ملخص فيزياء 3 نظام المقررات
الفصل الاول : أساسيات الضوء
الفصل الثاني : الانعكاس و المرايا
الدرس الأول : الانعكاس عن المرايا المستوية
الفصل الثالث : الانكسار و العدسات
الدرس الأول : الانكسار
الدرس الثاني : العدسات المحدبة و المقعرة
الدرس الثالث : تطبيقات العدسات
الفصل الرابع : التداخل و الحيود
الدرس الاول : التداخل
الدرس الثاني : الحيود
الفصل الخامس : الكهربائي الساكنة
الدرس الاول : الشحنة الكهربائية
الدرس الثاني : القوة الكهربائية
الفصل السادس : المجالات الكهربائية
تطبيقات المجالات الكهربائية
الفصل السابع : الكهرباء التيارية
توليد التيار الكهربائي
استخدام الطاقة الكهربائية
الفصل الثامن : دوائر التوالي و التوازي الكهربائي
الدرس : تطبيقات الدوائر الكهربائية
الفصل الاول : أساسيات الضوء
1 _ كيف يسير الضوء :
يسير الضوء في خطوط مستقيمة .
و يمكن إثبات ذلك عن طريق :
- رؤية ضوء الشمس عبر نافذة الغرفة .
- تكون الظل لجسمك عندما يعترض ضوء الشمس .
2 _ نموذج الشعاع الضوئي :
*اعتقد العالم إسحاق نيوتن ان الضوء سيل من جسيمات متناهية الصغر لا يمكن تخيلها , تتحرك بسرعة كبيرة جداً أطلق عليها اسم كريات ضوئية او جسيمات ضوئية و لم يستطيع نموذج نيوتن تفسير خصائص الضوء جميعها اذ بينت التجارب ان الضوء يسلك سلوك الموجات ايضاً .
*يمكن تمثيل الضوء بشكل شعاع مستقيم .
*مصادر الضوء :
- مصادر طبيعية مثل الشمس , اللهب ….
- مصادر صناعية مثل المصباح , الليزر …..
*الفرق بين إضاءة الشمس و إضاءة القمر :
- الشمس مصدر مضيء يصدر الضوء من ذاته .
- بينما القمر مصدر مستضيء يصدر الضوء عن طريق انعكاس الضوء عنه .
*كيف يمكن رؤية الاجسام من حولنا :
لا بد للضوء ان ينعكس عن الاجسام او ينفذ منها لكي نستطيع رؤيتها .
*انواع الاوساط المادرية :
- الوسط المعتم و هو الذي لا ينفذ الضوء من خلاله و يعكس بعض الضوء .
- الوسط الشفاف و هو الذي يمر الضوء من خلاله مثل الزجاج , الهواء .
- الوسط شبه الشفاف و هو الذي ينفذ الضوء من خلاله لا يسمح برؤية الاجسام بوضوح .
*التدفق الضوئي ( P ) :
س : في الشكل المقابل : قارن بين المصباحين من حيث شدة اضاءتهما ؟
_ يعرف التدفق الضوئي بأنه معدل انبعاث الطاقة من المصدر الضوئي بمعنى اخر هو معدل انبعاث الاشعة الضوئية من المصدر المضيء .
_ و حدة قياس التدفق الضوئي تسمى ( لومن ) يرمز له بالرمز lm
*لنفرض ان مصباح موضوع داخل كرة نصف قطرها 1m فإنه سيبعث بالاشعة الضوئية في جميع الاتجاهات فإذا فرضنا ان التدفق الضوئي لهذا المصباح يساوي 1750lm فكم سيكون التدفق الضوئي اذا كان نصف قطر الكرة 2m ؟ و لماذا ؟
الجواب : سيكون نفسه 1750lm لان العدد الكلي للاشعة الضوئية الصادرة عن المصباح لا يتغير .
*الاستضاءة ( E ) :
_ نسمي كمية الاشعة التي تسقط على سطح ما ( وحدة مساحات ) فتضيئه بالستضاءة .
_ نرمز للاستضاءة بالرمز E و يقاس بوحدة ( لوكس lx )
*قانون شدة الاستضاءة :
حيث :
E: شدة الاستضاءة .
P : التدفق الضوئي للمصدر الضوئي .
r : بعد الجسم عن المصدر الضوئي .
*العوامل المؤثرة على مقدار الاستضاءة :
- التدفق الضوئي للمصدر الضوئي نوع العلاقة طردية مع شدة الاستضاءة .
- يعد الجسم عن المصدر بعد الجسم عن المصدر الضوئي نوع العلاقة عكسية .
*شدة الاضاءة : lv :
يمكن قياس ضوء المصادر بكمية نسميها شدة الاضاءة و تقاس بوحدة الكاندلا ( cd )
و هي تساوي التدفق الضوئي الذي يسقط على مساحة قدرها 1 متر مكعب من مساحة السطح الداخلي لكرة نص قطرها lm
_ قانونها :
الطبيعة الموجية للضوء
سؤال : هل يمكن اعتبار ان الضوء موجة ؟
الجواب : ان الضوء يسلك سلوك الموجات مثل الانعكاس و الانكسار بالاضافة الى خاصيتين و هي الحيود و الاستقطاب .
