثنائية = ‪ 1 = 1 × 1‬واط‬

‫اﺳتﺨدامات الوﺻلة الﺜنائية ‪:‬‬ ‫‪ -1‬تقوﱘ التيار املتردد ‪.‬‬ ‫‪ -2‬يستخدم في الشاشات الرقمية (مثل الساعات الرقمية ) وغيرها كمصدر إضاءة باستخدام ﻇاهرة االنبعاث‬ ‫الضوئي ‪.‬‬ ‫‪ -3‬يستخدم ككاشف ضوئي ‪.‬‬

‫‪ -4‬يستخدم في صناعة اﳋاليا الشمسية ‪.‬‬ ‫‪ -5‬يستخدم كمثبت للجهد ( باستخدام ثنائي زينر ‪. ) Zener Diod‬‬ ‫‪ -٦‬يستخدم في الدوائر املنطقية ( أجهزة احلاسوب )‪.‬‬ ‫الترانزيستور ‪Transistor‬‬

‫‪:‬‬

‫وصلة ثالثية يتكون من ثالث بللورات‪ ،‬البلورة الوسطىتختلف عن الطرفيتني؛ لذلك هناك نوعان من‬ ‫الترانزستور‪:‬‬

‫‪82‬‬

‫‪-1‬‬ ‫‪n-p-n‬‬

‫‪-2‬‬ ‫‪p-n-p‬‬

‫‪+B - n‬‬ ‫سالبة موجبة‬

‫‪n‬‬‫سالبة‬

‫‪B‬‬ ‫‬‫‪+‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪p‬‬ ‫موجبة سالبة‬

‫‪+‬‬ ‫‪p‬‬ ‫موجبة‬

‫شكل يوﺿﺢ الترانزﺳتورات‬

‫وجود سهم‬ ‫للخارج على‬ ‫الباعﺚ‬ ‫شكل ( ‪ )١٧-2‬ﺗرنزاﺳتور (‪)n-p-n‬‬

‫والتي بالوسط تسمى قاعدة ‪ Base‬والطرفيتني‬ ‫أحدهما تسمى باعﺚ ‪ Enaiher‬واألخرى تسمى‬ ‫مجمع ‪. Collector‬‬ ‫وعندما يكون السهم في الباعﺚ خارج تكون من‬ ‫النوع ‪ n-p-n‬وعندما يكون السهم في الباعﺚ داخل‬ ‫تكون من النوع ‪p-n-p‬‬ ‫ومن الشكلني السابقني يتضح تركيب كل نوع والرمز الذي ميثله‬ ‫عند دمجه بدائرة كهربائية ‪ ،‬ويشير السهم إلى اجتاه التيار االصطالحي‬ ‫في أثناء عمل الترانزيستور ‪ .‬وعند تشكل البلورات الثالث تتكون‬ ‫على جانبي البلورة الوسطى ( القاعدة ) منطقتا إفراغ من حامالت‬ ‫الشحنات نتيجة هجرة بعض اإللكترونات والثقوب كما سبق بيانه‬ ‫في الوصلة الثنائية كما يتكون حاجزا جهد داخل الترانزيستور ‪.‬‬

‫وجود سهم‬ ‫للداخل على‬ ‫الباعﺚ‬ ‫شكل ((‪ )١٨-2‬ﺗرنزاﺳتور (‪)n-p-n‬‬

‫رمز الترانزستور في الدوائر‬

‫‪83‬‬

‫ﻋﻤﻞ اﻟﺘﺮاﻧﺰﻳﺴﺘﻮر ‪:‬‬ ‫ﻳﻮﺟﺪ ﻓﻲ اﻟﺘﺮاﻧﺰﻳﺴﺘﻮر ﺗﻴﺎران ﻛﻬﺮﺑﺎﺋﻴﺎن ‪ ،‬أﺣﺪﻫﻤﺎ ﺑﲔ اﻟﻘﺎﻋﺪة‬ ‫واﻟﺒﺎﻋﺚ‪ ،‬واﻵﺧﺮ ﺑﲔ اﳌﺠﻤﻊ واﻟﺒﺎﻋﺚ )ﻣﺮوراً ﺧﻼل اﻟﻘﺎﻋﺪة( اﻧﻈﺮ‬ ‫ﺷﻜﻞ )‪.(١٩-٢‬‬ ‫ﻛﻠﻤﺔ ﺗﺮاﻧﺰﻳﺴﺘﻮر ﺗﻌﻨﻲ ﻧﻘﻞ ) ‪ ( Trans‬اﳌﻘﺎوﻣﺔ )‪ ( resistor‬وﻓﻴﻤﺎ‬ ‫ﻳﻠﻲ اﻟﺘﻮﺿﻴﺢ ‪:‬‬

‫ﺷﻜﻞ ))‪(١٩-٢‬‬ ‫ﻋﻤﻞ اﻟﺘﺮاﻧﺰﺳﺘﻮر‬

‫إذا ﰎ ﺗﻮﺻﻴﻞ أﻗﻄﺎب اﻟﺘﺮاﻧﺰﻳﺴﺘﻮر ﺑﻄﺮﻳﻘﺔ اﻟﻘﺎﻋﺪة اﳌﺸﺘﺮﻛﺔ ‪ Common Base‬ﻓﺈن اﻟﺒﺎﻋﺚ ﻳﻮﺻﻞ ﺑﺎﻟﻘﻄﺐ‬ ‫اﻟﺴﺎﻟﺐ ﻟﺒﻄﺎرﻳﺔ وﺗﻮﺻﻞ اﻟﻘﺎﻋﺪة ﺑﻘﻄﺒﻬﺎ اﳌﻮﺟﺐ إذا ﻛﺎن اﻟﺘﺮاﻧﺰﻳﺴﺘﻮر‬ ‫ﺑﺎﻋﺚ‬ ‫ﻣﺠﻤﻊ‬ ‫ﻣﻦ ﻧﻮع ‪ ، NPN‬ﻋﻨﺪﺋﺬ ﻳﻜﻮن اﻟﺘﻮﺻﻴﻞ ﺑﲔ اﻟﺒﺎﻋﺚ واﻟﻘﺎﻋﺪة ﺑﺎﻻﲡﺎﻩ‬ ‫اﻷﻣﺎﻣﻲ ) اﻻﻧﺤﻴﺎز اﻷﻣﺎﻣﻲ ( وﻓﻲ ﻧﻔﺲ اﻟﻮﻗﺖ ﺗﻮﺻﻞ اﻟﻘﺎﻋﺪة ﺑﺎﻟﻘﻄﺐ‬ ‫اﻟﺴﺎﻟﺐ ﻟﺒﻄﺎرﻳﺔ أﺧﺮى‪ ،‬وﻳﻮﺻﻞ اﳌﺠﻤﻊ ﺑﻘﻄﺒﻬﺎ اﳌﻮﺟﺐ ﻟﻴﻜﻮن اﻟﺘﻮﺻﻴﻞ‬ ‫ﺑﺎﻻﲡﺎﻩ اﻟﻌﻜﺴﻲ ) اﻧﺤﻴﺎز ﻋﻜﺴﻲ ( ﺑﲔ اﻟﻘﺎﻋﺪة واﳌﺠﻤﻊ ‪.‬‬ ‫ﻓﺈذا ﻛﺎن اﻟﺘﺮاﻧﺰﻳﺴﺘﻮر ﻣﻦ ﻧﻮع ‪ PNP‬ﺗﻨﻌﻜﺲ أﻗﻄﺎب اﻟﺒﻄﺎرﻳﺘﲔ ﻋﻤﺎ‬ ‫ﻫﻮ ﻓﻲ اﳊﺎﻟﺔ اﻷوﻟﻰ ﻛﻤﺎ ﻓﻲ اﻟﺸﻜﻞ )‪(٢٠-٢‬‬

‫ﺷﻜﻞ ))‪(٢٠-٢‬‬

‫ﺣﺮﻛﺔ ﺣﺎﻣﻼت اﻟﺸﺤﻨﺎت ﻓﻲ ﺗﺮاﻧﺰﻳﺴﺘﻮر ‪ NPN‬ﰎ ﺗﻮﺻﻴﻠﻪ ﺑﺪاﺋﺮة ﻛﻬﺮﺑﺎﺋﻴﺔ ﺑﻄﺮﻳﻘﺔ‬ ‫اﻟﻘﺎﻋﺪة اﳌﺸﺘﺮﻛﺔ ‪:‬‬

‫‪§≤a ´ÓWÓd‬‬

‫ﻼ أﻣﺎﻣ ًّﻴﺎ ﻳﻜﻮن ﺣﺎﺟﺰ اﳉﻬﺪ ﺑﲔ اﻟﺒﻠﻮرﺗﲔ‬ ‫ﺑﺘﻮﺻﻴﻞ اﻟﺒﺎﻋﺚ )‪ ( E‬ﻣﻊ اﻟﻘﺎﻋﺪة )‪ ( B‬ﺗﻮﺻﻴ ً‬ ‫ﺻﻐﻴﺮا ًّ‬ ‫ﻼ‬ ‫ﺟﺪا ) ﻣﻘﺎوﻣﺔ ﺿﺌﻴﻠﺔ ( ‪ .‬وﲟﺎ أن اﻟﻘﺎﻋﺪة ﲢﻮي ذرات ﺷﻮاﺋﺐ ﻗﻠﻴﻠﺔ ‪ ،‬ﻓﺈن ﻋﺪد اﻟﺜﻘﻮب ﻳﻜﻮن ﻗﻠﻴ ً‬ ‫ً‬ ‫ﻼ ‪ .‬وﻓﻲ ﻧﻔﺲ اﻟﻮﻗﺖ ﻳﺠﺬب‬ ‫أﻳﻀﺎ ‪ ،‬وﺑﺎﻟﺘﺎﻟﻲ ﻓﺈن ﻋﺪد اﻹﻟﻜﺘﺮوﻧﺎت اﻟﺘﻲ ﲤﻸ ﻫﺬﻩ اﻟﺜﻘﻮب ﺳﻮف ﻳﻜﻮن ﻗﻠﻴ ً‬ ‫ً‬ ‫ﻗﻄﺐ اﻟﺒﻄﺎرﻳﺔ اﳌﻮﺟﺐ ) اﳌﺠﺎل اﻟﻜﻬﺮﺑﺎﺋﻲ اﳋﺎرﺟﻲ( ﻫﺬﻩ اﻹﻟﻜﺘﺮوﻧﺎت ﺑﻨﻔﺲ ﻣﻌﺪل ﻋﺒﻮرﻫﺎ وﻳﻌﻮض اﻟﻘﻄﺐ‬ ‫اﻟﺴﺎﻟﺐ ﻟﻠﺒﻄﺎرﻳﺔ اﻹﻟﻜﺘﺮوﻧﺎت اﳋﺎرﺟﻴﺔ‪ ،‬ﻓﻴﻤﺮ ﻓﻲ داﺋﺮة اﻟﺒﺎﻋﺚ اﻟﻘﺎﻋﺪة ﺗﻴﺎراً أﻣﺎﻣ ًّﻴﺎ ‪ ،‬وﻟﻜﻨﻪ ذو ﺷﺪة ﺻﻐﻴﺮة‬ ‫ﻧﺴﺒ ًّﻴﺎ ‪.‬‬ ‫ﻼ ﻋﻜﺴ ًّﻴﺎ ﺑﺎﺳﺘﺨﺪام ﺑﻄﺎرﻳﺔ أﺧﺮى ‪ ،‬ﻓﺈن ﺷﺪة‬ ‫وﻋﻨﺪ ﺗﻮﺻﻴﻞ ﺑﻠﻮرة اﳌﺠﻤﻊ )‪ ( C‬ﻣﻊ اﻟﻘﺎﻋﺪة )‪ ( B‬ﺗﻮﺻﻴ ً‬ ‫ﺗﻴﺎر اﻟﺒﺎﻋﺚ )‪ (IE‬ﺗﺰداد ‪ ،‬ﻛﻤﺎ أن ﺷﺪة ﺗﻴﺎر اﳌﺠﻤﻊ )‪ ( IC‬ﺗﺴﺎوي ﺗﻘﺮﻳﺒ ًﺎ ﺷﺪة ﺗﻴﺎر اﻟﺒﺎﻋﺚ‬

‫)‪ ، ( IE‬أﻣﺎ ﺷﺪة ﺗﻴﺎر اﻟﻘﺎﻋﺪة )‪ ( IB‬ﻓﺈﻧﻪ ﻳﺘﺮاوح ﻣﻦ ﻗﻴﻤﺘﻪ ﺑﲔ )‪ (٪ ٥-١‬ﻣﻦ )‪ ( IE‬وﺑﺘﻄﺒﻴﻖ اﻟﻘﺎﻧﻮن‬

‫‪84‬‬

‫األول لكيرشوف على الترانزيستور باعتباره نقاط دخول وخروج للتيارات الكهربائية ‪ ،‬فﺈنه يكون التالي لدينا‬ ‫العالقة التالية‪:‬‬

‫‪Ie = Ic + IB‬‬ ‫ومبا َّأن ت‬

‫قاعدة‬

‫صغيرة إذاً ‪Ic ≈ Ie‬‬

‫وميكن تعليل تقارب شدة تيار املجمع بشدة تيار الباعﺚ ‪ ،‬بوجود فرق جهد كبير بني املجمع والباعﺚ‪،‬‬ ‫ألن القوة اﶈركة الكهربائية (قم) للبطارية املتصلة باملجمع أكبر من القوة اﶈركة الكهربائية (قم) املتصلة‬ ‫بالباعﺚ ‪ .‬فرق اجلهد الكبير هذا ينتج مجا ًال كهربائ ًّيا شديداً يعمل على دفع اإللكترونات باجتاه املجمع ‪،‬‬ ‫بينما القليل منها يتجه نحو القاعدة‪ ،‬كما يرجع ذلك أيض ًا إلى كبر املساحة املتقابلة بني املجمع والباعﺚ‬ ‫وصغر سماكة القاعدة ‪ .‬ذلك يعطي الفرصة لﻺلكترونات لتعبر من الباعﺚ إلى املجمع مبعدل أكبر ‪ ،‬أي‬ ‫اﶈركة الكهربائية (قم) املتصلة بالباعﺚ ‪ .‬كما يرجع إلى قلة عدد الشوائب في القاعدة والتي متكنها من‬ ‫قبول عدد محدود ًّ‬ ‫جدا من اإللكترونات املتحركة بتﺄثير املجال الكهربائي بني املجمع والباعﺚ‪.‬‬

‫إن ﺗوﺻيل الترانزيستور بطريقة القاﻋدة املﺸترﻛة ينتﺞ ﻋنﻪ ﺗكبير لفرق اﳉﻬد ‪ ،‬أي ينتﺞ ﻋنﻪ ﻛسﺐ‬ ‫ﻓﻲ القدرة الناﲡة ﺧﻼل مقاومة اﳊﻤل (‪( ) Load‬م ) ‪.‬‬

‫‪85‬‬

‫تكون املقاومة اﳋارجة هي مقاومة الترانويستور بني طرفي القاعدة واملجمع م مجمع‪ ،‬وتتراوح قيمتــها بني (‪– 3 10‬‬ ‫‪ ) ٦ 10‬أوم بينما تكون املقاومة الداخلة هي مقاومة الترانزيستور بني طرفي القاعدة والباعﺚ م باعﺚ وقيمتها تتراوح بني‬ ‫(‪ )200 – 20‬أوم ‪ ،‬ومبا أن ت الباعﺚ ≈ ت املجمع‬ ‫إذاً ميكن تقدير تكبير اجلهد في الترانزيستور باالستفادة من هذه اﳋاصية كالتالي ‪:‬‬

‫‪Rc‬‬ ‫‪Re‬‬

‫‪ ( μ‬التكبير ) =‬

‫‪Rc‬‬ ‫‪RE‬‬

‫=‪μ‬‬

‫وحيﺚ إن ‪ RE >> RC‬فﺈن ‪ ، 1 < μ‬أي أن اجلهد اﳋارج من الترانزيستور يكون أكبر بكثير من اجلهد الداخل ‪.‬‬

‫)‪(2-2‬‬ ‫ترانزستور مقاومة املجمع له ‪ 1000‬أوم ومقاومة الباعﺚ ‪ 10‬أوم ‪ .‬احسب معامل التكبير‪.‬‬ ‫احلل ‪:‬‬

‫‪1000‬‬ ‫‪10‬‬

‫=‪μ‬‬

‫‪Rc‬‬ ‫‪RE‬‬

‫=‪μ‬‬

‫)‪(3-2‬‬ ‫ترانزستور معامل تكبيره ‪ 50‬وجهد املجمع ‪ 200‬ﭬولت‪ .‬احسب جهد الباعﺚ‪.‬‬ ‫احلل ‪:‬‬

‫‪Ve =4 v.‬‬ ‫‪86‬‬

‫‪200‬‬ ‫‪50‬‬

‫= ‪...Ve‬‬

‫‪200‬‬ ‫‪Ve‬‬

‫‪... 50‬‬

‫‪Vc‬‬ ‫‪Ve‬‬

‫=‪μ‬‬

‫مفتاحا إلكترون ًّيا ‪: Key Electronic Transistor‬‬ ‫الترانزيستور‬ ‫ً‬ ‫ثمة استخدام آخر للترانزيستور غير التضخيم (( التكبير )) ‪ ،‬هو استخدامه مفتاح ًا إلكترون ًّيا ‪ ،‬وإليك بعض‬ ‫التطبيقات العملية التي ُيستخدم فيها الترانزيستور مفتاح ًا إلكترون ًّيا (أكتب تقريراً عن كيفية عملها ) ‪:‬‬ ‫‪ -1‬تشغيل مصابيح اإلشارة ‪.‬‬ ‫‪ -2‬تشغيل دارات اإلنذار ‪.‬‬ ‫‪ -3‬إيصال التيار الكهربائي إلى األحمال الكهربائية وفصله عنها حسب احلاجة ‪.‬‬ ‫‪ -4‬مصابيح حتديد اجتاه االنعطاف ( الغمازات) في السيارة ‪.‬‬ ‫‪ -5‬كواشف مستوى السائل ‪.‬‬ ‫عند مقارنة املفاتيح الترانزيستورية مبثيالتها امليكانيكية ‪ ،‬جند أن األولى تتمتع بعدد من املزايا ‪،‬منها‪:‬‬ ‫عدم احتواء املفاتيح الترانزيستورية أجزاء ميكانيكية قد تتعرض للتلف ‪ ،‬وعدم حدوث شرارة كهربائية ‪ ،‬وهذه‬ ‫مالزمة للمفاتيح امليكانيكة ‪ ،‬وتؤدي إلى تلف متاساتها ‪ ،‬وسرعة الوصول والفصل باملقارنة مع املفاتيح امليكانيكية ‪،‬‬ ‫وعدم حاجة املفاتيح الترانزيستورية إلى عمليات صيانة‪.‬‬ ‫كما أن املفاتيح الترانزيستورية تغني املستخدم عن التعامل مع اجلهود العالية ‪.‬‬

‫الدوائر املتكاملة ‪Integrated Circut‬‬ ‫كان الختراع الترانزستور ثورة على استخدام الصمامات اإللكترونية املفرغة‪ ،‬إال أن الترانزستور لم يكن احللقة األخيرة‬ ‫في سلسلة التطورات التقنية بل كان مقدمة لثورة أعظم متثلت في الدوائر املتكاملة‪.‬‬ ‫فكيف تصنع الدائرة املتكاملة ؟‬ ‫هناك عدة طرق لصناعة الدوائر املتكاملة منها أخذ بلورة من السيليكون والسماح للشوائب باالنتشار فيها إلى عمق‬ ‫وعرض معني بغرض تكوين ترانزستورات ومقومات بلورية (وصالت ثنائية) ومقاومات ومكثفات مرتبطة ببعضها‬ ‫حسب الغرض املطلوب من الدائرة املتكاملة ‪.‬‬ ‫ويرمز للدوائر املتكاملة في األجهزة بـ ( ‪ ) IC‬وهي عبارة عن شريحة من السيليكون ( مساحتها ‪ 1‬مم × ‪ 5‬مم‬ ‫وسمكها ‪ 0.25‬مم ) ‪.‬‬ ‫حتتوي على مئات األلوف من املكونات اإللكترونية (( مكثفات ‪ ،‬مقاومات ‪ ،‬وصالت ثنائية )) القادرة على تنفيذ‬ ‫عدة مطالب من دوائر املنطق املبسطة إلى العمليات البالغة التعقيد املطلوبة في املعاجلات الدقيقة ‪.‬‬

‫‪87‬‬

‫تطورا سري ًعا حيﺚ أصبح باإلمكان جمع مئات اﻵالف من العناصر ( الترانزستورات‪،‬‬ ‫وقد تطورت صناعة الدوائر املتكاملة ً‬ ‫املقومات البلورية شبه املوصلة ‪ ،‬املقاومات ‪ ،‬املكثفات ‪ )....،‬في دائرة متكاملة صغيرة بحيﺚ ميكن احلصول على‬ ‫أجهزة إلكترونية بالغة الصغر مثل تلفاز اجليب ‪ ،‬وراديو املعصم ‪....،‬‬ ‫ومن أبرز التطبيقات العملية التي تستخدم فيها الدوائر املتكاملة ‪ :‬املضخمات املتعددة املراحل ‪ ،‬العدادات ‪،‬‬ ‫وأيضا في صنع الرقائق املصغرة اﳋاصة باملعاجلات الدقيقة ‪ .‬وﳑا يعاب على‬ ‫الساعات اإللكترونية ‪ ،‬واﻵالت احلاسبة ‪ً ،‬‬ ‫الدوائر املتكاملة أنها تتعطل وتتلف بتعطل أي عنصر فيها ولو كان مقاومة أو مكثف ﳑا يعني استبدالها بدائرة أخرى‬ ‫إذ ال مجال لصيانتها ‪.‬‬

‫تعمل احلواسب باستخدام صفائح رقيقة ًّ‬ ‫جدا والتي تدعى باسم الصفائح السيليكونية ‪ .‬وتشكل‬ ‫هذه الصفائح دماغ احلاسب إذ حتوي على كثير من الدارات اإللكترونية الصغيرة القادرة على‬ ‫تخزين املعلومات والقيام باحلسابات ‪.‬‬

‫أمﺜلة لتقنيات اﻹلكترونيات‪:‬‬ ‫الـــــــــــــراديو‪:‬‬ ‫ماذا يتبادر إلﻰ ذﻫنﻚ ﻋند ﺳﻤاﻋﻚ لبرامﺞ مﺤطة إذاﻋية !!؟‬ ‫ﻫل ﺗساءلﺖ ﻋﻦ ﻛيفية وﺻول البﺚ اﻹذاﻋﻲ إليﻚ ؟‬ ‫ملاذا ﻻ نستﻤﻊ إلﻰ أﻛﺜر مﻦ مﺤطة إذاﻋية بوﺿوح مﻦ نفﺲ اﳉﻬاز ﻓﻲ نفﺲ اللﺤﻈة؟‬ ‫اﻛتﺐ ﺗقرير ًا ﻋﻤل ًّيا ﲡيﺐ ﻓيﻪ ﻋﻦ التساؤﻻت السابقة ( مستﺨد ًما مﺼادر‬ ‫ﺗﻌلﻢ مناﺳبة ) ‪.‬‬

‫‪88‬‬

‫التلــفزيون ‪:‬‬

‫شكل (‪ )2١-2‬التلفزيون امللون‬

‫اﻛتﺐ ﺗقرير ًا ﻋﻤل ًّيا ﺗوﺿﺢ ﻓيﻪ ﻛيﻒ ﺗطورت ﺗقنية البﺚ التلفزيونﻲ بدء ًا مﻦ‬ ‫شيوع اﺳتﺨدام التلفزيون ﻏير امللون ﻓﻲ املنازل وانتﻬا ًء ﲟا وﺻلﺖ إليﻪ ﺗقنية‬ ‫ﻫﺬا البﺚ ﻓﻲ الوﻗﺖ اﳊاﺿر ‪.‬‬

‫وﺳائل نقل املﻌلومات بطريقة ﻻ ﺳلكية ‪:‬‬ ‫ﰎ تطوير هذه التقنية من قبل مجموعة من شركات اإللكترونيات للسماح ألي جهازين إلكترونيني ‪ -‬حاسوبات‬ ‫وتلفونات خلوية ولوحات املفاتيح ‪ -‬بالقيام بعملية اتصال ال سلكي بدون أسالك أو كابالت أو أي تدخل من قبل‬ ‫املستخدم ‪.‬‬

