العالم ميليكان

 

مقطع فيديو

العالم ميليكان


ولد (Robert Andrews Millikan) روبرت أندروس ميليكان في عام 1868 في موريسون باليينوى وتوفي عام 1953 بعد دراسته في الولايات المتحدة وألمانيا شغل ميليكان منصب الأستاذية في جامعة شيكاغو وفيما بعد في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا باسادينا .

جائزة نوبل
حصل ميليكان على جائزة نوبل في العام 1923 وذلك عن اعماله قياس شحنة الالكترون واعماله في الظاهرة الكهروضوئية او ما يعرف بالمفعول الكهروضوئي وهو انبعاث الالكترونات من بعض الموصلات عند سقوط الضوء عليها وقد حيرت هذه الظاهرة العلماء.

ميليكان معروف على وجه الخصوص لتعيينه لشحنة الإلكترون ( بالاستفادة من التأثير التأييني لأشعة رونتجن ) وذلك عن طريق تجربته المشهورة والمعروفة بقطرة الزيت ولشغله على التأثير الكهرضوئي وقد تسلم جائزة نوبل نتيجة لدراساته السابقة عام 1923


تجربة قطرة الزيت :

تمكن العالم ميليكان ومساعدوه ( 1909 - 1913 ) من قياس كم الشحنة أو شحنة الإلكترون e لأول مرة
ووضحت هذه التجربة دون أدنى شك أن الشحنة مكماة

و استخدم آلة لرش رذاذ الزيت عبر جهاز يحتوي على قطبين (سالب و موجب) وباستخدامه لمايكرسكوب لاحظ أنه حين دخول الرذاذ عبر الفتحة إلى الجهاز فإنّ بعض من الرذاذ يبقى معلق ( لايتحرك إلى الأعلى ولا إلى الأسفل) فاستنتج وجود شحنة عليها عند وقوعها بين قوى جذب متساوية من كلا القطبين ستبقى ثابتة دون حراك . وقام بحساب الشحنة الموجودة على الرذاذ وبذلك تمكن ميليكان من حساب أصغر شحنة ممكنة
( شحنة الإلكترون) .






يتكون الجهاز أساساً من لوحين معدنيين متوازيين بينهما مسافة 1 مم تقريباً
ومساحة سطح كل منهما 100 سم2
بينهما فرق جهد معروف يمكن تغيير قيمته
و ينشأ من فرق الجهد مجال كهربائي E = V/D بين اللوحين
حيث d هي المسافة بين اللوحين
و إذا ما وجدت قطرة زيت مشحونة ( ذات كتلة m وشحنة q ) بين اللوحين
فإن قوة رأسية سوف تؤثر عليها
وبضبط قيمة فرق الجهد بين اللوحين يمكن جعل هذه القوة الرأسية مساوية في المقدار ومضادة في الإتجاه لقوة الجاذبية على القطرة mg
وحين يتم هذا تكون محصلة القوى على القطرة صفراً


وتبقى بلا حركة أي




















عندما يكون المجال الكهربائي E وكتلة القطرة m و عجلة الجاذبية الأرضية g
فإن الشحنة q التي على القطرة يمكن تعيينها

وقام ميليكان من الناحية العملية بالسماح لقطرات دقيقة جداً من الزيت بالتناثر من مرذاذ ( بخاخة )لكي تهبط من فتحة صغيرة في اللوح المعدني العلوي
يحتوي عدد كبير من هذه القطرات على شحنات كهربائية فائضة تكونت نتيجة لاحتكاك القطرات مع بعضها
أثناء خروجها من المرذاذ
ويسلط ضوء قوي على القطرات أثناء نزولها بين اللوحين مما يجعلها تتلألأ ويمكن مشاهدتها بسهولة خلال المجهر
وقد أمكن أيضاً تغيير الشحنة على القطرات وذلك بتعريض المنطقة الكائنة بين اللوحين لشعاع ضعيف من أشعة X
كلما دعت الحاجة لذلك

حسب المجال الكهربي بين اللوحين وعن طريق قياس المسافة بين اللوحين d وفرق الجهد V بين اللوحين
ولايجاد كتلة قطرة من الزيت m قام ميليكان بقياس الزمن الذي تستغرقه القطرة في الهبوط مسافة معينة خلال الهواء
في حالة عدم وجود مجال كهربي
ولما كانت قطرة الزيت تتحرك بسرعة ثابتة - هي السرعة النهائية لها - خلال المسافة المحددة
فإن قوى الجاذبية mg تساوي قوة اللزوجة والاحتكاك بين قطرة الزيت والهواء
وإذا ما اعتبرنا قوة اللزوجة تتناسب طردياً مع مربع سرعة القطرة c

حيث أحد المصادر الأساسية للخطأ في التجربة مرتبطاً بثابت التناسب في هذه العلاقة
ونستخدم قانون ستوكسي stokes low لايجاد قوة اللزوجة
















وبذلك عن طريق هذا القانون توصل إلى قيمة الشحنة الكهربائية المكماة وهي

1.6 × 10 ^ - 19 كولوم

ورمزها e

وكل الشحنات في الطبيعة هي مضاعفات صحيحة لهذه الكمية

( والله تعالى أعلم )

تمثيل المجال الكهربائي

المجال الكهربائي

(2-1) المجال الكهربائي:

تعلم أن الشحنة أن شحنة كهربائية نسم المشحون فإنقطية موجبة وضعت للاختبار بالقرب من جسم مشحون فإن هذه الشحنة تتعرض لقالكهربائية تستطيع أن تجذب أو تدفع شحنة أخرى بقوة تتوقف على مقدار كل من الشحنتين والبعد بينهما. فلو فرضنا وه جذب أو دفع تنشأ عن الشحنة المو جده على الجسم وإذا نحن غيرنا موضع شحنة الاختبار بالنسبة للج القوة الكهربائية تتغير تبعا لقانون كولوم وهذا يدل على أن شحنة الجسم تولد حولها خاصية جدية تظهر على شكل قوه كهربائية ولما كانت هذه القوة تنقص بازدياد البعد فإنه لأمر طبيعي أن يضعف الأثر الكهربائي لشحنة الجسم تدريجيا حتى يتلاشى في نقطة تبعد بعدا كافيا عنهما.

