نظريات ومعلومات لا بد منها لفهم الليزر

من المعروف انه اول من جاء بنظريه صحيحه للضوء هو العالم العربي ابن الهيثم حيث خالف علماء اليونان وقال ان الضوء شيئ يخرج من الجسم المضيئ في جميع الاتجاهات فان وافق ووصل للعين تحسست به وتسبب في رؤيه الجسم الذي انبعث منه الضوء او الذي انعكس منه وبذلك قد فسر سبب عدم الرؤيه في الظلام
وبعدها ظهرت في القرن السابع عشر نظريتين مختلفتين الاولى وظعها نيوتن نتيجه لتجاربه وهي النظريه الجسيميه corpuscular دون الاشاره الى هذه الجسيمات والثانيه وضعها هويكنز وهي النظريه الموجيه وكلا النظريتين فسرت نفس الظواهر الا انهما اختلفتا في تفسير وأستنتاج سرعه الضوء في الاوساط الماديه المختلفه . فوفقا لنيوتن يجب ان يزداد الضوء في الوسط الاكثر كثافه وحسب هويكنز يجب ان يقل وبقيت هناك ظواهر كانتشار الضوء وانتقال الطاقه والانعكاس والانكسار الا ان اوضح فوكو و فيزو ان سرعه الضوء في الماء اقل من الهواء تبع ذلك نجاح فرنك ويوك في تجاربهما في ظاهرتي الحيود والتداخل والتين لا يمكن تفسيرهما الا حسب النظريه الموجيه وبذلك كان النجاح للنظريه الموجيه

الا ان ماهيه الموجات كانت مبهمه ولا بد من وسط لانتقالها وفعلا فرض الاثير

وفي عام 1864 نجح ماكسويل من خلال دراسته للمغناطيسيه والكهربائيه في وضع اسس النظريه الكهرومغناطيسيه للضوء وقال ان ماهيه هذه الموجه اضطراب يتالف من مجالين مستعرضين المجال الكهربائي والمغناطيسي ويتغلل هذا الاضطراب في الاثير بسرعه الضوء
وستنتج ان سرعه الضوء = 1 / < السماحيه الكهربائيه للوسط xالنوفوذيه المغناطيسيه>^0.5 =3x10^8

لم يكن لوجود الاثير القناع لاثارته جدلا ومصاعب لكن انشتاين فرض النضريه النسبيه التي اثبتت بان تواجد وسط مثل الاثير غير ضروري لانتقال الموجه الكهرومغناطيسيه وأنتهى ذلك الجدل
ونتيجه لهذه النظريه تعتبر موجات الضوء تذبذبات كهرومغناطيسيه تتالف من تغيرات تحصل في شده المجالين المستعرضين الكهربائي والمغناطيسي ويجوز وجودهما في الفراغ المطلق الخالي من الماده خلوا مطلق

وبلرغم من نجاح النظريه الكهرومغتاطيسيه الا انها لم تفسر الطيف الذري والامتصاص والانبعاث والاشعاع الحراري واشعاع الجسم الاسود والانبعاث الكهروضوئي وجميع هذه الظواهر تتعلق بكيفيه تعامل الاشعاع الكهرومغناطيسي مع الماده

والحاجه الى تفسير هذه الظواهر ادى الى النظريه الكميه للاشعاع وضعها ماكس بلانك عام 1900 في محاولته لتفسير التوزيع الطيفي لاشعاع الجسم الاسود اذ فرض ان الموجات الكهرومغناطيسيه عند تعاملها مع الماده تتصرف وكانها تتالف من جسيمات طاقه كل جسيم طاقه يدعى كم quantum وان الطاقه الكهرومغناطيسيه حسب هذه النظريه تشع او تمتص على شكل كمات غير قابله للتجزئه تدعى الفوتونات وتتناسب هذه الطاقه مع تردد الاشعاع وتخضع للمعادله
طاقه الفوتون =ثابت بلانك xالتردد
ثابت بلانك=6.626x10^-34 جول.ثانيه
وتعد طاقه الفوتون بوحدات الجول
ثم جاء انشتين عام 1905 واثبت النظريه في تفسير ظاهره الانبعاث الكهروضوئي ثم نجح يور 1913 في تفسير الطيف الخطي لذره الهايدروجين ونجح في تطوير نظريه بور-رذرفورد في وضع نموذج في التركيب النووي للذره . وفي عام 1925 اشترك كل من دي بروكلي و شرويدنكر و ديراك في بناء هيكل النضريه الكميه الجديده والتي تدعى بلميكانيك الكمي او الموجي متظمنه اسس النظريه الكميه القديمه كما استخدمت في تفسير ظواهر جديده خاصه بتلك الموجات الملازمه لدقائق الماده والفيزياء النوويه