‫نقل املﻌلومات باﺳتﺨدام اﻷشﻌة ﲢﺖ اﳊﻤراء ‪: Transfer Information Using Infrared‬‬ ‫تستخدم األشعة حتت احلمراء ( أشعة ضوئية ) في أجهزة التحكم عن بعد اﳋاصة بالتلفزيونات‬ ‫(( ‪ )) Remot Control‬كما تُستخدم أيض ًا في وصل بعض أجهزة احلاسوب ببعضها البعض أو مع أجهزة‬ ‫اﶈمول ‪.‬‬ ‫ويتم إنتاج األشعة حتت احلمراء باستخدام (وصلة ثنائية) املقوم البلوري محدد ( ‪.) Diod‬‬ ‫ومن عيوب األشعة حتت احلمراء أنها تسير في خطوط شبه مستقيمة وال تعبر احلواجز ‪ ،‬وللتغلب على هذه املشكلة‬ ‫ﰎ استخدام تقنية البلوتوث التي تعتمد على موجات تردداتها عالية في نطاق موجات الراديو تستطيع عبور احلواجز‬ ‫ومتتلك خاصية احليود ‪.‬‬

‫‪89‬‬

‫* ﺗردد البلوﺗوث ‪:‬‬ ‫بلوتوث يرسل إشاراته بتردد يبلﻎ ‪ 2.45 GHz‬هذا التردد ﰎ االتفاق عليه من قبل الهيئة‬ ‫العاملية الستعمال األجهزة الصناعية والعلمية والطبية ‪ . ISM‬بعض من األجهزة التي أنت‬ ‫على علم بها تستثمر هذا التردد في صاحلها مثل أجهزة التحكم عن بعد التي تفتح كاراجات‬ ‫السيارات‪ ،‬واجليل اجلديد من التلفونات الالسلكية ‪ -‬جميعها تستعمل قيم التردد التي ﰎ‬ ‫استحداثها من قبل ‪ . ISM‬عملية التﺄكد من أن إشارات بلوتوث ال تتداخل مع إشارات بقية‬ ‫األجهزة أصبح من األمور املهمة أثناء تطوير البلوتوث‪.‬‬ ‫* جهاز الهاتف اﶈمول ( اجلوال ) ينتج إشارات راديوية ( بلوتوث ) تبلﻎ قدرتها ‪ 3‬واط لذا فﺈن أقصى‬ ‫مدى تصل إليه قرابة ‪ 10‬متر‬

‫مﺜال ﻋلﻰ ﺗقنية بلوﺗوث ‪:‬‬ ‫مثال بﺄنه لديك غرفة حتوي األمور االعتيادية‪ .‬فهناك أستريو‪ DVD،‬وجهاز مستقبل للبﺚ الفضائي‬ ‫لنفترض ً‬ ‫وتلفزيون باإلضافة إلى جهاز تلفون السلكي وجهاز كمبيوتر شخصي‪ ،‬كل هذه األجهزة مزودة ببلوتوث‪ .‬وباستخدام‬ ‫جهاز احلاسب ميكن السيطرة ( التحكم ) في جميع األجهزة األخرى في الغرفة عن بعد باستخدام شبكة اإلنترنت ‪.‬‬ ‫�‪WA�UMLK� WOC‬‬

‫في ضوء دراستك عن التقنية احلديثة ناقﺶ مع زمالئك العبارة التالية ‪:‬‬ ‫‪ » -1‬التقنية سالح ذو حدين « (أمثلة)‪.‬‬ ‫‪» -2‬دور علم اإللكترونيات في التطوير التحتي« (أمثلة)‪.‬‬

‫‪90‬‬

‫الدوائر املنطقية ‪:Logical Circuits‬‬ ‫توجد الدوائر املنطقية في العديد من األجهزة الرقمية وهي شكل من أشكال اإللكترونيات التي تستخدم النبضات‬ ‫الكهربية ً‬ ‫بدال من التدفق املتواصل معتمدة على البوابات املنطقية‪.‬‬ ‫و تعتمد النبضات الكهربائية النظام الثنائي لتمثيل املعلومات مستخدمة األعداد املكونة من الرقمني‬ ‫( ‪ 0‬و ‪ )1‬حيﺚ تترجم األصوات والصور والكلمات إلى هذا النظام الثنائي بشكل موجة من تيار رقمي ذات‬ ‫فولطية عالية للرقم واحد وفولطية متدنية للرقم صفر عبر مداخل مخارج البوابات املنطقية‪.‬‬

‫‪1‬‬

‫‪0‬‬

‫‪1‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0 1‬‬

‫‪1‬‬

‫‪0‬‬

‫شكل (‪)22-2‬‬

‫‪91‬‬

‫البوابات املنطقية ‪:‬‬ ‫هي مثال للدوائر الرقمية‪.‬‬ ‫عال ( ميثله الرقم ‪ )1‬أو منخفض (ميثله الرقم ‪.)0‬‬ ‫هذه الدوائر تنتج إما جهد ٍ‬ ‫والميكن أن تنتج أي مقدار آخر للجهد‪ ،‬لذا تكون هناك حالتان فقط (‪ ) 1 ، 0‬للجهد عند أي نقطة‪.‬‬ ‫اجلهد الناجت يعبر عن (حالة منطقية) للبداية املنطقية يحدد باجلهود الداخلة ( تعبر عن حالة منطقية )‪.‬‬ ‫هناك ثالثة أنواع للبوابات املنطقية التي حتكم الدوائر الرقمية‪.‬‬ ‫اجلدول التالي (شكل (‪ )23-2‬يوضح اجلهد الناجت لكل اجلهود الداخلة املمكنة‪:‬‬

‫‪SYMBOL AND OUTPUT‬‬ ‫‪NOR‬‬

‫‪OR‬‬

‫‪NAND‬‬

‫‪AND‬‬ ‫‪B‬‬

‫‪A‬‬

‫‪1‬‬

‫‪0‬‬

‫‪1‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪1‬‬

‫‪1‬‬

‫‪0‬‬

‫‪1‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪1‬‬

‫‪1‬‬

‫‪0‬‬

‫‪0‬‬

‫‪1‬‬

‫‪0‬‬

‫‪1‬‬

‫‪0‬‬

‫‪1‬‬

‫‪1‬‬

‫‪1‬‬

‫شكل (‪)23-2‬‬

‫‪92‬‬

‫‪INPUT‬‬

‫أﺳﺌﻠﺔ وﺗﻤﺎرﻳﻦ اﻟﻔﺼﻞ اﻟﺜﺎﻧﻲ‬ ‫أ( اﻣﻸ اﻟﻔﺮاﻏﺎت اﻟﺘﺎﻟﻴﺔ ﲟﺎ ﻳﻨﺎﺳﺒﻬﺎ ﻋﻠﻤ ًّﻴﺎ ‪:‬‬ ‫‪ -١‬ﻋﻨﺪ ﺗﻄﻌﻴﻢ ﺑﻠﻮرة ﺟﺮﻣﺎﻧﻴﻮم ﻧﻘﻴﺔ ﺑﺸﻮاﺋﺐ ﻣﻦ ﻋﻨﺼﺮ ﺧﻤﺎﺳﻲ اﻟﺘﻜﺎﻓﺆ ﻓﺈﻧﻨﺎ ﻧﺤﺼﻞ ﻋﻠﻰ ﺑﻠﻮرة ﺷﺒﻪ‬ ‫ﻣﻮﺻﻞ ﻣﻦ اﻟﻨﻮع ‪..............‬‬ ‫‪ -٢‬اﳌﻮاد ﺷﺒﻪ اﳌﻮﺻﻠﺔ ﻟﻠﺘﻴﺎر اﻟﻜﻬﺮﺑﺎﺋﻲ ﻋﻨﺪ درﺟﺔ اﳊﺮارة اﻟﻌﺎدﻳﺔ ﺗﻜﻮن ﻣﻘﺎوﻣﺘﻬﺎ اﻟﻨﻮﻋﻴﺔ‬ ‫‪....................‬‬ ‫‪E‬‬ ‫‪C‬‬ ‫‪ -٣‬اﻟﺘﺮاﻧﺰﺳﺘﻮر ﻓﻲ اﻟﺸﻜﻞ اﳌﻘﺎﺑﻞ ﻣﻦ اﻟﻨﻮع )‪(...........‬‬ ‫‪B‬‬

‫‪ -٤‬ﺑﻠﻮرة اﳉﺮﻣﺎﻧﻴﻮم اﳌﻄﻌﻤﺔ ﺑﺸﻮاﺋﺐ ﻣﻦ اﻟﺰرﻧﻴﺦ ﺗﻜﻮن ﻣﻦ اﻟﻨﻮع ‪............‬‬ ‫‬‫‪ -٥‬ﻳﻘﻞ ﺟﻬﺪ اﳊﺎﺟﺰ ﻓﻲ اﻟﻮﺻﻠﺔ اﻟﺜﻨﺎﺋﻴﺔ )‪ ( PN‬ﺑـ ‪................‬‬ ‫‪ -٦‬ﻓﻲ ﺑﻠﻮرة ﺷﺒﻪ اﳌﻮﺻﻞ ﺛﻨﺎﺋﻴﺔ اﻟﺘﻮﺻﻴﻞ ‪ N- P‬اﳌﺘﺼﻠﺔ ﲟﺼﺪر ﺗﻴﺎر ﻣﺘﺮدد ﻳﺨﺮج ﻣﻨﻬﺎ ﺗﻴﺎر‬ ‫‪.....................‬‬ ‫‪ -٧‬اﳌﻘﺎوﻣﺔ اﻟﻜﻬﺮﺑﺎﺋﻴﺔ ﻷﺷﺒﺎﻩ اﳌﻮﺻﻼت اﻟﻨﻘﻴﺔ ﺗﻘﻞ ﻛﻠﻤﺎ ‪................‬و‪................‬‬ ‫‪ -٨‬اﻟﺜﻘﺐ )اﻟﻔﺠﻮة ( ﻓﻲ ﺑﻠﻮرة ﺷﺒﻪ اﳌﻮﺻﻞ ﻧﺘﻴﺠﺔ ﻧﻘﺺ ﻓﻲ ‪........................‬‬ ‫‪ -٩‬ﻋﻨﺪﻣﺎ ﺗﻠﺘﺼﻖ ﺑﻠﻮرة ﺷﺒﻪ ﻣﻮﺻﻞ ﺳﺎﻟﺒﺔ )‪ ( N‬ﻣﻊ ﺑﻠﻮرة ﺷﺒﻪ ﻣﻮﺻﻞ ﻣﻮﺟﺒﺔ )‪ (P‬ﻓﺈن اﻟﺒﻠﻮرة )‪( P‬‬ ‫ﺗﻜﺘﺴﺐ ﺷﺤﻨﺔ ‪ .............‬واﻟﺒﻠﻮرة )‪ (N‬ﺗﻜﺘﺴﺐ ﺷﺤﻨﺔ ‪.................‬‬ ‫‪ -١٠‬إذا اﺣﺘﻮت ﺑﻠﻮرة ﺟﺮﻣﺎﻧﻴﻮم ﻋﻠﻰ ﺷﻮاﺋﺐ ﻋﻨﺼﺮ ﺛﻼﺛﻲ اﻟﺘﻜﺎﻓﺆ ﺗﺼﺒﺢ اﻟﺒﻠﻮرة ﺷﺒﻪ ﻣﻮﺻﻞ ﻣﻦ اﻟﻨﻮع‬ ‫‪.............‬‬ ‫‪ -١١‬ﺗﺴﺘﺨﺪم اﻟﻮﺻﻠﺔ اﻟﺜﻨﺎﺋﻴﺔ ﻓﻲ ‪...................‬‬ ‫‪ -١٢‬اﻟﺒﻠﻮرة ﺷﺒﻪ اﳌﻮﺻﻠﺔ ﻣﻦ اﻟﻨﻮع اﻟﺴﺎﻟﺐ ﺗﻜﻮن ﺷﺤﻨﺘﻬﺎ اﻟﻜﻬﺮﺑﺎﺋﻴﺔ ‪...........‬‬ ‫‪ -١٣‬ﺗﻮﺻﻞ داﺋﺮة اﻟﺒﺎﻋﺚ ﻣﻊ اﻟﻘﺎﻋﺪة إﻟﻰ ﺑﻄﺎرﻳﺔ ﻓﻲ اﻻﲡﺎﻩ ‪.............‬ﺑﻴﻨﻤﺎ ﺗﻮﺻﻞ داﺋﺮة اﳌﺠﻤﻊ ﻣﻊ‬ ‫اﻟﻘﺎﻋﺪة ﻓﻲ اﻻﲡﺎﻩ ‪..........‬‬ ‫‪ -١٤‬ﺗﻜﻮن ﻣﻘﺎوﻣﺔ اﻟﻮﺻﻠﺔ اﻟﺜﻨﺎﺋﻴﺔ ﻟﻠﺘﻴﺎر اﻟﻜﻬﺮﺑﺎﺋﻲ أﻗﻞ ﻣﺎ ﳝﻜﻦ ﻓﻲ ﺣﺎﻟﺔ إﻋﻄﺎء اﻟﺒﻠﻮرة اﻟﺴﺎﻟﺒﺔ ﺟﻬﺪاً‬ ‫ﺟﻬﺪا ‪.............‬‬ ‫‪.............‬واﻟﺒﻠﻮرة اﳌﻮﺟﺒﺔ ً‬

‫‪93‬‬

‫ب) ﺿﻊ ﻋﻼمة √ ﻓﻲ املربﻊ املقابل لﻺﺟابة الﺼﺤيﺤة لكل مﻦ اﻵﺗﻲ مﻊ ﺗﺼﺤيﺢ اﻹﺟابة اﳋاﻃﺌة إن‬ ‫وﺟدت‪:‬‬ ‫(‬ ‫‪ -1‬بلورة شبه املوصل من النوع املوجب (‪ ) p‬موجبة الشحنة‪.‬‬ ‫‪ -2‬إذا احتوى اجلرمانيوم على شوائب من الكربون فﺈننا نحصل على بلورة عازلة للتيار الكهربائي ‪( .‬‬ ‫(‬ ‫‪ -3‬تستخدم الوصلة الثنائية ( ‪ ) PN‬في تقوﱘ التيار املتردد وتكبيره‪.‬‬ ‫(‬ ‫‪ -4‬أشباه املوصالت ال تسمح مبرور التيار الكهربائي خاللها إذا كانت نقية ‪.‬‬ ‫ً‬ ‫توصيال للكهرباء‬ ‫‪ -5‬سبب انتشار التطبيقات اإللكترونية يعود على أن أشباه املوصالت أكثر‬ ‫(‬ ‫من املواد املوصلة ‪.‬‬ ‫‪ -٦‬يحتوي كل نطاق (شريط ) للطاقة في البلورة على مجموعة من مستويات الطاقة املتقاربة‬ ‫ًّ‬ ‫(‬ ‫جدا ‪.‬‬

‫)‬ ‫)‬ ‫)‬ ‫)‬ ‫)‬

‫)‬ ‫( )‬

‫‪ -٧‬حامالت الشحنة األغلبية في البلورة نوع ‪ P‬حتمل شحنة سالبة ‪.‬‬ ‫‪ -٨‬مصطلح ذرة مانحة يطلق على الذرة الشائبة من مادة خماسية التكافؤ في بلورة شبه املوصل‬ ‫(‬ ‫املطعمة ‪.‬‬ ‫(‬ ‫‪ -٩‬يشير السهم في رمز الوصلة الثنائية إلى اجتاه حركة اإللكترونات بني البلورتني‪.‬‬ ‫‪ -10‬التوصيل باالجتاه العكسي ( االنحياز العكسي ) للوصلة الثنائية يعني انعكاس اجتاه‬ ‫(‬ ‫التيار املتردد ‪.‬‬ ‫‪ -11‬يفضل استخدام مادة السيليكون في صنع الوصالت الثنائية والترانزستورات التي تدخل‬ ‫(‬ ‫في تركيب األجهزة اإللكترونية ‪.‬‬

‫‪94‬‬

‫)‬ ‫)‬ ‫)‬ ‫)‬

‫ﺟـ) ﺿﻊ ﻋﻼمة √ ﻓﻲ املربﻊ املقابل لﻺﺟابة الﺼﺤيﺤة لكل مﻦ اﻵﺗﻲ‪:‬‬ ‫‪ -1‬الرمز املستخدم للترانزستور من النوع ( ‪ ) N.P.N‬هو ‪:‬‬

‫‪ -2‬تكون املقاومة ملرور التيار الكهربائي كبيرة خالل الدائرة ‪:‬‬

‫‪ -3‬مادة شبه املوصل غير النقية تكون جيدة التوصيل الكهربائي عند درجة احلرارة االعتيادية ( ‪ْ 25‬م)‪ ،‬ألن‬ ‫اجنراف اإللكترونات والثقوب فيها يكون ‪:‬‬ ‫كبيرا ‪.‬‬ ‫ بنفﺲ االجتاه ﳑا يولد ً‬‫تيارا كهربائ ًّيا ً‬ ‫ باجتاهني متعاكسني ألن نوع الشحنة لكل منهما مختلف عن اﻵخر ‪.‬‬‫ بعكﺲ اجتاه املجال الكهربائي اﳋارجي املسلط عليها ‪.‬‬‫متناسبا عكس ًّيا مع انخفاض درجة احلرارة ‪.‬‬ ‫‬‫ً‬ ‫‪ -4‬يتوقف مقدار التوصيل الكهربائي لبلورة شبه املوصل غير النقية على ‪:‬‬ ‫ نوع املادة وعدد إلكترونات التكافؤ ‪.‬‬‫ نوع املادة ونسبة ذرات الشوائب ‪.‬‬‫ درجة احلرارة ‪.‬‬‫‪ -‬درجة احلرارة ومقدار طاقة الفجوة ‪.‬‬

‫‪95‬‬

‫‪ -5‬اجلهد احلدي ‪ Threshold Voltage‬هو قيمة فرق اجلهد املطبق على طرفي الوصلة الثنائية والتي‬ ‫تصبح عندها شدة التيار ‪:‬‬ ‫ األمامي كبيرة بشكل شبه مفاجﺊ ‪.‬‬‫تقريبا ‪.‬‬ ‫ األمامي مساوية للصفر‬‫ً‬ ‫ العكسي عند أكبر قيمة ﳑكنة ‪.‬‬‫ العكسي ضعيفة بحيﺚ تتولد حرارة عالية ‪.‬‬‫د) ماذا يﻌنﻲ مﺼطلﺢ ﻛل مﻦ ‪ :‬ﻋلﻢ اﻹلكترونيات ‪ -‬أشباﻩ املوﺻﻼت – اﳉﻬد اﳊدي‬ ‫للوﺻلة اﻹلكترونية ‪.‬‬ ‫ﻫـ) وﺿﺢ مﻊ الرﺳﻢ أﻫﻤية الترﻛيﺐ البنائﻲ ﻷشباﻩ املوﺻﻼت ﻓﻲ التطبيقات اﻹلكترونية ‪ ،‬مﻊ‬ ‫ﺗفسير ﻋﻤلية التوﺻيل الكﻬربائﻲ باﺳتﺨدام أشباﻩ املوﺻﻼت ‪.‬‬ ‫و) ما املقﺼود ﲟﺼطلﺢ ﺗطﻌيﻢ بلورات أشباﻩ املوﺻﻼت ‪ .‬وما الفائدة منﻪ ؟‬ ‫ز) ﻗارن بﲔ شبﻪ املوﺻل مﻦ النوع املوﺟﺐ ( ‪ ) p‬وشبﻪ املوﺻل مﻦ النوع ( ‪. )N‬‬ ‫حـ) ﻗارن بﲔ ﻛل مﻦ ‪ :‬الوﺻلة الﺜنائية والترانسستور مﻦ حيﺚ الترﻛيﺐ واﻻﺳتﺨدام ‪.‬‬ ‫ط) ﻗارن بﲔ ﺗوﺻيل اﻻﲡاﻩ اﻷمامﻲ واﻻﲡاﻩ الﻌكسﻲ للوﺻلة الﺜنائية مﻊ الرﺳﻢ ‪.‬‬ ‫ي) ﻋلل ‪ :‬ﺗستﺨدم الوﺻلة الﺜنائية ﻛﻤقوم للتيار املتردد ‪.‬‬ ‫ك ) أﻋﻂ وﺻف ًا مﺨتﺼر ًا مﻊ الرﺳﻢ لكل مﻦ الدوائر املتكاملة – الدوائر املنطقية‬ ‫واﺳتﺨداماﺗﻬا‪.‬‬

‫‪96‬‬

98

: ‫ﻳﺘﻮﻗﻊ ﻣﻦ اﻟﻄﺎﻟﺐ ﺑﻌﺪ دراﺳﺘﻪ ﻟﻬﺬا اﻟﻔﺼﻞ أن‬ Æ…—«d(« W�—œ ÂuNH� ÕdA� Æ…œULK� WOze'« W�dEM�« V�� W�—«d(« W�UD�« d�H� Æ W�—«d(« W�UD�« ÂuNH�Ë …—«d(« W�—œ 5� W�öF�« j�d� Æ…œuIH*«Ë W���J*« W�—«d(« W�UD�« V��� Æ WO�uM�« …—«d(« ÂuNH� ÕdA� ÆÍ—«d(« Ê«e�ô«Ë W�—«d(« WF��« ·dF� Í—«d(« dF�*« «b���U� W�K …œU* WO�uM�« …—«d(« 5OF�� W�d& Íd�� Æ © Í—«d(« qO u��« ® Æ W�—«d(« UJO�UM�b�« U�KDB� 5� eO1 Æ W�—«d(« UJO�UM�b�« w� oKG*« ÂUEM�«Ë Õu�H*« ÂUEM�« 5� Ê—UI� Æ “UG�« jG{ w� ‰Ëc�*« qGA�« V���

99

Æ W�—«d(« UJO�UM�bK� ‰Ë_« Êu�UI�« d�c� Æ W�—«d(« UJO�UM�b�« w� l�—_« UOKLF�« ÕdA� Æ w�UJF�ô« ¡«d�ù« ÂuNH� ÕdA� Æ W�—U���« W�ü« qL� ÕdA� Æ —U���« WD�«u� W�d� bO�u� `{u� W�d& Íd�� Æ W�—«d(« UJO�UM�bK� w�U��« Êu�UI�« ÕdA� Æ WO�UJF�ô« u�—U� …—Ëœ r�d� Æ wK�«œ ‚«d��« W�¬ vK� u�—U� …—Ëœ o�D� Æ W�uKI*« u�—U� …—Ëœ ÕdA� Æ …—«d(« ‰UI��« ‚d� œbF� Æ qO u��U� …—«d(« ‰UI��« Z�M��� Æ Í—«d(« qO u��« q�UF� ·dF� Æ qO u��U� …—«d(« ‰UI��« W�d& Íd�� Æ qL(U� …—«d(« ‰UI��ô W�d& Íd�� Æ ŸUF�ùU� …—«d(« ‰UI��ô W�d& Íd�� Æ œu�_« r�'« w� ’UB��ô« …d�U� d�H�

100

‫احلرارة والديناميكا احلرارية ‪Heat & Thermodynamics‬‬ ‫مقدمة ‪:Introduction‬‬

‫احلرارة شكل من أشكال الطاقة‪ ،‬وهي التي تعطي الكائنات احلية الدفء‪ ،‬وبدونها تتوقﻒ األنشطة احليوية عند هذه‬ ‫الكائنات ‪ .‬وهي صفة من صفات املادة تسبب لنا اإلحساس بالسخونة بينما نقصها يسبب لنا اإلحساس بالبرودة ‪.‬‬ ‫و ُيع ﱠبر عن مدى سخونة األجسام أو برودتها بلفﻆ درجة احلرارة ‪.‬‬

‫إن درجة السخونة ﲢدد لنا كيﻒ تنتقل احلرارة بني جسمني عندما يتالمسان‪ ،‬فعندما تضع يدك في ماء ساخن ﲢﺲ‬ ‫بالسخونة ‪ ،‬ملــاذا ؟ ‪..................................‬‬ ‫والعكﺲ صحيح كذلك‪ ،‬فعندما تضع يدك في ماء بارد فإنك ﲢﺲ بأن يدك قد بردت‪ ،‬ملـــاذا ؟ ‪.............‬‬

‫لذلﻚ نستنتج أن ‪ :‬اإلحساس بالسخونة سببه انتقال احلرارة من األجسام األخرى إلى جسمك وكذلك اإلحساس‬ ‫بالبرودة سببه فقدان جسمك للحرارة ‪.‬‬ ‫بناءاً على ما سبق ميكننا أن نعرف درجة احلرارة كما يلي ‪:‬‬ ‫درجة احلرارة ‪ : Temperature‬هي صفة من صفات املادة ﲢدد اﲡاﻩ انتقال احلرارة بني األجسام عند تالمسها‬ ‫أو وصلها معاً‪ ،‬وهي (متوسط ﻃاقة حركة اﳉزيئات)‪.‬‬