*الحيود و النموذج الضوئي :
_ افترض انك تسير في الممر فستسمع اصوات الطلاب في الفصل المجاور اذا كانت الابواب مفتوحة و ذلك لان الصوت يصل إلينا بانحراقه حول حافة الباب في حين يسير الضوء الذي يجعلك تراهم في خطوط مستقيمة فإذا كان الضوء عبارة عن موجة لماذا لا يسلك الطريقة نفسها التي يسلكها الصوت ؟
في الواقع فإن الضوء يسلك نفس سلوك الصوت الا ان تأثيره يكون اقل وضوحاً من الصوت .
_ في الشكل المقابل تأمل كيف تكون حواف الضل ؟ هل حواف الظل حادة ام لا ؟
توصل العالم الايطالي فرانسيسكو جريمالدي الى ان حواف الظلال ليست حادة تماماً و سميت هذه الظاهرة بالحيود .
_ حاول العالم هيجنز تفسير ظاهرة الحيود فقام بتجربة حيث وضع لوح به ثقب امام كشاف و استقبل الضوء على حاجز وجد ان نصف قطر الضوء المستقبل على الجدار لا يساوي نصف قطر الثقب على اللوح و السبب في ذلك ان الضوء الخارج من الثقب حدث له انحناء .
_ الحيود هو : انحناء الضوء حول الحواجز .
*تفسير ظاهرة الحيود :
يفسر ظاهرة الحيود بمبدأ هيجنز الذي ينص على ان نقاط مقدمة الموجة هي مصادر جديدة لموجات صغيرة تنتشر في جميع الاتجاهات .
*الالوان :
_ عندما مرر نيوتن الضوء خلال منشور زجاجي كما في الشكل المقابل لاحظ ترتيباً منظماً للالوان اطلق عليه الطيف و سميت هذه الالوان بألوان الطيف المرئي و قد فسر نيوتن ذلك بأن جسيمات الضوء تتفاعل بطريقة متفاوتة في الزجاج لتوليد الطيف و الان ماذا يحدث إذا وضعنا منشور آخر مقابل الالوان ؟
_ عند القيام بذلك فإن المنشور الثاني سيقوم بعكس تحلل الالوان و يعيد تراكيبها لتكون اللون الابيض .
_ و بما ان الالوان عبارة عن موجة ( بناءاً على تجارب هيجنز ) فإن الكميات الفيزيائية التي نقيسها لكل لون هي طولها الموجي فلكل لون من الالوان طول موجي محدد خاص به و اطوالها هو اللون الاحمر الى اقلها طولاً موجياً و هو البنفسجي و عند دخول هذه الالوان الى المنشور فإن كل لون منها له زاوية انكسار خاصة به و هذه الزوايا المختلفة هي التي تسبب تحلل الضوء الابيض على شكل طيف .
يرتبط الطول الموجي و التردد لكل لون بالعلاقة :
*اللون بواسطة مزج اشعة الضوء :
1 _ الالوان الاساسية :
تسمى الالوان الثلاثة ( الاحمر و الاخضر و الازرق ) ألوان اساسية لانها الالوان التي عندما تجتمع مع بعضها البعض تشكل اللون الابيض او ما يسمى ( جمع الالوان ) .
2 _ الالوان الثانوية :
كذلك عندما مزج اي لونين من الالوان الاساسية فإنها تشكل لوناً ثالثاً فمثلاً :
ينتج عن تداخل اللون الاحمر و الاخضر اللون الاصفر .
و ينتج عن تداخل اللون الاحمر و الازرق اللون الارجواني .
و ينتج عن تداخل اللون الاخضر و الازرق اللون الازرق الفاتح .
( تسمى هذه الالوان بالالوان الثانوية ) .
3 _ الالوان المتنامية :
نسمي اللونان الضوئيان اللذان يجمعان مع بعض لتكوين الضوء الابيض بالالوان المتنامية
فاللون الذي يتداخل مع اللون الاحمر لتكوين اللون الابيض هو الازرق الفاتح
و اللون الذي يتداخل مع اللون الاخضر لتكوين اللون الابيض هو اللون الارجواني
و اللون الذي يتداخل مع اللون الازرق لتكوين اللون الابيض هو اللون الاصفر .
*اللون بواسطة اختزال اشعة الضوء .
سؤال : كيف نرى ألوان الاجسام ؟ فمثلاً كيف نرى التفاحة حمراء ؟
الجواب : عندما يمتص الضوء فإن طاقته تنتقا الى الجسم الذي سقط عليه فالتفاحة الحمراء لونها احمر لان المواد الملونة فيها تعكس اللون الاحمر الى اعيننا بينما تمتص بقية الالوان و هو ما يسمى ( اختزال اشعة الضوء ) .
*الاستقطاب :
- يعرف الاستقطاب بأنه انتاج الضوء يتذبذب في اتجاه واحد .
- بالنظر الى الشكل المقابل يتضح ان الضوء العادي غير مستقطب اي انه يهتز في جميع الاتجاهات
_ الاستقطاب بالترشيح ( الفلترة )
الضوء العادي يحتوي على موجات تتذبذب في كل اتجاه عمودي على اتجاه انتقالها و عند وضع مرشح للاستقطاب في طريقها ( كما بالشكل المقابل ) فإن الموجات التي ستنفذ من خلاله هي فقط التي تكون في اتجاه محور الاستقطاب نفسه و بالتالي نحصل على ضوء مستقطب .
*تحليل الاستقطاب :
لنفرض انك حصلت على ضوء مستقطب باستخدام مرشح استقطاب فماذا يحدث اذا وضعت مرشح استقطاب اخر في مسار الضوء المستقطب ؟
عندما يكون محور المرشح الثاني موازياً لمحور المرشح الاول يمر كامل الضوء و عندما يكون محور المرشح الثاني عمودياً على محور المرشح الثاني لا يمر الضوء .
