الضوء لالتصال

تصميم الدرس

نظرة تاريخية لتطور مفهوم الضوء •

الضوء األبيض •

اإلشعاع وحيد اللون و طول الموجة •

أطياف اإلصدار و االمتصاص •

مجاالت األمواج الكهرومغناطيسية •

بعض المعلومات عن األشعة الكهرومغناطيسية •

سئلة التصحيح الذاتي أ •

جوبة التصحيح الذاتيأ •

: نظرة تاريخية لتطور مفهوم الضوء •

وإثارة التساؤالت وإجراء منذ قديم األزمنة وعلى مر العصور كانت خواص الضوء مثارا للدهشةالمحاوالت وعظيم االهتمام به إال أن العديد من التجارب لفهم طبيعة الضوء، وعلى الرغم من تلك

اليونانيون هم . كان مفهوم الضوء يركز على طريقة الرؤية والطبيعة الداخلية للضوء ظلت محل جدلأول من وضع الفرضيات حول الضوء بحيث كانوا يعتقدون أن الضوء عبارة عن نار متواصلة

.لمجموعة من الجسيمات الغامضةو قد ساهم العلماء العرب في علم البصريات وكان ابن الهيثم أول من وضع نظريات في الضوء حيث

اب المناظر كان ثورة في عالم البصريات، فابن الهيثم لم يتبن نظريات بطليموس ليشرحها إن كتويجري عليها بعض التعديل، بل إنه رفض عدداً من نظرياته في علم الضوء، بعدما توصل إلى

.نظريات جديدة غدت نواة علم البصريات الحديثن العين إلى الجسم المرئي، وقد تبنى العلماء زعم بطليموس أن الرؤية تتم بواسطة أشعة تنبعث محيث

ولما جاء ابن الهيثم نسف هذه النظرية في كتاب المناظر، فبين أن الرؤية تتم . الالحقون هذه النظرية بواسطة األشعة التي تنبعث من الجسم المرئي باتجاه عين المبصري ينتشر في خط مستقيم ضمن وسط بعد سلسلة من اختبارات أجراها ابن الهيثم بّين أن الشعاع الضوئ

متجانسيكون معدوماً إذا االنكسار أن حيث الضوء انكساراكتشف ابن الهيثم ظاهرة انعكاس الضوء، وظاهرة

.مرت األشعة الضوئية وفقاً لزاوية قائمة من وسط إلى وسط آخر غير متجانس معهّهد الستعمال العدسات المتنوعة في وضع ابن الهيثم بحوثاً في ما يتعلق بتكبير العدسات، وبذلك م

معالجة عيوب العينكان الضوء هو تيار من خالل عصر نيوتن ولسنوات خلت بعد ذلك كان هناك خالف حول ما إذا

الجسيمات أو حزمة من الموجات، وقد كان إسحاق نيوتن (Isaac Newton) يماتمن مؤيدي النظرية الجسيمية ، فهو يعتقد أن الضوء عبارة عن جس

"Particules" مستندا عل حقيقتين: المتشابهة، وظاهرة تكون الظالل دليل يؤيد هذه أن الضوء يسير في خطوط مستقيمة في األوساط -

.الحقيقيةإذا كان الضوء عبارة عن حزمة من الموجات فعليه أن يعاني من االنحراف وكان نيوتن يدرك أنه

مرفوضة يثبته عمليا ولم يشاهده تجريبيا ،مما جعل النظرية الموجيةوهذا ما لم " األركان" حول الزوايا .لدية رفضا تاماً

عدة ألوان، وتبعا للنظرية الجسيمية فإن كل شور فإنه يتحلل إلىوعند مرور الضوء األبيض في الم -

تلفة جسيم يسير بسرعة مختلفة عن اآلخر وينكسر بزاوية مخ لون يتبع لنوع معين من الجسيمات ، كل .المميزة لكل جسم ،وهذا ما استنتجه نيوتن تجريبياً أيضاً مما يسبب ظهور األلوان

أن للضوء طبيعة موجية ألنه بإمكانه االنتشار في األوساط المادية Huygens ,اعتبر هيقنز1690و في )Young) 1773-1829'و جاء بعده يونغ

و . ظاهرتا االنعراج و التداخل في الضوء عمال على تفسيرناللذا)Fresnel) 1788-1827و فرينل و 1888 يبن ماكسويل وجود موجات كهرومغناطيسية التي برهن عليها فيما بعد هرتز في1873في