‫كيف ﳝكن أن نزيد من درجة حرارة جسم ما ؟‬ ‫ال على جسم ما‪،‬‬ ‫بأن نعرض اﳉسم مباشرة ملصدر حراري‪ ،‬أو نبذل شغ ً‬ ‫موضوعا على سطح معني ملسافة محددة عن ﻃريق‬ ‫جسما‬ ‫مثال نسحب‬ ‫( ً‬ ‫ً‬ ‫ً‬ ‫تعريضه لقوة معينة ) هنا تزداد الطاقة احلركية ﳉزيئات اﳉسم مبقدار يساوي‬ ‫الشغل الذي بذل عليه‪ ،‬ونتيجة لذلك تزداد درجة حرارة اﳉسم ‪ .‬لذلك‬ ‫ميكننا رفع درجة حرارة جسم ما إما ببذل شغل عليه أو بتزويده بكمية من‬ ‫احلرارة ‪.‬‬ ‫نشاط ( ‪O� )±-3‬ا” ‪��_« …—«d� W�—œ‬ا‪Â‬‬

‫ضع يدك في كأس به ماء ساخن‪ ،‬ﺛم أخرجها وضعها في كأس به ماء بارد ‪.‬‬ ‫ﲟاذا تشعر ؟ ‪.................................................................‬‬ ‫اﻵن ضع يدك في كأس به ماء بارد‪ ،‬ﺛم أخرجها وضعها في كأس به ماء ساخن ‪.‬‬

‫‪101‬‬

‫ﲟاذا تشعر ؟ ‪........................................................‬‬ ‫هل ميكن االعتماد على يدنا في احلكم على جسم ما من حيث البرودة أو السخونة ؟ملاذا ؟‬

‫‪...................................................................‬‬ ‫هل تستطيع تقدير درجة حرارة األجسام بدقة إذا استخدمنا يدنا في قياسها ؟ ملاذا ؟‬

‫‪....................................................................‬‬

‫التفسير اﳉزيئي للطاقة احلرارية ‪:Molecular Explanation for Energy‬‬ ‫علمﺖ من دراستﻚ السابقة أن ‪:‬‬ ‫‪ -1‬املادة مكونة من جزيئات تفصل بينها مسافات بينية ‪.‬‬ ‫‪ -2‬ترتبط هذه اﳉزيئات بعضها مع بعض بقوة تسمى قوى التماسك ‪.‬‬ ‫‪ -3‬جزيئات املادة ليسﺖ ساكنة بل أنها في حالة حركة مستمرة‪ ،‬ولذلك يكون لكل جزيء ﻃاقة حركة كما أن له‬ ‫ﻃاقة وضع ( نظراً لتأﺛره بقوى التماسك ) ‪.‬‬ ‫‪ -4‬مجموع ﻃاقات احلركة والوضع ﳉزيئات املادة تعرف باسم الطاقة الداخلية ‪Internal Energy‬‬

‫كمية احلرارة ‪: Heat of Quantity‬‬ ‫كمية احلرارة ‪ :‬هي كمية الطاقة الداخلية التي يكتسبها أو يفقدها اﳉسم‬ ‫عند مالمسة جسم آخر‪.‬‬ ‫وعندما يكتسب جسم ما مقداراً معين ًا من الطاقة احلرارية ‪ ،‬فإن ﻃاقات احلركة ﳉزيئاته تزداد ‪ ،‬وقد تزداد ﻃاقات‬ ‫الوضع ‪ ،‬وقد تزداد ﻃاقات الوضع واحلركة مع ًا ‪ ،‬وفي كل األحوال تزداد الطاقة الداخلية للجسم‪ ،‬أما إذا فقد اﳉسم‬ ‫مقدارا من الطاقة احلرارية فإن ﻃاقته الداخلية تنقص ‪ ،‬ويتضح من هذا أن الطاقة الداخلية ﳉسم ما تُعبر عما نسميه‬ ‫ً‬ ‫” كمية حرارة اﳉسم علم ًا بأنه ال ميكننا قياس هذا التغير في الطاقة الداخلية عن ﻃريق قياس الطاقة احلرارية التي‬ ‫يكتسبها اﳉسم أو يفقدها ونضيﻒ إلى هذا أن درجة احلرارة تعتبر املظهر امللموس ملتوسط ﻃاقة احلركة للجزيئات ‪،‬‬ ‫فترتفع عندما يزداد هذا املتوسط ‪ ،‬وتنخفض عندما ينقص ‪.‬‬

‫وحدة قياس الطاقة احلرارية ‪:The Unit of Measurement of Thermal Energy‬‬

‫شكال من أشكال الطاقة ‪ ،‬فإن الوحدة التي تقدر بها الطاقة احلرارية هي الوحدة التي تقدر بها‬ ‫ً‬ ‫ملا كانﺖ احلرارة‬

‫‪102‬‬

‫األشكال األخرى من الطاقة ‪ ،‬أي اﳉول ‪ ،‬ومع هذا هناك وحدة أخرى ما زالﺖ تستخدم في بعض املجاالت‬ ‫اسمها السعر ‪ Calorie‬وهي الوحدة التي تقدر بها كمية احلرارة ويعتمد تعريفها على االرتفاع في‬ ‫درجة حرارة املاء عند تسخينه ‪ ،‬وهذه الوحدة أكبر في قيمتها من اﳉول حيث إن ‪:‬‬

‫‪ 1‬سعر = ‪ 4٫1٨‬جول‬ ‫االتزان احلراري ودرجة احلرارة ‪:Thermal Equilibrium & Temperature‬‬ ‫ماذا يحدث إذا أضفﺖ كمية من احلليب البارد ( درجة حرارته ‪ْ ٨‬م ) إلى كوب من‬ ‫الشاي الساخن ( درجة حرارته ‪ْ ٩0‬م ) ؟‬ ‫إذا قمﺖ بقياس درجة حرارة اخلليط فإنك جتد أن درجة حرارة املزيج أعلى من ‪ ْ ٨‬م وأقل من ‪ ْ ٩٠‬م ‪ ،‬وإذا عزلنا املزيج‬ ‫عن الوسط احمليط ( نضع املزيج في ترموس ) بحيث ﳕنع تسرب الطاقة منه أو إليه فإن هذه الدرجة تبقى ﺛابتة ويقال‬ ‫عندها أن املزيج وصل إلى مرحلة االتزان احلراري ‪. Thermal Equilibrium‬‬

‫فسر ملاذا وصل املزيج إلى حالة االتزان احلراري ؟‬ ‫حيﺚ إن انتقال احلرارة يتوقف على‪ :‬درجة احلرارة‪ ،‬وال يتوقف على كمية احلرارة‬ ‫أو حجم اﳉسم أو كتلته‪.‬‬ ‫ويتضح ﳑا سبق أن انتقال الطاقة احلرارية‬ ‫من جسم ما أو إليه ‪ ،‬يتوقﻒ على درجة‬ ‫حرارة هذا اﳉسم مقارنة بدرجة حرارة‬ ‫اﳉسم الذي يالمسه أو يخالطه ‪ ،‬وال يتوقﻒ‬ ‫على حجم اﳉسم أو كتلته أو مقدار ﻃاقته الداخلية ‪ ،‬ولنتذكر هنا أن درجة احلرارة هي عدد يدل على حالة اﳉسم‬ ‫من حيث السخونة أو البرودة ‪ ،‬وفق ًا لتدريج حراري متفق عليه ‪ ،‬فمث ًال ‪ :‬درجة احلرارة التي ينصهر فيها الثلج ﲢﺖ‬ ‫الضغط اﳉوي العياري (‪ ٧6‬سم زئبق ) تعتبر صفراً في التدريج املئوي ‪،‬ولكنها تعتبر ( ‪ )32‬في تدريج فهرنهايﺖ‪،‬‬ ‫و ( ‪ )2٧3‬في التدريج املطلق ( كالفن ) ‪،‬كما أن درجة احلرارة التي يغلي فيها املاء ﲢﺖ الضغط اﳉوي العياري تعتبر‬ ‫(‪ )1٠٠‬في التدريج املئوي ولكنها تعتبر ( ‪ ) 212‬في تدريج فهرنهايﺖ و( ‪ ) 3٧3‬في التدريج املطلق ‪.‬‬ ‫درجة حرارة اﳉسم‪ :‬عدد يدل على حالة‬ ‫اﳉسم من حيﺚ السﺨونة أو البروردة‪ ،‬وﲢدد‬ ‫اﲡاﻩ انتقال احلرارة من اﳉسم وإليه‪.‬‬

‫‪103‬‬

‫وميكنك تعميم النتيجة السابقة على باقي املواد سواء كانﺖ سائلة أم صلبة أم ﻏازية ‪.‬‬ ‫ ِ‬‫أعط مثال آخر على حالة اتزان حراري للﻐازات ‪.‬‬ ‫‪ -‬اشرح عملية انتقال احلرارة من األﻏذية داخل الثالجة ‪.‬‬

‫االتزان احلراري ‪:Thermal Equilibrium‬‬ ‫هو عدم انتقال حرارة لتساوي درجة احلرارة للجسمني املتالمسني‪.‬‬

‫ما الفرق بني درجة احلرارة وكمية احلرارة ؟‬ ‫لﻺجابة على هذا السﺆال قم بالتجارب التالية ‪:‬‬ ‫نشاط ( ‪)≤-3‬‬

‫ضع كأسني من املاء على الغاز بحيث تكون الشعلة متساوية في احلالتني ( نفﺲ املصدر احلراري‬ ‫للتسخني ) على أن تكون كمية املاء في الكأس الثاني أكبر منها في الكأس األول (أ) ‪.‬‬

‫ماذا تالحظ بعد مرور فترة من الزمن ؟‬ ‫‪............................................‬‬ ‫‪............................................‬‬

‫شكل (‪ )1-3‬كمية احلرارة‬

‫‪104‬‬

‫إن املاء في الكأس (أ) سيصل إلى درجة حرارة أعلى قبل املاء في الكأس (ب) ‪ ،‬بالرﻏم من أن الكأسني‬ ‫ُز ﱢودا بالكمية نفسها من احلرارة ‪.‬‬ ‫نشاط ( ‪)3-3‬‬

‫‪ - 1‬خذ كأس ًا به ماء يغلي وضع داخله قطعتي حديد ‪ ،‬األولى‬ ‫صغيرة واألخرى كبيرة ملدة ﺛانية من الزمن ( ميكن استخدام قطع‬ ‫النقود املعدنية )‬ ‫‪ - 2‬أخرج القطعتني وضع كل منهما في كأسني بهما ماء درجة حرارته‬ ‫متساوية ﺛم انتظر فترة من الزمن وقﺲ درجة حرارة املاء في كل كأس ‪.‬‬

‫أي الكأسني درجة حرارته أكبر من اﻵخر ؟ ملــاذا ؟‬ ‫‪...............................................‬‬ ‫‪...............................................‬‬ ‫‪.........................................‬‬

‫شكل (‪)2-3‬‬

‫‪105‬‬

‫إن عدم تساوي درجة حرارة املاء في الكأسني رﻏم تساوي درجة حرارة القطعتني سببه يعود إلى أن كمية احلرارة‬ ‫التي انتقلﺖ من القطعة الكبيرة إلى املاء في الكأس الثانية أعلى من كمية احلرارة التي انتقلﺖ من القطعة الصغيرة ‪.‬‬ ‫وهكذا نستنتج أن كمية احلرارة شيء يختلﻒ عن درجة احلرارة وأن كمية احلرارة تعتمد على كتلة اﳉسم ‪ ،‬فإذا أردنا‬ ‫تسخني جسم ما إلى درجة حرارة معينة ‪ ،‬فكلما زادت كتلة هذا اﳉسم كلما احتجنا إلى كمية‬ ‫أكبر لنزوده بها ‪.‬‬

‫ماذا لو تساوت الكتلتان واختلف نوع مادة اﳉسم ؟‬ ‫لﻺجابة على هذا السﺆال نقوم بالتجربة التالية ‪:‬‬ ‫نشاط ( ‪)¥-3‬‬

‫أعد التجربة السابقة باستخدام قطعتني متساويتني في الكتلة إحداهما من احلديد ‪ ،‬واألخرى من‬ ‫النحاس ‪.‬‬ ‫هل سترتفﻊ درجة حرارة املاء في كال الكاسني إلى الدرجة ذاتها ؟ ملاذا ؟ ‪....................‬‬ ‫‪.............................................................................‬‬

‫‪106‬‬

‫نشاط ( ‪)5-3‬‬

‫كرر التجربة السابقة باستخدام قطعتني من احلديد متساويتني في الكتلة وسخن األولى بغمرها في كأس‬ ‫به ماء يغلي والثانية على لهب مباشر لدرجة االحمرار ‪.‬‬ ‫ماذا تالحظ ؟ ‪..................................................................‬‬ ‫ماذا تستنتج ؟ ‪.................................................................‬‬

‫نستنتج من األنشطة السابقة أن كمية احلرارة في جسم ما تعتمد على ثالثة عوامل هي ‪:‬‬ ‫‪............................ -1‬‬ ‫‪............................ -2‬‬ ‫‪............................ -3‬‬

‫‪107‬‬

‫ملاذا تستﺨدم أنواع معينة من املعادن لصنﻊ أواني الطبﺦ ؟ وأخرى ملقابﺾ‬ ‫األواني ؟ فسر إجابتﻚ ؟‬

‫قضية للمناقشة‬

‫هل يحدث بني األجسام املتالمسة أو اخلالﺋط تبادل حراري أم تعادل حراري ؟ وضح ذلﻚ‬

‫من التجارب السابقة استنتجنا أن الطاقة احلرارية تنتقل من جسم ﻵخر حسب درجة حرارتهما ‪ ،‬وتسمى الطاقة‬ ‫احلرارية املنتقلة إلى اﳉسم اﻵخر بكمية احلرارة املكتسبة وهي نفسها احلرارة املفقودة من اﳉسم املنتقلة منه ‪.‬‬ ‫وعليه نع ﱢرف كمية احلرارة ( كح ) بأنها ‪ :‬الطاقة احلرارية التي يكتسبها جسم ما فيسخن أو يفقدها فيبرد ويعتمد‬ ‫مقدارها على كل من ‪:‬‬ ‫‪ - 1‬الفرق في درجة حرارة اﳉسمني‬

‫‪∆t = t2-t1‬‬

‫‪ - 2‬كتلة اﳉسم ‪m‬‬ ‫حيث ‪ :‬كمية احلرارة املفقودة أو املكتسبة (‪∆t )1‬‬

‫‪Q‬‬

‫كما أن ‪ :‬كمية احلرارة املفقودة أو املكتسبة (‪)2‬‬

‫‪m∆t‬‬

‫إذا ‪:‬‬

‫‪c m∆t‬‬

‫‪Q‬‬ ‫‪Q‬‬

‫وتعتمد قيمة الثابﺖ على نوع املادة ويعرف هذا الثابﺖ باحلرارة النوعية للمادة ‪.‬‬ ‫احلرارة النوعية للمادة = ‪C= constant‬‬

‫ملاذا تكون درجة حرارة رمال الشاﻃﺊ أكبر بكثير من درجة حرارة املياﻩ املجاورة لها ؟‬ ‫ملاذا تنصهر الشمعة بسرعة أكبر من انصهار قطعة حديد عند وضﻊ كل منهما‬ ‫ﲢﺖ أشعة الشمﺲ لنفﺲ الفترة الزمنية ؟‬

‫‪108‬‬

‫احلرارة النوعية ملـادة ‪:Specific Heat of a Substance‬‬ ‫عرف احلرارة النوعية ملادة ما بأنها ‪ :‬كمية الطاقة احلرارية الالزمة لرفﻊ درجة‬ ‫ُت َّ‬

‫حرارة كيلوجرام واحد من جسم ما درجة مئوية واحدة ويرمز لها بالرمز ( ‪)C‬‬

‫استنتج وحدة قياس احلرارة النوعية ‪.‬‬

‫السعة احلرارية (‪)Thermal Capacity‬‬ ‫كمية احلرارة الالزمة لرفﻊ درجة حرارة اﳉسم كله درجة مئوية واحدة‪ .‬ووحدتها (جول ‪/‬م ْ أي أن ‪:‬‬

‫السعة احلرارية ﳉسم (‪ = C )Thermal Capacity‬كتلته (‪ × )m‬حرارته النوعية ( ‪) C‬‬

‫املــادة‬

‫جول‪/‬كجم‪.‬م‬ ‫ْ‬

‫املــادة‬

‫‪ábÓ©dG ìÉàØe‬‬

‫‪Q = C m ∆t‬‬

‫جول‪/‬كجم‪.‬م‬ ‫ْ‬

‫ألومنيوم‬

‫‪٩٠٠‬‬

‫رصاص‬

‫‪13٠‬‬

‫نحاس أصفر‬

‫‪3٨٠‬‬

‫زئبق‬

‫‪14٠‬‬

‫نحاس‬

‫‪4٠٠‬‬

‫ماء البحر‬

‫‪3٩٠٠‬‬

‫زجاج عادي‬

‫‪1٧٠‬‬

‫ماء نقي‬

‫‪41٨5‬‬

‫جليد‬

‫‪21٠٠‬‬

‫خارصني‬

‫‪3٨٠‬‬

‫حديد‬

‫‪46٠‬‬

‫‪ : Q‬كمية الحرارة‪.‬‬ ‫‪ :C‬الحرارة النوعية‬ ‫‪ :m‬الكتلة‬ ‫‪ :∆t‬فرق درجات الحرارة‬

‫جدول (‪)1-3‬‬

‫ماذا نقصد بقولنا أن احلرارة النوعية للماء النقي = ‪ 41٨5‬جول‪/‬كجم‪ .‬م ْ ؟‬

‫‪109‬‬

‫استنتج العالقة بني كمية حرارة جسم ما وسعته احلرارية ‪.‬‬ ‫علل ما يأتي ‪:‬‬ ‫‪ -1‬يستخدم املاء في أنظمة التبريد في السيارات كعامل مبرد‬ ‫‪ -2‬ينصح باستخدام الكمادات الباردة لشخص مصاب باحلمى‬ ‫ماذا نعني بقولنا إن احلرارة النوعية للحديد ‪ 46٠‬جول‪ /‬كجم‪.‬م‪5‬؟‬

‫تستطيﻊ الكاﺋنات احلية مقاومة التﻐيرات احلادثة في درجة حرارة الوسط احمليط بها ويرجﻊ ذلﻚ‬ ‫الحتواء هذﻩ الكاﺋنات على نسبة عالية من املاء ذي حرارة نوعية كبيرة ًّ‬ ‫‪41٨0‬جول‪/‬كجم‪.‬م ‪،‬‬ ‫جدا‬ ‫ْ‬ ‫ﳑا يعمل على زيادة كمية احلرارة املﺨتزنة بها لذلﻚ فهي تقاوم التﻐير‬

‫)‪(1-3‬‬ ‫احسب السعة احلرارية لكتلة من النحاس مقدارها ‪ 5‬كجم وحرارتها النوعية ‪ 4٠٠‬جول ‪ /‬كجم ‪.‬م ْ‬ ‫احلل‪:‬‬ ‫‪Q=mxc‬‬ ‫‪Q = 5 x 400 = 2000 J/c0‬‬

‫ما تأثير البحار على املناخ في املناﻃﻖ الساحلية ؟‬ ‫ناقﺶ حكمة اﷲ في اخللﻖ كون املاء ذو حرارة نوعية عالية؟ اضرب أمثلة‪.‬‬

‫‪110‬‬

‫)‪(2-3‬‬ ‫ما مقدار الطاقة احلرارية الالزمة لتسخني ‪ 12٠‬كجم ماء من الدرجة ‪2٠‬م ْ إلى الدرجة ‪65‬م ْ علم ًا‬ ‫بأن احلرارة النوعية للماء تساوي ‪ 41٨6‬جول ‪ /‬كجم ‪.‬م ْ ‪ ،‬وإذا استخدم هذا املقدار من الطاقة لتسخني‬ ‫‪ 15٠‬كجم جليسرين درجة حرارته ‪3٠‬م ْ ‪ ،‬فكم تكون درجة حرارته النهائية ؟ علم ًا بأن احلرارة النوعية‬ ‫للجليسرين تساوي ‪ 241٠‬جول ‪ /‬كجم ‪.‬م ْ‬ ‫‪Q=cm∆t‬‬ ‫= ‪226٠44٠٠= )2٠-65(×12٠×41٨6‬جول ≈ ‪ ٧ 1٠×2٫26‬جول‬ ‫باستخدام نفﺲ العالقة للجليسرين ‪:‬‬ ‫‪Q=cm∆t‬‬

‫(‪22604400 = 2410 x 150 )t2 - 30‬‬

‫‪22604400 = 361500 t2 - 1084500‬‬ ‫‪361500 t = 13105400‬‬ ‫‪... t = 36.25 c0‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫االتزان احلراري ‪Thermal Equilibrium :‬‬ ‫ما العالقة بني كمية احلرارة التي يفقدها اﳉسم الساخن وكمية احلرارة التي‬ ‫يكتسبها اﳉسم األقل سﺨونة عند اتصالهما مع ًا ؟‬ ‫من املعلوم أن احلرارة شكل من أشكال الطاقة ‪ ،‬وأن الطاقة كمية محفوظة ‪ .‬وعليه إذا كان اﳉسمان منعزلني عن‬ ‫الوسط حولهما ‪ ،‬مبعنى أنه ال يوجد تبادل حراري بينهما وبني الوسط احمليط بهما ‪ ،‬فإن كمية احلرارة املنتقلة من اﳉسم‬ ‫الساخن ( كمية احلرارة املفقودة ) تساوي كمية احلرارة املنتقلة إلى اﳉسم الثاني (كمية احلرارة املكتسبة) أي أنه في‬ ‫حالة االتزان احلراري تكون ‪:‬‬ ‫كمية احلرارة املفقودة = كمية احلرارة املكتسبة‬

‫‪á¶MÓe‬‬ ‫هذه العالقة تصح لنظام معزول ليﺲ فيه فقد للحرارة للخارج‬ ‫ﲤثل هذﻩ العالقة صورة لقانون حفظ الطاقة احلرارية ‪ ،‬وللتحقﻖ من هذﻩ العالقة قم بالنشاط التالي‪:‬‬

‫‪111‬‬

‫ﺗﻤﺮﻳﻦ‬

‫)‪(1-3‬‬

‫إناء عازل من مادة البوليستروين وضع به (‪ ) ٠٫2‬كجم من ماء درجة حرارته ‪ 1٨‬م ْ ‪ ،‬ﺛم ألقيﺖ فيه‬ ‫كرات نحاسية كتلتها ( ‪ ) ٠٫4‬كجم ودرجة حرارتها (‪ ٩٧‬م ْ ) وعند الوصول إلى حالة االتزان احلراري‬ ‫وجد أن درجة احلرارة النهائية ‪3٠٫3‬م ْ ‪ ،‬احسب احلرارة النوعية للنحاس بفرض أن اإلناء ال ميتص شيئ ًا من‬ ‫احلرارة وأن الطاقة محفوظة ‪ ،‬اعتبر أن احلرارة النوعية للماء = ‪ 41٨6‬جول‪/‬كجم‪ .‬م ْ‬

‫احلل‪:‬‬ ‫‪....................................................................‬‬ ‫‪....................................................................‬‬ ‫‪....................................................................‬‬ ‫‪....................................................................‬‬ ‫نشاط ( ‪)∂-3‬‬

‫‪ - 1‬خذ كأسني زجاجيني سعة كل منهما ‪ 500‬مل ‪ ،‬ميزان حرارة ‪ ،‬ماء ‪ ،‬مصدر حراري منصب ﺛالﺛي ‪،‬‬ ‫شبكة تسخني ‪ ،‬ميزان ذي كفتني ‪.‬‬ ‫‪ - 2‬قﺲ كتلة كل من الكأسني بواسطة امليزان ذي الكفتني ‪.‬‬ ‫‪ - 3‬ضع في الكأس األول كمية من املاء ( ‪ )0٫250‬كجم وضع في الكأس الثانية كمية من املاء ( ‪)0٫250‬‬ ‫كجم ‪.‬‬ ‫‪ - 4‬قﺲ درجة حرارة املاء في الكأس األولى‪.‬‬ ‫‪ - 5‬سخن املاء في الكأس الثانية بواسطة املصدر احلراري فترة من الوقﺖ ( ‪ 5‬دقائق ) ﺛم قﺲ درجة حرارة املاء‪.‬‬ ‫‪ - 6‬أضﻒ املاء الساخن على املاء البارد وحرك املاء بلطﻒ حتى ميتزج املاء الساخن باملاء البارد ﺛم قﺲ درجة‬ ‫حرارة املزيج‬ ‫‪ - ٧‬سجل القراءات التي حصلﺖ عليها على النحو التالي ‪:‬‬ ‫كتلة الكأس ك‪...... = 1‬كجم ‪ ،‬كتلة املاء البارد في الكأس األولى ك‪........ =2‬كجم‬ ‫كتلة املاء البارد في الكأس الثانية ك‪........ =3‬كجم ‪ ،‬درجة حرارة املاء البارد د‪ ....... = 1‬م ْ‬ ‫‪ ،‬درجة حرارة املزيج د = ‪ .......‬م ْ‬ ‫درجة حرارة املاء الساخن د‪....... = 2‬م ْ‬ ‫أي املواد فقدت حرارة ؟ وأيها اكتسبﺖ حرارة ؟‬