النظرية الكهرومغناطيسية لماكسويل

ليكن لدينا سلك يسري فيه تيار كهربائي فاته سوف يتولد مجال مغناطيسي حول هذا السلك حسب قانون أمبير . وان هذا المجال سوف يتولد بسبب حركه خطوط المجال الكهربائي وسيكون المجالان متعامدان على بعضهما . فإذا كان سير هذه الشحنة بسرعة منتظمة فان المجالان الكهربائي والمغناطيسي يكونان منتظمان أيضا وشده كل منهما ثابتة مع الزمن وهذا يعني
إن الشحنة التي تسير بسرعة منتظمة لا تشع طاقه كهرومغناطيسية لان الطاقة الكلية مقدار ثابت مع الزمن
أما إذا كانت الشحنة تتحرك بتعجيل فسوف تتغير شده كل منهما وتصبح الشدة للمجالين معتمده على الزمن وتتغير الطاقة الكهرومغناطيسية مع الزمن أيضا .كل ذلك يودي إلى توليد إشعاع كهرومغناطيسي ينتشر في الفراغ بسرعة الضوء .وبذلك فان تعجيل الشحنة يولد نبضه من الإشعاع الكهرومغناطيسي
الخلاصة
نظريه ماكسويل تقول : ينبعث الإشعاع الكهرومغناطيسي متى ما تحركت الشحنة بتعجيل

بعث وامتصاص الإشعاع لسطوح الأجسام

لرب سائل يسال لماذا الحديث عن بعث و امتصاص الإشعاع لسطوح الأجسام في قسم خاص بالبصريات والليزر وللجواب على ذلك لنأخذ المثال التالي وسيكون هذا المثال ايظا المفتاح لشرح الموضوع . لو قمنا بتقريب مسمار حديدي إلى نار طباخ المنزل مثلا لمد قليله فانه سوف يصل هذا المسمار إلى درجه حرارة الاحمرار أي إن لونه سيكون احمر وبطريقه أخرى أي انه سيبداء بإشعاع الحرارة التي اكتسبها .
فكل جسم في الكون يبعث طاقه كهرومغناطيسية ما دامت درجه حرارته اكبر من محيطه كم انه يمتص طاقه كهرومغناطيسية إذا كانت درجه حرارته اقل من محيطه ويبقى في حاله اتزان إذا تساوت درجه حرارته مع درجه حرارة محيطه
وان طيف الإشعاع الحراري للأجسام يغطي مدى واسع من الأطوال الموجيه فالأجسام الدافئة تقع في مدى الأمواج الطويلة أما الساخنة كمسمارنا فانه يقع في الجزء المرئي من الأطوال الموجيه

وان سبب الحديث عن هذا الموضوع لان الليزر إشعاع كهرومغناطيسي وانه يستخدم ليسقط على أجسام أما إنها تمتص أو تشع طاقه إشعاع كهرومغناطيسية

قانون بلانك والإشعاع المكمم

إن هذا القانون جاء نتيجة لدراسة التوزيع الطيفي لطاقه إشعاع الجسم الأسود فلا بد من العروج ولو قليلا على موضوع الجسم الأسود ثم الرجوع الى هذا القانون

