تلخيص وحدة الحث الكهرومغناطيسي فيزياء ثاني عشر متقدم

تلخيص وحدة  الحث الكهرومغناطيسي فيزياء ثاني عشر متقدم فصل ثالث

الفصل السادس الحث الكهرومغناطيسي

6-1: تفاعلات المجالات الكهربائية والمغناطيسية والمادة 

مقدمة عن الموجات  الكهرومغناطيسي

الموجات الكهرومغناطيسي: هي موجات تتكون من مجالان كهربائي ومغناطيسي يتذبذبان في اتجاهين متعامدين وفي أتجاه عمودي على اتجاه انتشار الموجة وتنتشر عبر الفضاء 

كيف تنتج الموجات الكهرومغناطيسي؟

عن مسارعة الالكترونات حيث تنتج شحنة الالكترون مجال كهربائي وتنتج حركتها مجالا مغناطيسياً

مطياف الكتلة 

مطياف الكتلة : جهاز يستخدم المجالين الكهربائي والمغناطيسي في قياس كتلة الذرات المتأنية والجزيئات ويحدد نسبة شحن الأيون إلى كتلته 

استخداماته: 

1- دراسة النظائر (تحليل نظائر العنصر )

2- فصل عينه من المادة إلى النظائر المكونة لها 

3- قياس النسبة بين شحنة الأيون الموجب للنظير وكتلتة 

4-التقاط وتحديد أثر كميات الجزئيات من عينه ما 

النظائر : أشكالا مختلفة للذرة نفسها لها نفس الخصائص الكيميائية  (نفس العدد الذري )ولكن كتلة مختلفة (أي تختلف في العدد الكتلي )

تركيبه :

1- مصدر الأيونات : وهي المادة قيد الفحص والاستقصاء ويجب أن تكون في لالحالة الغازية أو البخارية وتشكل مصدرا للأيونات الموجبة 

2- محدد السرعات : عبارة عن مجالين كهربائي ومغناطيسي متعامدين على بعضهما البعض 

3- لوحين متوازيين بينهما فرق جهد كبير لمسارعة الأيونات المنطلقة من المصدر 

4- مجال مغناطيسي منتظم : لحرف مسار الأيونات الموجبة في مسار دائري 

5- لوح أو فيلم فوتوغرافي : لتحديد نقطة اصطدام الشحنة (أو الأيون الموجب ) بها وقياس نصف قطر دوران الشحنة 

طريقة عمله:

1- تصطدم الألكترونات المسرعة بمصدر الأيونات (ذرات البخار أو الغاز) قيد الفحص فتنتزع الألكترونات من المادة وتتشكل الأيونات الموجبة 

2- يتم تسريع الأيونات الموجبة باستخدام لوحين بينهما فرق جهد عالي 

3- تمرر الأيونات في منطقة بها مجال كهربائي و مغناطيسي متعامدين (محدد السرعات ) ويسمح محدد السرعات بمرور الأيونات ذات السرعة المحددة فقط V=E/B دون أن تعاني أي انحراف والتحكم في مقدار E,B  يمكنالتحكم في السرعة المطلوبة 

4- تدخل الأيونات ذات السرعة المحددة في منطقة بها مجال مغناطيسي منتظم فتسلك مساراً دائرياً بفعل القوة المغناطيسية ليصطدم بعدها بالصفيحة أو الفلم الفوتو غرافي تاركاً أثراً فيه نقطة 

5- يقاس نصف قطر المسار الدائري (وتمثل نصف المسافة بين الشق الذي خرج منه الأيون والنقطة على الفلم )يمكن حساب النسبة بين شحنة الأيون وكتلته بالتعويض عن القيم 

*يمكن حساب نصف قطر المسار الدائري للأيون من خلال قانون نيوتن الثاني للحركة الدائرية وباعتبار أن القوة المركزية هي القوة المغناطيسية r=mv/qB

*حساب السرعة التي يخرج بها الأيون الموجب من منطقة المجالين المتعامدين (محدد السرعات )دون انحراف 

نظرا لأن الأيون لا يعاني انحراف لذا فأن القوة المغناطيسية الناتجة من المجال المغناطيسي تساوي القوة الكهربائية والناتجة من المجال الكهربائي وتعاكسها في الأتجاه أي أن :V=E/B 

علل لما يأتي :

*تمرر الأيونات داخل منطقة تكون من مجالين متعامدين كهربائي ومغناطيسي ؟

وذلك لأختيار أيونات بسرعة محددة 

*عدم انحراف جسيم مشحون عند دخوله لمنطقة المجالين الكهربائي والمغناطيسي المتعامدين (محدد السرعة)

لأن قوة المجال الكهربائي تساوي قوة المجال المغناطيسي مقدارا وتعاكسها بالاتجاه 

تحليل النظائر باستخدام مطياف الكتلة 

يستخدم مطياف الكتلة في تحليل النظائر في عينة من المادة وذلك كما يلي 

1-توضع العينة المراد تحليل نظائرها (مثل عينة الكروم )في مطياف الكتلة 

2- تصطدم الألكترونات المسرعة بمصدر الأيونات وهي عينةالكروم فتتكون أيونات موجبة للنظائر المختلفة للكروم علما أن أيونات النظائر المختلفة  لها نفس الشحنة ولكن تختلف في كتلتها 