‏والمنطقة المحيطة بالشحنة والتي تظهر فيها آثار القوى الكهربائية على غيرها من ألشحنات تسمى بالمجال الكهربائي للشحنة.

‏وتعرف شده المجال الكهربائي (م*) عند نقطة في المجال بأنها القوة التي يؤثر بها المجال على وحده الشحنات الموجبة الموضوعة في هذه النقطة.

م* = ق\ش

لكن ق =( 9×10^9 * ش*ش.)\ف^2 حسب قانون كولوم

بالتعويضعن ق في م*

م* =( 9×10^9 ش*ش.)\(ف^2*ش.)

م* =( 9×10^9 ش)\ف^2

حيث م* شده المجال الكهربائي الناشيء عن الشحنه ش ويحدد مقدارا واتجاها

*مقدارا يحسب من العلاقه السابقه
*اتجاها ::::

1- نفرض وجود شحنه نقطيه موجبه (ش.) تبعد ف عن ش
2- نحدد اتجاه حركه (ش.) بالنسبه ل (ش)
3- اتجاه حركه (ش.) هو اتجاه المجال الكهربائي عند هذه النقطه وبصوره عامه يكون اتجاه المجال داخلا في الشحنه السالبه وخارجا من الشحنه الموجبه



وتقاس م* بوحده (نيوتن/كولوم)

ش => الشحنه المراد حساب المجال الناشيء عنها وتقاس بالكولوم
ف=> بعد النقطه المراد حساب المجال عندها عن (ش) وتقاس بالمتر
ش.=> الشحنه النقطيه الموجبه حره الحركه والتي تتاثر في المجال الكهربائي النائي عن ش وتقاس بالكولوم


ملاحظه::: اذا كانت النقطه متأثره من أكثر من مجال نحسب المجال المحصل عن هذه النقطه باستخدام قواعد المحصله

ملاحظة::: تسمى النقطه التي يكون عندها المجال الكهربائي صفرا نقطه التعادل


(2-2) تخطيط المجال الكهربائي:


يمكن تمثيل المجال الكهربائي بيانيا لشحنة أو عدد من الشحنات بخطوط وهمية تسمى خطوط المجال الكهربائي وكل خط من هذه الخطوط يدل على الطريق الذي تسلكه وحدة الشحنات الموجبة عند تحركها في المجال الكهربائي بتأثير القوة التي يؤثر بها المجال عليها.

(2-3) صفات خطوط المحال الكهربائي:.


1- خطوط المجال تبتعد عن الشحنة الموجبة وتتجه نحو الشحنة السا لبة.
2- تتباعد خطوط المجال لشحنة مفرده كلما ابتعدنا عن الشحنة أي أن كثافتها (عددها الذي يخترق وحدة المساحه) تقل مع ازدياد بعدها عن الشحنة.
3- تتناسب شدة المجال الكهربائي طرديا مع عدد خطوط المجال المارة عموديا على وحدة المساحة أي تدل كثافة الخطوط في منطقة ما على مقدار المجال في تلك المنطقه.
4- يدل اتجاه المماس لخط المجال في نقطة ما على اتجاه المجال عند تلك النقطة.
5- خطوط المجال الكهربائي لا تتقاطع لأنه لا يكون لشدة المجال الكهرباي عند نقطة إلا اتجاه واحد.
6- يتناسب عدد الخطوط الخارجة من الشحنة الموجبة أو الداخلة في الشحنه السالبة تناسبا طرديا مع مقدار الشحنة.

(2-4)أشكال المجال الكهربائي:


يقسم المجال الكهربائي إل:

أولا::: مجالا كهربائيا منتظما

أ-وهو المجال الذي ينشأ بين صفيحتين مشحونتين متوازبتين.
ب- خطوط المجال المنتظم تكون متوازية والبعد بينها متساوي.
ج*- مقدار المجال الكهربائي المنتظم ثابت في كل نقطة تقع في المجال أي أن عددخطوط المجال التي تخترق وحدة المساحه العمودية ثابت عند أي نقطة
د- اتجاه المجال الكهربائي المنتظم ثابت في كل نقطة في المجال.

ثانيا::: مجالا كهربائيا غير منتظما

أ- وهو المجال الذي ينشأ عن الشحنات المفردة.
ب - خطوط المجال غير المنتظم تتباعد عن بعضها كلما ابتعدنا عنالشجنه
ج*- مقدار المجال الكهربائي غير المنتظم متغير في كل نقطة في المجالأي أن عدد خطوط المجال التي تخترق وحده المساحه العموديه لا يكون ثابتا
د-اتجاه المجال الكهربائي متغير في كل نقطة في المجال.


(2-5) حركة شحنه نقطيه في مجال كهربائي منتظم:


اذا وضعت شحنه نقطيهفي مجال كهربائي منتظم فان المجال سيؤثر على الشحنه بقوه كهربائيه

ق=م* ش

وهذه القوه حسب قانون نيوتن الثاني ستكسب الشحنه تسارعا حيث
مجموع ق = ك ت

وهذا التسارع سيؤدي الى تغير سرعه الشحنه في زمن محدد وبالتالي فان الشحنه ستقطه المسافه بين اللوحين في زمن مقداره (ز) ويمكن حساب كل من (ع1,ع2,ف,ز) باستخدام معادلات الحركه

ع2= ع1+ت ز
ع2^2=ع1^2+2 ت ف
ف= ع1 ز+ 0.5 ت ز ^2

مع مراعاه كون الحوكه في بعد واحد أو في بعدين( حركه افقيه أو عموديه) كما في حركه المقذوفات.
كما ان المجال يبذل شغل على الشحنه تساوي( ق ف جتا <) حيث < الزاويه بين (ق) و (ف) ويصرف هذا الشغل كله لإكساب الجسم طاقة حركيه حيث ش( الشغل) = ط ح 2 - ط ح 1

المواد الموصلة والمواد العازلة

- المواد الموصلة والمواد العازلة

                                                 نشاط الملاحظة

 ندرج أجساما من مواد مختلفة في دارة كهربائية

 

                                                        جدول النتائج

الجسم

المصباح

                                                             ملحوظة

إن الفلزات والأشابات مواد موصلة وغير المعادن مواد عازلة ( باستثناء الكربون ) .