الجسم الأسود:- لقد تطرقت في موضوع سابق على إن أي جسم أما يبعث أو يمتص طاقه كهرومغناطيسية ويعتمد هذا على درجه حرارة الجسم ودرجه حرارة المحيط وأيضا على حاله سطح الجسم من خشونة أو عكسها كما يعتمد على لون الجسم أو لون سطحه والإشعاع الساقط على أي جسم أما أن يمتص أو أن ينفذ أو أن يعكس وقيمه الامتصاص والنفاذ والانعكاس يجب أن تساوي القيمة الكلية للإشعاع الساقط ونتيجة الدراسات يعتبر الجسم الأسود على انه جسم مثالي لامتصاص الإشعاع وانبعاثه

وقد حاول raylelph و jeans أن يضعوا علاقة رياضيه تتفق مع تصرف الجسم الأسود مع التوزيع الطيفي الخاص الذي تملكه لطاقه المشعة من هذا الجسم فمنهم من فسهرها حسب نضريه ماكس ويل ومنهم حسب الثرموداينمك لكنهم لم يوفقوا

الحل

لقد جاء في عام1901 ماكس بلانك بالحل لهذه المشكلة حيث وفق بين النتائج التجريبية والآراء النظرية وقد تم هذا بفرض فرضيه جديدة مقياسها مجهري تناسب الإبعاد ألمجهريه لمكونات الذرة ودقائقها وقد كانت هذه الفرضية انعطافا عن مبادئ الفيزياء القديمة لنيوتن وماكس ويل

درس بلانك إشعاع الجسم الأسود وفرض أن طاقه هذا الإشعاع تعطى بالكمات

فرطيه ماكس بلانك :-- إن الطاقة التي تحملها المذبذبات ألمجهريه كالالكترونات والذرات والجزيات لا يمكن أن تأخذ قيمه عشوائية بل يجب أن تكون هذه الطاقة مقننه وبمضاعفات عدديه لقيمه محدده وللتوضيح إليكم المثال التالي
مثال: لنصور إننا أمام بركه ماء وفي يد احدنا ثلاث حجرات صغيره ومتوسطه وكبيره وأول ما رما في البركة الحجر الصغير سنلاحظ موجات من الماء لها نفس المركز ولكنها تبقى وتتباعد إلى أن تتلاشى وبعد تلاشيها قام برمي الحجر المتوسط .سنلاحظ نفس الموجات الاساسيه لكنها اكبر من الأولى وهي من مضاعفات الاساسيه وكذلك الحال بالنسبة للحجرة الكبيرة

تنويه

1 _ لم أدرج مع الشرح أي علاقة رياضيه لأني أريد أن يكون الموضوع سلس وعام بدون الخوض في تفاصيل العلاقات الرياضية
2- عند شرح الجسم الأسود لم أتطرق إلى الصندوق المقلق المثقوب كذلك لم أتطرق إلى تفاصيل وطرق البحث والتجارب والرسوم البيانية لنفس الأسباب

ان الموضوع و المواضيع المضافة مشوقة جدا .. انا اتابع هذه المادة بشغف .. لاني اعتبر ان الليزر هو من اهم الاكتشافات و التي لم يتعمق فيها بعد .. واظنها لها مستقبل مشرق..
لا تياس.. الله معك

بسم الله الرحمن الرحيم
بعض الاسئله أرت أن أوردها وأحلها لتكون مدخل لاسئله هامه في المستقبل مع العلم إني فصلتها في موضوع خاص بعيد عن الشرح السابق لكي لا توثر احدها على الأخرى في بساطه المواضيع

السؤال الأول:--- فتح احدنا المذياع وسمع إن الموجه الرايويه تبث بطول 30 متر فما هو تردد تلك الموجه

الحل:::-- سرعه الضوء=الطول ألموجي x التردد

تردد الموجه = سرعه الضوء/ الطول ألموجي
تردد الموجه = 3x10^8 / 30 ...........م / ثا / م

تردد الموجه = 1x10^7 هرتز وهي تقع في مدى الموجات الطويلة


السؤال الثاني::-- احسب طاقه الفوتون لتردد أعلاه حسب نضريه ماكس بلانك إذا علمت أن العلاقة تعطى وفق المعادلة
طاقه الفوتون= ثابت بلانك x لتردد ........ حيث أن ثابت بلانك= 6.626x10^-24 جول . ثا
وما مدى تأثير تلك الموجه على الكائنات الحية

