قانون أوم

قانون أوم هو مبدأ أساسي في الكهرباء، أطلق عليه هذا الاسم نسبة إلى واضعه الفيزيائي الألماني "جورج سيمون أوم".

فقد أجرى أوم تجارب لقياس فرق الجهد الكهربائي المطبق على دوائر كهربائية بسيطة وشدة التيار الكهربائي المار فيها، مع تغيير طول السلك المستخدم فيها. واستنتج بعض المعادلات المعقدة والتي جرى تعديلها حتى وصلت لصورتها البسيطة المبينة لاحقا.

وينص هذا القانون على أن فرق الجهد الكهربائي بين طرفي ناقل معدني يتناسب طرديا مع شدة التيار الكهربائي المار فيه.

يتم تعريف النسبة الثابتة بين فرق الجهد وشدة التيار بالمقاومة الكهربائية ويرمز إليها بالحرف اللاتيني R. ويلاحظ أن المقاومة R لناقل ما هي قيمة ثابتة ولا تتغير بتغير فرق الجهد بين طرفيه، ويعبر عن هذا المبدأ من خلال المعادلة التالية:

كما يمكن التعبير عن نفس المعادلة بصيغة أخرى: :

حيث:

• V: هي فرق الجهد الكهربائي بين طرفي الناقل المعدني (المقاومة) ويقاس بوحدة تسمى بالفولت، ويرمز له بالرمز(V).
• I: هي شدة التيار الكهرباني المار في الناقل ويقاس بوحدة تسمى بالأمبير، ويرمز له بالرمز (A).
• R: هي مقاومة الناقل للتيار وتقاس بوحدة تسمى بالأوم، ويرمز لها بالرمز (Ω).

ويمكن صياغة القانون السابق حسب الوحدات الكهربائية كالتالي: 

توضح نظريات ميكانيكا الكم أن شدة التيار تعتمد على المجال الكهربي. وبهذا يمكن استخدام نموذج درود (بالإنجليزية:Drude) لتفسير قانون أوم. حيث يعامل نموذج درود الإلكترونات (أو أي حاملات للشحنة) كما لو كانت كرات تتحرك (تتصادم) بين الآيونات المكونة لتركيب المادة. وهذه الإلكترونات تتسارع في عكس إتجاه المجال الكهربائي المطبق على المادة. وتتصادم هذه الإلكترونات مع أيونات المادة، ومع كل تصادم تنحرف الإلكترونات بسرعات عالية، وينتج عن ذلك حركة جماعية للإلكترونات في اتجاه يعاكس اتجاه المجال الكهربائي.

سرعة انتقال الإلكترونات تحدد شدة التيار الكهربائي وعلاقته بالجهد E.

تجربة قطرة الزيت أو تجربة ميليكان

تجربة قطرة الزيت أو تجربة ميليكان هي من أشهر الطرق لقياس الشحنة الأولية e (وهي شحنة الإلكترون). قام بها روبرت ميليكان وهارفي فليتشر سنة 1909 م، وذلك بتحريك قطرة صغيرة من الزيت في مجال كهربائي بمعدل يوازن قوى الجاذبية، واللزوجة (عند مروره خلال الهواء)، والقوة الكهربائية. يمكن حساب تلك القوى خلال الجاذبية واللزوجة حسب كميةوسرعة قطرة الزيت، فمنها يمكن استنباط القوة الكهربائية. بما أن القوة الكهربائية هي نتاج الشحنة الكهربائية ومجال كهربي معطى، فيمكن حساب الشحنة الكهربائية لقطرة الزيت بدقة تامة. نجد عند قياس الشحنة لقطرات زيت مختلفة، أن الشحنات كلها هي مضاعفات صحيحة لشحنة صغيرة مفردة تسمى الشحنة الأولية e.