تختلف جودة توصيل الكهرباء

البلاستيك

لا يضيء

الخشب الورق الزجاج المطاط. الخيوط

الجسم

المصباح

النحاس

يضيء

الألمنيوم الحديد الفولاذ موصلات كهربائية عوازل كهربائية

 نلاحظ أن مصباح الدارة تارة يضيء وتارة أخرى لا يضيء،لذا نستنتج أن الأجسام تصنف كهربائيا إلى:

أجسام تتكون من مواد موصلة لأنها تسمح بمرور التيار الكهربائي .

أجسام تتكون من مواد عازلة لأنها لا تسمح بمرور التيار الكهربائي .

تستخدم المواد الموصلة لنقل التيار الكهربائي.

تستخدم المواد العازلة للحماية. فمثلاً تُغطى أدوات التوصيل الكهربائي  بمواد عازلة مثل المطاط والبلاستيك .

                           2- هل الماء و الهواء موصلان للتيار الكهربائي؟

 

الهواء مادة عازلة بشكل طبيعي.

الماء مادة موصلة ضعيفة .

                                                      ملحوظة

يصبح الهواء موصلا في حالة الصاعقة.

يستطيع الماء حمل تيار كهربائي كبير لدرجة أنه يستطيع قتل إنسان.

                                              3- السلسلة الموصلية للمصباح

تصنف مكونات المصباح إلى:

  أجزاء موصلة: السليك - الساقان الفلزيان - العقب - القعيرة .

  أجزاء عازلة: الحبابة - الإسمنت - المسحوق الزجاجي الأسود.

                                                     خلاصة

عند مرور التيار الكهربائي في المصباح عبر السلسة الموصلة يتوهج السليك المكون من التنغستين.

البلاستيك ، الخشب ، الصوف ، الورق ، الزجاج ، الخيوط ، المطاط.

النحاس ، الحديد ، الفضة ، القصدير ،فولاذ، الألمنيوم ، الذهب ،الزئبق ،الكربون.

الطبيعة الموجية للضوء

الطبيعة الموجية للضوء

أولاً : موجات الضوء

أحد أشكال الطاقة وتتميز بالقدرة على إثارة حاسة الإبصار فى العين السليمة عندما يصل إليها .

عبارة عن موجات كهرومغناطيسية يمكنها الإنتقال فى الفراغ بسرعة تساوى (3 Χ 810 م / ث)

يتراوح الطول الموجى للضوء المرئى بين ( 380 : 700 نانومتر )

سرعة الضوء : المسافة التى يقطعها الضوء فى الثانية الواحدة .

الحسن بن الهيثم : 1- مؤسس علم الضوء . 2- مفسر الرؤية الصحيحة للأشياء

3- مكتشف الخزانة ذات الثقب التى كانت مقدمة لعمل الكاميرا .

ثانيا ً : تحليل الضوء الأبيض

الشمس المصدر الرئيسى للطاقة الضوئية على سطح الأرض .

الضوء الأبيض ( ضوء الشمس ) خليط من ألوان الطيف السبعة .

نشاط : تحليل الضوء الأبيض :

الخطوات :

ضع قرص ( CD) على سطح منضدة بحيث يواجه سطحه اللامع مصدراً للضوء الأبيض كأشعة الشمس .

الملاحظة : تكون ألوان الطيف السبعة على القرص ( CD) اللامع .

الإستنتاج : الضوء الأبيض يتكون من سبعة ألوان تعرف بألوان الطيف هى :

( أحمر / برتقالى / أصفر/ أخضر / أزرق / نيلى / بنفسجى )

ما هي أهمية المنشور الثلاثى ؟

تحليل الضوء الأبيض إلى ألوان الطيف السبعة .

1- أقل ألوان الطيف إنحرافاً ( أقربها إلى رأس المنشور ) الضوء الأحمر .

2- أكبر ألوان الطيف إنحرافاً ( أقربها إلى قاعدة المنشور ) الضوء البنفسجى .

3- أقل ألوان الطيف تردداً الضوء الأحمر وأعلاها تردداً الضوء البنفسجى .

4- الضوء البنفسجى أقل الألوان طول موجى والضوء الأحمر أكبر ألوان الطيف طول موجى .

يستخدم الضوء الأحمر فى إشارة المرور (قف) ؟

لأنه أكبر طول موجى فيراه السائق من بعيد فيقف .

هل تعلم أن :

لون الضوء البنفسجى النيلى الأزرق الأخضر الأصفر البرتقالى الأحمر

الطول الموجى نانومتر 350:400 أكبر تردد

أكبرإنحراف 400:450 450:500 500:550 550:600 600:650 560:700 أقل تردد

أقل إنحراف

الأطوال الموجية لمكونات الضوء المرئى ( الأبيض ) :

■■ ماكس بلانك مؤسس نظرية الكم :

أثبت عام 1900 ان : 1- طاقة موجة الضوء مكونة من كميات تعرف بالفوتونات .

2- طاقة الفوتون تتناسب طردياً مع تردد الموجة للضوء .

طاقة الفوتون α تردد الفوتون

طاقة الفوتون = مقدار ثابت Χ تردد الفوتون . ( المقدار الثابت يعرف بإسم ثابت بلانك )

تدريب : أيهما أكبر طاقة ولماذا فوتون الضوء الأحمر أم فوتون الضوء البنفسجى ؟

ﺠ : طاقة فوتون الضوء البنفسجى أكبر من طاقة فوتون الضوء الأحمر لأن تردد الضوء البنفسجى أكبر من تردد

الضوء الأحمر وطاقة الفوتون تتناسب طردياً مع تردد الفوتون .