و يسمى القانون الذي يوضح مدى انخفاض شدة الضوء عندما يعبر مرشح استقطاب ثاني .
بقانون مالوس
*سرعة الموجات الضوئية :
لالوان الضوء المختلفة ترددات و اطوال موجية مختلفة و لكنها تنتقل جميعها في الفراغ بسرعة تساوي سرعة الضوء c و يمكن حساب الطول الموجي لاي لون من المعادلة :
*الحركة النسبية و الضوء :
سؤال : ماذا يحدث اذا تحرك مصدر ضوئي باتجاهك او تحركت انت في اتجاه مصدر الضوء ؟
الجواب : إذا تحرك مصدر ضوئي باتجاهك فإن الطول الموجي لها المصدر سوف يقل و بالتالي فإن انزياحاً للضوء المرئي نحو الازرق بينما لو تحرك المصدر الضوئي مبتعداً عنك فإن الطول الموجي لها المصدر سوف يزيد و بالتالي يحدث انزياح للضوء المرئي نحو اللون الاحمر و يسمى هذا التأثير بتأثير دوبلر .
نستطيع حساب تردد الضوء كما يراه المراقب بالمعادلة :
نستخدم الاشارة الموجبة ( الجمع ) اذا تحرك كل من المصدر و المراقب في اتجاه الاخر ( اي يقتربون من بعض )
و نستخدم الاشارة السالبة ( الطرح ) اذا تحرك المصدر و المراقب مبتعدين عن بعض ( اي في اتجاه متعاكسين )
*انزياح دوبلر :
يرمز لازاحة دوبلر بالرمز ( ) و الذي يمثل الفرق بين الطول الموجي المراقب للضوء و الطول الموجي الحقيقي .
_ التغير الموجب في الطول الموجي يعني ان الضوء مزاح نحو الاحمر و هذا يحدث اذا كان المصدر مبتعداً عن المراقب .
_ التغير السالب في الطول الموجي يعني ان الضوء مزاح نحو الازرق و هذا يحدث إذا كان المصدر مقترباً عن المراقب .
*تطبيقات انزياح دوبلر :
تحديد كيفية تحرك الاجسام الفلكية بالنسبة للارض باستخدام جهاز المطياف لمراقبة طيف الضوء المنبعث من النجوم في المجرة فقد استخدمها عالم الفلك الامريكي هابل عان 1929 في رصد النجوم . و كانت دهشته كبيرة عندما وجد عن طريق ظاهرة دوبلر ان كل تلك المجرات تبتعد عنا بسرعات عظيمة و في جميع الاتجاهات .
الفصل الثاني : الانعكاس و المرايا
الدرس الاول : الانعكاس عن المرايا المستوية :
مقدمة :
عندما يسقط الضوء على جسم معتم ككتاب مثلاً فإن هذا الجسم يمتص جزءاً من الضوء الساقط و يتحول الى طاقة حرارية كما ينعكس جزء آخر من الضوء الساقط و يعتمد الضوء المنعكس على طبيعة السطح العاكس و على زاوية سقوط الضوء .
_ قانون الانعكاس :
- الشعاع الساقط و الشعاع المنعكس و العمود المقام على السطح العاكس عند نقطة السقوط تقع جميعها في مستوٍ واحد .
- زاوية السقوط ( ) = زاوية الانعكاس ( ) .
*انواع الانعكاس :
- الانعكاس المنتظم و يحدث عندما تسقط الاشعة على سطح متوازية و تنعكس عنه متوازية مثل سقوط الضوء على المرآة .
- الانعكاس غير المنتظم و يحدث عندما تسقط الاشعة متوازية على سطح ما لكنها تنعكس غير متوازية مثل سقوط الضوء على قطعة خشب .
*تجربة ( إثبات قانون الانعكاس ) :
- اسقط شعاع ساقط على المرآة و لاحظ مماذا يحدث ؟
- قس زاوية السقوط و زاوية الانعكاس ؟
- غير من زاوية السقوط و لاحظ ماذا يحدث لزاوية الانعكاس ؟
- دون النتائج ي الجدول التالي ؟
- ماذا تستنتج ؟
| المحاولة | زاوية السقوط | زاوية الانعكاس |
_ كيف يمكن تطبيق قانونا الانعكاس على الانعكاس الغير منتظم ؟
في الشكل المقابل تنعكس الاشعة عن سطح خشن ( غير منتظم ) تكون زاوية سقوط الاشعة مساوية لزاوية انعكاسها الا ان الاعمدة المقامة على السطح عند مواقع سقوط الاشعة غير متوازية لذا لا يمكن ان تكون الاشعة المنعكسة متوازية لان السطح الخشن حال دون توازيها . وفي هذه الحالة تتفرق الاشعة المنعكسة في جميع الاتجاهات .
_ الاجسام و الصور في المرايا المستوية :
المرآة المستوية هي عبارة عن سطح مستو املس مصقول ينعكس عنه الضوء انعكاساً منتظماً .
_ إن الجسم بالنسبة للمرآة المستوية هو مصدر الاشعة الضوئية التي ستنعكس عنها فقد يكون مصدراً مضيئاً كمصباح او مستضيئاً كإنسان .
_ صفات الصور في الرايا المستوية :
يوضح الشكل المقابل تساوي بعد الجسم و بعد الصورة عن المرآة و كذلك تساوي طول الجسم و طول الصورة .
