الرئيسية
ظاهرة كمبتون من الظواهر الفيزيائية الحديثة والتي اكتشفت بعد الظاهرة الكهروضوئية والتي لم يتمكن العلماء من تفسيرها إلا بالاستناد على النظرية الكمية. ماذا نعني بذلك؟
في البداية فإن ظاهرة كمبتون هي ظاهرة لتفاعل الفوتونات الضوئية مع ذرات المادة حيث وجد العالم كمبتون انه عند سقوط فوتونات بطول موجي معين تخرج الفوتونات بطول موجي مختلف حيث يزداد الطول الموجي للفوتون وهذا يعني ان طاقة الفوتون تقل.
وقد وجد العالم كمبتون ان التغير في الطول الموجي للفوتون بعد تصادمه مع الكترونات ذرات المادة يعتمد على الزاوية التي يخرج فيه الفوتون وهذه تسمى استطارة او تشتت Scattering.وذلك بقيامه بالتجربة الموضحة في الشكل التالي
في الشكل على اليسار التجربة وعلى اليمين النتائج التي حصل عليها كمبتون، وسنبدأ بالشرح من الجزء العلوي، حيث استخدم كمبتون جهاز توليد أشعة اكس واستخدم أشعة اكس كمصدر للضوء (للفوتونات) ومعروفة الطول الموجي ووجه هذا الشعاع على قطعة من الكربون وعلى امتداد الخط الواصل رصد أشعة اكس خرجت من الكربون بنفس الطول الموجي.
ولكن عندما وضع الراصد على زاوية 45 رصد الطول الموجي الأصلي ومصاحب له طول موجي اخر وكلما زادت الزاوية كان الفرق بين الطول الموجي الأصلي والطول الموجي المصاحب اكبر ولاحظ انه عند زاوية 180 درجة تكون فوتونات أشعة اكس مرتدة والفرق في الطول الموجي اكبر ما يمكن.
أين المشكلة في الموضوع ولماذا احتاج العلماء النظرية الكمية لتفسير هذه الظاهرة
لو اعتبرنا ان الفوتونات تتصرف كانها موجة فكيف اذا يتغير الطول الموجي للفوتون ولماذا تقل طاقته كما اننا لو اعتبرنا الضوء عبارة عن جسيمات فإن الضوء اما ان ينعكس او ينكسر وهاتين الظاهرتين لا يمكن ان ينتج عنها تغير في الطول الموجي. الى ان جاءت النظرية الكمية والتي افترضات ان الضوء هو عبارة عن سيل من الفوتونات وان كل فوتون يمتلك طاقة تساوي تردد الضوء في ثابت بلانك أي ان
كيف فسرت النظرية الكمية للضوء النتائج العملية التي حصل عليها كمبتون؟
عندما تسقط فوتونات أشعة اكس على ذرات الكربون فإنها تتفاعل مع الكترونات المادة الحرة. في هذا التفاعل يصطدم الفوتون الساقط مع أحد الإلكترونات المدارية في الذرة و الذي يعتبر حرا. و يقصد بهذا أن طاقة ربط الإلكترون بالذرة صغيرة جدا بالنسبة لطاقة الفوتون الساقط. حيث يأخذ الإلكترون بعضا من طاقة الفوتون الساقط و ينطلق بزاوية مقدارها بينما ينحرف مسار الفوتون الساقط بطاقة أقل (أو طول موجي أكبر) من طاقة السقوط و بزاوية مقدارها كما في الشكل ويعتبر تصادم الفوتون مع الإلكترون تصادم مرن.
في هذا التصادم سوف لن يعطي الفوتون الساقط جميع طاقته للإلكترون الحر . مقدار الطاقة المتحولة في أي تصادم يمكن أن تحسب بتطبيق قوانين حفظ الطاقة و حفظ كمية الحركة نحصل على
لمن يرغب في الاطلاع على اشتقاق هذه المعادلة يجدها على الرابط
أو
حيث أن رموز المعادلة من اليسار إلى اليمين هي الطول الموجي المعدل (النهائي) والطول الموجي الأصلي والرمز الثالث هو مقدار التغير في الطول الموجي وباقي الرموز معروفة
وتفيد هذه المعادلة ان التغير في الطول الموجي يعتمد على زاوية الاستطارة والتي تكون اكبر ما يمكن عند 180 درجة.
وهنا تجدر الإشارة إن المعادلة التي اشتقها كمبتون بناء على النظرية الكمية للضوء تتفق تماما مع النتائج العملية التي حصل عليها مما أضاف تأكيد للنظرية الكمية للضوء وهنا نلاحظ أيضا انه تم التعامل مع الضوء (أشعة اكس) على إنها سيل من الجسيمات (الفوتونات).