قال أن الموجة الكهرومغناطيسية تنتشر في الفضاء بنفس سرعة الضوء و هذا ما جعلنا نقبل أن الضوء ز االلكترونات المتواجدة في الذرات أو الجزيئات عبارة عن موجة كهرومغناطيسية ناتجة عن اهتزا

بتواترات كبيرة تنتج أمواج كهرومغناطيسية ضوئية أن الطاقة الضوئية الناتجة عن جسم ساخن التنتج Max Planck قال العالم ماكس بالنك1900و في

Albert نجاء اينشتي وبعده.quantaبطريقة مستمرة وإنما بطريقة متقطعة تدعى الكوانتا Einstein هذه 1905 الذي شرح طريقة نزع اإللكترون من جسم صلب بواسطة الموجة الضوئية

وان الطاقة الضوئية مركزة في effet photoélectriqueالظاهرة تدعى باألثر الكهروضوئي و كان على العلماء إيجاد نظرية . الجسيمات أو كوانتا الضوء التي تدعى الفوتون الذي يملك طاقة

. رح في نفس الوقت الجانب ألجسيمي و الموجي لإلشعاعاتتش و باالعتماد على األمواج الميكانيكية البرهان على صالحية 1924 في de Broglie فاستطاع العالم . للضوء و حتى الجسيمات المادية األخرى كااللكترونات ) جسيمة-موجة(المفهوم الثنائي

: الضوء االبيض •

: تمهيد هل توجد ألوان في الضوء األبيض ؟

و لكن األبيض ليس بلون و إنما هو خليط من مجموعة من األلوان و ..... ضوء الشمس ابيض .لمعرفة هذه األلوان نقوم ببعض التجارب

اـ تبدد الضوء األبيض بواسطة قرص مضغوط

لما يصل الضوء األبيض على قرص مضغوط، فيحدث تبدد للضوء

. األبيض باالنعكاس

تبدد الضوء األبيض بواسطة موشور-ب . مطر ـ تبدد الضوء األبيض بواسطة قطرات ماء الد

طيف الضوء األبيض عند ظهور قوس قزح يمكن رؤية ألوان نذكر عادة األلوان السبعة األساسية و هي

ظاهرة طبيعية يتجلى فيها انحالل ضوء .الشمس بواسطة قطرات ماء الشتاء

يتشكل قوس قزح لما تضاء قطرات من وء الشمس، و يظهر أمطار خفيفة بض

قوس قزح عندما نعطي ظهرنا للشمس الواقعة على ارتفاع معتبر

األبيض = البنفسجي +النيلي + األزرق+ األخضر +األصفر + البرتقالي + األحمر

طيف الضوء األبيض

آما نسمي مجموعة هذه االلوان بـ االبيض الضوء طيف

ينحرف الضوء الصادر من المصباح عن مساره األصلي لما نعترض سبيله بواسطة

نسمي هذه الظاهرة تبدد الضوء األبيض. موشور

الضوء األبيض

ضوء األبيضتحليل ال

لموشورا 1الشكل

تحليل الضوء األبيض بواسطة شبكة-هـ

الشبكة عبارة عن مجموعة كبيرة من شقوق• .د فيما بينهامتوازية و متساوية األبعاضيقة،

، المقابل لعلى الشكبعد تحقيق التركيبة المبينة • : حيث

)S ( منبع ضوئي أبيض و)F (شق منبع ضوئي)R ( شبكة و)E (شاشة. أي حدث .و على جانبيها أطياف متواصلة من األلوان) F(نالحظ على الشاشة صورة بيضاء للشق •

تبدد للضوء األبيض بواسطة الشقوق المختلفة .سمح شبكة بتحليل الضوء األبيض عن طريق التبدد و الحصول عندئذ على طيفهت •

خطوط ملونةمثال نالحظ زئبقي،مصباح ضوء بتعويض الضوء األبيض ب طيف خطوط و متوازية، تدعى خطوط طيفية، و هذه النوع من األطياف يدعى

.متعدد األلوانيقال على هذا النوع من الضوء . ما بضوء الليزر نحصل على خط واحدأ•

. طيف الضوء االبيض معطى بواسطة شبكةنشاهد يمينا و يسار عن صورة الشق ، عدة

أطياف متواصلة

S

F R Eا

لضوء عدة أطياف خطوط مصباح زئبقي

عدة خطوط لضوء الليزر معطاة بواسطة شبكة

: اإلشعاع وحيد اللون و طول الموجة •

هل يمكن تحليل ضوء وحيد اللون-افنشاهد ) هليوم أو نيون(بمنبع ضوء ليزر ) 1الشكل (نعوض منبع الضوء األبيض في التجهيز السابق