و للصورة في المرآة المستوية الصفات التالية :
- خيالية : فهي ناتجة عن التقاء امتدادات الاشعة الضوئية .
- معتدلة ( ليست مقلوبة )
- مساوية لطول الجسم ( ليست مكبرة و لا مصغرة )
يمكن حساب بعد الصورة عن المرآة المستوية بالمعادلة التالية :
تدل الاشارة السالبة على ان الصورة خيالية .
كما يمكن حساب طول الصورة في المرآة المستوية بالمعادلة :
*الصورة الحقيقية و الصورة الخيالية :
الصورة الحقيقية هي تلك الصورة التي تتكون من التقاء الاشعة الضوئية الصادرة من الجسم اما الصورة الخيالية فهي الصورة التي تتكون من التقاء انتدادات الاشعة الضوئية .
*ملاحظة هامة : كل صورة حقيقية مقلوبة و كل صورة خيالية هي صورة معتدلة .
_ المرايا الكروية :
هي مرايا عبارة عن جزء مأخوذ من كرة جوفاء :
فإذا تم صقل جزءها الداخلي فنحصل عل مرآة مقعرة .
فإذا تم صقل جزءها الخارجي فنحصل عل مرآة محدبة .
_ مصطلحات خاصة بالرآة الكروية :
انظر الشكل أدناه :
- قطب المرآة ( M ) : هو نقطة تقع في منتصف سطح المرآة .
- البؤرة الاصلية للمرآة ( F ) : هي نقطة تتجمع فيها الاشعة الموازية لمحور المرآة بعد انعكاسها .
- البعد البؤري ( f ) : هو البعد بين قطب المرآة وبؤرتها الاصلية .
- مركز التكور ( C ) : هو نقطة تمثل مركز تكور الكرة التي اقتطعت منها هذه المرآة .
- نصف قطر هذه الكرة ( r ) = ضعف البعد البؤري ( 2C ) .
- محور المرآة الرئيس : هو خط يصل بين قطب المرآة و مركز تكورها ممتداً من الجهتين .
- بعد الجسم عن المرآة ( d0 ) و بعد الصورة عن المرآة (
- di )
_ الطريقة الهندسية لتحديد موقع الصورة :
لرسم الصورة نحتاج الى رسم شعاعين لتلتقي للحصول على الصورة :
1 _ الشعاع الاول : شعاع موازي للمحور ينعكس ماراً بالبؤرة .
2 _ الشعاع الثاني : شعاع ماراً بالبؤرة ينعكس موازي للمحور .
*ملاحظة هامة : مكان التقاء هذين الشعاعين تتكون هناك الصورة و يكون نوعها حقيقية فإن التقت امتدادات الاشعة تكون الصورة خيالية .
_ حالات تكون الصورة في المرايا المقعرة :
الحالة الاولى :
الجسم : في اللانهاية ( بعيد جدا )
الصورة : حقيقية نقطية ( تتجمع في نقطة ) مقلوبة , وتتكون في البؤرة .
الحالة الثانية :
الجسم : خلف مركز التكور .
الصورة : حقيقية مصغرة مقلوبة , و تتكون بين البؤرة و مركز التكور .
الحالة الثالثة :
الجسم : في مركز التكور .
الصورة : حقيقية مساوية للجسم مقلوبة , و تتكون في مركز اتكور .
الحالة الرابعة :
الجسم : بين البؤرة و مركز التكور
الصورة : حقيقية مكبرة ( اكبر من الجسم ) , مقلوبة , وتتكون خلف مركز التكور .
الحالة الخامسة :
الجسم : في البؤرة .
الصورة : في اللانهاية ( لا تتكون صورة )
الحالة السادسة :
الجسم : بين البؤرة و قطب المرآة .
الصورة : خيالية , مكبرة معتدلة , و تتكون خلف المرآة .
المرآة المحدبة :
_ حالة تكون الصور في المآة المحدبة :
موقع الصورة : خلف المرآة .
أوصاف الصورة : خيالية - معتدلة - مصغرة .
_ الطريقة الرياضية لتحديد موقع الصورة :
الرمون هي :
البعد البؤري للمرآة ( f )
بعد الجسم عن المرآة ( d0 )
بعد الصورة عن المرآة ( di )
طول الجسم ( h0 )
طول الصورة ( hi )
مقدار التكبير ( m )
_ معادلة المرايا الكروية :
_ التكبير :
الفصل الثالث : الانكسار و العدسات
سؤال : ما معنى الانكسار و متى يحدث ؟
الجواب : هو انحراف مسار الشعاع الضوئي عندما ينتقل من وسط لاخر يختلف عنه . و يحدث بسبب تغير سرعة الضوء عند مروره في الوسطين .
_ في الشكل المقام يظهر العمود المقام على سطح الفاصل حيث زاوية السقةط ( ) و هي زاوية بين العمود المقام و الشعاع الساقط , زاوية الانكسار ( ) و هي الزاوية بين العمود المقام و الشعاع المنكسر .
1 _ قانون سنل : يوضح قانون سنل ان انكسار الضوء يعتمد على زاوية السقوط و زاوية الانكسار و على الوسطين الشفافين ( اي على مقدار ثابت يعتمد على المادة يسمى معامل الانكسار للوسط و يرمز له بالرمز n )
الصيغة الرياضية لقانون سنل :
حيث :
n1 = معامل الانكسار المطلق للوسط الشفاف الاول الذي يسقط منه الضوء .
n2 = معامل الانكسار المطلق للوسط الشفاف الثاني الذي ينكسر منه الضوء .