هل تعلم ؟ ! 1- يمكن إستغلال الضوء فى الديكورات المنزلية ، إبراز اللوحات الفنية .

2- مصابيح الزينة فى إدخال الحيوية والبهجة على المكان .

3- الأباجورة تستخدم فى تركيز الضوء للقراءة .

ثالثاً : سلوك الضوء فى الأوساط المادية المختلفة

نشاط : للتعرف على سلوك الضوء فى الأوساط المادية :

حالات النظر إلى .... مدى الرؤية

واضحة غير واضحة منعدمة

1- عنوان كتاب موضوع على المكتب . √

2- عنوان كتاب بعد وضع شريحة من كيس بلاستيك شفاف عليه √

3- عنوان الكتاب بعد وضع عدة شرائح من البلاستيك الشفاف عليه √

4- عنوان الكتاب بعد وضع ورقة شجر عليه √

5- قطعة نقود فى كوب به لبن √

6- قطعة نقود فى كوب به لبن √

7- فتيلة مصبح مصنوع إنتفاخه من الزجاج المصنفر √

الإستنتاج : 1) تقسم الأوساط المادية تبعاً لقابليتها لنفاذ الضوء خلالها إلى :

 

1- وسط شفاف 2- وسط شبه شفاف 3- وسط

أ- وسط شفاف : يسمح بنفاذ الضوء خلاله مثل الهواء والماء النقى .

ب- وسط شبه الشفاف : يسمح بنفاذ جزء من الضوء ويمتص الجزء الآخر مثل الزجاج المصنفر .

ج- وسط معتم : لا يسمح بنفاذ الضوء خلاله مثل ورق الشجر واللبن .

2) زيادة سمك الوسط الشفاف يقلل من نفاذية الضوء خلاله .

عدم رؤية الأسماك الموجودة بالقرب من قاع نهر النيل بالرغم من أن الماء وسط شفاف لأن قاع النهر طمى لونه

أسود فيمتص الأشعة الساقطة ويمنع إنعكاسها فلا نرى الأسماك فى نهر النيل القريبة من القاع .

(4) إنتقال الضوء فى خطوط مستقيمة :

1- ينتقل الضوء فى الأوساط المادية الشفافة على هيئة خطوط مستقيمة .

2- يمكن التحكم فى سمك الحزم الضوئية .

لبيان إنتقال الضوء فى خطوط مستقيمة نجرى النشاط التالى :

■ الأدوات :

1- أربع كروت من الورق المقوى 2- قطع صلصال

3- لوح من الورق الأبيض 4- قلم ضوئى

■ الخطوات :

1- أصنع ثقباً جانبياً فى ثلاثة كروت

2- ثبت الكروت الأربعة على لوح ورق أبيض بحيث تكون الثقوب على إستقامة واحدة

3- وجه ضوء القلم كلما قلت مساحة ثقب الكارت (أ)

■ الملاحظات :

أ- يمر الضوء من الثقوب على شكل خط مستقيم

ب- تقل كمية الضوء كلما قلت مساحة ثقب الحائل

■ الإستنتاج :

1- ينتقل الضوء فى الوسط المادى الشفاف على هيئة خطوط مستقيمة .

2- يمكن التحكم فى سمكها .

هل تعلم :

ظاهرة كسوف الشمس : تحدث عندما يكون الشمس والقمر والأرض على إستقامة واحدة نهاراً وتحدث فى أول

الشهر العربى عندما يكون القمر محاقاً ويكون القمر بين الشمس والأرض .

ظاهرة خسوف القمر : تحدث عندما يكون الشمس والقمر والأرض على إستقامة واحدة ليلاً وتحدث فى منتصف

الشهر العربى عندما يكون القمر بدراً ويكون الأرض بين الشمس والقمر .

(5) شدة الإستضاءة :

للتعرف على مفهوم شدة الإستضاءة نجرى النشاط التالى :

1- قف على بعد 1 م من سطح الحائط فى غرفة مظلمة ووجه ضوء مصباح الجيب .

2- كرر الخطوات مع زيادة المسافة بمقدار 1 م فى كل محاولة .

■ الملاحظة :

1- ينتشر الضوء المنبعث من المصدر الضوئى فى جميع الجهات .

2- تقل كمية الضوء الساقطة عند زيادة المسافة بين مصدر الضوء والحائط .

■ الإستنتاج : 1- شدة الإستضاءة للسطح تقل بزيادة المسافة بينه وبين المصدر الضوئى

2- شدة الإستضاءة تتناسب عكسياً مع مربع المسافة بين السطح ومصدر الضوء يعرف (قانون التربيع العكسى فى الضوء )

■ شدة الإستضاءة : هى كمية الضوء الساقطة عمودياً على وحدة المساحات من السطح فى الثانية الواحدة .