في البداية فإن ظاهرة كمبتون هي ظاهرة لتفاعل الفوتونات الضوئية مع ذرات المادة حيث وجد العالم كمبتون انه عند سقوط فوتونات بطول موجي معين تخرج الفوتونات بطول موجي مختلف حيث يزداد الطول الموجي للفوتون وهذا يعني ان طاقة الفوتون تقل.
وقد وجد العالم كمبتون ان التغير في الطول الموجي للفوتون بعد تصادمه مع الكترونات ذرات المادة يعتمد على الزاوية التي يخرج فيه الفوتون وهذه تسمى استطارة او تشتت Scattering.وذلك بقيامه بالتجربة الموضحة في الشكل التالي
<!--[if !vml]-->
<!--[endif]-->
<!--[endif]--> في الشكل على اليسار التجربة وعلى اليمين النتائج التي حصل عليها كمبتون، وسنبدأ بالشرح من الجزء العلوي، حيث استخدم كمبتون جهاز توليد أشعة اكس واستخدم أشعة اكس كمصدر للضوء (للفوتونات) ومعروفة الطول الموجي ووجه هذا الشعاع على قطعة من الكربون وعلى امتداد الخط الواصل رصد أشعة اكس خرجت من الكربون بنفس الطول الموجي.
ولكن عندما وضع الراصد على زاوية 45 رصد الطول الموجي الأصلي ومصاحب له طول موجي اخر وكلما زادت الزاوية كان الفرق بين الطول الموجي الأصلي والطول الموجي المصاحب اكبر ولاحظ انه عند زاوية 180 درجة تكون فوتونات أشعة اكس مرتدة والفرق في الطول الموجي اكبر ما يمكن.
أين المشكلة في الموضوع ولماذا احتاج العلماء النظرية الكمية لتفسير هذه الظاهرة
لو اعتبرنا ان الفوتونات تتصرف كانها موجة فكيف اذا يتغير الطول الموجي للفوتون ولماذا تقل طاقته كما اننا لو اعتبرنا الضوء عبارة عن جسيمات فإن الضوء اما ان ينعكس او ينكسر وهاتين الظاهرتين لا يمكن ان ينتج عنها تغير في الطول الموجي. الى ان جاءت النظرية الكمية والتي افترضات ان الضوء هو عبارة عن سيل من الفوتونات وان كل فوتون يمتلك طاقة تساوي تردد الضوء في ثابت بلانك أي ان
E=hv
كيف فسرت النظرية الكمية للضوء النتائج العملية التي حصل عليها كمبتون؟
عندما تسقط فوتونات أشعة اكس على ذرات الكربون فإنها تتفاعل مع الكترونات المادة الحرة. في هذا التفاعل يصطدم الفوتون الساقط مع أحد الإلكترونات المدارية في الذرة و الذي يعتبر حرا. و يقصد بهذا أن طاقة ربط الإلكترون بالذرة صغيرة جدا بالنسبة لطاقة الفوتون الساقط. حيث يأخذ الإلكترون بعضا من طاقة الفوتون الساقط و ينطلق بزاوية مقدارها بينما ينحرف مسار الفوتون الساقط بطاقة أقل (أو طول موجي أكبر) من طاقة السقوط و بزاوية مقدارها كما في الشكل ويعتبر تصادم الفوتون مع الإلكترون تصادم مرن.
<!--[if !vml]-->
<!--[endif]-->
<!--[endif]--> في هذا التصادم سوف لن يعطي الفوتون الساقط جميع طاقته للإلكترون الحر . مقدار الطاقة المتحولة في أي تصادم يمكن أن تحسب بتطبيق قوانين حفظ الطاقة و حفظ كمية الحركة نحصل على
<!--[if !vml]-->
<!--[endif]-->
<!--[endif]--> لمن يرغب في الاطلاع على اشتقاق هذه المعادلة يجدها على الرابط
أو
حيث أن رموز المعادلة من اليسار إلى اليمين هي الطول الموجي المعدل (النهائي) والطول الموجي الأصلي والرمز الثالث هو مقدار التغير في الطول الموجي وباقي الرموز معروفة
وتفيد هذه المعادلة ان التغير في الطول الموجي يعتمد على زاوية الاستطارة والتي تكون اكبر ما يمكن عند 180 درجة.
وهنا تجدر الإشارة إن المعادلة التي اشتقها كمبتون بناء على النظرية الكمية للضوء تتفق تماما مع النتائج العملية التي حصل عليها مما أضاف تأكيد للنظرية الكمية للضوء وهنا نلاحظ أيضا انه تم التعامل مع الضوء (أشعة اكس) على إنها سيل من الجسيمات (الفوتونات).
» رمضان مبارك
» اقتراح للادارة !!
» سلام خاص الى استاذي الغالي
» نظائر الكلور
» الصداقة الحقيقية
» الابتسامة وفوائدها
» العمليات الكيميائية لاستخلاص غاز الكلور
» هل تعلم