‫‪112‬‬

‫‪ - ٨‬احسب كمية احلرارة املفقودة (الحﻆ أن ك‪ 2‬هي التي اكتسبﺖ احلرارة ك‪ 3‬هي التي فقدت احلرارة)‬ ‫كما أن الكأس الزجاجية األولى اكتسبﺖ حرارة واألخرى فقدت حرارة ‪ ،‬ملاذا ؟‬ ‫ماذا تالحظ ؟‪.......................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................‬‬ ‫هل كمية احلرارة املفقودة تساوي كمية احلرارة املكتسبة ؟ بني مصادر اخلطأ في هذا النشاط‬ ‫‪..................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................‬‬ ‫��‪)±-3( WOKL� W�d‬‬

‫الهدف‪ :‬تعيني احلرارة النوعية ملادة جامدة‬ ‫خطوات التجربة ‪:‬‬ ‫‪-1‬تعيني كتلة املسعر فارﻏ ًا‬ ‫‪ -2‬تعيني كتلة املسعر وبه كمية من املاء‬

‫‪m1= ....‬‬ ‫‪m2= ....‬‬ ‫‪m3 = m2 - m1‬‬ ‫‪t1= ....‬‬ ‫‪ -3‬تعيني درجة حرارة املسعر واملاء‬ ‫‪m4= ....‬‬ ‫‪ -4‬نعني كتلة النحاس‬ ‫‪t2= ...‬‬ ‫‪ -5‬نسخن النحاس إلى درجة حرارة عالية‬

‫ﻣﻴﺰﺍﻥ‬

‫ﻣﺎﺀ ﻳﻐﻠﻲ‬ ‫ﺍﳌﺴﻌﺮ‬

‫‪ -6‬نخلط النحاس الساخن مع املاء في املسعر‪ ،‬ﺛم يعاد تعيني درجة حرارة اخلليط ‪t3= ...‬‬

‫ﺛم نطبق في القانون‪:‬‬ ‫كمية احلرارة التي يفقدها النحاس = كمية احلرارة التي يكتسبها املاء واملسعر‬ ‫= ( ‪)m x c x ∆t‬‬ ‫(‪)m x c x ∆t ( + ) m x c x∆t‬‬ ‫](‪[m4 c )t2-t3(] = [m1 c )t3-t1(] + [m3 c )t3-t2‬‬ ‫للمسعر‬

‫للنحاس الساخن‬

‫‪..‬‬ ‫‪c‬‬ ‫إيجاد‬ ‫ميكن‬ ‫بالتعويض‬ ‫‪.‬‬ ‫للنحاس‬ ‫وباملثل ميكن تعيني احلرارة النوعية لسائل مبعلومية ‪ C‬للنحاس واإلناء واملسعر‬

‫‪113‬‬

‫املﺨاليط احلرارية ‪Thermal Mixed :‬‬ ‫عندما يتالمﺲ جسمان أو أكثر أو ﲤزج مجموعة من املواد املختلفة في درجة حرارتها‬ ‫فإنها تشكل ما يسمى املخلوط احلراري‪ ،‬وفي املخلوط احلراري يحدث تبادل للطاقة احلرارية‬ ‫بني مكوناته ‪ .‬فتفقد املواد ذات درجة احلرارة العالية كميات من احلرارة في حني تكتسب‬ ‫مواد أخرى هذه الكميات حتى تستقر درجة احلرارة وتتساوى في جميع أجزاء املخلوط ‪.‬‬ ‫وعندما يكون الوعاء الذي يتم فيه خلط هذه املواد مع ًا معزو ًال عن الوسط احمليط به ‪ ،‬تكون‬ ‫كمية احلرارة املفقودة مساوية ﲤام ًا لكمية احلرارة املكتسبة ‪ ،‬ويطلق على األداة التي يتم فيها‬ ‫خلط املواد مع ًا في املختبر اسم املسعر‪.‬‬

‫ﺍﳌﺴﻌﺮ‬

‫‪ )3‬ﲡربة‬ ‫(‪)3-3‬‬ ‫شكل (‪3‬‬ ‫قياس احلرارة النوعية‬

‫ويستخدم املُسعر في‪:‬‬ ‫‪ -1‬تعيني احلرارة النوعية ﳉامد‪.‬‬ ‫‪ -2‬تعيني احلرارة النوعية لسائل‪.‬‬ ‫انظر الشكل ( ‪ )3 – 3‬وصﻒ مكونات هذا اﳉهاز وفوائدها ﺛم تفحص هذه األجزاء بيدك في املختبر ‪.‬‬ ‫‪............................................................................... -1‬‬ ‫‪.............................................................................. -2‬‬ ‫‪.............................................................................. -3‬‬ ‫‪.............................................................................. -4‬‬

‫فكر و ناقﺶ‬ ‫ما االحتياﻃات التي يجب أن ُت َّتﺨذ لضمان دقة التجربة السابقة ؟‬ ‫في أيام الصيف احلارة يكون املاء فاتر ًا ‪ ،‬بني كيف تبردﻩ لتحصل على ماء تستسيﻎ شربه ؟ وضح‬ ‫اإلجراءات التي تتﺨذها مفسر ًا كل خطوة‪.‬‬

‫‪114‬‬

‫اخلواص احلرارية للﻐازات ‪:‬‬ ‫تعتبر اخلواص احلرارية للغازات من املوضوعات األساسية في الفيزياء ‪ .‬وسوف نبحث هنا هذه اخلواص لكي يسهل‬ ‫علينا فهم قوانني الديناميكا احلرارية ‪ ،‬وسوف نوضح عالقة ضغط الغاز وحجمه بدرجة احلرارة لنتوصل إلى القانون‬ ‫العام للغازات ‪ ،‬ولتسهيل دراسة هذه العوامل الثالﺛة نبني تغير اﺛنني منهما مع ﺛبات العامل الثالث ‪.‬‬

‫أو ًال ‪ :‬قانون بويل ‪:Boyle's Law‬‬ ‫نشاط ( ‪)∑-3‬‬

‫‪ - 1‬احصل على محقنة ﻃبية كبيرة كما في الشكل‪.‬‬ ‫‪ - 2‬ﺛم أخرج املكبﺲ وبلله باملاء وبلل رأس إصبعك باملاء‪.‬‬ ‫‪ - 3‬سد رأس احملقنة بإصبعك وحاول أن تضغط الهواء في احملقنة باملكبﺲ‪.‬‬ ‫ماذا تالحظ ؟ ‪..................................................................‬‬ ‫حاول أن تضغط الهواء إلى نصﻒ حجمه أو أقل ‪.‬‬ ‫ماذا يحدث حلجم الهواء احملصور في احملقنة الطبية بزيادة الضغط ؟‬ ‫ماذا تستنتج ؟ ‪.................................................................‬‬ ‫‪.............................................................................‬‬ ‫‪.............................................................................‬‬ ‫‪.............................................................................‬‬ ‫‪.............................................................................‬‬ ‫‪.............................................................................‬‬ ‫ﳑا سبق نستنتج أن حجم مقدار معني من الغاز يقل كلما زاد ضغطه عند ﺛبوت درجة احلرارة و ُيعرف هذا القانون‬ ‫بقانون بويل ‪ ،‬وينﺺ على اﻵتي ‪:‬‬

‫ﻗانـون‬

‫تناسبا عكس ًّيا مﻊ ضﻐطه عند‬ ‫يتناسب حجم مقدار معني من أي ﻏاز محصور‬ ‫ً‬ ‫ثبوت درجة حرارته ‪ .‬فﺈذا تﻐير الضﻐط من ( ‪ ) P1‬إلى (‪ ) P2‬نتيجة لتﻐير‬ ‫احلجم من (‪ )V1‬إلى(‪ )V2‬فيمكن كتابة الصيﻐة الرياضية لقانون بويل كالتالي ‪:‬‬

‫‪p1 v1 = p2 v2‬‬ ‫‪115‬‬

‫)‪(3-3‬‬ ‫كمية من الغاز حجمها ‪15٠٠‬سم‪ 3‬عند الضغط ‪ ٧6‬سم زئبق ‪ ،‬ما حجمها إذا أصبح‬ ‫الضغط عليها ‪ ٨٠‬سم زئبق مع ﺛبات درجة احلرارة ‪.‬‬ ‫‪P1 V1 = P2 V2‬‬ ‫‪1500 x 76 = V2 x 80‬‬ ‫‪... v2= 1428 cm3‬‬ ‫ماذا تستنتج؟ ‪.........................................‬‬

‫ثاني ًا ‪ :‬قانون شارل ‪:Charles Law‬‬ ‫نشاط ( ‪)∏-3‬‬

‫‪ - 1‬احضر دورق زجاجي وبالون مطاﻃي ﺛم اسكب كمية من املاء في الدورق ‪.‬‬ ‫‪ - 2‬ﺛبﺖ البالون في فوهة الدورق ﺛم ابدأ بالتسخني ‪ ،‬ماذا تالحظ ؟‬ ‫‪............................................................ .....‬‬ ‫‪..................................................................‬‬ ‫‪.................................................................‬‬ ‫ماذا تستنتج ؟‬ ‫‪......... ...................................................................‬‬ ‫‪................... ..........................................................‬‬ ‫‪............................. ................................................‬‬ ‫‪.............................................................................‬‬ ‫من النشاط السابق يتضح لنا أن حجم الغاز يزداد بازدياد درجة احلرارة املطلقة ( كالفن ) عند ﺛبوت الضغط ‪.‬‬ ‫وعلى ذلﻚ ينﺺ قانون شارل على مايلي ‪:‬‬

‫ﻗانـون‬ ‫‪116‬‬

‫عند ثبوت الضﻐط يتناسب حجم مقدار معني من أي ﻏاز محصور‬ ‫تناسب ًا ﻃرد ًّيا مﻊ درجة احلرارة املطلقة بالكالفن ‪.‬‬

‫فإذا تغير احلجم من (ح‪ ) 1‬إلى (ح‪ ) 2‬نتيجة تغير درجة احلرارة من (كـ‪ )1‬إلى(كـ‪ )2‬فيمكن كتابة‬ ‫الصيغة الرياضية لقانون شارل كالتالي ‪:‬‬

‫‪V2‬‬ ‫‪T2‬‬

‫=‬

‫‪V1‬‬ ‫‪T1‬‬

‫اكتب العالقة الرياضية بني درجة احلرارة املطلقة واملئوية ‪.‬‬

‫)‪(4-3‬‬ ‫‪3‬‬ ‫ﻏاز حجمه ‪ 2٠٠‬سم عند درجة الصفر املئوي احسب حجمه عندما ترتفع درجة حرارته إلى ‪4٠‬م ْ‬ ‫مع ﺛبات ضغطه ‪.‬‬

‫‪V2‬‬ ‫=‬ ‫(‪)40+273‬‬

‫‪200‬‬ ‫(‪)0+273‬‬

‫‪273 V2 = 200 x 313‬‬

‫‪...‬‬

‫‪.‬‬ ‫‪..‬‬

‫‪V2‬‬ ‫‪T2‬‬ ‫‪V2‬‬ ‫‪313‬‬

‫=‬ ‫=‬

‫‪V2 = 229.3 cm3‬‬

‫‪V1‬‬ ‫‪T1‬‬ ‫‪200‬‬ ‫‪273‬‬ ‫‪...‬‬

‫ماذا تستنتج؟‬ ‫‪..............................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................‬‬ ‫‪..............................................................................‬‬

‫‪117‬‬

‫ثالث ًا ‪ :‬قانون الضﻐوط ‪:Pressure Law‬‬ ‫نشاط ( ‪)π-3‬‬

‫‪ - 1‬خذ وعاء مغلق كما في الشكل يحتوي على كمية من أي ﻏاز ‪،‬‬ ‫ﺛم ابدأ برفع درجة حرارته ‪.‬‬ ‫ماذا يحدث لسرعة حركة اﳉزيئات ؟‬ ‫هل يزداد عدد التصادمات بني اﳉزيئات بزيادة درجة احلرارة ؟‬ ‫ماذا ينتج عن تصادم جزيئات الﻐاز مﻊ بعضها وتصادمها مﻊ جدران الوعاء ؟‬ ‫ماذا تستنتج ؟ ‪.................................................................‬‬ ‫‪.............................................................................‬‬ ‫‪.............................................................................‬‬ ‫‪.............................................................................‬‬ ‫ﳑا سبق يتضح لنا أن الضغط يزداد بزيادة درجة حرارة الغاز عند ﺛبوت احلجم ‪.‬‬ ‫وبذلك ميكن لنا أن نعبر عن قانون الضغوط كالتالي ‪:‬‬ ‫عند ﺛبوت حجم الغاز ‪ ،‬يتناسب ضغط مقدار معني أي ﻏاز محصور تناسب ًا ﻃرد ًّيا مع درجة احلرارة املطلقة (كالفن ) ‪.‬‬ ‫وميكن كتابة الصيغة الرياضية لهذه العالقة بالشكل التالي ‪:‬‬

‫‪P2‬‬ ‫‪T2‬‬

‫=‬

‫‪P1‬‬ ‫‪T1‬‬

‫)‪(5-3‬‬ ‫إناء مغلق ﲤام ًا ‪ ،‬ﳑلوء بغاز ضغطه ‪ ٧٠‬سم زئبق عند درجة حرارة ‪1٠‬م ْ ‪ ،‬احسب الضغط عندما‬ ‫ال ﲤدد اإلناء ‪.‬‬ ‫نسخن اإلناء إلى ‪1٠٠‬م ْ مهم ً‬ ‫‪P1‬‬ ‫‪P2 .‬‬ ‫‪70‬‬ ‫‪P2‬‬ ‫‪..‬‬ ‫=‬ ‫=‬

‫(‪)100+273‬‬

‫(سم زئبق)‬

‫‪70 x 373 = ......... cm of Hg‬‬ ‫‪283‬‬

‫ماذا تستنتج؟‬

‫‪118‬‬

‫(‪)10+273‬‬

‫= ‪... P‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪T2‬‬ ‫‪P2‬‬ ‫‪373‬‬

‫=‬

‫‪T1‬‬ ‫‪70‬‬ ‫‪283‬‬

‫‪...‬‬

‫رابع ًا ‪ :‬القانون العام للﻐازات ‪:‬‬ ‫من قوانني الغازات السابقة نستطيع أن نكتب القانون العام للغازات على الشكل التالي ‪:‬‬

‫‪P2 V2‬‬

‫‪P1 V1‬‬

‫=‬

‫‪T2‬‬

‫‪T1‬‬

‫فإذا ﺛبتﺖ درجة احلرارة نحصل على قانون بويل ‪ ،‬أما إذا ﺛبﺖ الضغط نحصل على قانون شارل ‪ ،‬وأخيراً إذا ﺛبﺖ‬ ‫احلجم نحصل على قانون الضغوط ‪.‬‬

‫)‪(6-3‬‬ ‫ﻏاز حجمه األساسي ‪ 2٠‬لتر عند ضغط ‪ ٧5‬سم زئبق في درجة الصفر املئوي ‪ ،‬تغير احلجم إلى‬ ‫‪25‬لتر فأصبح الضغط ‪٨٠‬سم زئبق ‪ ،‬احسب درجة حرارته ‪.‬‬

‫‪25 x 80‬‬ ‫‪T2‬‬

‫=‬

‫‪20 x 75‬‬ ‫‪273‬‬

‫‪...‬‬

‫‪... 1500 T = 546000‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪... T = 91ْ c‬‬

‫‪P2 V2‬‬ ‫‪T2‬‬ ‫‪2000‬‬ ‫‪T2‬‬

‫‪... T = 364 - 273‬‬

‫=‬ ‫=‬

‫‪P1 V1‬‬ ‫‪T1‬‬ ‫‪1500‬‬ ‫‪273‬‬ ‫‪... T2 = 364‬‬

‫‪119‬‬

‫الديناميـكا احلرارية‬ ‫أهم تعاريف ومصطلحات الديناميكا احلرارية ‪:‬‬ ‫‪ -1‬تعريف الديناميكا احلرارية ‪:Thermodynamics‬‬ ‫هو فرع من فروع علم الفيزياء يهتم بالعالقة بني احلرارة والشغل ‪ .‬وعلم الديناميكا احلرارية علم جتريبي جميع قوانينه‬ ‫وأساسياته مستخلصة من التجارب واملشاهدات الطبيعية ‪.‬‬

‫‪ – 2‬النظام الديناميكي احلراري ‪:Thermodynamics System‬‬ ‫يتكون النظام في الديناميكا احلرارية من كمية معينة ( ﺛابتة ) من املادة وﻏالب ًا ما يتكون النظام من ﻏاز محصور في‬ ‫حجم معني مثل أسطوانة مزودة مبكبﺲ ‪.‬‬ ‫ولوصﻒ النظام نستخدم ( الضغط ‪ ،‬احلجم‪ ،‬درجة احلرارة ) وهي كميات ميكن قياسها ‪ ،‬كما نستخدم أيض ًا‬ ‫كميات أخرى مثل ( الطاقة الداخلية والشغل واحلرارة ) ‪.‬‬ ‫وإذا حدث تغير في بعض هذه الكميات أو جميعها نقول أن هناك تغير في حالة النظام ‪.‬‬

‫‪ -3‬االتزان احلراري ‪: Thermal Equilibrium‬‬ ‫تصل عدة أجسام متالمسة إلى حالة االتزان احلراري عندما ينعدم انتقال احلرارة بينها (تصبح لها نفﺲ درجة احلرارة)‪.‬‬ ‫وتُسمى هذه احلالة بالقانون الصفري في الديناميكا احلرارية ‪.‬‬ ‫يعتبر النظام في حالة اتزان حراري مع الوسط احمليط به إذا كان لهما نفﺲ درجة احلرارة ‪.‬‬

‫‪ -4‬اإلجراء الديناميكي احلراري ‪:Thermodynamics Process‬‬ ‫هو تغير في حالة النظام الديناميكي احلراري من حالة ألخرى بسبب اكتسابه أو فقدانه حرارة أو شغل‪.‬‬

‫‪ -5‬املســـار ‪:Path‬‬ ‫هو احلاالت الفيزيائية التي يجب أن ﲤر بها خواص النظام مثل ( الضغط – احلجم – درجة احلرارة ) أﺛناء ﲢوله من‬ ‫احلالة االبتدائية إلى احلالة النهائية ‪.‬‬

‫‪120‬‬

‫‪ -٦‬الدورة الديناميكية احلرارية ‪:Thermodynamics Cycle‬‬ ‫ُيقال إن النظام أﰎ دورة كاملة إذا مر بعدة إجراءات ( ﲢوالت ) بحيث تتطابق قيم جميع املتغيرات الديناميكية بني‬ ‫بداية ونهاية اإلجراءات كما في الشكل املقابل‪.‬‬ ‫‪p‬‬

‫أنـواع النــظام ‪:‬‬

‫ب‬ ‫جـ‬ ‫‪v‬‬

‫‪ -1‬النظام املﻐـلﻖ ‪:Closed System‬‬

‫أ‬

‫د‬

‫هو النظام الذي حدوده ال تسمح بتبادل املادة مع محيط النظام ولكن تسمح بتبادل الشغل واحلرارة وبهذا تكون كتلة‬ ‫املادة داخل النظام املغلق ﺛابتة ‪ .‬مثل بستم السيارة قبل الوصول إلى مرحلة تفريﻎ احملتوى و إﻃار السيارة محكم اإلﻏالق ‪.‬‬

‫‪ -2‬النظام املعزول ‪:Isolated System‬‬

‫هو النظام الذي حدوده ال تسمح بتبادل املادة وال الطاقة مع محيط النظام مثل ترمﺲ الشاي محكم اإلﻏالق ‪.‬‬

‫‪ - 3‬النظام املفتوح ‪:Open System‬‬

‫هو النظام الذي يسمح بدخول وخروج املادة والطاقة من وإلى النظام ‪ ،‬وﻏالب ًا ما تكون كتلة املادة داخل النظام املفتوح‬ ‫ﻏير ﺛابتة إال في حالة السريان املستقر مثل إبريق الشاي أﺛناء الغليان‬

‫قارن بني كل من النظام املفتوح واملﻐلﻖ واملعزول وفﻖ اﳉدول التالي ‪:‬‬

‫النظام‬

‫كتلة املادة‬

‫دخول وخروج املادة‬

‫الصفـــــــة‬

‫شكل الغالف احمليط‬

‫تبادل احلرارة والشغل مع احمليط‬

‫النظام املغلق‬ ‫النظام املفتوح‬ ‫النظام املعزول‬

‫‪121‬‬

‫الشــﻐل واحلـــرارة ‪:heat and energy‬‬

‫لنفرض أن لدينا كمية من الغاز احملصور ( نظام ديناميكي حراري )‬ ‫وأن هذا النظام نتيجة لعمليات حرارية مختلفة انتقل من حالة ألخرى ‪.‬‬ ‫إذا رسمنا العالقة البيانية بني ( الضغط ‪ -‬احلجم ) لهذا النظام كما في‬ ‫الشكل ( ‪ ))4-3‬فإن املساحة احملصورة بني املنحنى البياني ومحور احلجم‬ ‫تساوي الشغل املبذول إلحداث هذا التغير كما هو في الشكل ‪.‬‬ ‫وقد مر معنا عند دراستنا لقوانني الغازات أن عملية انتقال نظام ﻏازي من‬ ‫حالة ألخرى قد تتم وفق إجراءات عدة ‪:‬‬ ‫‪ -1‬عند ضغط ﺛابﺖ وتسمى ﲢوالت إيزوبارية ( ‪) Isobaric‬‬ ‫‪ -2‬عند درجة حرارة ﺛابتة وتسمى ﲢوالت إيزوﺛيرمية ( ‪) Isothermal‬‬

‫شكل (‪ )4-3‬حساب الشﻐل بيان ًّيا‬

‫‪ -3‬عند حجم ﺛابﺖ وتسمى ﲢوالت إيزوكورية ( ‪) Isochoric‬‬ ‫‪ -4‬تتم على النظام الغازي املعزول حرار ًّيا فقط عن الوسط احمليط به وتسمى‬ ‫العملية الكظمية أو األديباتيكية ( ‪ (( ) Adibatic‬وهذا النظام يختلﻒ‬ ‫عن النظام املعزول ﲤام ًا )) ‪.‬‬

‫حساب الشﻐل املبذول في بعﺾ هذﻩ العمليات‬ ‫(اإلجراءات)‪:‬‬

‫املصطلحات التالية لها‬ ‫نفﺲ املﺆدى ‪:‬‬

‫( إجراء – ﲢول – عملية )‬

‫‪ -1‬عند حجم ﺛابﺖ ( العملية اإليزوكورية ) في هذه احلالة يكون التغير في احلجم ∆ح = صفر ‪ ،‬وبالتالي املساحة‬ ‫ﲢﺖ املنحنى تساوي صفر ‪ ،‬ويكون الشغل املبذول مساوي ًا للصفر وال يتحرك املكبﺲ كما في الشكل ( ‪5-3‬أ) ‪.‬‬ ‫‪ -2‬عند ضغط ﺛابﺖ ( العملية اإليزوبارية ) فإن‪:‬‬ ‫الشغل املبذول = املساحة ﲢﺖ املنحنى شكل ( ‪5-3‬ب ) يعطى بالعالقة التالية ‪:‬‬

‫)‪W = p (v2-v1‬‬ ‫‪ -3‬عند درجة حرارة ﺛابتة ( العملية اإليزوﺛيرمية ) شكل ( ‪ 5 – 3‬جـ ) ُيعطى الشغل املبذول بالعالقة التالية ‪:‬‬

‫‪122‬‬

‫‪v2‬‬ ‫‪v1‬‬

‫ولكن من قانون بويل ‪:‬‬

‫‪W = v1p1 ln‬‬ ‫‪v2‬‬ ‫‪v1‬‬

‫‪p1v1 = p2v2‬‬ ‫‪p1‬‬ ‫‪p2‬‬

‫=‬

‫‪p1‬‬ ‫‪p2‬‬

‫‪W = v1p1 ln‬‬

‫‪á¶MÓe‬‬ ‫لو‬

‫‪e‬‬

‫‪ :‬تعني اللوﻏاريتم الطبيعي (‪ ) Ln‬وليﺲ العشري ( ‪) Log‬‬

‫‪ -4‬الشغل املبذول في العملية الكظمية األديباتيكية ( ال يوجد تبادل في احلرارة بني الغاز والوسط احمليط به ) حيث‬ ‫تتم العملية بسرعة كبيرة نسب ًّيا فإن ‪ :‬الشغل = التغير في الطاقة الداخلية‬