أنواع الأشعة الضوئية

1- أشعة متوازية 2- أشعة متفرقة 3- أشعة متجمعة

الطاقة الحرارية

الطاقة الحرارية

تستمد الأرض الطاقة من الشمس على شكل حرارة تصلها مباشرة وتؤثر طاقة جذب الشمس في الأرض فتبقيها في مدار حولها تحدث خلاله اختلافات في درجة الحرارة على المناطق المختلفة من سطح الأرض، كذلك تؤثر الأرض في القمر الذي يدور في مدار حولها ويستمد جزءا من طاقته الضوئية والحرارية منها. تظهر هذه الصورة التي التقطتها مركبة الفضاء أبوللو 8 كوكب الأرض كما ظهر لها من على سطح القمر، وقد أضاءت الشمس جزءا منه وغرق الجزء الآخر في الليل.
قال تعالى: وكل في فلك يسبحون .
1. الطاقة
إذا نظرنا إلى ما يحيط بنا نجد أنه يتشكل كله من المادة التي تتكون من ذرات وجزيئات، وتتشكل في إحدى الحالات الصلبة أو السائلة أو الغازية ونلاحظ أن هذه المادة منها الساكن ومنها المتحرك ومنها الساخن ومنها البارد ومنها المضيء ومنها المعتم. هذه السمات الأخيرة؛ السكون والحركة والسخونة والبرودة والإضاءة والإعتام صفات تكتسبها المادة دون أن تغير جوهرها أو تركيبها وهي ناتجة عن اكتساب المادة ما نسميه الطاقة، التي تنتقل من المادة وإليها وبأشكال مختلفة والطاقة هي الوجه الآخر لموجودات الكون غير الحية. فالجمادات بطبيعتها قاصرة عن تغيير حالتها دون مؤثر خارجي، وهذا المؤثر الخارجي هو الطاقة، فالطاقة هي مؤثرات تتبادلها الأجسام المادية لتغيير حالتها، فمثلا لتحريك جسم ساكن ندفعه فنعطيه بذلك طاقة حركية. ولتسخين جسم نعطيه طاقة حرارية، ولجعل الجسم مرئيا نسلط علية ضوءا فنعطيه طاقة ضوئية، وهناك أشكال أخرى من الطاقة كالطاقة الصوتية والكيميائية والكهربائية والنووية. ونحتاج إلى الطاقة في مختلف مجالات الحياة لتشكيل وتحريك واستخدام المادة المحيطة بنا لتسخيرها في خدمتنا. ولو حاولنا استقصاء وجود الطاقة وشكلها في حياتنا اليومية لوجدناها في كثير مما يحيط بنا:
تدبر الحالات التالية وحاول معرفة نوع الطاقة المتضمن في كل حالة.
1- عامل بناء ينقل الطوب من موقع إلى آخر داخل بناية.
2- خباز يدخل الأرغفة عجينا في المخبز ثم يخرجها ناضجة شهية للأكل.
3- سائق يطلق بوق السيارة وأمامه قطيع من الأغنام.
4- سيدة تضغط كبسة الإنارة في البيت مساء.
5- بطارية جافة تستخدم لتشغيل ساعة.
6- مفاعل نووي يقوم بتحلية مياه البحر.
7- محطة على نهر كبير تولد الكهرباء من المياه الساقطة .
من الواضح أن العامل يعطي الطوب طاقة حركية عند نقله والخباز يعرض الأرغفة للطاقة الحرارية أما السائق فيولد طاقة صوتية من بوق السيارة. والسيدة تزود اللمبة بطاقة كهربائية كيما تعطيها اللمبة طاقة ضوئية، والبطارية الجافة تستخدم الطاقة الكيميائية لإنتاج الطاقة الكهربائية، والمفاعل يحلي مياه البحر المالحة باستخدام الطاقة النووية أما محطة التوليد على السد فتحول الطاقة الحركية للمياه الساقطة إلى طاقة كهربائية. وتبين الصورة التالية تحويل الطاقة الحرارية إلى حركية.


1 -الطاقة الميكانيكية:
من أكثر أشكال الطاقة ظهورا واستخداما في حياتنا الطاقة الميكانيكية، وهي الطاقة المسؤولة عن كل أنواع الحركة التي نراها. وتحوي الطاقة الميكانيكية نوعين رئيسيين هما طاقة الحركة وطاقة الوضع.
فعند دفع كرة لتتدحرج على مستوى أفقي نقول أن معها طاقة حركة مكنتها من الاستمرار في الحركة. ونقول عن كل جسم متحرك أنه يمتلك طاقة حركة K تزيد بزيادة كتلته m وسرعته v، إذ تعطى طاقة الحركة لهذا الجسم كما يلي:
ولإيقاف هذا الجسم علينا أن نأخذ منه تلك الطاقة بأن نجعله يصدم جسما آخر مثلا فيعطيه هذه الطاقة بينما يتوقف هو عن الحركة.
والنوع الآخر هو طاقة الوضع أو الطاقة الكامنة وهي ما نختزنه في الجسم عندما نرفعه إلى أعلى، إذ أننا لو تركناه بعدئذ فإنه يتحرك ساقطا. مما يدل على أن طاقة ما كانت معه بدأت تتحول إلى حركة. هذه الطاقة الكامنة أو المختزنة فيه نسميها طاقة الوضع. كذلك لو ضغطنا زنبركا فإننا نختزن فيه طاقة وضع بدليل أنه عند إفلاتنا له يمكن دفع جسم أمامه وتحريكه، وعند وضع شحنتين متماثلتين قريبا من بعضهما فإن طاقة كامنة تختزن فيهما. وعند إفلاتهما تتحركان متنافرتان عن بعضهما.
2- الشغل :
عندما يؤثر مؤثر على جسم فيحركه من مكانه نقول أن هذا المؤثر بذل شغلا على هذا الجسم. فإذا أثر هذا المؤثر بقوة F على جسم فحركه باتجاه القوة مسافة r فإننا نعرف الشغل W الذي بذله بأنه:
W = F . r
وحيث أن ناتج الشغل هو طاقة ميكانيكية أي طاقة حركية أو طاقة وضع، فإن طاقة الحركة التي يزودها المؤثر كذلك إذا تحول الشغل إلى طاقة وضع U عند رفع الجسم إلى أعلى مثلا فان القوة اللازمة لرفع الجسم هي وزنه (m g) حيث g هي تسارع الجاذبية الأرضية. وبذلك فإن:
للجسم سوف تساوي الشغل المبذول عليه أي:
أما عند سقوط الجسم من الأعلى إلى الأسفل فإنه يحول الطاقة الكامنة فيه تدريجيا إلى طاقة حركة فتكون:
ونقول أن الطاقة الكامنة في الجسم قد تحولت كلها إلى طاقة حركة عندما يهبط الجسم إلى الارتفاع الأصلي الذي كان علية قبل رفعه. ومن الأمثلة على هذه التحولات البندول البسيط.
الطاقة لا تفنى ولا تخلق ولكنها تتحول من شكل إلى آخر.
وهكذا فيمكننا بواسطة الأجهزة المختلفة التي تم اختراعها وبناؤها في حضارتنا الحديثة تحويل أي شكل من الطاقة إلى أي شكل آخر.
ويبين الجدول التالي بعض الأجهزة التي تقوم بتحويل كل من أشكال الطاقة في العمود الأول إلى الشكل المقابل في العمود الثالث:


الشكل الثاني الجهاز الشكل الأول
طاقة صوتية الميكروفون طاقة كهربائية
طاقة كيمائية مدفأة الغاز طاقة حرارية
طاقة نووية المفاعل طاقة كهربائية
طاقة كهربائية المصباح طاقة ضوئية
طاقة كهربائية المروحة طاقة حركية





. الطاقة الحرارية :
1- ما هي الطاقة الحرارية :
في يوم حار قائظ يبحث المرء عن مكان ظليل يقيه التعرض المباشر للشمس التي تعتبر المصدر الأكبر للحرارة. فإذا استظل المرء بظل شجرة أو بناء فإنه يشعر بالراحة وذلك لأن الحرارة التي تصله من الشمس تقل. وينطبق هذا على الضوء لأن الظل بالمفهوم الدارج هو المنطقة التي يحجب عنها الضوء. فحرارة الشمس إذن كالضوء يمكن حجبها بواسطة مظلة أو بناء أو غيرها. والحقيقة أن الطاقة الحرارية والضوئية لهما منشأ واحد وعادة ما تترافق الحرارة مع الضوء حيث يشكل كل منها جزءا مما يسمى الطيف (الإشعاع) الكهرمنغاطيسي الذي يضم بالإضافة إليهما أشكالا أخرى من الطاقة الكهرمنغاطيسية. فالضوء هو أمواج كهرمغناطيسة والحرارة أيضا أمواج كهرمنغاطيسية تسمى الأشعة تحت الحمراء لكن طاقة كل منهما تختلف عن الأخرى وطبيعية الإحساس به تختلف أيضا. والطاقة الحرارية تنتقل بواسطة الأشعة تحت الحمراء وعندما تمتصها المادة فان جزيئاتها تتذبذب في موضعها بسرعة أكبر إن كانت صلبة أو تنتقل عشوائيا بسرعة أكبر إن كانت سائلا أو غازا وهذا ما نلاحظه عند تسجين الماء مثلا . وهنا نقول أن الطاقة الحرارية عند امتصاصها قد تحولت إلى طاقة حركية لكن على مستوى الجزيئات وليس على مستوى الأجسام ككل.

الطاقة الحرارية

مصادر الحرارة :



يمكن الحصول على الطاقة الحرارية كما ذكرنا سابقا من أي نوع من أنواع الطاقة الأخرى، غير أن هناك مصادر يكون التحويل منها إلى حرارة ضعيفا كالطاقة الضوئية والصوتية، وهناك مصادر قوية تعطي كمية كبيرة من الطاقة الحرارية التي يستفاد منها … ومن المصادر الضعيفة يمكننا الحصول على الطاقة الحرارية لأغراض القياس والتصوير والدارسة فقط كما في تصوير الكون بالأشعة تحت الحمراء، والمنظار الليلي ،وقياس درجة أما المصادر القوية فهي التي تعطينا كمية من الحرارة لاستخدامها في حياتنا العملية للأغراض المختلفة، كالطهي والتدفئة في المنازل والصناعات المختلفة من صهر وتشكيل المعادن إلى الصناعات البلاستيكية إلى تكرير البترول والصناعات الغذائية … الخ. وفيما يلي بعض المصادر القوية للطاقة الحرارية.

بعض مصادر الحرارة :
الشمس :

حرارة جسم المريض، ودرجة حرارة مياه البحر، ودرجة حرارة الجو …. الخ
تعد الشمس من أكبر مصادر الضوء والحرارة التي سخرها الله سبحانه وتعالى لاستمرار الحياة على سطح كوكبنا الأرض "وهو الذي جعل القمر نورا والشمس ضياء " وتمد الشمس أرضنا والكواكب الأخرى بالحرارة حسب بعدها عنها حيث يتلقى كل متر مربع من سطح الأرض في الثانية الواحدة ما معدله 1400 جول من الطاقة الشمسية، وتتوزع هذه الطاقة على أجزاء الأرض حسب قربها من خط الاستواء الذي يحظى بأكبر نصيب منها والطاقة الشمسية ضرورية لمعظم الكائنات الحية على سطح الأرض لاستمرار حياتها، وهي تمتص هذه الطاقة بطرق مختلفة خاصة الغطاء النباتي، وهي ضرورية للحفاظ على درجة حرارة سطح الأرض والغلاف الجوي والمائي لملائمة الكائنات التي تعيش في كل منها، ويمكننا الاستفادة من الطاقة الشمسية بطرق مختلفة فضلا عن ضرورتها للحياة بشكلها الطبيعي. فالسخانات الشمسية فوق أسطح المنازل تقوم على تسخين المياه بتعرضها المباشر للشمس، والخلايا الشمسية التي تولد الكهرباء تعتمد على تحويل الإشعاع الشمس إلى كهرباء تستخدم في المنازل وفي المشاريع الواقعة في المناطق النائية. وينظر إلى الطاقة الشمسية كمصدر نظيف للطاقة لا يلوث البيئة ولا توجد له مخاطر تذكر على الحياة على سطح الأرض وتتولد الطاقة الشمسية نتيجة تفاعلات الاندماج النووي، التي تحدث داخل الشمس وتجعلها بالتالي مصدرا مستعرا للحرارة إذ تبلغ درجة حرارة سطحها حوالي 6000 درجة مئوية بينما ترتفع في باطنها إلى ملايين الدرجات وترسل الشمس الأشعة الكهرمغناطيسية بكل أنواعها ، ومن ضمنها الأشعة تحت الحمراء الحرارية وأشعة الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية التي تقوم طبقة الأوزون بعكس جزء كبير منها فتمنع عنا ضررها.

