فيزياء 3ث – الفصل 5: ازدواجية الموجة والجسيم

أولا: إشعاع الجسم الأسود وفرض بلانك

فشلت الفيزياء الكلاسيكية في تفسير إشعاع الجسم الساخن، فافترض بلانك أن الطاقة تنبعث على هيئة كمات (فوتونات): E = h × f حيث h ثابت بلانك (6.63×10^-34 ج.ث). مثال: فوتون تردده 5×10^14: E = 6.63×10^-34 × 5×10^14 = 3.3×10^-19 جول.

ثانيا: الظاهرة الكهروضوئية ومعادلة أينشتاين

عند سقوط ضوء بتردد كاف على سطح معدن تنبعث إلكترونات. شروطها: تردد العتبة (f0) فلا انبعاث تحته مهما زادت الشدة، وعدد الإلكترونات يزيد بزيادة شدة الضوء، والطاقة الحركية تزيد بزيادة التردد. معادلة أينشتاين: hf = W + KE حيث W دالة الشغل (الطاقة اللازمة لتحرير الإلكترون).

مثال: ضوء طاقته 4eV ودالة الشغل 2.5eV: KE = 1.5eV. الخلية الكهروضوئية: تحول الضوء لتيار (الألواح الشمسية وعدادات الإضاءة).

ثالثا: موجات دي برولي والطبيعة المزدوجة

اقترح دي برولي أن الجسيمات المتحركة تصاحبها موجات: λ = h / mv. فالضوء والإلكترون لهما طبيعة مزدوجة (موجة وجسيم): يسلك سلوك الموجات في الحيود والتداخل، وسلوك الجسيمات في الكهروضوئية.

تدريبات

1. احسب طاقة فوتون تردده 6×10^14 هرتز.
2. ضوء 5eV على معدن دالة شغله 3eV: احسب طاقة الإلكترونات.
3. لماذا لا تنبعث إلكترونات تحت تردد العتبة؟
4. ما تطبيقات الخلية الكهروضوئية؟
5. إلكترون سرعته 10^6 م/ث: احسب طول موجة دي برولي (كتلته 9.1×10^-31).