وليس مجموعة من ألوان مختلفةعلى الشاشة بقعة ضوئية واحدة لونها كلون الشعاع الوارد ضوء وحيد اللون و ضوء متعدد األلوان-بال يمكن تحليل الضوء الصادر عن الليزر بواسطة موشور و عليه يقال عن هذا النوع من الضوء أنه •

.شعاع وحيد اللونأو أنه متشكل من وحيد اللون حيدة اللون مختلفة توافق مختلف األلوان و بالعكس بالنسبة للضوء األبيض تتواجد إشعاعات و•

.متعدد األلوانالمشاهدة على الشاشة، و يقال عنه :مالحظة

بعض األضواء قد تبدو لنا ملونة و لكن غير وحيدة اللون، فيمكن عندئذ تحليلها بموشور، فهي عبارة .عن أضواء متعددة األلوان

كيف نميز شعاع وحيد اللون-جـ لكل . )λ0(يرمز لها بـ طول الموجة في الخالء لون عن طريق مقدار يسمى نميز شعاع وحيد ال

انظر الشكل .طول موجة يوافقها لون معين

موشور

ضوء وحيد اللون

λ0

الموجة

:و لكن ُيستعمل عموما ما تحت المضاعفات) م(في الوحدة الدولية وحدة طول الموجة هو المتر1 µ.m = 10 – 6 m 1n.m = 10 – 9 m.

.جة مجاالت طول المو-د عندما نتكلم عن الضوء نقصد الضوء المرئي و لكن الضوء هو أكثر من هذا

البعد ( فاإلشعاعات الضوئية هي أمواج صغيرة يختلف لون كل إشعاع حسب قيمة طول الموجة )بين موجتين

إلى جانب األلوان المرئية في ضوء الشمس يوجد كذلك ألوان غير مرئية أي ليس باستطاعة العين المتسببة في 'infrarouge l األحمر يوجد ما تحت الحمراءنا و هي ما قبل اللورؤيته

رة الذي يتسبب في اسمرار بش (l'ultraviolets و بعد البنفسجي يوجد فوق البنفسجي الحرارة .اإلنسان عند تعرضه ألشعة الشمس

التلفزيوني و برامج لو يوجد كذلك أمواج الراديو و األمواج الهرتيزية التي تستخدم في اإلرسا الراديو

المستعمل في الطب اإلشعاع قاما المستخدم في الفيزياء النووية xاإلشعاع 400nعات المرئية تتراوح ما بين و إليك اآلن عزيزي التلميذ أطوال الموجة في الخالء لإلشعا

m -750 n m

نهاية حدية للمرئي

فوق بنفسجي

نهاية حدية للمرئي

400 450 500 550 600 650

700

تحت الحمراء

λ) n.m(

: أطياف اإلصدار و االمتصاص •

، فإن تموقع خطوط الطيف يزودنا ....... عند دراستنا لصورة طيف الشمس أو النجوم أو الكواكببل الوصول بمعلومات هامة حول المواد التي صدر منها الضوء أو المواد التي اخترقها الضوء ق

حيث علم الطيف يحدد الشروط الفيزيائية و . ألجهزتنا المستقبلة للضوء الن الضوء يحمل معلوماتو منه فإن الطيف ...أو داخلها...الكيميائية المهيمنة األجسام التي تصدر أو تمتص الضوء مثل النجوم

بعض األطياف عبارة عن بطاقة تعريف للعناصر التي تصدر أو تمتص الضوء و ندرس اآلن طيف إصدار حراري-ا

ممثلة بواسطة طيف ضوء مصباح حراري و يدعى هذا النوع من كل أطوال الموجة للمجال المرئي• .طيف متواصلاألطياف بـ

نسمي هذا النوع من اإلصدار .المتسبب في إصدار هذا الضوء هو ارتفاع درجة حرارة سلك مصباح•

.إصدار حراريجوم عبارة عن منابع ضوئية حرارية، حيث يتعلق لون منبع ضوئي حراري بدرجة الشمس و الن

حرارته : مثال

في درجة الحرارة العادية فإن لونه أسود و بإثارة )du charbon de bois (نأخذ فحم الخشب توهجه يصبح لونه احمر و بإثارته أكثر بالنسف عليه يصبح لونه أبيض و منه كلما زادت درجة