_ تطبيق قانون سنل :
1 _ عند الانتقال من وسط ( معامل انكساره قليل ) الى وسط كثيف ( معامل انكساره كبير ) .
2 _ عند الانتقال من وسط ( معامل انكساره كبير ) الى وسط ( معامل انكساره قليل )
_ الانعكاس الكلي الداخلي :
*عندما ينتقل الضوء الى وسط معامل انكساره اقل تكون زاوية الانكسار اكبر من زاوية السقوط كما بالشكل المقابل و مع زيادة زايوة السقوط نزداد زاوية الانكسار الى ان نصل الى زاوية انكسار = 90 درجة
أي ان الشعاع المنكسر يكون على امتداد الحد الفاصل بين الوسطين و تسمى زاوية السقوط التي يكون زاوية انكساره 90 درجة بالزاوية الحرجة .
_ نرمز للزاوية الحرجة بالرمز ( ) و هي الزاوية الحرجة هي زاوية سقوط في وسط تقابلها زاوية انكسار قدرها 90 درجة في الهواء و تعطى من القانون :
إذا زادت زاوية السقوط عن الزاوية الحرجة فإن الشعاع الضوئي ينعكس و تسمى هذه الظاهرة بالانعكاس الكلي الداخلي .
_ تطبيقات ظاهرة الانعكاس الكلي الداخلي :
1 _ السراب : و سببه هو حدوث الانكسار المتكرر ( انكسارات متتالية ) للضوء عند انتقاله من طبقات الباردة للهواء الى الطيقات الساخنة حيث ينكسر الضوء مبتعداً عن العمود المقام الى ان تصل زاوية السقوط الى قيمة اكبر من الزاوية الحرجة فيحدث الانعكاس الكلي الداخلي مما يسبب حدوث السراب .
2 _ الالياف الضوئية : تعد الالياف الضوئية تطبيقاً مهما للانعكاس الكلي الداخلي ففي الليف الضوئي يدخل الضوء بزاوية اكبر من الزاوية الحرجة لذلك ينعكس الضوء انعكاساً كلياً داخلياً لذلك يحافظ الضوء على شدته على طول المسافة التي يمتدها الليف الضوئي .
الدرس الثاني / العدسات المحدبة و المقعرة .
العدسة : هي قطعة من مادة شفافة مثل الزجاج او البلاستيك نستخدم في تجميع الضوء او تفريقه وتكوين الصور .
_ انواع العدسات :
- عدسة محدبة ( مجمعة ) : و هي التي تكون سميكة من وسطها و رقيقة من اطرافها .
- عدسة مقعرة ( مفرقة ) وهي التي تكون رقيقة من وسطها و سميكة من اطرافها .
_ حالات تكون الصور في العدسة المحدبة :
_ حالة تكون الصور في العدسة المقعرة :
حالة وحيدة فقط :
مكان الجسم : في اي مكان امام العدسة .
مكان الصورة : امام العدسة في جهة الجسم .
صفات الصورة المتكونة : خيالية - معتدلة - مصغرة .
_ الطريقة الرياضية لتحديد موقع الصورة :
الرموز هي :
البعد البؤري للعدسة ( f )
بعد الجسم عن العدسة ( d0 )
بعد الصورة عن العدسة ( di )
طول الجسم ( h0 )
طول الصورة ( hi )
مقدار التكبير ( m )
_ معادلة العدسة الرقيقة :
_ التكبير :
الدرس الثالث / تطبيقات العدسات :
_ العدسات في العينين :
العين وعاء كروي تقريباً انظر في الشكل :
القرنية هي المئولة عن تجميع الضوء الداخل الى العين بينما العدسة هي المسئولة عن التجميع الدقيق الذي يسمح لك برؤية الاجسام البعيدة و القرنية بوضوح تام , و ذلك بواسطة العضلات المحيطة بالعين حيث تغير من البعد البؤري للعدسة فعندما ترتخي العضلات يزيد البعد البؤري لرؤية الاجسام البعيدة و عندما تنقبض يقل البعد البؤري لرؤية الاجسام القريبة .
_ عيوب النظر :
العين السليمة تكون الصورة على السبكية و إذا لم تتكون الصورة على الشبكية فتكون الصور غير واضحة :
الفصل لرابع : التداخل و الحيود
الدرس الاول : التداخل
_ الضوء المترابط و غير المترابط :
_ الضوء الغير مترابط :
- تكون مقدمات الموجة غير متزامنة . ( مثل / الضوء الابيض )
_ الضوء المترابط :
- تكون مقدمات الموجة متزامنة و منتظمة . ( مثل / ضوء الليزر )
_ تداخل الضوء المترابط ( المتزامن )
يحدث نتيجة تداخل موجات ضوئية صادرة من مصادر ضوئية مترابطة فقط .
*تجربة يونج :
أولا ً / ضوء أحادي :
_ تفسير تداخل الشق المزدوج :
عند تداخل الضوء القادم من الفتحتين على الحاجز فالتداخل اما ان يكون تداخلاً بناءاً ( ينتج اهداب مضيئة ) او تداخلاً هداماً ( ينتج أهداب مظلمة ) .