الفولتميتر واستخداماته

الفولتميتر واستخداماته

عندما يبدأ الشخص في بناء الدوائر الإليكترونية أو اكتشاف أعطالها فإنه سيحتاج إلى أجهزة قياس معينه لتحديد القيم المطلوبة في نقاط معينة من الدائرة. ومن أهم هذه الأجهزة وأكثرها تداولا هو المقياس متعدد الأغراض أو

وا جهاز يستخدم لقياس الكثير من الأشياء والتي من أهمها شدة التيار و فرق الجهد وكذلك المقاومة.

أنواع المقاييس متعددة الأغراض

هناك نوعان وهما

التمثيلي (Analog ) وهو نوع قديم ولكنه لايزال يستخدم



الرقمي (Digital ) وهو واسع الاستخدام و اسهل من التمثيلي


التمثيلي

(Analog )

مكونات التمثيلي

قد تختلف الأشكال من جهاز إلى آخر ولكنها جميعاً تحتوي على أجزاء متشابهة.


مداخل المجسات:

هنا تدخل المجسات المستخدمة للقياس. وهي مؤشرة بالاشارات + و – أي سالب وموجب.

لاحظ أننا إذا عكسنا المجسات أثناء القياس فإن المؤشر سوف يتحرك بالجهة الأخرى. إذا حدث ذلك يجب إزالة المجسات وتركيبها في الجهة الصحيحة.

معيار المقاومة:

يستخدم هذا المفتاح لمعايرة الجهاز أي ضبط موقع الصفر عندما لايكون الجهاز مستخدماً . في الملتيمتر التمثيلي أجزاء متحركة ويحتاج إلى الضبط بعد عدة استخدامات.

مفتاح اختيار نوع القياس

بهذا المفتاح يمكننا أن نختار قياس تيار

أو جهد متردد (AC) أو ثابت (DC)

كما يجب أن نضع هذا المفتاح في وضع DC عندما نريد قياس قيمة المقاومة

مفتاح اختيار عملية القياس

نلاحظ أن هذا المفتاح مقسم إلى عدة أقسام هي:

الفولت ويشار اليها بالقيمة القصوى ثم حرف V

الأمبير ويشار اليه بالقيمة ثم حرفي MA أي ميللي أمبير

المقاومة ويشار اليه بالحرف R


شاشة القراءات

نلاحظ هنا أنه يوجد ثلاثة مقاييس رئيسية وهي:

مقياس المقاومة: وهو المقياس العلوي فعندما نقيس قيمة مقاومة فلا ننظر إلا إلى هذا المقياس. لاحظ أن تقسيمات مقياس المقاومة تبدأ من اليمين إلى اليسار ( أي أن الصفر في جهة اليمين)

مقياس دي سي (DC) : وهو أسفل مقياس المقاومة. ويمكننا بهذا المقياس قراءة قيمة الجهد والتيار الثابتين (DC)

لاحظ هنا أن هذا المقياس يحتوي على ثلاثة تقسيمات الأول يبدأ من صفر إلى 10 والثاني يبدأ من صفر إلى 50 أما الثالث فيبدأ من صفر إلى 250

مقياس اي سي (AC) : ويشارك مقياس دي سي في التقسيمات السابق ذكرها.




كيفية قراءة القياسات في التمثيلي


أفضل طريقة لشرح طريقة القراءات هي باعطاء الأمثلة:

قياس المقاومة

لقياس المقاومة يجب أن نحرك مفتاح اختيار القياس إلى أحد الأماكن التي أمامها حرف R


لنفرض أننا عند قياس المقاومة حصلنا على هذه القراءة

أولا لأننا نقرأ قيمة المقاومة فيجب أن ننظر إلى المقياس العلوي فقط. نرى هنا أن المؤشر يشير إلى القيمة 12.


الرقمي

(Digital )

تعتبر الرقمية من أكثر أجهزة القياسات استخداما في مجال الاليكترونيات وذلك لما توفره من سهولة الاستخدام بالاضافة إلى الدقة في القراءة



مكونات الرقمي

قد تختلف الأشكال من جهاز إلى آخر ولكنها جميعاً تحتوي على أجزاء متشابهة.



مداخل المجسات:

هنا تدخل المجسات المستخدمة للقياس. وهي

مدخل موجب وهو مؤشر بالرموز (VWmA ) ويستخدم عند قياس المقاومة والجهد والتيار بالميللي أمبير

مدخل سالب وهو مؤشر بالرموز (COM)

مدخل التيار الثابت بالأمبير وهو مؤشر بالرموز (10ADC) وقد يكون مؤشرا باشارة أخرى حسب قدرة قياس الملتيمتر الذي لديك.

لاحظ أننا إذا عكسنا المجسات أثناء القياس فإن إشارة السالب – ستظهر في الشاشة بجانب الأرقام.



مداخل قياسات الترانزستور:

ويستخدم لقياس الكسب (hfe)

وهنا تدخل أطراف الترانزستور في الجزء المؤشر PNP أو NPN بحسب نوعه

مفتاح اختيار عملية القياس

نلاحظ أن هذا المفتاح مقسم إلى عدة أقسام هي:

OFF ويستخدم لاطفاء الملتيمتر حيث أنه يعمل بالبطارية فلا تنس إطفاء الجهاز عند عدم استخدامه.

DCV ونحرك المفتاح إلى هذا الوضع عند رغبتنا بقياس الجهد الثابت وهو مقسم إلى عدة أقسام بحسب قيمة الجهد المراد قياسه.

ACV ونحرك المفتاح إلى هذا الوضع عند رغبتنا بقياس الجهد المتردد

DCA ونحرك المفتاح إلى هذا الوضع عند رغبتنا بقياس التيار الثابت الصغير أي ميللي أمبير أو مايكرو أمبير. وهو مقسم إلى عدة أقسام بحسب شدة التيار المراد قياسه.

10A ونحرك المفتاح إلى هذا الوضع عند رغبتنا بقياس التيار الثابت بالأمبير

W ونحرك المفتاح إلى هذا الوضع عند رغبتنا بقياس المقاومة وهو مقسم إلى عدة أقسام بحسب قيمة المقاومة.