.حرارته تغير لون الضوء الصادر من الفحم

طيف متواصل لمصباح حراري

: أطياف االمتصاص-ب امتصاص من طرف محلول ملون

: تجربة .بيض تحقيق تجربة تبدد الضوء ال-2( تحضير محاليل ملونة مثال كبريتات النحاس-

42 SOCu −+ ، يخضور) +

وضع المحلول في مسير الضوء بعد الموشور- . مشاهدة الطيف- مالحظة-

)طيف اليخضور(في الطيف المتواصل للضوء األبيض تعوض بعض األلوان بأشرطة سوداء تفسير - . أو أشرطة االمتصاص توافق أشعة تلحق بالمحلول و ال بالشاشةاألشرطة السوداء•

طيف االمتصاصقد امتصت من طرف المحلول الملون و الطيف الناتج في هذه الظروف يدعى تواجد أشرطة االمتصاص في أوضاع معينة في طيف ضوئي يسمح بإبراز وجود بعض المركبات •

.على مسير الضوء) كاليخضور (الكيميائية

تشكل طيف االمتصاص لمحلول ملون

طيف امتصاص اليخضور

لها أشعة امتصاصفطياأ :تجربة

. انجاز تركيبة تبدد الضوء األبيض- . وضع مصباح بنزن بين العدسة و الموشور- . رمي قليل من كلور الصوديوم على لهب المصباح- . مشاهدة الطيف-

مالحظة .يظهر اشعاع في الطيف المتواصل للضوء األبيض• الموافقة تساوي بالضبط تلك التي تصدر عن مصباح ذي موجةالول تبين دراسة أكثر دقة أن ط•

nm 590أبخرة صوديوم تفسير و استنتاج- لما نلقي على لهب المصباح كلور الصوديوم فيسلك هذا اللهب سلوك مصفاة تمتص الشعاع األصفر• ).+Naتتشكل انطالقا من ( هذه الظاهرة وجود ذرات الصوديوم في اللهب تبين•

: صةخال .إال اإلشعاعات التي قد تُصدرها في ظروف أخرى) أو شاردة( ال تمتص ذرة ما - . ء يبرز شعاع أالمتصاص وجود فرد كيميائي موافق لهذا الشعاع على مسار الضو- المرئية و يظهر ابيض إذا عكس كل األشعة ت يظهر الجسم باللون األسود إذا امتص كل اإلشعاعا-

.الساقطة عليه

). bالشكل األسفل(طيف إصدار الصوديوم ). aالشكل األعلى(طيف امتصاص الصوديوم

تشكل طيف امتصاص الصوديوم

تطبيقات في الفيزياء الفلكية- جـ طيف ضوء الشمس -

الجزء المتواصل مصدره حراري و يسمح تحليله الكمي بتحديد درجة حرارة سطح الشمس و هي من •

C° 5700رتبة الخطوط السوداء عبارة عن أشعة امتصاص تبرز وجود أفراد كيميائية في الغطاء الخارجي للشمس •

.لومات عن تركيب هذا الغطاء الخارجيأي أنها تزودنا بمع يكشف لنا طيف ضوء الشمس على وجود الهيدروجين و الهليوم في مركز الشمس • لون النجوم-

يصدر عن الشمس الضوء األبيض و أما إشعاع نجمة درجة حرارتها أكبر في السطح لها أكثر ألوان .ذي أطوال موجة أصغر و عليه تظهر زرقاء

رجة حرارتها أصغر بالسطح تكون لها ألوان ذات أطوال موجة أكبر و عليه فتظهر و إشعاع نجمة د . و اليك عزيزي التلميذ بعض اطياف االصدار للذرات التالية حمراء

االزوت

الهليوم

الحديد

الكالسيوم

أشعة االمتصاص

ص الوثيقة المبينة اسفله تعطينا بعض أطياف اإلصدار و االمتصاو

حصول على هذه األطيافق التالية تبين الطريقة التي اتبعت للو الوثائ

شعاع ناتج عن مصباح متوهج

شعاع صادر عن غاز ساخن

شعاع ناتج عن امتصاص غاز بارد

اصل طيف اصدار متو

طيف اصدار خطي

طيف امتصاص خطي

: مجاالت االمواج الكهرومغناطيسية •

األشعة الضوئية تنتقل على شكل أمواج متقدمة مثل التجاعيد التي تتشكل على سطح الماء عندما نرمي تدعى هذه األمواج باألمواج الكهرومغناطيسية . حجرة صغيرة

..وكهربائي معا و هي ناتجة عن وجود حقل مغناطيسي ) اإلشعاعات الكهرومغناطيسية( : هذه اإلشعاعات الكهرومغناطيسية تحتوي على أطوال موجات ألشعة نذكرها تصاعديا وهي

les ،األشعة فوق البنفسجية ،الضوء المرئي ، األشعة تحت الحمراء ، X، أشعة ) قاما(أشعة micros-ondes و أمواج الراديو .