تذكير هام :
_ التداخل البناء : يحدث عندما يكون للموجتين نفس الطور ( قمة مع قمة و قاع مه قاع )
_ التداخل الهدام : يحدث عندما يكون فرق الطور بين الموجتين ( ) ( قمة تقابل قاع )
_ قياس الطول الموجي للضوء :
من الشكل السابق نحسب الطول الموجي للضوء المستخدم في ظاهرة التداخل من القانون :
حيث :
( ) : الطول الموجي للضوء المستخدم .
( X ) : المسافة بين اي الهدب المضيء المركزي و الهدب المضيء الاول .
( d ) : المسافة بين الشقين .
( L ) : المسافة بين الشقين و الحاجز الذي نستقبل عند الضوء .
الدرس الثاني : الحيود
تذكر : الحيود هو انحناء الموجات الضوئية حول حواف فتحة في حاجز اثناء مرورها من الفتحة ( شق احادي ) و يفسر الحيود من مبدأ هيجنز الذي ينص على ان كل نقطة على مقدمة الموجة تعتبر مصدر ضوئي نقطي .
_ حيود الشق الاحادي :
عندما يمر للضوء الازرق مثلاً من خلال شق صغير فإن الضوء يحيد عن كلنا الحافتين و تتكون سلسلة من الاهداب المضيئة و المعتمة على شاشة بعيدة تسمى اهداب الحيود كما بالشكل التالي :
_ حساب عرض الحزمة المضيئة في حيود الشق المفرد :
حيث :
( x1 ) / عرض الحزمة المركزية المضيئة .
( ) / الطول الموجي للضوء المستخدم .
( L ) / بعد الشاشة عن الشق .
( W ) / عرض الشق .
_ محزوزات الحيود : هو اداة مكونة من شقوق عدة مفردة حيود الضوء و يمكن ان يتجاوز عدد الشقوق 10000 شق لكل cm
_ أنواع محزوزات الحيود :
- محزوزات الانعكاس يصنع بحفر خطوط رفيعة جداً على سطوح معدنية او زجاج عاكس مثل سطح قرص ( dvd - cd )
- المحزوز الغشائي يصنع بضغط صفيحة رقيقة من البلاستيك على محزوز زجاجي و عند سحبها يتكون اثر على سطحها مماثل للمحزوز الزجاجي .
- محزوز النفاذ يصنع بعمل خدوش رفيعة جداً على زجاج منفذ للضوء بواسطة رأس من الالماس .
_ قياس الطول الموجي :
يوضح الرسم المقابل تركيب جهاز المطياف الذي يستخدم لقياس الاطوال الموجية للضوء .
و من الجهاز يمكن قياس الطول الموجي باستخدام القانون :
( ) الزاوية التي يتكون عندها الهدب المضيء ذو الرتبة الاولى .
( d ) المسافة الفاصلة بين الشقوق .
الفصل الخامس : الكهربائي الساكنة
_ الدرس الاول : الشحنة الكهربائية
تتكون المادة من ذرات , و تتكون الذرة من إلكترونات و بروتونات و نيوترونات , و من المعلوم ان الذرة متعادلة كهربائياً ( اي انها غير مشحونة ) و ذلك لان الالكترون يحمل شحنة سالبة و البروتون يحمل شحنة موجبة و هذان النوعان من الشحنات متعادلين في المقدار و لكنهما متعاكسين في الاشارة , و لكن عندما تفقد الذرة بعضاً من الكتروناتها فإنها تكتسب شحنة موجبة , و عندما تكتسب الذرة عدداً من الالكترونات فإنها تكتسب شحنة سالبة .
_ نشاط ( 1 )
خذ مسطرة بلاستيكية و ادلكها بقطعة من الصوف ثم قربها من قصاصات الورق .
1 _ ما هي القوة المؤثرة على قصاصات الورق قبل تقريب المسطرة ؟
قوة الجاذبية الارضية الى اسفل و قوة دفع الطاولة الى اعلى ( قوة لرد الفعل ) .
2 _ ما هي القوة المؤثرة على قصاصات الورق بعد تقريب المسطرة ؟
قوة الجاذبية الارضية الى اسفل و قوة جذب كهربائية الى اعلى ( اكبر في المقدار ) .
3 _ فسر ماذا يحدث عند ذلك المسطرة بقطعة الصوف ؟
عند الدلك تفقد إحدى المادتين الالكترونات فتصبح شحنتها موجبة و تنتقل هذه الالكترونات الى المادة الاخرى فتصبح شحنتها سالبة .
سؤال : لماذا تسقط الاوراق او تتطاير بعد فترة قصيرة ؟؟
الجواب : لانها تكتسب شحنات متشابهة لشحنات المطسرة .
*خلاصة النشاط .
توجد قوة كهربائية تنشأ بسبب الدلك و الدلك هو احتكاك جسمين مختلفين ببعضهما مما يسبب انتقال الالكترونات من احدهما الى الاخر فيصبح فائض من الالكترونات فيقال عنه مشحون بشحنة سالبة و يصبح للاخر نقص في الالكترونات فيقال عنه مشحون بشحنة موجبة .
_ الشحنة الكهربائية : هي صفة تطلق على الالكترونات و البروتونات حيث تحمل الالكترونات شحنة سالبة و البروتونات شحنة موجبة .
_ عندما تصف جسماً ما بأنه مشحون فإن ذلك تعبيراً عن الزيادة او النقص في عدد الالكترونات بالنسبة للبروتونات في ذلك الجسم .
_ الكهرباء الساكنة ….. دراسة الشحنات الكهربائية التي تتجمع في مكان ما .