‫‪W= ∆U‬‬ ‫حيث ‪ ∆ u‬ﲤثل التغير في الطاقة الداخلية للنظام ( الغاز احملصور ) شكل ( ‪3-3‬د)‬

‫شكل (‪)5-3‬رسم بياني يوضح العالقة بني احلجم و الضﻐط في العمليات األربﻊ السابقة‬

‫‪123‬‬

‫)‪( 7-3‬‬ ‫إذا افترضنا أن حجم رئتي اإلنسان يزداد مبقدار ‪5٠٠‬سم‪ 3‬عند عملية الشهيق الواحدة ‪ ،‬احسب‬ ‫الشغل املبذول على الرئتني خالل تلك العملية ‪ ،‬معتبراً الضغط داخل الرئتني يبقى ﺛابت ًا ويساوي‬ ‫الضغط اﳉوي ( ‪ 5 1٠‬نيوتن ‪ /‬م‪. )2‬‬ ‫احلل‪w=p )v2-v1( :‬‬ ‫‪w = 105 x 500 x 10- 6 = 50 J‬‬

‫)‪(8-3‬‬ ‫ﲤدد هواء محصور في أسطوانة ومكبﺲ حجمه ‪ ٠[2‬م‪ 3‬وضغطه ‪ 1٠٠٠‬كيلو باسكال بحيث أصبح‬ ‫حجمه ‪ ٠[6‬م‪ ، 3‬فإذا ﺛبتﺖ درجة حرارته خالل هذا اإلجراء ( د = ‪ ْ 3٠٠‬كلفن ) فاحسب الشغل‬ ‫املبذول ‪.‬‬ ‫احلل‪:‬‬ ‫التحول يتم عند درجة حرارة ﺛابتة ( إيزوﺛيرمال )‬ ‫‪v2‬‬ ‫(‬ ‫‪v1‬‬

‫) ‪w= v1p1 ln‬‬

‫‪= 219.722 J‬‬

‫‪124‬‬

‫‪0.6‬‬ ‫‪0.2‬‬

‫‪w = 0.2 x 1000 x 103 Ln‬‬

‫ﺗﻤﺮﻳﻦ‬

‫)‪(2-3‬‬

‫ﲤدد نظام مكون من ﻏاز محصور في أسطوانة مكبﺲ من حجم قدره ‪ ٠٫٠2‬م‪ 3‬وضغط ‪ 5٠٠‬كيلو‬ ‫باسكال إلى حجم قدره (‪ ٠٫٠22‬م‪ ) 3‬عند نفﺲ الضغط ‪ ،‬احسب ‪:‬‬ ‫‪ - 1‬الشغل الذي بذله النظام‬

‫‪ - 2‬املسافة التي ﲢركها املكبﺲ إذا علمﺖ أن مساحة‬ ‫‪2‬‬ ‫املكبﺲ ‪ ٠٫٠5‬م‬

‫احلل‪:‬‬

‫قوانيـن الديناميــكا احلرارية‬

‫القانون األول للديناميكا احلرارية‪:‬‬

‫‪The First Law of Thermodynamics‬‬ ‫لنفرض أن لدينا نظام ًا حرار ًّيا مكون ًا من أسطوانة ﲢتوي على كمية من‬ ‫‪ ، )6-3‬إذا زودنا هذا النظام بطاقة‬ ‫)‬ ‫ﻏاز مزودة مبكبﺲ قابل للحركة شكل (‬ ‫حرارية فإن أﺛر هذه الطاقة احلرارية يظهر في ‪:‬‬ ‫‪ -1‬ﲢرك املكبﺲ إلى اخلارج ضد الضغط اﳉوي ((زيادة في احلجم )) ‪.‬‬ ‫‪ -2‬زيادة الطاقة الداخلية للنظام والتي تظهر على شكل ارتفاع في درجة‬ ‫(‪)٦-3‬‬ ‫شكل (‪3‬‬ ‫حرارة الغاز ‪.‬‬ ‫إن القانون األول للديناميكا احلرارية يدرس العالقة بني مقدار الشغل املبذول على النظام (‪ )w‬وكمية احلرارة (‪) Q‬‬ ‫التي يتبادلها النظام مع الوسط احمليط به ‪ ،‬وما ينشأ عن ذلك من تغير في الطاقة الداخلية للنظام (‪. ) ∆U‬‬ ‫وينﺺ القانون األول للديناميكا احلرارية على أن ‪:‬‬

‫ﻗانـون‬

‫» كمية احلرارة التي ﳝتصها ( أو يﺨرجها ) النظام تساوي مجموع التﻐير في الطاقة الداخلية‬ ‫للنظام ‪ ،‬والشﻐل الذي يبذله النظام «‬

‫وبصورة رياضية ‪ ∆U = Q-W= U2-U1 :‬حيث ‪ :∆U‬الطاقة الداخلية‪ Q: ،‬كمية احلرارة‪ :w ،‬الشغل املبذول‪.‬‬

‫‪125‬‬

‫وعند تطبيﻖ العالقة السابقة ينبﻐي مالحظة اﻵتي ‪:‬‬ ‫‪ -1‬يكون الشغل موجب ًا إذا بذله النظام ( أي حدث ﲤدد للغاز )‪،‬‬ ‫‬‫ويكون الشغل سالب ًا إذا بذل شغل على النظام ( أي حدث‬ ‫انكماش للغاز )‪.‬‬ ‫‪ -2‬تكون كمية احلرارة (‪ ) Q‬موجبة إذا اكتسب النظام حرارة ‪،‬‬ ‫وتكون سالبة إذا فقد النظام حرارة ‪.‬‬ ‫(‪)7-3‬‬ ‫شكل (‪7 3‬‬

‫انظر الشكل ( ‪ )7-3‬وحدد الكميات املوجبة والسالبة ‪.‬‬ ‫إن تزويد النظام بالطاقة حلرارية يﺆدي إلى تخزينها في النظام على شكل ﻃاقة حركية وﻃاقة وضع للجزيئات‬ ‫امليكروسكوبية التي يتكون منها هذا النظام وال تخزن على شكل حرارة ‪.‬‬

‫)‪(9-3‬‬ ‫زودنا نظام ًا مكون ًا من ﻏاز محصور بكمية من احلرارة مقدارها ‪ 5٠٠‬سعر فزاد حجمه مبقدار ‪ ٠[٠٠2‬م‬ ‫ﲢﺖ ضغط ﺛابﺖ ( الضغط اﳉوي املعياري ) ‪ .‬احسب التغير في الطاقة الداخلية لهذا النظام علم ًا أن الضغط‬ ‫املعياري = ‪ 5 1٠ × 1[٠13‬باسكال ‪1 ،‬سعر = ‪ 4[1٨‬جول‬ ‫احلل‪:‬‬

‫‪3‬‬

‫‪...∆U = Q - W ,‬‬ ‫(‪...W = P)V2 - V1‬‬ ‫‪... W = 1.013 X 105 X 0.002 = 202.6J‬‬ ‫‪...∆U = )500 X 4.18( - 202.6 ... ∆U = 1887.4 J‬‬

‫‪126‬‬

‫)‪(10-3‬‬ ‫ﻏاز محصور في أسطوانة يبذل عليه شغل مقداره (‪ 3٠٠٠‬جول ) ‪ ،‬ولم يتم خالل هذا اإلجراء‬ ‫تبادل حراري بني النظام والوسط احمليط به ( إجراء إديباتيكي ) احسب التغير في الطاقة الداخلية للنظام‬ ‫( الغاز محصور ) ‪.‬‬ ‫احلل ‪:‬‬ ‫‪... ∆U = Q - W‬‬

‫‪ ...‬التغير إديباتيكي ‪Q = ٠ ...‬‬

‫‪... ∆ U = -W‬‬ ‫‪...∆U = -)-3000( = + 3000 J‬‬

‫بعﺾ التطبيقات على القانون األول للديناميكا احلراريـة ‪:‬‬ ‫إذا ﻃبقنا قانون الديناميكا احلرارية األول على احلاالت األربع التي ﰎ ذكرها ﳒد ما يلي ‪:‬‬

‫‪ -1‬اإلجراء ﲢﺖ حجم ثابﺖ ‪:‬‬ ‫إذا انتقل النظام الغازي بني حالتني ﺛابتتني ﲢﺖ حجم ﺛابﺖ فإن ‪:‬‬ ‫‪∆U=Q‬‬

‫‪∆U = Q - w‬‬

‫‪w= 0‬‬

‫وهذا يعني أن الطاقة احلرارية التي يكتسبها النظام ( الغاز ) تستخدم في زيادة الطاقة الداخلية لهذا الغاز ‪.‬‬

‫‪ -2‬اإلجراء ﲢﺖ ضﻐط ثابﺖ ‪:‬‬ ‫الشغل املبذول في هذه احلالة‬

‫(‪w = p )v2-v1‬‬

‫إذاً ‪∆U= Q - p )v2- v1( :‬‬

‫‪127‬‬

‫تصور أن لديﻚ ﻏاز ًا محصور ًا في أسطوانة‬ ‫مزودة ﲟكبﺲ خفيف وقابل للحركة ‪،‬‬ ‫ماذا يحدث حلجم الﻐاز إذا أكسبناﻩ وببطء‬ ‫كمية من احلرارة ؟ انظر للشكل ( ‪) ٨ – 3‬‬

‫شكل (‪)٨-3‬‬

‫احسب الشﻐل الذي يقوم به النظام اعتماد ًا على الشكل ( ‪ ) ٩ – 3‬وقارن‬ ‫النتيجة مﻊ العالقة‪∆U= Q - p )v - v ( :‬‬ ‫‪1‬‬

‫‪2‬‬

‫شكل ( ‪ ) ٩ – 3‬منحنى (احلجم – الضﻐط ) اإلجراء ﲢﺖ ضﻐط ثابﺖ‬

‫)‪(11-3‬‬ ‫نظام يبذل شغل مقداره ‪ 12٠٠‬جول عندما يكتسب كمية حرارة ‪ 2٠٠٠‬جول‪ .‬احسب التغير في الطاقة الداخلية‪.‬‬ ‫احلل‪:‬‬ ‫‪∆U = 800 J‬‬

‫‪∆U = 2000 - 1200‬‬

‫‪∆U= Q - W‬‬

‫)‪(12-3‬‬ ‫يتمدد حجم نظام من ‪٠٫٠2‬م‪ 3‬إلى حجم ‪٠٫٠5‬م‪ 3‬عند ضغط ﺛابﺖ ‪ ْ 1٠‬باسكال عندما يكتسب كمية حرارة‬ ‫‪ 4٠٠٠‬جول‪ .‬احسب‪ -1 :‬الشغل ‪ -2‬التغير في الطاقة الداخلية‪.‬‬ ‫احلل‪:‬‬ ‫(‪W= P)V2-V1( = 105 )0.05 - 0.02‬‬ ‫‪... W = 3000 J‬‬ ‫‪∆U= 4000 - 3000 ... ∆U = 1000 J‬‬

‫‪128‬‬

‫‪... ∆U = Q - W‬‬

‫‪ -3‬اإلجراء عند درجة حرارة ثابتة ( إيزوثيرمال ) ‪:‬‬ ‫تظل الطاقة الداخلية للغاز ﺛابتة ‪ ، ∆U = 0‬عندها يكون ‪W= Q‬‬ ‫‪P‬‬ ‫‪v‬‬ ‫( ‪ Q = v1 p1 ln) 2‬أو ( ‪Q = v1 p1 ln ) 1‬‬ ‫‪P2‬‬ ‫‪v1‬‬

‫‪ -4‬اإلجراء الكظمي ( اإلديباتيكي ) ‪:‬‬

‫درجة احلرارة ترتبط مباشرة‬ ‫بالطاقة الداخلية للنظام ‪،‬‬ ‫لذا يجب أن تكون الطاقة‬ ‫الداخلية للنظام ثابتة عند‬ ‫ثبوت درجة احلرارة ‪.‬‬

‫وهذا اإلجراء يحدث لنظام مغلق ومعزول حرار ًّيا ( ‪ ) Q=O‬أي ال يحدث‬ ‫تبادل حراري بني النظام وبني الوسط احمليط به‪ ،‬بشرط أن يحدث في زمن قصير ًّ‬ ‫جدا لتفادي احتمال حدوث انتقال‬ ‫كمية من احلرارة عندها يكون التغير في الطاقة الداخلية للنظام ‪:‬‬ ‫‪∆U= Q-W , Q = 0 ... ∆U= -W‬‬ ‫أي أن الطاقة الداخلية للنظام تزداد مبقدار الشغل املبذول على النظام ( والعكﺲ )‬

‫من األمثلة على اإلجراءات الكظمية أو اإلديباتيكية ‪:‬‬ ‫‪ --1‬إجراء ضغط الهواء وﻏاز الوقود في شوط الضغط في اﻵلة احلرارية أو آلة االحتراق‬ ‫الداخلي (شكل ‪. )1٠-3‬‬ ‫‪ -2‬إجراء ﲤدد نواﰋ االنفجار احلادث (سريع ًّ‬ ‫ا) في شوط القوة (في اﻵلة‬ ‫جد )‬ ‫احلرارية) حيث يحدث هذا اإلجراء في زمن قصير ًّ‬ ‫جدا‪.‬‬

‫شكل (‪)10-3‬‬

‫وبشكل عام ميكن اعتبار كل اإلجراءات التي ﲢدث في زمن قصير نسب ًّيا إجراءات كظمية ‪.‬‬

‫ارجع إلى مصادر املعلومات املتوفرة واكتب تقريراً عن آلة االحتراق‬ ‫الداخلي وقارن بني عملها وعمل اﻵلة احلرارية ‪.‬‬

‫‪129‬‬

‫وباﳉملة فإن القانون األول للديناميكا احلرارية يشرح العديد من العمليات الفيزيائية املرتبطة بالغازات ‪ ،‬فدرجة‬ ‫احلرارة املطلقة للغاز ترتبط مباشرة بطاقته الداخلية وفي حالة الغاز املثالي‬ ‫فإن الطاقة الداخلية عبارة عن الطاقة احلركية ﳉزيء الغاز ‪ ،‬وتكون‬ ‫العالقة بني درجة احلرارة والطاقة الداخلية للغاز املثالي عالقة خطية كما‬ ‫في الشكل املقابل‪.‬‬ ‫أما مقدار كمية احلرارة املعطاة للنظام والشغل املبذول بواسطة الغاز‬ ‫فتحدد درجة احلرارة ‪ ،‬وتﺆدي إلى نتائج مختلفة للعمليات التالية ‪:‬‬ ‫أديباتيﻚ ‪ ،‬إيزوثيرمال و إيزوباراك ‪.‬‬

‫)‪(13-3‬‬ ‫وعاء معزول حرار ًّيا يحتوي على ﻏاز محصور ‪ُ ،‬بذل شغل خارجي على الغاز مقداره ‪1٠٠‬جول‬ ‫احسب مقدار التغير في الطاقة الداخلية للغاز‪.‬‬ ‫احلل‪:‬‬ ‫النظام معزول حرار ًّيا إذاً ‪:‬‬

‫‪، ...Q=O‬‬

‫‪∆U = Q - w‬‬

‫‪ ، ∆U = 0 - )-100( = 100 J‬أي ستزداد الطاقة الداخلية للغاز مبقدار ‪ 1٠٠‬جول‬

‫‪130‬‬

‫اإلجراء العكوس والالعكوس ‪:‬‬ ‫اإلجراء العكوس لنظام هو ‪:Inverses Process‬‬ ‫اإلجراء الذي ﳝكن عكﺲ اﲡاهه بعد حدوثه دون التسبب في إحداث أي تﻐيير على النظام والوسط احمليط ‪.‬‬ ‫ال ‪ :‬نظام مكون من ﻏاز مثالي محصور في أسطوانة مزودة مبكبﺲ قابل للحركة بسهولة ( ال يوجد احتكاك بني‬ ‫فمث ً‬ ‫املكبﺲ واألسطوانة ) باإلضافة إلى كون األسطوانة من مادة عازلة ‪.‬‬ ‫ال على النظام ( ‪ ) w -‬حتى يتغير حجمه من ‪ v1‬إلى ‪v2‬‬ ‫إذا ضغطنا املكبﺲ ببطء شديد عندها نكون قد بذلنا شغ ً‬

‫حيث (‪ ) v2 < v1‬لكن كمية احلرارة الداخلة إلى النظام أو اخلارجة منه تساوي الصفر ( ال يوجد احتكاك ) ‪،‬فتزداد‬ ‫الطاقة الداخلية للنظام مبقدار ( ‪. )w‬‬ ‫وإذا تركنا النظام يتمدد ببطء شديد فإن حجمه سيتحول من‬ ‫‪ v2‬إلى ‪ ( v1‬يتمدد ) ويقوم بشغل (‪ ) w+‬ويكون التغير في‬

‫ﻃاقته الداخلية ( ‪. ) w -‬‬

‫اإلجراء من ‪ v1‬إلى ‪ v2‬عكوس وكذلك اإلجراء من ‪ v2‬إلى ‪. v1‬‬ ‫انظر الشكل (‪.)11-3‬‬

‫شكل (‪)11-3‬‬

‫يطلق على املسار الذي يسلكه النظام من ‪ v1‬إلى ‪ v2‬ومن ‪ v2‬إلى ‪ v1‬اسم دورة كاملة ‪.‬‬ ‫لعلك الحظﺖ من خالل املناقشة السابقة أن التغير في ﻃاقة النظام في دورة كاملة يساوي ‪:‬‬ ‫‪u∆ = 0‬‬ ‫‪ ،‬أي أن ‪:‬‬ ‫( ‪ = ) w – w‬صفر‬

‫اﻵلـة احلرارية ‪:Therml Machine‬‬ ‫اﻵلة احلرارية هي جهاز يقوم بتحويل الطاقة احلرارية إلى شغل ميكانيكي وذلك نتيجة‬ ‫انتقال احلرارة إلى هذا اﳉهاز من مصدر حراري ( مستودع حراري ) ذي درجة حرارة عالية‬ ‫وﻃرده احلرارة إلى خزان حراري ذي درجة حرارة منخفضة كما في الشكل ( ‪) 12 – 3‬‬ ‫شكل (‪)12-3‬‬

‫‪131‬‬

‫‪á¶MÓe‬‬ ‫املستودع احلراري جسم كبير ميكن أن تنتقل احلرارة منه أو إليه ‪ ،‬وال يﺆدي ذلك إلى تغيير درجة حرارته ‪.‬‬ ‫وكمثال على اﻵلة احلرارية نأخذ اﻵلة البخارية في الشكل ( ‪. ) 13 – 3‬‬ ‫يتبني لنا خطوات عمل هذﻩ اﻵلة على النحو التالي ‪:‬‬ ‫‪ --1‬يتم تسخني املاء ويتحول إلى بخار ذي درجة حرارة عالية وضغط‬ ‫مرتفع في الغاليات التي تستمد الطاقة احلرارية من مصدر حراري ذي‬ ‫درجة حرارة عالية ًّ‬ ‫جدا وذلك بحرق الوقود ‪.‬‬ ‫ال )‬ ‫‪ -2‬ميرر البخار على مكبﺲ عبر صمام فيحركه ( يبذل عليه شغ ً‬ ‫ويكون ذلك على حساب الطاقة الداخلية للبخار وبذلك تنخفض‬ ‫درجة حرارة البخار ‪.‬‬ ‫‪ -3‬مع عودة املكبﺲ يدفع البخار ( بعد أن انخفضﺖ درجة حرارته )‬

‫شكل ( ‪) 13 – 3‬‬

‫عبر صمام إلى املكثﻒ وهناك يتحول إلى سائل ‪ ،‬وأﺛناء هذه العملية يفقد البخار جزء من ﻃاقته الداخلية ( احلرارة‬ ‫ال )‬ ‫الكامنة للتكثيﻒ ) وهذه احلرارة تُطرد إلى خزان حراري ذي درجة حرارة منخفضة ( الهواء اﳉوي مث ً‬ ‫‪ -4‬يعاد ضخ املاء ( مادة التشغيل ) إلى الغاليات حيث تُعاد الدورة من جديد ‪.‬‬ ‫يسمى املاء والبخار مادة التشغيل ألنها هي التي تبذل شغ ً‬ ‫ال ‪.‬‬ ‫من الشكل ( ‪ ) 13 – 3‬يتضح أن املاء ( مادة التشغيل ) ﲤر بدورة كاملة ‪ ،‬وبتطبيق القانون األول للديناميكا‬ ‫احلرارية ‪ ∆ :‬ط د = صفر = كح – شﻎ‬ ‫‪∆U= Q-W‬‬ ‫لكن ‪ :‬كح في العالقة ﲤثل الفرق بني كح‪، 2‬كح‬

‫‪1‬‬

‫‪W= Q2-Q1‬‬

‫أي أن صافي الطاقة احلرارية = كح‪ - 2‬كح‬

‫‪1‬‬

‫إذاً ‪ :‬صفر = كح‪ - 2‬كح‪ – 1‬شﻎ‬

‫‪132‬‬

‫شﻎ = كح‪ - 2‬كح‬

‫‪1‬‬

‫�‪©±∞≠≥® ◊UA‬‬

‫ﺗﻮﻟﻴﺪ ﺣﺮﻛﺔ ﺑﻮاﺳﻄﺔ اﻟﺒﺨﺎر ‪:‬‬ ‫ﻗﻢ ﺑﺘﺴﺨﲔ ﻣﺎء واﺟﻌﻞ ﺑﺨﺎرﻩ اﳌﻮﺟﻮد ﻳﺤﺮك ﻗﺮص )ﺑﺴﺘﻢ(‪.‬‬

‫ﻣﺮدود اﻵﻟﺔ اﳊﺮارﻳﺔ ) ﻛﻔﺎءﺗﻬﺎ ( ‪:‬‬ ‫ﻳﻌﺘﺒﺮ اﳌﺮدود ) اﻟﻜﻔﺎءة ( )‪ (z‬ﻣﻦ أﻫﻢ ﳑﻴﺰات اﻵﻟﺔ ﻣﻦ اﻟﻨﺎﺣﻴﺔ اﻟﻌﻤﻠﻴﺔ ‪ .‬وﺗﻌﺮف ﻛﻔﺎءة اﻵﻟﺔ اﳊﺮارﻳﺔ ﻋﻠﻰ أﻧﻬﺎ ‪ :‬اﻟﻨﺴﺒﺔ ﺑﲔ ﻣﺎ‬ ‫ﺗﺒﺬﻟﻪ ﻣﻦ ﺷﻐﻞ ﺧﺎرﺟﻲ إﻟﻰ اﻟﻄﺎﻗﺔ اﳊﺮارﻳﺔ اﻟﻜﻠﻴﺔ اﻟﺘﻲ ﺗﺄﺧﺬﻫﺎ ﻣﻦ اﳌﺴﺘﻮدع اﻟﺴﺎﺧﻦ ) اﻟﺪاﺧﻠﺔ ‪ (Q2‬ﺧﻼل دورة ﻛﺎﻣﻠﺔ ‪.‬‬

‫أي أن ‪:‬‬

‫) ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ ﺍﳌﻨﺘﺠﺔ (‬ ‫) ﺍﻟﻄﺎﻗﺔ ﺍﳌﻌﻄﺎﺓ (‬

‫‪W‬‬ ‫‪Q2‬‬

‫إذاً ‪:‬‬

‫=‪Z‬‬ ‫‪W = Q2 - Q1‬‬

‫‪Q2 - Q1‬‬ ‫‪Q2‬‬

‫ﻛﻔﺎءة اﻵﻟﺔ‪:‬‬ ‫‪Q1‬‬ ‫‪Q2‬‬

‫وﺟﺪ ﻛﺎرﻧﻮ أن ‪:‬‬

‫‪Q1‬‬ ‫‪Q2‬‬

‫‪Z= 1-‬‬

‫‪ábÓ©dG ìÉàØe‬‬

‫‪T1‬‬ ‫‪T2‬‬

‫‪Z= 1-‬‬

‫‪Z= 1-‬‬

‫‪T1 Q1‬‬ ‫=‬ ‫‪T2 Q2‬‬ ‫ﺃﻭ‬

‫=‪Z‬‬

‫‪T1‬‬ ‫‪T2‬‬

‫درﺟﺔ اﳊﺮارة اﳌﻄﻠﻘﺔ ﻟﻠﻤﻨﺒﻊ‬ ‫) اﳌﺴﺘﻮدع ( اﳊﺮاري اﻟﺒﺎرد‬ ‫درﺟﺔ اﳊﺮارة اﳌﻄﻠﻘﺔ ﻟﻠﻤﻨﺒﻊ‬ ‫) اﳌﺴﺘﻮدع ( اﳊﺮاري اﻟﺴﺎﺧﻦ‬