مبدأ التجربة هو موازنة قوى الثقالة نحو الأسفل مع قوى الطفو والقوى الكهربائية نحو الأعلى المؤثرة على قطرة دقيقة من الزيت متوازنة بين قطبين معدنيين. وبما أن كثافة الزيت معروفة، فيمكن حساب كتل القطرات و قوى الثقالة والطفو بمعرفة نصف قطر القطرات. استطاع ميليكان وفليتشر بعد تحديد الحقل الكهربائي أن يحددا الشحنة الكهربائية في قطرات الزيت باستخدامالتوازن الميكيانيكي. وقد استطاعوا بعد تكرار التجربة على عدة قطرات أن يؤكدوا أن الشحنات كانت مضاعفات بعض القيم الأساسية، وحسبوها مساوية 1.5924×10⁻¹⁹ كولوم بفارق واحد بالمئة عن القيمة المقبولة حاليا والمساوية لـ 1.602176487×10⁻¹⁹ كولوم، حيث افترضوا أنها شحنة الإلكترون الواحد.

الجهاز

يحتوي جهاز ميليكان على زوج من الصفائح المعدنية الأفقية المتوازية. عند تطبيق فرق جهد على الصفائح، ينشئ بينهما حقلا كهربائيا في الفراغ. وقد استخدمت اسطوانة من مادة عازلة لفصل الصفائح عن بعضها البعض، ثم فتحت أربع فتحات في جدار الاسطوانة ثلاث منها للإضاءة بضوء ساطع والفتحة الآخرى تستخدم للرؤية باستخدام المجهر.

تنفث غمامة ذات قطرات زيتية دقيقة في الحجرة فوق الصفائح. وهذا الزيت يستخدم عادة في أجهزة التفريغ لتمتعه بضغط بخارمنخفض جدا. الزيت العادي يتبخر نتيحة الحرارة الصادرة عن المنبع الضوئي فتتغير كتلة قطرة الزيت أثناء التجربة. تنشحن بعض القطرات كهربائيا نتيجة الاحتكاك مع فوهة النفث أثناء النفث. كما يمكن أن تشحن القطرات بإضافة منبع إشعاع أيوني إلى الجهاز (مثلأنبوب الأشعة السينية). تدخل القطرات في الفراغ بين الصفيحتين فتخضع القطرات المشحونة إلى تأثير الحقل الكهربائي، فيمكننا أن نوازن ميكانيكيا القوى المؤثرة أو نجعلها تهبط أو ترتفع وذلك بتغيير الجهد بين الصفائح.

قانون كولم

قانون كولوم :

ينص على أن 

" تتناسب قوة التجاذب attraction أو التنافر repulsion التي يوثر بها جسيم مشحون بشحنة q1  على اخر بشحنته q2  طرديا مع حاصل ضرب شحنتي الجسمين وعكسيا مع مربع المسافة التي تفصل بينهما r " .


وهي علاقة توضح وتشرح القوة المتبادلة بين شحنتين وهو يطبق على عالم الذرة والالكترونات أي على الجسيمات الصغيرة جدا والمشحونة .

يعطى قانون كولوم يالصورة الاتية :

حيث : 
q1 شحنة الالكترون الاول
q2 شحنة الالكترون الثاني
r المسافة بين الشحنتين

الموصلات والعوازل وأشباه الموصلات

الموصلات والعوازل وأشباه الموصلات
Conductors, Insulators and Semiconductors

الموصلات conductors

يتم إنتاج التيار الكهربائي عندما تتحرك الإلكترونات الحرة من ذرة إلى أخرى.المواد التي تسمح لكثير من الإلكترونات بالتحرك بحرية تسمى الموصلات.ويعتبر النحاس والفضة والألومنيوم والزنك والحديد موصلات جيدة.النحاس هو المعدن الأكثر شيوعا كموصل وهو رخيص نسبيا .





العوازل Insulators

المواد التي تسمح فقط بعدد قليل من الإلكترونات الحرة تسمى العوازل.المواد مثل البلاستيك والمطاط والزجاج والميكا والسيراميك عوازل جيدة.




الكابل كهربائي أحد الأمثلة على كيفية استخدام الموصلات والعوازل.تتدفق الالكترونات على طول موصل النحاس لتوفير الطاقة للأجهزة الكهربائية مثل الراديو والمصباح والمحرك.يوجد عازل حول السطح الخارجي موصل النحاس للحفاظ على الالكترونات في الموصل.