_ نشاط ( 2 )
1 _ ماذا تلاحظ عند لصق الشريطين على سطح الطاولة ثم سحبهما و تقريبها من بعض ؟
يتنافر الشريطين عن بعضهما لانها اكتسبا نفس الشحنة .
2 _ ماذا تلاحظ عند ذلك الشريطين بيدلِ بلطف ؟
تفرغ شحنات الشريط في اليد ( إزالة الشحنات من الشريط ) .
3 _ ماذا يحدث عند لصق الشريطين على سطح الطاولة بحيث يكونا على بعضهما ثم سحبهما و تفريقهما ؟
يتجاذب الشريطين ( لانهما اكتسبا شحنة مختلفة ) .
*خلاصة النشاط :
هناك نوعين من الشحنات الكهربائية ( شحنات موجبة + و شحنات سالبة - )
و تؤثر الاجسام المشحونة فيما بينها بقوى تجاذب و تنافر .
_ قانون حفظ الشحنة الكهربائية .
لا يمكن انتاج الشحنة الكهربائية و لا إنقاصها ( فهي محفوظة ) و الشحن ليس الا فصل الشحنات و نقل الالكترونات .
| _ الجسم المتعادل ….. هو جسم عدد الالكترونات السالبة = عدد البروتونات الموجبة . |
_ الموصلات و العوازل :
_ هل يمكن ان تنتقل شحنات خلال مادة معروفة بأنها عازلة ؟
نعم تحت ظروف معينة مثل انتقال الشحنات في الهواء تحت ظرف التفريغ الكهربائي .
الدرس الثاني : القوة الكهربائية
*القوة المؤثرة في الاجسام المشحونة :
_ تجربة استهلاكية :
لاحظ الشكل المقابل :
1 _ كم نوع من الشحنات الكهربائية ؟ و ما العلاقة بينهما ؟
هناك نوعين من الشحنات + و - , الشحنات المتشابهة تتنافر و الشحنات المختلفة تتجاذب
2 _ ما تأثير الشحنات في بعضها ؟ هل يجب ان تكون متلامسة حتى تؤثر بعضها ؟ ومتة تزداد ؟
تؤثر الشحنات في بعض بقوى عن بعد , تكون القوة اكبر عندما تكون الشحنات متقاربة .
_ الكشاف الكهربائي :
*استخداماته :
هو جهاز يكشف عن الشحنات الكهربائية و نوعها .
*تركيبه :
يتركب الكشاف الكهربائي من قرص فلزي مثبت على ساق متصلة بقطعتين فلزيتين خفيفتين ورقيقتين ( الورقتين )
*الشحن بالتوصيل :
هو شحن جسم بملامسته جسماً اخر مشحون .
_ فصل الشحنات على الاجسام المتعادلة :
في الشكل المقابل : ماذا يحدث للكرة المتعادلة عندما نقرب ساق مشحونة بشحنة سالبة إليها ؟
تتنافر الشحنات السالبة في الكرة من الشحنات الموجبة في الساق و بالتالي تكون هناك شحنات موجبة في الطرف القريب من الساق و شحنات سالبة في الطرف البعيد منها ( تسمى هذه العملية بفصل الشحنات ) .
_ الشحن بالحث :
هو حث جسم مشحون لشحنات موصل متعادل على الانصال .
_ طريقة الشحن الحث :
- نقوم بتقريب الجسم المشحون من الموصل .
- يؤدي ذلك الى انفصال شحنات هذا الموصل .
- تتجمع الشحنات الموجبة عند احد الطرفين و الشحنات السالبة عند الطرف الاخر .
_ التأريض :
وضح ماذا يحدث للكرة في كل مرحلة اثناء شحنها ؟ مع ذكر نوع الشحن ؟
_ التأريض : هو عملية توصيل الجسم بالارض للتخلص من الشحنات الفائضة . |
_ قانون كولوم :
درس كولوم العوامل المؤثرة على القوة الكهربائية و وجد انها :
- كمية الشحنتين ( q ) / نوع العلاقة …. طردية و تقاس بوحدة …. الكولوم C
- المسافة بين الشحنتين ( r ) / نوع العلاقة …. عكسية و تقاس بوحدة …. المتر
_ نص قانون كولوم
تتناسب القوة المتبادلة بين جسمين مشحونين تناسباً طردياً مع حاصل ضرب مقداري شحنتهما و عكسياً مع مربع المسافة بينهما .
*الصيغة الرياضية لقانون كولوم :
_ ملاحظات هامة :
_ تبلغ شحنة الالكترون او البروتون ( )
_ القوة كمية متجهة اي لها مقدار و اتجاه .
_ ثابت كولوم يساوي ( )
الفصل السادس : المجالات الكهربائية
_ مقدمة :
يمكن ان نقول ان هناك منطقة حول الشحنة تظهر القوة الكهربائية لهذه الشحنة فعندما يؤثر جسم مشحون ( A ) في جسم مشحون آخر ( B ) بقوة كهربائية فإن هذا يعني ان الجسم ( A ) يجب ان يغير بطريقة ما خصائص الوسط و سيشعر الجسم ( B ) بطريقة ما بذلك التغير و اطلق على هذا التغير المجال الكهربائي .
_ المجال الكهربائي :
( هي المنطقة التي تحيط بالشحنة الكهربائية و التي تظهر فيها آثار هذه الشحنة ) .
_ شحنة الاختبار :
لدراسة المجال الكهربائي نضع فيه شحنة موجبة صغيرة جداً بحيث لا تؤثر في الشحنات الاخرى نرمز لها بالرمز ( ) .