‫ﻛﻤﻴﺔ اﳊﺮارة اﳋﺎرﺟﺔ ﻣﻦ‬ ‫‪ Q1‬اﳌﺴﺘﻮدع اﻟﺒﺎرد ) اﳌﻤﺘﺼﺔ (‬

‫‪133‬‬

‫العالقتان السابقة تعطيان قيمة نظرية للكفاءة وهي أكبر ﳑا نحصل عليه في الواقع ‪ ،‬ملاذا ؟‬ ‫ولكن هل ميكن احلصول عمل ًّيا على آلة كفاءتها مثالية ( ‪ ) ٪ 1٠٠‬لقد جاءت إجابة هذا السﺆال عل لسان الفرنسي‬ ‫كارنو والذي اقترح بأن ‪ « :‬أي آلة سيكون لها كفاءة قصوى ﳑكنة عندما تكون اإلجراءات التي ﲢدث فيها عكوسة ‪ .‬ونود‬ ‫أن ننبه إلى أن آلة كارنو ليسﺖ آلة مثالية ألنها تسمح بفقد ﻃاقة للمستودع البارد فقط ‪ ،‬وتُعتبر كفاءتها قصوى نظر ًّيا ‪.‬‬ ‫لقد وجد العلماء أن العالقتني السابقة التي تعطي قيمة كفاءة آلة كارنو تنطبقان على كل الدورات الديناميكية‬ ‫احلرارية االنعكاسية بغض النظر عن مائع التشغيل ( ﻏاز مثالي ‪ ،‬بخار ماء ‪ ،‬فريون ‪)...‬‬

‫)‪(14-3‬‬ ‫إذا كانﺖ درجة حرارة املستودع الساخن في آلة كارنو هي ‪ ْ 12٧‬م وﲢتاج خالل دورة كاملة إلى‬ ‫‪ 42٠‬جول تأخذه من املستودع الساخن بينما يخرج منها ‪ 315‬جول من الطاقة احلرارية إلى املستودع‬ ‫البارد ‪ .‬أوجد درجة حرارة املستودع البارد ‪.‬‬ ‫احلل‪:‬‬ ‫‪... W = 105 J‬‬

‫‪W= Q2 - Q1‬‬

‫‪W = 420 - 315‬‬ ‫‪105 .‬‬ ‫‪. . Z = 0.25‬‬ ‫‪420‬‬ ‫‪315‬‬ ‫‪420‬‬

‫‪... T = 300 - 273‬‬

‫=‬

‫‪T1‬‬ ‫‪127 + 273‬‬

‫= ‪... Z‬‬

‫‪W‬‬ ‫‪Q2‬‬ ‫‪Q1‬‬ ‫‪Q2‬‬

‫= ‪... Z‬‬ ‫=‬

‫‪T1‬‬ ‫‪T2‬‬

‫‪... 420 T1 = 126000 ... T1 = 300‬‬ ‫ْ ‪...T = 27 C‬‬

‫‪134‬‬

‫القانون الثاني للديناميكا احلرارية ‪:Second Low‬‬ ‫لعلك الحظﺖ أن القانون األول للديناميكا احلرارية يﺆكد على حفﻆ الطاقة بل ويعتبر أحد أشكال قانون حفﻆ‬ ‫الطاقة بصورته الشاملة ‪.‬‬ ‫لكنه ال يحدد اجتاه انتقال الطاقة ‪ ،‬فمث ً‬ ‫ال إذا تركﺖ كوب ًا من الشاي احلار لفترة زمنية فإنه يبرد حيث يفقد حرارة‬ ‫للوسط احمليط به‪ ،‬ويتم هذا بصورة ﻃبيعية ‪.‬‬ ‫ولعلك تسأل نفسك ملاذا ال يحدث اإلجراء املعاكﺲ ‪ ,‬وهو أن يكتسب‬ ‫كوب الشاي احلرارة من الوسط احمليط به ويصبح أسخن منه وبصورة ﻃبيعية ؟‬ ‫وال يتعارض هذا اإلجراء املعاكﺲ مع قانون حفﻆ الطاقة ‪.‬‬ ‫إن القانون الثاني للديناميكا احلرارية يحدد اجتاه إجــراءات انتقـال الطاقة‬ ‫( احلرارة ) وهناك عدة صيﻎ لهذا القانون وجميعها متكافئة ‪:‬‬

‫أ‪ -‬صيﻐة ( كلفن – بالنﻚ ) ‪:‬‬

‫من املستحيل بناء آلة حرارية تعمل بحيث ﲤتص ﻃاقة حرارية من مستودع‬ ‫حراري واحد وﲢولها كل ًّيا إلى شغل ميكانيكي كما في الشكل ( ‪))14– 3‬‬ ‫ال يجب أن يكون لها مستودعان حراريان‬ ‫أي أنه لكي تنتج اﻵلة احلرارية شغ ً‬ ‫مختلفان في درجة احلرارة ‪.‬‬

‫شكل ( ‪) 14 – 3‬‬

‫ب‪ -‬صيﻐة ( كالوزيوس ) ‪:‬‬ ‫من املستحيل بناء آلة حرارية تعمل بحيث ﲤتص احلرارة من مستودع حراري‬ ‫ذي درجة حرارة منخفضة ‪ ،‬وتطردها إلى مستودع آخر ذي درجة حرارة أعلى‬ ‫دون احلاجة إلى بذل شغل ميكانيكي شكل ( ‪. ) 15 – 3‬‬

‫دورة كارنو االنعكاسية ( آلة كارنو احلرارية ) ‪:‬‬ ‫إذا كانﺖ كل إجراءات ( ﲢوالت ) دورة ديناميكية حرارية انعكاسية ‪ ،‬فإن‬ ‫الدورة ككل تعتبر انعكاسية ‪( ،‬أي ميكن عكﺲ اجتاه الدورة ) ‪.‬‬ ‫شكل ( ‪) 15 – 3‬‬

‫‪135‬‬

‫دورة كارنو هي أحد الدورات الديناميكية االنعكاسية ‪ ،‬وتتكون‬ ‫من أربعة إجراءات انعكاسية كما في الشكل ( ‪))1٧-3 ( ، ) 16 – 3‬‬ ‫ونلﺨصها ﲟا يلي ‪:‬‬ ‫‪2-1‬‬ ‫‪ : 2‬إجراء إضافة حرارة ( انعكاسي ) عند درجة حرارة ﺛابتة‬‫عالية كـعـ ( إيزوﺛرمال )‬ ‫‪ :3– 2‬إجراء التمدد األديباتيكي ( االنعكاسي )‬

‫شكل ( ‪ ) 1٦ – 3‬دورة كارنوت‬

‫‪ : 4-3‬إجراء ﻃرد حرارة ( انعكاسي ) عند درجة حرارة ﺛابتة منخفضة كـصـ( إيزوﺛيرمال )‬ ‫‪ : 1-4‬إجراء الضغط األديباتيكي ( االنعكاسي ) ‪.‬‬

‫شكل ( ‪ ) 17 – 3‬اإلجراء االنعكاسي‬

‫‪136‬‬

‫)‪(15-3‬‬ ‫آلة حرارية تتبع دورة كارنو وتستقبل كمية حرارة تساوي ‪ 3٠٠٠‬كيلو جول من مصدر حراري عند‬ ‫درجة حرارة ‪ ْ ٧2٧‬م ‪ ،‬وتطرد كمية حرارة إلى مستودع حراري درجة حرارته ‪ ْ 2٧‬م ‪ ،‬احسب ‪:‬‬ ‫‪ -1‬كمية احلرارة املطرودة‬ ‫احلل‪:‬‬ ‫‪-1‬‬

‫‪ -2‬الشغل الناﰋ عن اﻵلة‬ ‫‪3000‬‬ ‫‪Q1‬‬

‫=‬

‫‪ -3‬كفاءة اﻵلة احلرارية‬

‫‪1000‬‬ ‫‪300‬‬

‫‪Q2‬‬ ‫‪Q1‬‬

‫=‬

‫‪T2‬‬ ‫‪T1‬‬

‫‪... Q1 = 900 KJ‬‬ ‫‪-2‬‬ ‫‪-3‬‬

‫‪... W = 2100 KJ‬‬

‫‪... W = 3000 - 900‬‬

‫‪900‬‬ ‫‪3000‬‬

‫ ‪...Z = 1‬‬‫ﺍﻳﺰﻭﺛﻴﺮﻣﺎﻝ ﺍﻧﻌﻜﺎﺳﻴﺔ‬ ‫ﺍﺩﻳﺒﺎﺗﻴﻜﻴﺔ ﺍﻧﻌﻜﺎﺳﻴﺔ‬

‫‪W = Q2 - Q1‬‬ ‫‪Q1‬‬ ‫‪Q2‬‬

‫‪Z= 1-‬‬

‫‪...Z = 0.666‬‬

‫ﺩﺭﺟﺔ ﺍﳊﺮﺍﺭﺓ‬

‫‪137‬‬

‫ﺗﻤﺮﻳﻦ‬

‫)‪(3-3‬‬

‫ال صافي ًا معدله ‪ 1٠٠‬كيلوات ‪ ،‬بينما تعمل بني مصدر‬ ‫تعمل آلة حرارية على دورة كارنو وتنتج شغ ً‬ ‫حراري درجة حرارته ‪ ْ ٧٠٠‬م ‪ ،‬ومستقبل حراري عند ‪ ْ 5٠‬م ‪ ،‬احسب كفاءة اﻵلة وكمية احلرارة املنقولة‬ ‫كح عـ إلى الدورة وكمية احلرارة املطرودة كح صـ من الدورة ‪.‬‬

‫احلل‪:‬‬

‫‪138‬‬

‫االنتقال احلــراري ‪Heat Transfer‬‬ ‫احلرارة شكل من أشكال الطاقة ينتقل من جسم ﻵخر ‪.‬‬

‫كيف تنتقل احلرارة ؟‬ ‫ما ﻃرق انتقالها ؟‬ ‫ما العوامل التي تﺆثر في انتقالها ؟‬

‫أو ًال ‪ :‬انتقال احلرارة بالتوصيل ‪Heat Cordueted‬‬ ‫عند وضعك إلناء الطبخ على النار فإنك بعد فترة ال تستطيع حمله إال بوضع‬ ‫قطعة قماش تقيك من حرارته ‪ ،‬ورﻏم أن اﳉزء العلوي من القدر لم يتعرض للهب‬ ‫إال أن درجة حرارته قد ارتفعﺖ وهذا يعني أن احلرارة قد انتقلﺖ عبر جزيئات املعدن‬ ‫فيمكن إيضاح ذلك كالتالي ‪:‬‬

‫شكل ( ‪) 1٨ – 3‬‬

‫إن اﳉزيئات املالمسة للهب ﲤتص احلرارة فتزداد ﻃاقتها احلركية ( االهتزازية ) أي أن اتساع ذبذبة هذه اﳉزيئات‬ ‫يزداد ‪ ،‬وهي مرتبطة مع جزيئات أخرى مجاورة لها ‪ ،‬وبالتالي فإن مقداراً من الطاقة احلركية لهذا اﳉزيء قد انتقل إلى‬ ‫اﳉزيئات املجاورة له ‪ ،‬وتستمر هذه العملية ﳉميع أجزاء القدر‪ ،‬إال أن مقدار الطاقة احلركية التي تنتقل من كل جزيء‬ ‫إلى اﳉزيء املجاور له تقل مع االبتعاد عن مصدر اللهب ‪ ،‬وبذلك تتناقص كمية احلرارة وبالتالي درجة احلرارة ‪.‬‬ ‫إن حركة اﳉزيئات في جميع املواد اﳉامدة هي حركة موضعية ولذلك تنتقل احلرارة فيها بالتوصيل ويتفاوت مقدار‬ ‫احلرارة املنقولة عبر جزيئات املادة اﳉامدة من مادة ألخرى ‪.‬‬ ‫وقد وجد من التجارب العملية أن انتقال احلرارة عبر مادة جامدة يعتمد على خمسة عوامل هي‪:‬‬ ‫‪ -1‬ﻃول القضيب ( ‪ )L‬حيث تتناسب الطاقة احلرارية املنتقلة عكس ًّيا مع (‪)L‬‬ ‫‪ -2‬مساحة مقطع القضيب (‪ )A‬حيث تتناسب الطاقة احلرارية املنتقلة ﻃرد ًّيا مع(‪)A‬‬ ‫‪ -3‬الزمن (‪ )T‬حيث تتناسب الطاقة احلرارية املنتقلة ﻃرد ًّيا مع (‪. )T‬‬ ‫‪ -4‬الفرق في درجة احلرارة بني ﻃرفي القضيب ( ‪ ) ∆t‬حيث تتناسب الطاقة احلرارية املنتقلة ﻃرد ًّيا مع (‪. ) ∆t‬‬ ‫‪ -5‬نوع املادة املصنوع منها القضيب حيث لكل مادة معامل توصيل خاص بها ( ‪) KC‬‬

‫‪139‬‬

‫استنتج العالقة الرياضية بني الطاقة احلرارية ( ط احلرارية ) وبني هذﻩ العوامل مجتمعة ‪:‬‬

‫ﻗانـون‬

‫الطاقة احلرارية (‪ E‬احلر ارية) املنتقلة عبر املادة اﳉامدة =‬ ‫‪KCAT ∆t‬‬ ‫‪L‬‬

‫=‪E‬‬

‫‪ábÓ©dG ìÉàØe‬‬

‫استنتج وحدة قياس معامل التوصيل‬ ‫احلراري من هذﻩ العالقة ‪.‬‬

‫حيــــث (مت)‪:‬‬ ‫يعني معامل االنتقال‬ ‫احلراري بالتوصيل ‪.‬‬

‫إن العالقة السابقة تسمى قانون التوصيل احلراري و ينص على أن ‪:‬‬

‫ﻗانـون‬

‫قانون التوصيل‪:‬‬

‫كمية احلرارة املنقولة بالتوصيل خالل جسم جامد تتناسب عكس ًّيا مﻊ ﻃوله وﻃرد ًّيا مﻊ كل‬ ‫من مساحة مقطعه والفرق في درجة احلرارة بني ﻃرفيه والزمن الذي ﰎ فيه انتقال احلرارة ‪.‬‬

‫واﳉدول التالي يبني معامل التوصيل احلراري لبعض املواد في درجة حرارة الغرفة ‪.‬‬ ‫املادة‬

‫معامل التوصيل‬

‫املادة‬

‫زجاج‬

‫‪1‬‬

‫نحاس أحمر‬

‫‪365‬‬

‫ﻃوب‬

‫‪٠٫6‬‬

‫فلني‬

‫أملنيوم‬

‫‪2٠٩‬‬

‫خشب‬

‫‪٠٫15‬‬

‫صوف زجاجي‬

‫‪٠٫٠46‬‬

‫نحاس أصفر‬

‫‪٨4‬‬

‫خرسانة‬

‫‪٠٫1‬‬

‫صوف صخري‬

‫‪٠٫٠42‬‬

‫حديد‬

‫‪٧2‬‬

‫ميكا‬

‫‪٠٫٠6‬‬

‫هواء‬

‫‪٠٫٠24‬‬

‫فضة‬

‫‪41٨‬‬

‫معامل التوصيل‬

‫املادة‬

‫نشارة خشب‬

‫‪٠٫٠٧‬‬

‫‪٠٫٠5‬‬

‫جدول ( ‪) 2 – 3‬‬

‫‪140‬‬

‫معامل التوصيل‬

‫وكما تالحﻆ من اﳉدول فإن هناك فرق ًا بني اخلشب ونشارة اخلشب في معامل التوصيل احلراري‪ ،‬ﳑا‬ ‫يعني أن وجود الهواء داخل املادة يقلل من قيمة معامل التوصيل احلراري لها ‪.‬‬

‫بطريقة تثبيﺖ املتﻐيرات صمم ﲡربة عملية لدارسة أثر كل من هذﻩ العوامل على‬ ‫الطاقة احلرارية املنتقلة بالتوصيل ‪.‬‬

‫)‪(16-3‬‬ ‫قضيب من النحاس األحمر ﻃوله ‪ 5٠‬سم ‪ ،‬ومساحة مقطعه ‪2‬سم‪ .2‬وضع أحد ﻃرفيه في بخار‬ ‫ماء يغلي ‪ ،‬ووضع الطرف اﻵخر في جليد بدأ باالنصهار ‪ ،‬فإذا كان القضيب مغلﻒ مبادة جيدة العزل ‪،‬‬ ‫وكانﺖ كمية الطاقة احلرارية املنقولة خالله في دقيقة واحدة هي ‪ ٨5٠‬جول ‪ ،‬فما قيمة معامل التوصيل‬ ‫احلراري للنحاس األحمر ؟‬ ‫احلل‪:‬‬

‫الطاقة احلرارية (‪E‬احلرارية) املنتقلة‬ ‫‪= ٨5٠‬‬

‫‪KC A T ∆t‬‬

‫=‬

‫‪L‬‬

‫‪1٠٠ × 6٠ × ٠٫٠٠٠2 ×k‬‬ ‫‪٠٫5‬‬

‫(‪354٫2 = )k‬جول ‪ /‬م‪.‬ث‪.‬م‬

‫‪5‬‬

‫وجدير بالذكر أن معامل التوصيل احلراري للفلزات يزداد مع انخفاض درجة احلرارة ‪ ،‬وتكبر هذه الزيادة عندما‬ ‫تقترب درجة احلرارة من الصفر املطلق ‪.‬‬ ‫واﳉدول التالي يبني معامل التوصيل احلراري لبعض املواد عند درجات مختلفة ‪.‬‬

‫‪141‬‬

‫الفلز‬

‫معامل التوصيل احلراري عند معامل التوصيل احلراري عند معامل التوصيل احلراري عند‬ ‫(‪ْ 253 -‬م)‬ ‫درجة ‪( 273‬صفر مئوي ) درجة ‪ْ 7٩ -( 1٩4‬م) درجة ‪20‬‬

‫فضة‬

‫‪31٨‬‬

‫‪43٠‬‬

‫‪51٠٠‬‬

‫نحاس أحمر‬

‫‪365‬‬

‫‪41٩‬‬

‫‪1٠5٠٠‬‬

‫أملنيوم‬

‫‪2٠٩‬‬

‫‪23٨‬‬

‫‪115٠٠‬‬

‫حديد‬

‫‪٧2‬‬

‫‪٩5‬‬

‫‪15٠٠‬‬

‫جدول ( ‪) 3 – 3‬‬

‫قارن بني معامل التوصيل احلراري لكل معدن في اﳉدول األول والثاني ‪.‬‬

‫تطبيقـات ‪:‬‬ ‫أ ‪ -‬انتقال احلرارة في فاصل مكون من ﻃبقات عدة ‪:‬‬ ‫الشكل ( ‪ )1٩-3‬يبني مقطع ًا من حافظة ماء بارد ( ترموس ) وهو يتكون من ﻃبقتني هما ‪:‬‬ ‫‪ -1‬داخلية من البالستيك‬ ‫‪ -2‬خارجية من بولسترين‬ ‫وتعمل الطبقتان مع ًا على حفﻆ درجة حرارة السائل داخل‬ ‫احلافظة‪ ،‬وتقليل تسرب احلرارة منه أو إليه ‪.‬‬

‫ب‪ -‬العزل احلراري في املباني ‪:‬‬ ‫العزل احلراري للمباني هو محاولة لتقليل احلرارة التي تدخل‬ ‫للمبنى صيف ًا أو تخرج منه شتاءاً ويتم ذلك عادة بإضافة مواد أخرى‬ ‫إلى املبنى تقاوم انتقال احلرارة ‪.‬‬

‫‪142‬‬

‫شكل ( ‪) 1٩ – 3‬‬

‫ويساهم العزل احلراري بتوفير الراحة ملستخدمي املبنى ‪ ،‬كما يساهم في توفير النفقات املصروفة على تكييﻒ املبنى‬ ‫بشكل كبير ففي دراسة أجريﺖ على مادة البوليسرين املستخدمة كثيراً في عزل اﳉدران واألسقﻒ تبني أن مقدار‬ ‫التوفير في الطاقة يزيد على ‪ ٪ ٨٠‬الحﻆ الشكل ( ‪. )1٩ – 3‬‬

‫شكل (‪ )20-3‬ثالث حاالت استﺨدمﺖ فيها مواد عازلة‬

‫وتصنف املواد العازلة إلى عدة أنواع هي ‪:‬‬ ‫أ – مواد ﻃبيعية مثل الصوف ‪ ،‬اللباد ‪ ،‬اخلشب ‪ ،‬الفلني ‪ ،‬التﱭ ‪......‬‬ ‫ب‪ -‬مواد صناعية لدنة ( بالستيكية ) مثل البوليسترين ‪ ،‬البولي يورﺛان ‪...‬‬ ‫جـ ‪ -‬مواد صناعية معدنية مثل ‪ :‬الصوف الصخري ‪ ،‬الصوف الزجاجي ‪ ،‬وتوجد هذه املواد إما على شكل ألواح أو‬ ‫على شكل حبيبات تخلط مع اإلسمنﺖ في الطوب ( الطوب العازل للحرارة ) أو مع اإلسمنﺖ املستخدم في الصبات‬ ‫( اخلرسانات )‪.‬‬

‫قضية للمناقشة‬ ‫ناقﺶ فاﺋدة العزل في املباني في اململكة مﺆثر ًا في تﺨفيﺾ تكاليف الطاقة‪.‬‬ ‫ما هو نوع املواد املستﺨدم في عزل املباني عندنا في اململكة؟‬

‫‪143‬‬

‫ثانيا ‪ :‬انتقال احلرارة باحلمل ‪:Heat Transfer Pregnancy‬‬ ‫ً‬

‫كما تعلم فإن سطح البحر إذا تعرض لعاصفة باردة فإنه يبرد وتزداد كثافته فيتحرك إلى أسفل ويصعد بد ًال منه ماء‬ ‫دافيء من قاع البحر إلى سطح البحر ‪.‬‬ ‫نسمي هذه العملية باحلمل حيث تقوم جزيئات املاء بحمل احلرارة أﺛناء حركتها وهو ال يحدث إال إذا وجد اختالف‬ ‫بني درجتي حرارة منطقتني من املائع ‪ ،‬وهو يحدث في الهواء بنفﺲ ﻃريقة حدوﺛه في املاء ‪.‬‬

‫أنواع احلمل ‪:‬‬

‫‪ -1‬حمل ﻃبيعي ‪:‬‬

‫وفيه يعمل اختالف درجة احلرارة على إحداث فرق في كثافة املائع في‬ ‫مناﻃقه املختلفة ‪ ،‬وينتج عن ذلك حركة للمائع حيث تنتقل جزيئات املائع‬ ‫ذات الكثافة املنخفضة إلى أعلى بينما تنتقل جزيئات املائع ذات الكثافة‬ ‫األكبر إلى أسفل وتنتقل الطاقة احلرارية معها ‪.‬‬

‫شكل (‪) 21-3‬‬

‫ِ‬ ‫أعط أمثلة من الطبيعة على ظاهرة احلمل الطبيعي وأثرها في مجال الرؤية وفي‬ ‫حدوث األعاصير ‪.‬‬ ‫‪ -2‬حمل قسري ‪:Forced Pregnancy‬‬ ‫وفيه تنتقل الطاقة احلرارية نتيجة حلركة املائع الناجتة عن استعمال جهاز ضخ ميكانيكي يعمل على ﲢريك املائع‬ ‫ومثال ذلك املروحة داخل الفصل التي ﲢرك الهواء وكذلك مضخة املاء التي ﲢرك املاء داخل محرك‬ ‫السيارة ‪.‬‬

‫علل ‪ :‬يفضل وضﻊ أجهزة تكييف الهواء وأجهزة التبريد ( الفريزرات ) في األعلى‪.‬‬ ‫علل‪ :‬يوضﻊ مجمد الثالجة في أعالها‪.‬‬ ‫علل‪ :‬توضﻊ الدفاية في األركان السفلية‪.‬‬

‫‪144‬‬

‫العوامل املﺆثرة في معدل الطاقة املنقولة باحلمل ‪:‬‬ ‫قد ) على عدة عوامل منها ‪:‬‬ ‫يعتمد معدل الطاقة ( القدرة ) املنقولة باحلمل ( َ‬ ‫‪ -1‬الفرق في درجة احلرارة بني املنطقتني اللتني تنتقل الطاقة بينهما وكلما زاد الفرق زاد معدل انتقال الطاقة ‪ ،‬أي‬ ‫أن ‪:‬‬

‫‪∆t‬‬

‫‪p‬‬

‫‪ -2‬اخلصائص الفيزيائية للمائع مثل الكثافة واللزوجة واحلرارة النوعية ومعامل التوصيل احلراري واحلرارة الكامنة‬ ‫لالنصهار واحلرارة الكامنة للتصعيد ( التبخر ) ‪.‬‬ ‫‪ -3‬نوع حركة املائع ( انسيابية هادئة أو عنيفة مضطربة ) ‪.‬‬ ‫‪ -4‬شكل اﳉسم الصلب الذي يالمﺲ املائع الناقل للحرارة ( خشن ‪ ،‬أملﺲ ‪ ،‬فيه تعرجات ‪ ،‬أفقي أو عمودي ‪،‬‬ ‫أسطواني أو مضلع )‬

