الضوء وطاقة الكم كأحد النظريات العلمية الهامة .. تعريفه وخصائصه

كتابة: ايمان السعيد - آخر تحديث: 28 يونيو 2021
الضوء وطاقة الكم كأحد النظريات العلمية الهامة .. تعريفه وخصائصه

الضوء وطاقة الكم، تعد أحد الموضوعات الهامة التي نطرحها للعديد من الطلاب بمختلف مراحل التعليم المختلفة، حيث نلقي الضوء على بعض النظريات العلمية، التي تهم الكثير من الباحثين، والعلاقة الوثيقة التي تربط كلًا من الضوء وطاقة الكم حيث التفاعل بين الجسيمات بعضها البعض، والتي سوف نتناولها خلال مقالنا تفصيلًا.

ما هو الضوء وطاقة الكم؟

  • هو وحدة للتعبير عن الجزء الضئيل من الطيف المغناطيسي.
  • الذي يمكن للعين المجردة اكتشافه والذي يتمثل في” الاشعاع المغناطيسي”.
  • كما ينتقل عبر أشعة جاما بأطوال موجية محددة.
  • حيث تتراوح ما بين” 700 نانومتر للضوء الأحمر، و400 نانومتر للضوء البنفسجي”.
  • مع العلم أن الشمس هي أكبر المصادر على وجه الأرض، وذلك للطيف المغناطيسي بالكامل [1].

خصائص الضوء وطاقة الكم

تعد خصائص الضوء هي تلك الخصائص التي تنطبق على الطيف الكهرومغناطيسية والتي تتمثل في الأتي:-

خصائص بصرية

تتمثل في كافة الخصائص التي تحددها العين مثل الانعكاس والانكسار والاستقطاب والانتشار والحيود.

خصائص موجبة

والتي تعبر عن مكونات الضوء حيث يتكون من موجتين إحداهما كهربائية والأخرى مغناطيسية، لذلك نراه يمتلك خصائصهما فهما متراكبتين.

الضوء وطاقة الكم

العلاقة التي تربط كلًا من الضوء وطاقة الكم وثيقة جدًا لما تحمله طاقة الكم من تفسيرات للضوء والمادة وانتقال الموجات، ونعرض ذلك تفصيلًا خلال السطور النقاط التالية:-

  • لابد أن نعرف أن طاقة الكم ما هي إلا تعبير عن وصف الحد الأدنى من الطاقة التي تتبادل بين الجسيمات سواء السالبة أو الموجبة.
  • حيث أشارت نظرية الكم لكلًا من الضوء والمادة أنهما وحداتان يتكونان من مجموعة من الجسيمات ذات الأحجام الصغيرة جدًا، ولكنها تتميز بخصائصها الموجية ذات الترابط القوي.
  • ولذلك نرى طبيعة عمل الضوء كجسيمات وموجات، من خلال الوصول لكتلة جسم متناهية الصغر في الحجم.
  • لأن الضوء عبارة عن جسيمات صغيرة تعرف ” الفوتونات” فيما نرى المادة تتكون من” إلكترونات وبروتونات ونيوترونات”.
  • ومن خلال ما سبق يمكننا ملاحظة أن الضوء يعمل كجسيم وموجة.
  • حيث أوضح جيمس كلارك ماكسويل أن الضوء ما هو إلا موجة كهرومغناطيسية متنقلة عبر الفضاء، بسرعة محددة تعني سرعة الضوء.
  • وبناءً عليه يوجد ارتباط بين تردد الضوء وطول موجته، يحدده المعادلة الأتية.
  • التردد = سرعة الضوء / الضوء الموجي
  • حيث تبلغ سرعة الضوء 3 * 10^ 8 م/ث
  • مع ملاحظة أن موجات الضوء تختلف بسبب التداخل والانعراج.

الطاقة وفقًا السعة وشدتها

  • كما تتغير الطاقة للموجة وفقًا لسعة الموجة وشدتها.
  • وتتراوح الأطول الموجية ما بين 400 إلى 750 نانومتر.
  • فيما يفسر عمل الضوء كجسيم” الفوتون”، والذي يعبر عن طاقة الضوء.
  • أما في حالة الضوء ذات سطوع وإشراق، فيقوم بإصدار العديد من الإلكترونات ذات الطاقة الحركية الموحدة.
  • ونلاحظ أن الطاقة الحركية تعتمد على ارتكاز الإلكترونات على شيء ما.
  • وبناءً عليه يحدث تغير في تردد الضوء، وهو ما يرجع إليه التغيرات في الطاقة الحركية لكافة الإلكترونات المنبعثة.
  • وفقًا لما تقدم نلاحظ توقف الطاقة الحركية على مستوى تردد الضوء، لنحصل عليه من المعادلة التالية.
  • التردد= طاقة الفوتون* h
  • ونستنتج مما سبق أن الضوء ينتقل من خلال شعاع منفصل يسمى الفوتون، والذي يتوجب أن يحمل طاقة كافية بغرض أخراج الإلكترون.
  • وأخيرًا فإن طاقة الكم تجمع بين تفسير سلوك الضوء والمادة، حيث تجمع بين خصائص كافة الجسيمات وتفاعلها مع بعضها البعض ومع الذرات من ناحية أخرى، لنرى أن الضوء ينبعث في الفراغ من خلال جزيئات” الفوتون” والتي تنتج نتيجة انتقال الإلكترون من مستوى للطاقة عالي إلى ما هو أقل منه، حيث يتعرض لطاقة معينة لنتأكد أن الضوء وطاقة الكم مترابطين ارتباط قوي.

ألوان الطيف الكهرومغناطيسية

نلاحظ الطول الموجي يتباين بين المرئي وغير المرئي، حيث تشير الموجات المرئية إلى الطيف الكهرومغناطيسية، وسوف نلقي الضوء عليه في السطور التالية:-

  • الألوان موزعة بالطيف كالاتي( الأحمر، البرتقالي، الأصفر، الأخضر، الأزرق، البنفسجي).
  • ويرجع ذلك إلى اختلاف الطول الموجي، الذي يصدر عنه العديد من الموجات الكهرومغناطيسية.
  • حيث تقوم بتوزيع الترددات ومستويات الطاقة مع النطاقات المنخفضة.
  • يتمثل الطيف الكهرومغناطيسية في( موجات الراديو، أشعة جاما، الأشعة تحت الحمراء المرئية، الأشعة فوق البنفسجية، الميكروويف، أشعة جاما).
  • كما يتمركز كلًا في موضعه خلال الطيف، فيما يستثنى الألوان الستة المذكورة.
  • حيث يختلف التقسيم حسب طبيعة الطيف، وقد أضاف نيوتن اللون السابع( النيلي).
  • بينما يمكن وجود بعض الألوان التي قد تظهر وتتلاشى عقب وجود الطيف، والخط الفاصل في ذلك هو الكميات التي لا حصر لها بين الألوان ودرجاتها من غامق جدًا إلى فاتح جدًا خلال الطيف.

وفي النهاية نكون قد انتهينا من عرض كافة المعلومات عن الضوء وطاقة الكم.

المراجع

  1. Wikipedia.com, ويكيبيديا الضوء، 26-6-2021
192 مشاهدة
error: Content is protected !!