أشباه الموصلات Semiconductors

يمكن استخدام المواد شبه الموصلة مثل السيليكون لتصنيع أجهزة لها خصائص كل من الموصلات والعوازل.العديد من أجهزة أشباه الموصلات تتصرف كموصل عندما يتم تطبيق قوة خارجية في اتجاه واحد(معين) .عندما يتم تطبيق قوة خارجية في الاتجاه المعاكس فإن أجهزة أشباه الموصلات تتصرف كالعازل.هذا المبدأ هو أساس اللترانزستورات والثنائيات (الدايودات) وغيرها من الأجهزة الإلكترونية ذات الحالة الصلبة solid state.

الحيود في الضوء

---

الحيود في الضوء

بما أن أطوال موجات الاشعاع الضوئي صغيرة جدا لذلك لا يمكن مشاهدة الحيود في الضوء الا على مسافة كبيرة من الحاجز أو الفتحة  

    ولذلك لا تبدو ظاهرة الحيود في الامواج الضوئية للعين بسبب صغر طول موجات الضوء المستخدم

وفي البرنامج نلاحظ حيود الضوء من شق مفرد اتساعه صغير جدا وتظهر هدب الحيود على شكل مناطق مضيئة واخرى معتمة وتقل شدتها تدريجيا كلما ابتعدنا عن المركز

ملاحظة
عندما يكون حجم الحاجز أو الفتحة مقاربا بالقياس لطول الموجة نشاهد الحيود بقرب الحاجز مباشرة أما عندما يكون الحاجز كبيرا مقارنة بطول الموجة يمكن أن نشاهد الحيود ولكن على مسافة أكبر من الحاجز
التفسير
يفسر ماسبق أن التغيرات في جبهة الموجة التي يحدثها الحاجز تكون أكثر ظهورا كلما ابتعدنا عن الحاجز وبالتالي كلما كان حجم الحاجز أكبر كلما شوهدت ظاهرة الانعطاف ــ الحيود ــ على مسافة أبعد منه بشرط أن تكون طاقة الموجات كبيرة بدرجة كافية لكي يكون انعطافها وحيودها واضحا

---

ملاحظات
في المحاكاة الحاسوبية لظاهرة الحيود أعلاه لرصد ظاهرة الحيود عن شق مفرد ضيق توضع شاشة بشق ضيق في طريق أشعة متوازية أحادية اللون ويوضع على مسافة معينة من الشاشة شاشة أخرى تظهر عليها هدب الحيود ــ نلاحظ في مقابلة الشق شريط مضئ يكون عرضه أكبر كلما كان الشق أضيق ــــ لماذا ؟ ـــ وتتابع خلف الهدب المضيء المركزي هدب معتمة وهدب مضيئة ولكن عند استخدام ضوء أبيض تكون هدب الحيود أكثر انتشارا ويكون لها ألوان قوس قزح ـــ حرص خزين ــ

---

الصيغة العامة للتداخلات الهدامة بين الامواج 

لتكن

a طول الشق

n عدد صحيح سالب أو موجب غير الصفر

 زاوية الحيود

   الطول الموجي

   

---

مسألة ـــ ما الزاوية التي يمتدها الهدب المضيء المركزي اذا كان عرض الشق يساوي 5 وعرض الشق يساوي 2

الزاوية التي يمتدها الهدب المضيء المركزي هي الزاوية المحصورة بين بين الهدب المظلم الأول يمين ويسار الهدب المركزي

             

وبما أن المنطقة المضيئة للهدب المركزي تمتد على جانبي مركز الهدب يمينا ويسارا أي ضعف الزاوية إذا الزاوية التي يمتدها الهدب المركزي المضيء هي 24 درجة

المطلوب ثانيا

        

وبما أن الهدب يمتد بضعف هذه الزاوية اذا الزاوية التي يمتدها الهدب المركزي هي 60 درجة

اذا كلما قل اتساع الشق يزداد اتساع الهدب المضيء المركزي

التداخل الضوئي

مقدمة :

تعد ظاهرة التداخل من أهم مميزات الحركة الموجية . حيث تقوى فيها الأمواج أو يُضعف بعضها بعضاً . فقد يحدث بسبب التداخل تقوية في مناطق معينة وضعف في مناطق أخرى تبعاً لكيفية تشابُك هذه الأمواج أو تراكُبُها . 