‫املنقولة باحلمل (‪ ) p‬يعطى بالقانون التالي ‪:‬‬

‫ﻗانـون‬

‫‪ábÓ©dG ìÉàØe‬‬

‫‪ -5‬املساحة املشتركة بني السطح الصلب واملائع التي يتم فيها‬ ‫التبادل احلراري وبشكل رياضي فإن معدل الطاقة‬

‫‪ : P‬الطاقة المنقولة‬ ‫‪ :A‬مساحة السطح‬ ‫‪ :∆t‬التغير في الحرارة‪.‬‬ ‫‪ :KP‬معامل انتقال الحرارة بالحمل‪.‬‬

‫‪P = KP.A. ∆t‬‬

‫حيث ( ‪ ) K‬معامل انتقال احلرارة باحلمل وتعتمد قيمته على العوامل من ‪ 2‬إلى ‪ 4‬السابقة ‪.‬‬ ‫‪P‬‬

‫معامل انتقال الحرارة بالحمل ‪: Heat Transfer Coefficient Pregnancy‬‬

‫هو معدل الطاقة الحرارية المنقولة عبر سطح مساحته ‪1‬م‪ 2‬بتأثير فرق في درجة‬ ‫الحرارة قدرﻩ ‪ ْ 1‬م ‪.‬‬

‫‪145‬‬

‫)‪(17-3‬‬ ‫احسب معدل انتقال احلرارة باحلمل بني سطح مساحته ‪ 5٠‬م‪ 2‬والهواء إذا كانﺖ درجة حرارة‬ ‫السطح ‪ْ 35‬م ودرجة حرارة الهواء ‪ْ 2٠‬م ‪ ،‬ومتوسط معامل انتقال احلرارة باحلمل بني السطح والهواء هو‬ ‫‪ 1٠‬واط ‪ /‬م‪ ْ × 2‬م‬ ‫احلل‪:‬‬ ‫‪P= 10 x 50 x )35 - 20( = 7500W‬‬

‫‪P= K . A . ∆t‬‬ ‫‪P‬‬

‫ثالث ًا ‪ :‬انتقال احلرارة باإلشعاع ‪:Heat Transfer Radiation‬‬ ‫تصلنا أشعة الشمﺲ وما ﲢمله من حرارة قاﻃعة مسافات هاﺋلة ‪ ،‬فكيف يتم ذلﻚ ؟‬ ‫تنتقل هذه األشعة على هيئة موجات كهرومغناﻃيسية وهي موجات ال ﲢتاج إلى وسط مادي النتقالها بل تنتقل في‬ ‫الفراغ ‪ ،‬إضافة إلى انتقالها في بعض األوساط املادية ‪.‬‬ ‫ومن هنا ندرك أن احلرارة تنتقل مبا يسمى اإلشعاع أي على شكل موجات كهرومغناﻃيسية في نطاق األشعة ﲢﺖ احلمراء ‪.‬‬ ‫نشاط (‪)±±-3‬‬

‫األدوات ‪:‬‬

‫مجموعة من الزجاجات الفارﻏة ذات األلوان املﺨتلفة ‪ ،‬موازين حرارة بعدد الزجاجات ‪ ،‬ماء ‪.‬‬

‫خطوات التجربة ‪:‬‬

‫‪ -1‬ضع في الزجاجات كميات متساوية من املاء‬ ‫‪ -2‬ضع في كل زجاجة ترمومتر ( ميزان حرارة ) ‪.‬‬ ‫‪ -3‬ضع الزجاجات في الشمﺲ بحيث تتعرض لنفﺲ املقدار من أشعة الشمﺲ ‪.‬‬ ‫‪ -4‬بعد مضي ‪ 3٠‬دقيقة سجل قراءة كل ترمومتر في جدول ‪.‬‬ ‫ماذا تالحظ ؟‪....................................................................‬‬ ‫‪...............................................................................‬‬ ‫‪...............................................................................‬‬ ‫‪...............................................................................‬‬ ‫‪...............................................................................‬‬

‫‪146‬‬

‫الشك أنك الحظﺖ أن درجة حرارة املاء في الزجاجات ﻏير متساوية على الرﻏم من تعرضها لنفﺲ الطاقة الصادرة‬ ‫من الشمﺲ ‪ ،‬وهذا يعني أن كمية احلرارة التي امتصتها كل زجاجة تختلﻒ عن ﻏيرها ‪ ،‬أي أن لكل زجاجة معامل‬ ‫امتصاص خاص بها ‪.‬‬

‫معامل االمتصاص ‪: Absorption Coefficint‬‬ ‫معامل االمتصاص ‪ :‬هو النسبة بين الطاقة اإلشعاعية التي‬ ‫يمتصها الجسم والطاقة اإلشعاعية الساقطة على هذا الجسم (خالل نفﺲ الزمن)‪.‬‬

‫أي أن ‪= M :‬‬

‫الطاقة اإلشعاعية التي ميتصها اﳉسم‬ ‫الطاقة اإلشعاعية الساقطة على اﳉسم‬

‫× ‪1٠٠‬‬

‫‪x 100‬‬

‫‪E abs‬‬ ‫‪E0‬‬

‫=‪M‬‬

‫واﳉدول التالي يبني معامل االمتصاص ملواد مﺨتلفة ‪:‬‬ ‫املـادة‬

‫املـادة‬

‫معامل االمتصاص‬

‫معامل االمتصاص‬

‫الدهان األسود‬

‫‪٪ ٨٩‬‬

‫النحاس امللمع‬

‫‪٪ 26‬‬

‫الزفﺖ‬

‫‪٪ ٨٩‬‬

‫الورق األبيض‬

‫‪٪ 2٧‬‬

‫احلديد الصديء‬

‫‪٪ ٨٩ - ٪ ٧٠‬‬

‫الدهان األبيض املصقول‬

‫القرميد األحمر‬

‫‪٪ ٧٧ - ٪ ٧٠‬‬

‫البالتني املصقول‬

‫‪٪ 1٠‬‬

‫احلديد النظيﻒ‬

‫‪٪ 45‬‬

‫الفضة املصقولة‬

‫‪٪٧‬‬

‫جدول ( ‪) 4 – 3‬‬

‫‪٪ 26 - ٪ 12‬‬

‫‪147‬‬

‫فسـر مـا يـأتي ‪:‬‬

‫من األفضل استخدام املظلة البيضاء التقاء حرارة الشمﺲ ‪.‬‬ ‫يرتدي األشخاص العاملني في مجال اإلﻃفاء مالبﺲ مصقولة ‪.‬‬

‫‪18-3‬‬ ‫تسقط الطاقة الشمسية على جسم مبعدل ‪ 4٠‬واط ‪ ،‬ميتص ‪ 1٠‬واط منها ويعكﺲ الباقي ‪ ،‬احسب‬ ‫معامل االمتصاص لهذا اﳉسم ؟‬ ‫احلل‪:‬‬ ‫‪...M =25%‬‬

‫‪x 100‬‬

‫‪10‬‬ ‫‪40‬‬

‫=‪M‬‬

‫‪E abs‬‬ ‫‪x 100‬‬ ‫‪E0‬‬

‫=‪M‬‬

‫العوامل املﺆثرة على امتصاص اإلشعاع احلراري ‪:‬‬ ‫‪ -1‬ﻃول موجة اإلشعاع الساقط ‪ ،‬فاألجسام العادية * ﲤتص األشعة ﲢﺖ احلمراء أكثر من األشعة املرئية ملـاذا ؟‬ ‫‪ -2‬نوع املادة التي يسقط عليها اإلشعاع ( انظر اﳉدول السابق ) ‪.‬‬ ‫ال قل امتصاصه ‪.‬‬ ‫‪ -3‬خشونة السطح ‪ ،‬فكلما كان السطح صقي ً‬ ‫‪ -4‬نوع الطالء الذي يغطي السطح ولونه ‪.‬‬ ‫‪ -5‬سمك ﻃبقة الطالء أو املادة التي تغطي السطح ‪.‬‬

‫سﺆال للتفكير‪:‬‬ ‫كيف تصمم ﲡربة عملية لتبني نوع العالقة بني االمتصاص وأحد هذﻩ العوامل ؟‬ ‫* األجسام العادية يقصد بها األجسام ﻏير السوداء أو األجسام البيضاء‪.‬‬

‫‪148‬‬

‫اﳉسم األسود املثالي ‪:Black Body‬‬ ‫هو اﳉسم الذي ميتص جميع الطاقة اإلشعاعية الساقطة عليه ‪ .‬أي أن‬ ‫معامل امتصاص اﳉسم األسود املثالي ‪ ، ٪ 1٠٠‬وهذا اﳉسم ﻏير موجود‬ ‫حقيقة ‪ ،‬واﳉسم الشبيه به هو فجوة بها ﺛقب صغير تدخل منه الطاقة‬ ‫اإلشعاعية ﺛم ميتص جزءاً منها وينعكﺲ اﳉزء الباقي من نواحي كثيرة‬ ‫في الفجوة ‪ .‬وفي كل انعكاس يحدث امتصاص آخر حتى ﲤتص الفجوة‬ ‫جميع الطاقة الساقطة وال يخرج منها شيء نتيجة لسلسلة االنعكاسات‬ ‫املتعاقبة كما في الشكل ( ‪. )22 – 3‬‬

‫اإلشعاع احلراري ‪: Rodater‬‬ ‫الحظﺖ ﳑا سبﻖ أن الطاقة احلرارية تنتقل إلى املادة في حاالتها‬ ‫الثالث ( صلب ‪ ،‬ساﺋل ‪ ،‬ﻏاز ) وفﻖ مناذج ثالثة هي ‪:‬‬ ‫‪ -1‬انتقال احلرارة بالتوصيل ويحدث في األجسام اﳉامدة ‪.‬‬ ‫‪ -2‬انتقال احلرارة باحلمل ويحدث في املوائع ‪.‬‬ ‫‪ -3‬انتقال احلرارة باإلشعاع ويحدث باملوجات الكهرومغناﻃيسية‪.‬‬

‫ﺛ‬

‫قب‬

‫شكل (‪ )22-3‬فجوة ﲤثل اﳉسم األسود‬

‫تو‬ ‫صيل‬ ‫حمل‬ ‫إش‬

‫عاع‬ ‫شكل (‪)23-3‬‬

‫هل ﳝكن لﻸجسام أن تصدر إشعاعات على شكل ﻃاقة حرارية ؟‬ ‫ابحﺚ عن تقنية الكاميرات احلرارية ‪.‬‬ ‫في درجة حرارة اﳉو املعتادة ماذا يحدث ليدك عندما تقربها من قدر ساخن درجة‬ ‫حرارته ‪ْ ٨0‬م هل تشعر بحرارته ؟‬ ‫لو افترضنا أن درجة حرارة اﳉو انﺨفضﺖ إلى ‪ْ 40-‬م وقربﺖ يدك من قدر درجة‬ ‫حرارته صفر مئوية ‪ ،‬هل تشعر بحرارته ؟‬

‫‪149‬‬

‫لقد درس العلماء عملية اإلشعاع وأجروا كثيراً من التجارب عليها وتوصلوا إلى أن كل جسم درجة حرارته فوق‬ ‫الصفر املطلق ( ‪ ْ 2٧3 -‬م ) يعطي ﻃاقة إشعاعية ( موجات كهرومغناﻃيسية ) لها أكثر من تردد واحد ‪ ،‬إال أن واحداً‬ ‫من الترددات يكون ذا كثافة أكبر من ﻏيره ‪ ،‬كما الحظوا أن ﻃاقة اإلشعاع الصادرة تزداد بزيادة درجة حرارة اﳉسم‪.‬‬ ‫وقد أجريﺖ عدة دراسات على ﻃاقة اإلشعاع املنبعث من األجسام ‪ ،‬ومن أشهرها دراسة األملاني ﭬـني ‪ ،‬حيث درس‬ ‫العالقة بني ﻃول موجة التردد األكثر كثافة في ﻃيﻒ اإلشعاع الصادر عن اﳉسم ودرجة احلرارة املطلقة لهذا اﳉسم‬ ‫وتوصل إلى القانون التالي ‪:‬‬ ‫نﺺ قانون ﭬـني ‪:‬‬

‫ﻗانـون‬

‫»يتناسب ﻃول موجة التردد األكثر كثافة( وجود ًا ) (‪ )λ‬في ﻃيف اإلشعاع الصادر عن جسم‬ ‫ما عكس ًّيا مﻊ درجة حرارته املطلقة ( ‪. «) T‬‬

‫ﻗانـون‬

‫‪λ . Τ = 2.897 x 10 -3‬‬

‫‪ábÓ©dG ìÉàØe‬‬

‫‪λ. Τ = constant‬‬

‫حيث ‪ :‬ﺛابﺖ = ‪1٠ × 2٫٨٩٧‬‬ ‫متر ‪ .‬كالفن‬

‫‪3-‬‬

‫ويسمى هذا الثابﺖ ﺛابﺖ ﭬـني ‪.‬‬

‫ما نوع العالقة بني التردد ودرجة احلرارة ؟‬ ‫ومن الظواهر املشاهدة كتطبيق على قانون ﭬـني تسخني احلديد ‪ ،‬حيث أنه عند تسخني قطعة من‬ ‫احلديد وقبل تغير لونها فإننا نشعر بحرارتها عندما نقربها من أجسامنا ‪ ،‬وعلى الرﻏم من عدم مشاهدة ضوء منبعث‬ ‫منها ‪ ،‬إال أنها تصدر ﻃاقة حرارية ﻏير مرئية هي األشعة ﲢﺖ احلمراء ‪.‬‬ ‫عند استمرار تسخني قطعة احلديد يتغير لونها إلى األحمر وتزداد الطاقة احلرارية املنبعثة منها ‪ ،‬ﳑا يعني أن ارتفاع‬ ‫درجة حرارتها ﻏ ﱠير من ﻃول موجة اإلشعاع احلراري املنبعث عنها ‪ ،‬واألشعة املنبعثة منها في هذه احلالة هي األشعة‬ ‫احلمراء باإلضافة إلى األشعة ﲢﺖ احلمراء ‪.‬‬

‫‪150‬‬

‫مع استمرار التسخني يتغير لون احلديد إلى البرتقالي ﺛم األصفر ﺛم األزرق ‪ ،‬كما تالحﻆ أشعة ضوئية متوالية في‬ ‫ﻃولها املوجي ( راجع ﲢليل الضوء في املنشور ) ‪.‬‬ ‫وﳑا هو معلوم أن الطول املوجي لﻸشعة ﲢﺖ احلمراء أكبر من الطول املوجي لﻸشعة احلمراء أكبر من الطول املوجي‬ ‫للشعاع البرتقالي ‪...‬‬ ‫أي أن ﻃول موجة اإلشعاع احلراري املنبعث من مادة يتناسب عكس ًّيا مع درجة حرارتها ‪.‬‬

‫أكتب مع مجموعة من زمالئك تقرير عن األشعة ﲢﺖ احلمراء ‪،‬‬ ‫األضرار‪ ،‬الفوائد واالستخدامات‪.‬‬

‫)‪(19-3‬‬ ‫فرن درجة حرارته ‪ ْ ٧2٧‬م ‪ .‬احسب الطول املوجي الصادر من الفرن‪.‬‬ ‫احلل‪:‬‬ ‫‪constant‬‬ ‫‪T‬‬

‫=‪λ‬‬

‫‪2.897 x 10 -3‬‬ ‫‪.‬‬ ‫=‪..λ‬‬ ‫)‪(727 + 273‬‬ ‫‪.‬‬ ‫‪. . λ = 2.897 x 10 -6 m‬‬

‫‪151‬‬

‫أسﺌلة وتماريﻦ الﻔﺼﻞ الﺜالﺚ‬

‫‪ )1‬وضح املقصود باملفاهيم التالية ‪:‬‬

‫معامل انتقال احلرارة باحلمل ‪ ،‬معامل االمتصاص ‪ ،‬مادة عازلة للحرارة ‪ ،‬جسم أسود مثالي ‪ ،‬االتزان‬ ‫احلراري ‪ ،‬النظام احلراري ‪ ،‬اإلجراء األديباتيكي ( املكظوم ) ‪.‬‬ ‫‪ِ )2‬‬ ‫تفسيرا علم ًّيا ملا يأتي ‪:‬‬ ‫أعط‬ ‫ً‬

‫أ‪ -‬قطعة حديد وقطعة خشب عندما نلمسها نشعر أن قطعة احلديد أبرد ‪ ،‬وعندما تكون درجة‬ ‫حرارتهما ‪ ْ 4٠‬م ونلمسهما نشعر أن قطعة احلديد أسخن ‪.‬‬

‫ب‪ -‬استخدام املباني العازلة دليل على ترشيد استهالك الطاقة الكهربائية ‪.‬‬ ‫جـ ‪ -‬ترتفع درجة حرارة رمال الشاﻃﺊ نهاراً أكثر من ارتفاع درجة حرارة ماء البحر ‪.‬‬ ‫د‪ -‬تدهن خزانات حفﻆ املشتقات النفطية بدهان أبيض أملﺲ ‪.‬‬ ‫هـ ‪ -‬تدهن املواسير النحاسية للسخان الشمسي بلون أسود وبشكل خشن ‪.‬‬ ‫و‪ -‬للتدفئة اﳉيدة يوضع مصدر احلرارة في أسفل الغرفة وليﺲ قرب السقﻒ ‪.‬‬ ‫ز – لشرب الشاي يفضل استخدام الكﺆوس الزجاجية على الكﺆوس الفلزية ‪.‬‬ ‫ح – استخدام النحاس واألملنيوم في صناعة أواني الطهي ‪.‬‬ ‫ط – هبوب نسيم البحر صيف ًا أو اعتدال اﳉو في املدن الساحلية صيفاً‪.‬‬ ‫ي – ترتفع درجة حرارة ﻏاز محصور إذا ضغط ضغط ًا مفاجئ ًا ‪.‬‬ ‫ك – تنخفض درجة حرارة ﻏاز محصور إذا ﲤدد ﲤدداً مفاجئ ًا ‪.‬‬ ‫‪ )3‬باستﺨدام القانون األول في الديناميكا احلرارية ‪ ،‬فسر ملاذا تكون الطاقة الكلية ألي نظام معزول‬ ‫حرار ًّيا محفوظة ( ثابتة ) داﺋم ًا ‪.‬‬ ‫‪ )4‬هل ﳝكن تبريد ﻏرفة بترك باب الثالجة التي بداخلها مفتوح ؟ فسر إجابتﻚ ‪.‬‬

‫‪152‬‬

‫‪ )5‬قارن بني ‪:‬‬

‫أ ‪ -‬احلمل الطبيعي واحلمل القسري‬

‫ب‪ -‬انتقال احلرارة بالتوصيل وانتقالها باحلمل مع إعطاء أمثلة على ذلك ‪.‬‬ ‫‪ )٦‬ماذا نعني بقولنا ‪:‬‬

‫أ ‪ -‬إن احلرارة النوعية للزئبق تساوي ‪ 14٠‬جول ‪ /‬كجم ‪ ْ .‬م‬

‫ب‪ -‬السعة احلرارية للجسم = ‪ 5٠٠‬جول ‪ ْ /‬م‬ ‫‪ )7‬اختر اإلجابات الصحيحة فيما يلي ‪:‬‬ ‫أ‪ -‬يتميز اﳉسم األسود اخلشن بأنه ‪:‬‬

‫‪ -1‬ميتص كل األشعة احلرارية الساقطة عليه ‪.‬‬

‫‪ -2‬يعكﺲ كل األشعة احلرارية الساقطة عليه ‪.‬‬ ‫‪ -3‬ميتص نسبة عالية من األشعة احلرارية الساقطة عليه ‪.‬‬ ‫‪ -4‬ال ميتص شيئ ًا من األشعة الساقطة عليه‪.‬‬ ‫ب‪ -‬لتقليل إشعاع اﳉسم الساخن للحرارة يجب أن ﳒعل سطحه ‪:‬‬ ‫‪ -1‬أسود خشن‬ ‫‪ -2‬فاﰌ خشن‬ ‫‪ -3‬فاﰌ مصقول‬ ‫‪ -4‬أسود مصقول‬ ‫جـ‪ -‬تنتقل احلرارة من الشمﺲ إلى األرض عن ﻃريﻖ ‪:‬‬ ‫‪ -1‬التوصيل ‪.‬‬ ‫‪ -2‬احلمل ‪.‬‬ ‫‪ -3‬التوصيل واحلمل ‪.‬‬ ‫‪ -4‬اإلشعاع ‪.‬‬ ‫د‪ -‬الطاقة الداخلية للجسم هي ‪:‬‬

‫‪ -1‬ﻃاقة احلركة ﳉزيئاته ‪.‬‬

‫‪153‬‬

‫‪ -2‬ﻃاقة الوضع ﳉزيئاته ‪.‬‬ ‫‪ -3‬مجموع ﻃاقتي الوضع واحلركة ﳉزيئاته ‪.‬‬ ‫‪ -4‬الفرق بني ﻃاقتي احلركة والوضع ﳉزيئاته ‪.‬‬ ‫هـ‪ -‬احلرارة النوعية لعنصر ما هي الطاقة احلرارية الالزمة لرفﻊ درجة حرارة ‪:‬‬ ‫‪ -1‬كتلة منه ‪ 1‬كلفن ‪.‬‬

‫‪ -2‬مول من العنصر ‪ 1‬كلفن ‪.‬‬ ‫‪ -3‬كيلو جرام من العنصر ‪ 1‬كلفن ‪.‬‬ ‫‪ -4‬الكتلة الذرية لعنصر ‪ 1‬كلفن ‪.‬‬ ‫و‪ -‬تتوقف احلرارة النوعية لكرة معدنية على ‪:‬‬

‫‪ -1‬كتلة الكرة ‪.‬‬

‫‪ -2‬حجم الكرة ‪.‬‬ ‫‪ -3‬مساحة سطح الكرة ‪.‬‬ ‫‪ -4‬مادة الكرة ‪.‬‬ ‫ح ‪ -‬قطعة من النحاس موضوعة على منضدة وتسﺨن كهرب ًّيا لترتفﻊ درجة حرارتها ‪ ،‬أي من اخلصاﺋﺺ‬ ‫التالية للنحاس يزداد بازدياد درجة حرارته ؟‬ ‫‪ -1‬الكتلة ‪.‬‬

‫‪ -2‬احلرارة النوعية للنحاس ‪.‬‬ ‫‪ -3‬السعة احلرارية للقطعة ‪.‬‬ ‫‪ – 4‬ال توجد إجابة صحيحة ‪.‬‬ ‫‪ -٨‬اربط بني الوحدات التالية ‪ -1‬جول ‪ -2‬جول ‪ /‬كلفن ‪ -3‬جول ‪ /‬كجم‬

‫‪ -4‬جول ‪ /‬مول ‪ .‬كلفن والكميات الفيزياﺋية التالية ( السعة احلرارية ‪ ،‬الطاقة احلرارية ‪ ،‬احلرارة‬ ‫النوعية ) ؟‬ ‫‪ ) ٩‬قطعة من اخلارصني كتلتها ‪ 100‬جم ‪ ،‬وحرارتها النوعية ‪ 3٨0‬جول ‪ /‬كجم ‪ْ .‬م ‪ ،‬احسب‪:‬‬

‫أ – السعة احلرارية للقطعة‬

‫ب‪ -‬مقدار التﻐير في درجة حرارتها إذا زودت بكمية من احلرارة مقدارها ‪ 7٦0‬جول ‪.‬‬

‫‪154‬‬

‫‪ )10‬احسب كمية احلرارة الالزمة لتسﺨني ‪:‬‬

‫أ‪ 200 -‬جم ماء من درجة ‪ْ 10‬م إلى ‪ْ ٨0‬م ‪.‬‬

‫ب‪ 50 -‬جم نحاس من درجة ‪ْ 20‬م إلى ‪ْ 70‬م ‪.‬‬

‫جـ ‪ 50 -‬جم جليد بدرجة (‪ْ 10-‬م) إلى بﺨار ماء بدرجة ‪ْ 100‬م ‪.‬‬ ‫علم ًا بأن ‪ :‬احلرارة النوعية للماء = ‪ 4200‬جول ‪ /‬كجم ‪ْ .‬م‬