_ شدة المجال الكهربائي :
هو … مقدار القوة المؤثرة في شحنة اختبار موجبة مقسوما على مقدار هذه الشحنة .
نرمز لها بالرمز ( E ) وحدة قياسها ( N I C ) .
_شدة المجال الكهربائي كمية متجهة و لذلك نحتاج الى مقدار و اتجاه لتحديده :
1 _ المقدار :
أو
2 _ الاتجاه :
تمثيل المجال الكهربائي :
نسمي هذه الخطوط في الشكل السابق بخطوط المجال الكهربائي , ونلاحظ انها تخرج من الشحنة الموجبة وتدخل الى الشحنة السالبة .
_ تطبيقات المجالات الكهربائية :
السؤال / فرق الجهد الكهربائي :
الجواب / هو النسبة بين الشغل اللازم لتحريك شحنة و مقدار تلك الشحنة .
_ وحدة قياسه : J / C و تسمي الفولت و هي كمية قياسية .
_ الجهاز الذي يقيس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين يسمى الفولتميتر .
السؤال / متى يكون فوق الجهد موجب و متى يكون سالب ؟
الجواب / - اذا بذلت الشحنة شغل ( الشغل سالب _ فرق الجهد سالب ) .
- اذا بذل على الشحنة شغل خارجي ( شغل موجب _ فرق الجهد موجب ) .
السؤال / هل يمكن قياس فرق الجهد الكهربائي عند نقطة مفردة ؟
الجواب / لا , لان فرق الجهد بين نقطتين هو مقياس لمقدار الشغل اللازم لنقل شحنة من نقطة الى اخرى .
السؤال / هل هناك دائماً فرق بين نقطتين ؟
الجواب / كما بالشكل المقابل : لا , عندما يكون فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين او اكثر يساوي صفر نسمي هذه النقاط بسطح تساوي الجهد .
سؤال / الجهد الكهربائي في مجال كهربائي منتظم :
الجواب / المجال الكهربائي المنتظم هو المجال الذي تكون شدة المجال الكهربائي ثابتة مقداراً و اتجاهاً .مثال على المجال الكهربائي / المجال بين لوحين موصلين مستويين احدهما مواز للاخر , احدهما مشحون بالشحنة الموجبة و الاخر بالشحنة السالبة . و يكون شكل المجال الكهربائي بينهما خطوط متوازية .
_ قانون فرق الجهد الكهربائي في مجال كهربائي منتظم :
حيث ( d ) هي المسافة بين اللوحين .
b توزيع الشحنات :
في الشكل المقابل : ماذا يحدث عندما تفتح المحبس بين طرفي الاناءين ؟
سينتقل الماء من المستوى العالي الى المستوى المنخفص .
بنفس الطريقة بالنسبة للشحنات اذا انتقلت بين جسمين فإنها ستتوزع حسب مساحة سطحي الجسمين بحيث تنتقل الشحنات من الجهد العالي الي المنخفض حتى يتساوى جهد السطحين و عندها يتوقف انتقال الشحنات بين الجسمين .
_ في الاشكال التالية :
1 _ صف ما يحدث عندما تتلامس كرتان لهما نفس الحجم احداهما موجبة و الاخرى متعادلة ؟
2 _ صف ما يحدث عندما تتلامس كرتان مختلفتي الحجم لهما نفس الشحنة ؟
_ المجالات الكهربائية بالقرب من الموصلات :
كيف تتوزع الشحنات على كل من : الموصل المصمت و الموصل الاجوف و الموصل غير المتظم؟
C تخزين الشحنات ( المكثف ) :
المكثف الكهربائي هو جهاز يعمل على تخزين الشحنات الكهربائية .
_ تركيبه :
يتكون من لوحين متوازيين احدهما مشحون بشحنة موجبة و الاخر مشحون بشحنة سالبة يفصل بينهما مادة عازلة , اما الهواء او الورق او الزجاج او ….
يتم شحن المكثف الكهربائي عن طريق البطارية .
_ السعة الكهربائية :
يرمز للسعة الكهربائية بالرمز ( C ) و هي النسبة بين الشحنة الكهربائية الى فرق الجهد الكهربائي .
_ وحدتها :
( F = C / V الفاراد ) .
الفصل السابع : الكهرباء التيارية
_ توليد التيار الكهربائي :
يعرف لتيار الكهربائي ( I ) : بأنه معدل تدفق الشحنات الكهربائية خلال وحدة الزمن اي ان :
_ وحدة قياسه : يقاس التيار بوحدة ( كولوم / ثانية ) او الامبير .
_ الجهاز الذي يستخدم لقياس التيار الكهربائي هو الامبير .
_ توليد التيار الكهربائي :
- لانتاج طاقة كهربائية نستخدم اجهزة منها البطارية الجافة و التي تحول الطاقة الكيميائية بداخلها الى طاقة كهربائية .
- و يتوقف التدفق عندما يصبح فرق الجهد بين قطبي البطارية صفراً .
_ اتجاه سريان التيار :
هناك اتجاهان للتيار الكهربائي :
_ القدرة الكهربائية ( P ) :
هي الطاقة الكهربائية المبذولة لكل وحدة من الزمن اي ان :
حيث : ( E ) الطاقة الكهربائية , ( t ) الزمن , ( P ) القدرة الكهربائية , ( I ) شدة التيار الكهربائي , ( V ) فرق الجهد الكهربائي .