وبما أن للضوء طبيعة موجية فإن مفهوم التداخل يصف توافق الضوء تحت شروط معينة يحدثُ فيها هذا التداخل . ففي حالة تداخل موجات الضوء ، يصبحُ  لون الضوء أكثر سطوعاً عندما تحدث التقوية ، ويخفتُ الضوء عندما يحدث الضعف.

سنستخدم في هذا الدرس تعاريف مثل التداخل البناء أو التداخل الهدام وهي لا تعني هدم الضوء وإنما تُشير إلى أن وصولَ ضوء قليل إلى نقطةٍ ما يعني أن ضوءاً أكثر سيصل نقطةً أخرى .وهكذا فإن التداخل يتسببُ فقط في إعادة توزيع الضوء .
 

يمكنك تلمس هذه الظاهرة ( التداخل ) بوضوح عندما يسقط الضوء على الأغشية الرقيقة مثل فقاعة الصابون أو طبقة من الزيت فوق سطح الماء .

تجربة يونج :

الهدف من التجربة : 
1. اثبات الطبيعة الموجية للضوء .
2. قياس الطول الموجي لضوء أحادي الطول الموجي .
 

تُعرف تجربة يونج باسم تجربة الشقين الطوليين ليونج Young Double slit Experiment وقد أجراها العالم توماس يونج  أول مرةٍ عام 1801 . استخدم يونج في أول الأمر ثقبين بحجم ثُقب الدبوس مَرَّرَ الضوء خلالهُما . ثم وجد أنه بإمكانه الحصولَ على ضوءٍ أقوى باستخدام شقَّين طوليِّين متوازيين بدلاً منهما . فعندما جعلُ الضوءُ المارُّ في الشقين يسقُطُ على سِتارةٍ بعيدةٍ فإنه يكوِّنُ أهداباً ساطعةً ومُعتمةً بالتعاقُبِ تُسمى أهداب التداخل البناء والهدام .

تُجرى هذه التجربة عن طريق التداخل بين قطارين من موجات الضوء ، يَصدُر كل منهما عن شق ضيق في حاجز معتم ، بحيث يفصل بين الشقين المتوازيين مسافة صغيرة جداً ويبعدان نفس المسافة عن مصدر الضوء . ولذلك فإن أي تغيير في الموجة القادمة من المصدر يرافقه نفس التغيير في الموجات الصادرة من الشقين في نفس الوقت ، أي أن الموجتين الصادرتين لهما نفس الطور .

بعد مرور هاتين الموجتين من الشقين فإنهما تتداخلان وتسقطان على شاشة موضوعة على بعد مناسب من الشقين ، حيث يتكون نمط التداخل على الشاشة .
 

عندما تصدر الموجات من الشقين وتصل منتصف الشاشة التي تقع على نفس المسافة من الشقين ، تتفق الموجتان في الطور ، وتتداخلان تداخلاً بناءً ينتج عنه هدب مضيء في مركز الشاشة . ويحدث التداخل البناء ( تكوين أهداب مضيئة ) في مواضع مختلفة عندما يكون فرق المسار بين الموجتين مساوياً أي عدد صحيح من الطول الموجي .
 

أما التداخل الهّدام فإنه يحدث وينتج عنه تكوين أهداب معتمة عندما يكون فرق المسار بين الموجتين الصادرتين من الشقين مساوياً مضاعفات فردية لنصف الطول الموجي . 

آلة التصوير

آلة التصوير

آلة التصوير الفوتوغرافي في ابسط صورها هي عباره عت صندوق محكم

 ضد الضوء وفي مقدمته ثقب واذا فهي تسمى آلة التصوير ذات ثقب الدبوس ,

 وتتكون الصوره من هذي الآلة البسيطه نتيجه لإنعكاس الاشعة الضوئية

 والمنعكسه من سطح الجسم الذي يقع امام الثقب وتمر الأشعة المنعكسة

 خلال الثقب مكونة صوره مقلوبة للجسم على السطح .
 

نلاحظ ان مساحة الصوره المكونه تتاثر بعاملين :-

1_ بعد الجسم المصور او قربه من الثقب .

2_ بعد الثقب عن السطح الذي تنعكس علية الصورة.