الحل:-
طاقه الفوتون= ثابت بلانك x لتردد
طاقه الفوتون = 6.626x10^-24 x 1x10^7 ...............جول.ثا .هرتز
طاقه الفوتون = 6.626x10^-17 .............جول
يكاد يكون تأثيرها معدوم على الكائنات الحية

من المعروف إن أي ثقل يوضع على أي جسم فان ذلك الثقل سوف يسلط ضغط على الجسم ... وحسب نضريه ماكس بلانك لا تنقل الموجه الكهرومغناطيسية الطاقة فحسب بل وتحمل زخما أيضا . فسقوط الإشعاع على جسم ما يولد ضغط عليه يعرف بضغط الإشعاع ويعطى بالمعادلة التالية

ضغط الإشعاع = شده الموجه / سرعه الضوء

سؤال::-- المطلوب حساب ضغط ثقل مقداره 0,001 غرام على مساحه متر مربع ومقارنتها بضغط إشعاع قادم من الشمس شده 1.4 كيلو واط / متر مربع

الحل::-- 1 - الضغط = القوه / المساحة

الضغط = 0.001x10^-3 / متر مربع
الضغط = 9.8x10^-6 نيوتن/ متر مربع


2 - ضغط الإشعاع = شده الموجه / سرعه الضوء


ضغط الإشعاع = 1.4x 10^3 / 3x10^8

ضغط الإشعاع = 4.66x10^-6

أي إن ضغط الإشعاع المذكور يسلط نصف ما يسلطه ضغط 0.001 غرام

ما شاء الله عليك ابو براء .

انسان دؤب وجزاك الله الف خير وبركة .

ومن يفعل مثقال ذرة خير يرى .

البغدادي

يسلمواايديك على المعلومات القيمة

التركيب الذري للمادة

ألماده بكل بساطه تتكون من جزيات والجزيئه هي اصغر جزء في المادة حيث لا يمكن قسمها إلى نصفين بحيث يعطي كل قسم نفس مواصفات المادة الاصليه وتتكون جزيئه المادة من الذرات والذرة هي اصغر جزء من العنصر يوجد منفرد أو متحد مع ذرات نفس العنصر أو متحد مع ذرات غيره من العناصر
وقد درس العديد من العلماء التركيب الذري واقترحوا العديد من النضيرات وكان أهم نضريه هي النظرية الذرية لبور والتي سيأتي شرحها إن شاء الله
واغلب العلماء ركزوا في دراستهم على ذره الهيدروجين لما لها من خفه وصغر وطيف ذري خاص

الطيف الذري

لا اضن إن أحدا منا لم يرى قوس قزح وما هذا القوس إلا طيف ذري للضوء







ومثلما للضوء طيف ذري فان لأي ماده طيف ذري ايظا ومنه ما يكون مستمر أي متصل أي بدون مناطق عتمه مثل ضوء المصباح الكهربائي ومنه ما يكون خطي أي انه متقطع أي به مناطق عتمه مثل الطيف الذي يبعثه إحدى أبخره الغازات لمعدن ما أو مصباح الشارع الزئبقي أو مصباح الشارع الصوديوم فلو قمنا بالنضر إليه من خلال ناطور يحتوي على موشور سنرى سلسله من خطوط لامعه متقطعة بألوان مختلفة متوازية فيما بينها تفصلها مناطق مظلمة ولا تكون على مسافات متساوية أما الألوان التي نشهدها هي خاصية عائده إلى الذرات المكونة للعنصر لذلك تسمى الطيف الذري وكل عنصر يبعث نخبه من الخطوط لها ألوان معينه ويمنكن معرفه العناصر المكونة للشمس مثلا من خلال هذه الخطوط والألوان

اعتذر عن عدم تمكني من الحصول على صور للطيف الخطي
وسادرجها في موضوع منفصل ان حصلت عليها ان شاء الله
ولاكن يمكن ان تتخليلها عندما تنضر الى الصوره ادناه مع ازاله بعض الالوان ووجود مناطق معتمه اي انها كالصبغه السوداء بين الالون بعضها يختلف عن بعض في المسافه




الصور منتقاه من الرابط

http://www.hazemsakeek.com/Physics_L...Lectures_1.htm