(رمز الديود)ويستخدم لاختبار الصمامات الثنائية (الدايود)



كيفية قراءة القياسات في الرقمي


قياس المقاومة



لقياس المقاومة يجب أن نحرك مفتاح اختيار القياس إلى أحد الأماكن التي أمامها رمز W



أما المجسات فالمجس الأحمر يدخل في الفتحة المؤشرة بالرموز VWmA والمجس الأسود يدخل في الفتحة المؤشرة بالرمز COM



ستظهر القراءة على الشاشة ولكن إذا ظهرت هذه القراءة فمعنى ذلك أن قيمة المقاومة أعلى من القيمة التي اخترناها باستعمال مفتاح اختيار القياس. عند ذلك يجب تحريك المفتاح إلى وضع آخر بقيمة أكبر حتى تظهر لنا قيمة المقاومة



قياس الجهد

قياس الجهد الثابت DC

لقياس الجهد الثابت (DC) يجب أن نحرك مفتاح اختيار القياس إلى أحد الأماكن التي أمامها الرمز DCV

أما المجسات فالمجس الأحمر يدخل في الفتحة المؤشرة بالرموز VWmA والمجس الأسود يدخل في الفتحة المؤشرة بالرمز COM

عند القياس ستظهر القراءة على الشاشة مباشرة ويمكننا تحريك مفتاح اختيار القياس للحصول على أفضل قراءة بحسب قيمة الجهد.



أي إذا كنا نقيس جهدا بحدود 15 فولت مثلا فنحرك المفتاح إلى وضع 20 أي أن الجهاز في هذه الحالة باستطاعته قياس الجهود إلى 20 فولت كحد أعلى

قياس الجهد المتردد AC

لقياس الجهد المتردد (AC) يجب أن نحرك مفتاح اختيار القياس إلى أحد الأماكن التي أمامها الرمز ACV وهي في الجهاز الموضح سابقا إما 200 أو 750 فولت.

فإذا أردنا قياس جهد أقل من 200 فولت فنحرك المفتاح إلى وضع 200 فولت أما إذا أردنا قياس جهد أعلى من 200 فولت فنحرك المؤشر إلى وضع 750 فولت



قياس التيار

قياس التيار الثابت DC

لقياس التيار الثابت (DC) بالميكرو أو الميللي أمبير يجب أن نحرك مفتاح اختيار القياس إلى أحد الأماكن التي أمامها الرمز DCA

أما المجسات فالمجس الأحمر يدخل في الفتحة المؤشرة بالرموز VWmA والمجس الأسود يدخل في الفتحة المؤشرة بالرمز COM

إذا كان التيار المراد قياسه ذو شدة عالية (في الجهاز الموضح 10 أمبير كحد أقصى وقد يختلف ذلك من جهاز إلى آخر ) فيوصل المجس الأحمر بالفتحة المؤشرة بالرمز 10A



عند القياس ستظهر القراءة على الشاشة مباشرة ويمكننا تحريك مفتاح اختيار القياس للحصول على أفضل قراءة بحسب شدة التيار.

جهاز الأميتر

جهاز الأميتر

وظيفته :
جهاز يستخدم لقياس شدة التيارات الكبيرة في الدائرة الكهربائية.



تركيبه : جلفانومتر مضافا إليه مقاومة صغيرة جدا (م ) توصل مع ملف الجلفانومتر على التوازي ( تسمى مجزئ التيار )
السبب: ليحدث تفرع للتيار المراد قياسه (ت) حيث يمر جزء صغير من التيار (ت1) عبر ملف الجلفانومتر والجزء الكبير من التيار يمر عبر المقاومة الصغيرة (م) ( تذكر أن العلاقة بين شدة التيار والمقاومة هي علاقة عكسية وفق قانون أوم )



العلاقة الرياضية :




بما أن المقاومتان على التوازي :
فرق الجهد ثابت
ويكون جـ = جـ .م. ت1 = م ( ت – ت1 )
م = م. × ت1 / ( ت- ت1)
لاحظ أن القوة المضاعفه للمجزئ
ض = ت/ت1
مقاومة مجزئ التيار
م = م. / ( ض – 1 )
توضيح الرموز :
م. : مقاومة الجلفانومتر
ت1 : التيار المار في الجلفانومتر ( أكبر تيار )
م : مقاومة مجزئ التيار ( المقاومة المضافة )
ت : شدة التيار الذي يقيسه الأميتر ( أكبر تيار )
( ت- ت1) : التيار المار في مجزئ التيار

الأميـتر آلة لقياس التيار الكهربائي الذي يمر في دائرة، بوحدات تُسمى الأمبير. وهناك نوعان أساسيان من الأميترات: القياسية والرقمية.

تتألف معظم الأميترات القياسية المستخدمة بشكل واسع، من ملف ذي سلك دقيق ملفوف حول قلب حديدي طري. يُعلَّق هذا القضيب أو العمود بين قطبيْ مغنطيس دائم. وعندما يسري التيار في الملف يدور الملف والعمود معًا، بحيث يُصبِح المجال المغنطيسي للملف موازيًا لمجال المغنطيس الدائم. ويوجد مؤشر على العمود يتحرك على تدريج يشير إلى القراءة بالأمبير. ويجزِّيء مُفرِّع الأميتر (سلك ثقيل) معظم التيار حول المقياس. وباستخدام مفرعات مختلفة، يستطيع الأميتر أن يقيس مجالاً واسعًا من التيارات ـ من أجزاء الملايين القليلة للأمبير إلى الأمبيرات المتعددة على جهاز متعدد الأغراض.

يعمل الأميتر ذو الملف المتحرك فقط على تيار مستمر، أي التيار الذي يسري دائما في الاتجاه نفسه. ويستطيع المقياس تحويل التيار المتناوب (منعكس باستمرار) إلى تيار مباشر بوساطة المقومات الموجودة فيه.

لا يحتوي الأميتر الرقمي على أي أجزاء متحركة. وعندما يمر تيار من خلال المقياس فإنه يحول الجهد الكهربائي بين نقطتين إلى رمز رقمي ثم يعالج هذا الرمز إلِكترونيًا لحساب التيار.