آلة التصوير الحديثة

 هي المكان المثالي لتعريض الفيلم لصوره مسقطه عليها وهي على نفس النظريه

 السابقه لكن مع التطوير الكبير في بعض الاجزاء المهمه وهي تتكون من أجزاء

 مختلفه:-

1_ جسم الكاميرا,( Camera Body) وهو الصندوق المحكم الغير منفذ للضوء و

لجميع انواع الكيمرات .

2_ العدسه  lens وهو الجزء الزجاجي الذي يقوم بتجميع الاشعه الضوئيه الصادره

من الجسم الوارد تصويره لتسجيلها في الفيلم.

3_ الحدقة diaphragm)) فتحه العدسه , وهو الجزء الذي بداخله العدسه ويشبه وظيفة

 حدقه عين الانسان , ويتكون من صفائح معدنيه رقيقه جدا تتداخل بعضها مع بعض

 موكنه شكرا دائريا ذا فتحه مركزيه , ومنه يمكن التحكم بكميه الضوء الداخل الى

 الكاميرا حيث ان هناك ترقيم على العدسهيحدد لنا مدى اتساع فتحه العدسه وتتناسب فتحه

 العدسه تناسبا عكسيا مع الترقيم الموجود على العدسه وتسمىهذه الارقام بالارقام البؤريه

 او الدايفراجم وهي غالبا (22-16-11-8- 5.6 -4- 2.8 -2-1.8-1.4 ).

4_الغالق , الستاره, (shutter) ويكون مكانه بعد العدسه وبين الفلم الحساس والعدسه وهو

 الذي يتحكمفي زمن مرور الضوء الى الفلم الحساس , اي سرعه او بطأ تعرض الفلم للضوء ,

 وسقاس زمن التعريض بالثواني وباجزاء الثانيه ., وتختلف سرعات الغاليق المتاحه من آلة

 تصوير الى اخرى طبقا للإمكانياتها ومنها  انواع اهمها الذي على شكل رقائق معدنيه تفتح

وتغلق على حسب السرعه المرادة.

5_محدد سرعه الغالق, (shutter speed control ) هي الاداة المستخدمه في التحكم والتعديل

 في سرعه الستاره .

6_ الزناد , ( shutter release button ) هي الاداة التي تقوم بفتح واغلاق الغالق حتى يمر

 الضوء خلال العدسه الى الفيلم الحساس.

7_ باحث او محدد الرؤية (view finder ) وهي الوسيله لرؤيه والتأكد من حده ووضوح موضوع

 التصوير  الذي تقوم عدسة الة التصوير بتسجيله في الفيلم الحساس وتختلف اشكاله من كاميرا

 الى اخرى.

 8_ وسيلة الضبط البئري ( focusing ) هي الوسيله التي تعني بضبط درجه حده االوضوح للجسم

الرادتصويرهوذلك بتحريك العدسه حتى تصبح الصوره واضحه , وهناك انواع الكامرات ذات الضبط

 البؤري الذلتي auto focusing .

9_ وسيله تغير المساحة المصوه ( film transport-film wind ) وهي تحريك الجزء المصور من

 الفلم الحساس بجزء غير مصور وهناك كاميرات ذاتيه التحريك  وبها محرك صغير لهذا الغرض.

10_ وسيله اعادة الفيلم الحساس ( film rewind ) وهذه الخاصيه موجوده فقط في الكامرات التي

 تستخدم افلام مقاس 35 مم وهي وسيله لإعادة الفلم الحساس بعد الانتهاء من التصوير الى العلبه

 المعدنيه الخاصه به قبل اخراجه من الكاميرا وتكون عباره عن ذراع  لإعادة الفلم او زرا في بعض

 الكامريات.

أنواع آلة التصوير الضوئي :-

هناك انواع كثيره من آلات التصوير الضوئي تختلف عن بعضها من ناحيه الحجم او التتركيب او

 الامكانيات او حجم السالب المستخدم او نظام رؤية المستخدم وغيره .. نذكر اهم هذه الانواع :-

• آلة التصوير الضوئي وحيد العدسة .
• آلة التصوير الضوئي ثنائيه العدسة .
• آلة التصوير الضوئي المدمجة .
• آلة التصوير الضوئي ذات السالب مقاس 110 مم .
• آلة التصوير الضوئي الفورية .
• آلة التصوير الضوئي الكبيرة – المنظور .