3- تمرر الأيونات إلى محدد السرعة ومن ثم إلى منطقة المجال المغناطيسي الثابت لتصطدم بعدها بالفلم الفوتوغرافي 

4- بدراسة الشكل المتكون على الفلم الفوتوغرافي يمكن ايجاد كتل النظائر المختلفة ونسب تواجدها 

أ- يمكن ايجاد كتل النظائر من خلال المسافات التقريبية بين العلامات التي تتركها الهينة على الفلم (أنصاف الأقطار ) كلما كانت كتلة النظير أكبر زاد نصف قطر المسار الدائري ويمكن حساب كتلته بمعلومية نصف القطر وشحنته كلما زاد عرض العلامة على الفلم زادت نسبة توافر النظير 

اختيار شحنة الأيون المراد دراسته 

يمكن اختيار شحنة الأيون المراد دراسته من خلال التحكم في طاقة الألكترونات المتسارعة التي تستخدم في ضرب الكترونات العينة وتحريرها ويتم ذلك بتغيير المجال الكهربائي (أو فرق الجهد ) بين اللوحين فعند تعريض الألكترونات المتسارعة إلى مجال كهربائي كبير تصبح ذات طاقة عالية مما يمكنها من انتاج أيونات أحادية وأيونات ثنائية 

تدريب 1: ينتج مشغل مطياف الكلتة حزمة ذرات نيون ثنائية التأين حيث تسرع هذه الحزمة أولاً بواسطة فرق جهد مقدراه 34V ثم يتم أدخالها في مجال مغناطيسي مقداره 0.050 T فتنحرف في مسار دائر ينصف قطره 53mm أوجد كتلة ذرة النيون إلى أقرب عدد صحيح من كتلة البروتون 

………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………….

تدريب 2: تم تسريع حزمة ذرات أكسجين ثنائية التأين بواسطة فرق جهد مقداره 232v وعندما عبرت مجالا مغناطيسيا مقداره 75T سلكت مسارا منحنيا نصف قطره 8.3cm أوجد مقدار كتلة ذرة الأكسجين 

……………………………………………………………………

……………………………………………………………………

تدريب 3: تسارع ألكتروني خلال فرق جهد مقداره 4.5 KV ما مقدار المجال المغناطيسي الذي يجب أن يتحرك فيه الألكترون لينحرف في مسار دائري نصف قطره 5.0cm.

……………………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………………..

6-2 : المجالات الكهربائية والمغناطيسية في الفراغ 

1- بث محطات الأذاعة والتلفزيون 

2- الأقمار الصناعية 

3- دراسة الموجات الصادرة عن المجرات البعيدة لتزويدنا بمعلومات عنها 

4- تستخدم في بعض المنتجات الاستهلاكية مثل أفران الميكرويف وأجهزة التحكم عن بعد والهواتف الخلوية 

علل :خطوط المجال الكهربائي الحثي الناتجة من مجال مغناطيسي متغير تشكل حلقات مغلقة 

لأنه لا توجد شحنات عند النقاط التي تبدا منها أو تنتهي فيها خطوط المجال 

خصائص الموجات الكهرومغناطيسية 

1- تنتقل جميع أنواع الموجات الكهرومغناطيسية  في الفضاء أو الفراغ بسرعة ثابتة تساوي سرعة الضوء 

2- يرتبط كل من طولها الموجي وترددها وسرعتها بالعلاقة العامة للموجات 

3- حاصل ضرب الطول الموجي للموجة الكهرومغناطيسية في التردد هو مقدار ثابت ويساوي C أي ان   الموجة الكهرومغناطيسية ذات الطول الموجي الكبير لها تردد صغير والعكس 

4- يمكن أن تنتشر الموجة الكهرومغناطيسية في المادة ولكن بسرعة أقل من الفراغ 

انتشار الموجات الكهرومغناطيسية خلال المادة 

تنتشر الموجة الكهرومغناطيسية في المادة العازلة بسرعة أقل من سرعتها في الفراغ 

العوازل الكهربائية : هي مواد غير موصلة للكهرباء 

تدريب :إذا كان ثابت كهربائي العزل للماء 1.77فما مقدار سرعة الضوء في الماء 

انتشار الموجات الكهرومغناطيسية عبر الفضاء 

آلية انتشار الموجات الكهرومغناطيسية عبر الفضاء 

1- يولد مصدر التيار المتناوب فرق جهد متغير (متناوب) خلال الهوائي والذي يهتز بتردد مساو لتردد مصدر الجهد 

الهوائي : سلك يتصل بمصدر تيار متناوب مصمم لبث واستقبال الموجات الكهرومغناطيسية والهوائي نوعان ذو طرف واحد ذو طرفين 

2- يولد فرق الجهد المتناوب مجالا كهربائيا متغيرا مماثلا وينتشر مبتعدا عن الهوائي 

3- يولد المجال الكهربائي المتغير مجالا مغناطيسيا متغيرا ومتعامدا معه وينتشر مبتعدا عن الهوائي 

4- ينشأ عن ترابط المجالات الكهربائية والمغناطيسية موجات كهرومغناطيسية تنتشر في الفضاء بسرعة الضوء .