‫احلرارة النوعية للنحاس = ‪ 400‬جول ‪ /‬كجم ‪ْ .‬م ‪ ،‬وللجليد = ‪ 2100‬جول ‪ /‬كجم ‪ْ .‬م‬ ‫‪ ) 11‬ﲤدد ﻏاز مثالي بحيﺚ ﳝكن ﲤثيل العالقة بني احلجم والضﻐط بالعالقة ‪ :‬ض × ح = ثابﺖ ‪،‬‬ ‫فﺈذا كان احلجم االبتداﺋي ‪ 0٫05‬م‪ 3‬والضﻐط ‪200‬كيلو باسكال‪ ،‬وكان احلجم النهاﺋي ‪0٫1‬م‪،3‬‬ ‫احسب مقدار الشﻐل الذي يبذله الﻐاز عند ﲤددﻩ ‪.‬‬ ‫‪ )12‬آلة حرارية تعمل بني مستودعني حراريني ودرجة حرارة املستودع الساخن ‪ْ 540‬م ودرجة حرارة‬ ‫املستودع البارد ‪ْ 37‬م أوجد أقصى كفاءة لهذﻩ اﻵلة ‪.‬‬

‫‪ )13‬آلة حرارية تنتج شﻐ ً‬ ‫ال ميكانيك ًّيا مقدارﻩ ‪ 2250‬جول وتعطي كمية من احلرارة مقدارها ‪250‬‬

‫جول ‪ ،‬احسب كفاءة هذﻩ اﻵلة ‪.‬‬

‫‪ )14‬احسب أقل معدل ﳑكن من الشﻐل الالزم ملضﺨة حرارية تستﺨدم لتدفئة ﻏرفة درجة حرارتها ‪17‬‬ ‫ْم إذا كانﺖ درجة حرارة اﳉو اخلارجي (‪ْ 13-‬م ) ومعدل كمية احلرارة املفقودة من الﻐرفة تساوي ‪30‬‬ ‫كيلو واط ‪.‬‬

‫‪ ) 15‬مكيف فريون يعمل وفﻖ دورة كارنو املقلوبة ‪ ،‬حيﺚ يعمل كمبرد وذلﻚ بطرد كمية من احلرارة‬ ‫مقدارها ‪ 24‬كيلو جول إلى اﳉو اخلارجي الذي تبلﻎ درجة حرارته ‪ْ 47‬م ‪ ،‬ويستهلﻚ شﻐ ً‬ ‫ال مقدارﻩ ‪٨‬‬ ‫كيلو جول ‪ .‬احسب درجة حرارة الﻐرفة ومعامل أداء املكيف ( كفاءة أداء املكيف ) ‪.‬‬

‫‪ )1٦‬ادعﺖ شركة أنها ﻃورت مبرد يعمل حلفظ درجة مكان بارد عند ( ‪ْ 33-‬م ) بينما درجة حرارة‬

‫اﳉو احمليط باملبرد ‪ْ 27‬م ‪ ،‬وأن معامل أداء املبرد (‪ . )5٫5‬قيم ادعاء هذﻩ الشركة ‪.‬‬

‫‪155‬‬

‫‪ )17‬قضيب من النحاس ﻃوله ‪ 40‬سم ‪ ،‬ﻃرفه األول على لهب درجة حرارته ‪ْ 200‬م وﻃرفه اﻵخر درجة‬

‫حرارته صفر درجة مئوية ‪ ،‬أوجد درجة حرارة نقطة من القضيب تبعد عن ﻃرفه األول مسافة ‪ 25‬سم ‪.‬‬ ‫‪ )1٨‬الشكل التالي يوضح إجراءين حراريني ‪ ،‬اإلجراء األول عبر املسار ( أ – ب ) وﲢﺖ درجة حرارة‬ ‫ثابتة ‪ ،‬واإلجراء الثاني عبر املسار ( أ – جـ) وهو إجراء أديباتيكي ( كظوم ) اعتماد ًا على بيانات‬ ‫الشكل أوجد ‪:‬‬ ‫‪∆ -1‬ط‬

‫د‬

‫‪ -2‬كمية احلرارة‬

‫‪ -3‬الشﻐل لكل من اإلجراءين‬

‫شكل (‪)24-3‬‬

‫‪ ) 1٩‬زجاج نافذة مساحته ‪ 1٫5‬م وسمكه ‪ 4‬ملم ودرجة حرارة الﻐرفة ‪ْ 20‬م ‪ ،‬أما في اخلارج فدرجة‬ ‫احلرارة ‪ْ 5-‬م إذا كان معامل التوصيل احلراري للزجاج = ‪ 0٫٨‬واط ‪ /‬م ‪ْ .‬م ‪ ،‬احسب معدل فقدان‬ ‫( انتقال ) زجاج النافذة للحرارة ‪.‬‬ ‫‪ ) 20‬خزان ماء على سطح منزل درجة حرارة املاء داخل اخلزان ‪ْ 15‬م‪ ،‬ودرجة حرارة تيار الهواء (‪ْ 10-‬م )‬

‫‪ ،‬إذا كانﺖ املساحة الكلية ألسطح اخلزان ‪ 10‬م‪ ، 2‬فأوجد معدل انتقال احلرارة باحلمل معتبر ًا‬ ‫(م )= ‪ 30‬واط ‪ /‬م‪ْ . 2‬م‬

‫‪156‬‬

‫‪ ) 21‬ﻏرفة من اخلرسانة مساحة جدرانها وسطحها ‪ 120‬م‪ ، 2‬ومتوسط سمكها ‪ 15‬سم ‪ ،‬إذا كان‬ ‫م للﺨرسانة = ‪ 1٫2‬واط ‪ /‬م‪ْ .‬م فأوجد ‪:‬‬

‫أ‪ -‬معدل انسياب احلرارة للﺨارج في ليلة باردة حيﺚ درجة احلرارة داخل الﻐرفة ‪ْ 15‬م وخارجها‬ ‫(‪ْ 5-‬م ) ‪.‬‬

‫ب‪ -‬قدرة املدفأة التي ﲢفظ درجة حرارة الﻐرفة ثابتة ‪.‬‬

‫‪157‬‬

158

‫‪ -1‬المراجع‪.‬‬ ‫‪ -2‬آلية التقويم العملي‪.‬‬ ‫‪ -3‬قائمة ببعض الثوابت العلمية‪.‬‬ ‫‪ -4‬المواقع اإللكترونية لتعلم الفيزياء‪.‬‬ ‫‪ -5‬استبانة تقويم مقررات العلوم الطبيعية‪.‬‬

‫‪159‬‬

‫(‪ )١‬المﺮاﺟﻊ‬ ‫املراجﻊ العربية‬ ‫‪ -1‬قدورة‪ ،‬ليلى ‪ ،‬مدخل إلى العلوم الطبيعية ‪ ،‬الطبعة األولى ‪ ،‬األردن ‪ ،‬عمان ‪ ،‬دار احلامد للنشر‬ ‫والتوزيﻊ ‪ 2004‬م ‪.‬‬ ‫‪ -2‬سامي ﻃه صالح ‪ ،‬املثالي في الفيزياء ‪ ،‬مصر ‪ ،‬القاهرة ‪ ،‬مكتبة مصر ‪ 2001‬م‪.‬‬ ‫‪ -3‬آل عيسى‪ ،‬أ‪.‬د محمد بن علي أحمد‪ ،‬الفيزياء العامة ‪ ،‬اململكة العربية السعودية ‪ ،‬جامعة امللﻚ‬ ‫سعود ‪ ،‬دار اخلريجي للنشر ‪ 1417‬هـ ‪ 1٩٩7 /‬م ‪.‬‬ ‫‪ -4‬الفهاد‪ ،‬مروان أحمد ‪ ،‬الفيزياء النظرية األساسية ‪ ،‬اململكة العربية السعودية ‪ ،‬الرياض ‪،‬‬ ‫العبيكان ‪ ،‬الطبعة األولى ‪1420‬هـ ‪ 1٩٩٩ /‬م ‪.‬‬ ‫‪ -5‬حسن‪ ،‬فﺨري إسماعيل ‪ ،‬مقدمة في الفيزياء احلديثة ‪ ،‬اململكة العربية السعودية ‪ ،‬الرياض ‪ ،‬دار‬ ‫املريﺦ للنشر ‪ 1٩77‬م ‪.‬‬ ‫‪ -٦‬واصف‪ ،‬رأفﺖ كامل ‪ ،‬أساسيات الفيزياء الكالسيكية واملعاصرة ‪ ،‬مصر ‪ ،‬القاهرة ‪ ،‬دار النشر‬ ‫للجامعات ‪ 141٨‬هـ ‪ 1٩٩7 /‬م ‪.‬‬ ‫‪ -7‬العثمان‪ ،‬وآخرون ‪ ،‬فيزياء الصف الثالﺚ ثانوي ‪ ،‬وزارة التربية والتعليم ‪،‬ط ‪1427‬هـ ‪.‬‬ ‫‪ -٨‬النجار ‪ ،‬حسني وآخرون ‪ ،‬الفيزياء للصف الثاني عشر ‪ ،‬جـ ‪ ،1‬مكتب التربية العربي لدول‬ ‫اخلليج العربية ‪1٩٩7 ،‬م ‪.‬‬ ‫‪ -٩‬فيزياء الصف الثالﺚ ثانوي‪ ،‬وزارة التربية والتعليم‪ ،‬اململكة العربية السعودية‪ ،‬ﻃبعة ‪142٨‬هـ‪.‬‬ ‫‪ -10‬العقيل‪ ،‬د‪ .‬إبراهيم‪ ،‬الفيزياء التجريبية‪ ،‬جامعة امللﻚ سعود الطبعة الرابعة ‪1420‬هـ‪.‬‬

‫‪160‬‬

: ‫املراجﻊ األجنبية‬ 1-Serway, Physics fro scientists and Engineers,Third Edition,1992G. 2- Cutunell , Physics , John Wily, 1997G. 3- Griffith The Physics of Everyday Phenomena, Fifht Edition 2007.

4- Physics Secondary Education, Second Year Lebanon, 1999.

161

‫(‪ )2‬التقويم العملي‬ ‫منوذج تقومي درجات العملي ملقررات العلوم‬ ‫( الفيزياء‪ -‬الكيمياء) في نظام التعليم الثانوي‬ ‫م‬

‫ ‬

‫اسم املهارة‬

‫التجربة‬ ‫التجربة‬ ‫الثانية‬ ‫األولى‬ ‫( ‪ 5‬درجات) ( ‪ 5‬درجات)‬

‫االختبار‬ ‫املتوسط‬ ‫( ‪ 5‬درجات) ( ‪ 5‬درجات)‬

‫‪1‬‬

‫مهارة التعرف على أسماء‬ ‫األجهزة واألدوات وعملها‬

‫‪1‬‬

‫‪1‬‬

‫‪2‬‬

‫‪1‬‬

‫‪2‬‬

‫مهارة استخدام األجهزة وأخذ‬ ‫القياسات ( القراءات)‬

‫‪1‬‬

‫‪1‬‬

‫‪2‬‬

‫‪1‬‬

‫‪3‬‬

‫مهارة التدوين العلمي‬

‫‪1‬‬

‫‪1‬‬

‫‪2‬‬

‫‪1‬‬

‫‪4‬‬

‫مهارة الرسم البياني‬

‫‪1‬‬

‫‪1‬‬

‫‪2‬‬

‫‪1‬‬

‫‪5‬‬

‫املهارات الرياضية ( احلسابات‪-‬‬ ‫االستنتاج)‬

‫‪1‬‬

‫‪1‬‬

‫‪2‬‬

‫‪1‬‬

‫املجموع‬

‫‪5‬‬

‫‪5‬‬

‫‪5 = 2 ÷ 10‬‬

‫‪5‬‬

‫املجموع الكلي( من ‪10 = 5 + 5 = )10‬‬ ‫(مالحظات)‪:‬‬ ‫‪1-1‬ميكن تغيير توزيع الدرجات حسب احلقول تب ًعا لطبيعة التجربة وميكن إضافة‬ ‫مهارات أخرى‪.‬‬ ‫‪2-2‬يجري الطالب جتربتني على األقل في كل مقرر خالل الفصل الدراسي‪.‬‬ ‫‪3-3‬االختبار يجرى مرة واحدة في نهاية الفصل قبيل االختبارات النهائية‬

‫‪162‬‬

‫) ﻻﺋﺤة ﺑبعﺾ الﺜواﺑﺖ الﻔﻴﺰياﺋﻴة الﺮﺋﻴﺴة‬٣( …b�u�«

WLOI�« ÀØÂ

X ٨١٠ ٢٫٩٩٧٩٢٥

¡uC�« W�d�

Âu�u�

X ١٠-١٩ ١٫٦٠٢١٠

ÊËd�J�ù« WM��

WO�U� ‰u�

X ١٠-٣٤ ٦٫٦٢٥٥٩

p�ö� X�U�

‰u� Ø ¡Íe�

X ٢٣١٠ ٦٫٠٢٢٥٢

Ë—œU�u�√ œb�

‰u� Ø Âu�u�

X ٤١٠ ٩٫٦٤٨٧٠

Íœ«—U� X�U�

Â

X ٧١٠ ١٫٠٩٧٣٧٣١

⁄d�b�— X�U�

r��

X ١٠-٣١ ٩٫١٠٩٠٨

Æ–Æ„ÆË

X ١٠-٥٤ ٥٫٤٨٥٩٧

X�u� ÊËd�J�≈ UGO�

X ١٠-١ ٥٫١١٠٠٦

r��

X ١٠-٢٧ ١٫٦٧٢٥٢

Æ–Æ„ÆË

١٫٠٠٧٢٧٦٦٣

Æ·Æ√ÆÂ

X ١٠-٢ ٩٫٣٩٢٥٦

r��

X ١٠-٢٧ ١٫٦٧٤٨٢

Æ–Æ„ÆË

١٫٠٠٨٦٦٥٤

Æ·Æ√ÆÂ

X ٢٠-٢ ٩٫٣٩٥٥٠

r�� Ø Âu�u�

X ١١١٠ ١٫٧٥٨٧٩٦

t�K�J� ÊËd�J�ù« WM�� W���

ÀØÂ

٩٫٨٠٦٦٥

WO{—_« WO�–U'« Ÿ—U�� X�U�

Âu�u� Ø ≤Â Æ s�uO�

X ٩١٠ ٩٫٠

©Âu�u�® wzU�dNJ�« X�U��«

Â Ø s�uO�

X ٥١٠ ١٫٠١٣٢٥٠

Í—UOF*« Íu'« jGC�«

dO��√ Ø Â Æ ö��

X π ١٠-٧ ٤

μ0 ⁄«dH�« w� WO�O�UMG*« …–UHM�«

©≤Â Æ Ê® Ø ≤Âu�u�

X ١٠-١٢ ٨٫٨٥٤

ε0 ⁄«dH�« w� WOzU�dNJ�« WO�UL��«

≠±

≤ ≤

≤

163

X�U��« r�«

ÊËd�J�ù« WK��

Êu�Ëd��« WK��

ÊËd�uOM�« WK��

‫) المواﻗﻊ اﻹلﻜتﺮونﻴة لتعلم الﻔﻴﺰياء‬٤( ‫ﻋﺠاﺋب الﻔﻴﺰياء‬

http://sprott.physics.wisc.edu/wop ‫دلﻴﻞ ﻋلم الﻔﻴﺰياء‬

www.het.brown.edu.physics/index.html ‫ﻣعمﻞ الﻔﻴﺰياء اﻻﻓتﺮاﺿي‬

www.physics.nwu.edu/ugrad/vpl ‫ﻣﻨطقة الﻔﻴﺰياء‬

www.sciencejoywagon.com/physicszone ‫الﺠمعﻴة اﻷﻣﺮيﻜﻴة للﻔﻴﺰياء‬

www.aapt.org ‫دلﻴﻞ ﻋلم الﻔﻴﺰياء‬

http://physicsweb.org/resources/home ‫الﻔﻴﺰياء الﺤﺪيﺜة‬

www.colorado.edu/physics/phet ‫ﻣعلم الﻔﻴﺰياء‬

www.physicstutor.com ‫ﻣﻜتبة الﻔﻴﺰياء‬

http://library.thinkquest.org/10796 164

‫(‪ )5‬استبانة تقويم كتاب الطالب‬

‫األخ الزميل‬

‫حرص ًا من الوزارة على تطوير العملية التعليمية نحو األفضل ولكون الكتاب املدرسي أحد ركائز‬ ‫هذه العملية وإميان ًا منها بدور املدرس وجهوده املخلصة في استفادة أبنائنا الطالب من الكتاب‬ ‫املدرسي فإننا نضع لكم االستبانة التالية الستطالع رأيك ونأمل أن تنال منكم االهتمام والدقة‬ ‫في تعبئتها حيث تهدف إلى تطوير مقررات العلوم الطبيعية من جميع جوانبه التربوية والتعليمية‬ ‫والفنية ونأمل إرسالها إلى وحدة العلوم ‪-‬اإلدارة العامة للمناهج‪ -‬وزارة التربية والتعليم‪.‬‬

‫‪165‬‬

‫‪ -1‬احملتوى واخلطة الدراسية‪:‬‬ ‫البند‬

‫نعم‬

‫إلى حد ما‬

‫ال‬

‫ هل تعتبر عدد حصص املادة كافية‬‫‪ -‬هل ميكن تغطية املقرر حسب اخلطة املعتمدة‬

‫‪ -2‬وظيفة احملتوى‪:‬‬ ‫تعني الوظيفية الدور الذي يساهم به احملتوى في ربط املادة العلمية مبجاالت احلياة وترسيخ العقيدة اإلسالمية‪ .‬فما‬ ‫مدى مساهمة احملتوى فيما يلي‪:‬‬

‫البند‬

‫جيد‬

‫متوسط‬

‫ضعيف‬

‫ ترسيخ العقيدة اإلسالمية‬‫ تفاعل الطالب مع اخلطط التنموية واحلضارية في اململكة‬‫ إدخال مفاهيم تقنية‬‫ إيجاد حلول لبعض املشكالت اليومية‬‫ ربط املادة العلمية بالبيئة‬‫ اكتساب عادات وسلوكيات صحية وتركز على الوقاية والسالمة‬‫ما اقتراحك لتحسني وظيفة محتوى الكتاب في املجاالت املشار إليها‪ .‬ومجاالت أخرى تراها‪:‬‬ ‫‪......................................................................................‬‬ ‫‪........................................................................................‬‬ ‫‪........................................................................................‬‬ ‫‪......................................................................................‬‬ ‫‪........................................................................................‬‬ ‫‪........................................................................................‬‬

‫‪166‬‬

‫‪ -3‬احملتوى وأسلوب العرض‪:‬‬ ‫بدرجة جيدة بدرجة متوسطة بدرجة ضعيفة‬

‫البند‬

‫ يراعي العرض لربط املعلومات مبعلومات سابقة‬‫ يراعي العرض التمهيد ملعلومات الحقة‬‫ يراعي العرض عنصر التشويق‬‫ يراعي العرض التدرج في الصعوبة‬‫ يعتمد العرض على وسائل تعليمية مناسبة‬‫ مدى مراعاة الفروق الفردية بني الطالب‬‫هل تسلسل محتوى الكتاب مناسب‬

‫نعم‬

‫ال‬

‫في حالة إجابتك «بال» رتب فصول الكتاب حسب ما ترى‪:‬‬

‫م‬

‫املوضوع‬

‫م‬

‫‪1‬‬

‫‪4‬‬

‫‪2‬‬

‫‪5‬‬

‫‪3‬‬

‫‪6‬‬

‫املوضوع‬

‫‪ -4‬احملتوى ومستوى النضج العقلي للطالب‪:‬‬ ‫ما املوضوعات التي ترى أنها أعلى من مستوى الطالب؟‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫ما املوضوعات التي ترى أنها دون مستوى الطالب؟‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬

‫‪167‬‬

‫‪ -5‬مقترحات أخرى لتطوير محتوى الكتاب بصفة عامة‪:‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫موضوعات ترى أن أسلوب عرضها مطول ويلزم تبسيطه‪:‬‬

‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫موضوعات ترى أن أسلوب عرضها موجز ويلزم اإليضاح‪:‬‬

‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫موضوعات تقترح حذفها‪ .‬وما السبب‪:‬‬

‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫موضوعات تقترح إضافتها‪ .‬ما السبب‪:‬‬

‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫اقتراحات أخرى‪ .‬ترى إضافتها لتحسني عرض املادة‪:‬‬

‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬

‫‪168‬‬

‫‪ -٦‬لﻐة الكتاب‪:‬‬ ‫مدى مناسبة لغة الكتاب ملستوى الطالب‪:‬‬

‫جيد‬

‫متوسط‬

‫ضعيﻒ‬

‫مدى سالمة لغة الكتاب‪ :‬األخطاء العلمية واللغوية واملطبعية‪:‬‬

‫الصفحة السطر نوع اخلطأ‬

‫صور هذه الصفحة إذا لزم ذلك‪.‬‬

‫اخلطأ‬

‫الصواب‬

‫‪169‬‬

‫فقرات في الكتاب ﲢتاج إلعادة صياﻏة‪:‬‬

‫الصفحة‬

‫السطر‬

‫صور هذه الصفحة إذا لزم ذلك‪.‬‬

‫‪170‬‬

‫املوضوع‬

‫الصفحة‬

‫السطر‬

‫املوضوع‬

‫‪ -7‬ماذا تقترح فيما يلي‪:‬‬ ‫البند‬

‫التجارب واألنشطة واألشكال املقترحة‬

‫املوضوع‬

‫السبب‬

‫إضافة جتارب‬ ‫وأنشطة عملية‬ ‫استبدال جتارب‬ ‫وأنشطة عملية‬ ‫حذف‬ ‫مقترحات أخرى لتطوير التجارب واألنشطة العملية في الكتاب‪:‬‬

‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬ ‫‪.....................................................................................‬‬

‫‪171‬‬

‫الرسوم واألشكال والصور‪:‬‬ ‫اذكر الرسوم واألشكال والصور التي تقترح إعادة النظر فيها مع توضيح نوع االقتراح بوضع (صح) في اخلانة‬ ‫املناسبة‪.‬‬

‫االقتراح‬ ‫استبدال إيضاح تعديل‬

‫الصفحة‬

‫اخلطأ‬

‫‪............‬‬ ‫‪............‬‬ ‫‪............‬‬ ‫‪............‬‬ ‫‪............‬‬ ‫‪............‬‬ ‫‪............‬‬ ‫‪............‬‬ ‫‪............‬‬ ‫‪............‬‬

‫‪....................................‬‬ ‫‪....................................‬‬ ‫‪....................................‬‬ ‫‪....................................‬‬ ‫‪....................................‬‬ ‫‪....................................‬‬ ‫‪....................................‬‬ ‫‪....................................‬‬ ‫‪....................................‬‬ ‫‪....................................‬‬

‫‪........‬‬ ‫‪........‬‬ ‫‪........‬‬ ‫‪........‬‬ ‫‪........‬‬ ‫‪........‬‬ ‫‪........‬‬ ‫‪........‬‬ ‫‪........‬‬ ‫‪.......‬‬

‫‪........ ........‬‬ ‫‪........ ........‬‬ ‫‪........ ........‬‬ ‫‪........ ........‬‬ ‫‪........ ........‬‬ ‫‪........ ........‬‬ ‫‪........ ........‬‬ ‫‪........ ........‬‬ ‫‪........ ........‬‬ ‫‪....... .......‬‬

‫حذف‬ ‫‪........‬‬ ‫‪........‬‬ ‫‪........‬‬ ‫‪........‬‬ ‫‪........‬‬ ‫‪........‬‬ ‫‪........‬‬ ‫‪........‬‬ ‫‪........‬‬ ‫‪.......‬‬

‫أشكال ورسوم وصور ‪ .‬تقترح إضافتها‪.‬‬

‫توضيح املفاهيم العلمية‬ ‫املوضوع‬

‫‪.................‬‬ ‫‪.................‬‬ ‫‪............... ..‬‬ ‫‪.................‬‬ ‫‪............. ....‬‬ ‫‪.................‬‬ ‫‪........... ......‬‬ ‫‪.................‬‬ ‫‪.................‬‬

‫صور‪ /‬رسوم‪ /‬أشكال‬

‫‪.......................‬‬ ‫‪.......... .............‬‬ ‫‪.......................‬‬ ‫‪.................... ...‬‬ ‫‪....... ................‬‬ ‫‪.......................‬‬ ‫‪.......................‬‬ ‫‪.......................‬‬ ‫‪.......................‬‬

‫تربط املقرر بالبيئة‬ ‫املوضوع‬

‫‪..................‬‬ ‫‪..................‬‬ ‫‪..................‬‬ ‫‪..................‬‬ ‫‪..................‬‬ ‫‪..................‬‬ ‫‪..................‬‬ ‫‪..................‬‬ ‫‪.................‬‬

‫مالحظة‪ :‬ميكن إرفاق األشكال والصور املقترحة إن أمكن أو مصدرها‪.‬‬

‫‪172‬‬

‫صور‪ /‬رسوم‪ /‬أشكال‬

‫‪.......................‬‬ ‫‪......... .............‬‬ ‫‪.......................‬‬ ‫‪.................. ....‬‬ ‫‪.... ..................‬‬ ‫‪.......................‬‬ ‫‪.......................‬‬ ‫‪.......................‬‬ ‫‪.......................‬‬

173