300000km/sنفس سرعة الضوء و ينتقل الشعاع الكهرومغناطيسي في الفراغ بو يمكنه االنتقال في األوساط المادية بسرع مختلفة حسب طبيعة الوسط و كل شعاع ضوئي يتميز

بينما الضوء األحمر طول nm 450بطول موجة و تواتر ، مثال الضوء األزرق طول موجته nm 750موجته

و طبيعة جسيمية و هذه ) اج كهرومغناطيسيةأمو(نشير في األخير إلى أن الضوء له طبيعية موجية الجسيمات تدعى بالفوتونات لن نتطرق إليها ألنها خارج

و إليك عزيزي التلميذ جدول يلخص أطوال الموجات لألمواج الكهرومغناطيسية. البرنامج

: بعض المعلومات عن االشعة الكهرومغناطيسية •

:األشعة قاما هي أشعة جد خطيرة بإمكانها اختراق االسمنت و حتى الرصاص و تهدم خاليا الكائنات الحية

:Xاألشعة بإمكانها اختراق األنسجة البشرية دون أن تعترضها العظام و تستخدم في الطب ألخذ صور للعظام

:األشعة فوق البنفسجية و اسمرار البشرة، األزون و القليل منها التي تنفذ تساعد على التي مصدرها الشمس تعترضها طبقة

.لكن يجب توخي الحذر الن التعرض إليها لوقت طويل يمكن أن تسبب سرطان الجلد :األشعة تحت الحمراء

.........هي أشعة صادرة عن كل األجسام الساخنة، ال نراها و لكن نشعر بها مثل الشمس المكواة Les micros-ondes كروية األمواج المي

تستخدم من طرف الرادارات لتحديد موقع األجسام و تستعملها الشرطة لتحديد سرعة السيارات و في .مجاالت أخرى

:أمواج الراديو ...........تستعمل لتحميل الصوت و الصورة و المعلومات الرقمية

:أسئلة التصحيح الذاتي •

1 أجب بصحيح أم خطأ- / - . غير مرئيةتإشعاعا توي ضوء النهار على يح -أ nm - 400 750 تتراوح أطوال الموجة بالنسبة للمجال المرئي بين -ب طول موجة ضوء أحمر، في الخالء أصغر من طول موجة ضوء أزرق-جـ

أكمل الفراغات التالية - / - 2 ... طيف ضوء الشمس عبارة عن طيف-أ من طول موجة الضوء البنفسجي .......... الخالء، طول موجة الضوء األحمر ، في -ب .من طول موجة األشعة المرئية.......... طول موجة األشعة ما تحت الحمراء، في الخالء،-جـ .....أ و بـ...... نميز ضوء وحيد اللون بـ -د ؛Nanometre النانومتر تقدر طول الموجة لإلشعاعات المرئية بـ-و الجدول بكتابة اللون المناسب لكل طول موجة أكمل - / - 3

أحدها توافق اللون : nm يعطى في الجدول أذناه أطوال موجة في الخالء لثالثة أضواء مقدرة .األصفر و أخرى اللون األزرق و الثالثة اللون األحمر

λ )n.m( 656,3 583,3 486,1 اللون

:أجوبة التصحيح الذاتي • جابة بصحيح أم خطأاإل- / - 1 صحيح . غير مرئيةتإشعاعا يحتوي ضوء النهار على -أ صحيح nm - 400 750 تتراوح أطوال الموجة بالنسبة للمجال المرئي بين -ب خطأ. طول موجة ضوء أحمر، في الخالء أصغر من طول موجة ضوء أزرق-جـ

أكمل الفراغات التالية- /- 2 متواصلرة عن طيف طيف ضوء الشمس عبا-أ من طول موجة الضوء البنفسجي أكبر طول موجة الضوء األحمر، في الخالء، -ب . من طول موجة األشعة المرئيةاكبر طول موجة األشعة ما تحت الحمراء، في الخالء، -جـ التواتر أ و بـ طول الموجة نميز ضوء وحيد اللون بـ -د

m10nm1 حيث Nanometre بـ تقدر طول الموجة لإلشعاعات المرئية -و 9−=

إكمال الجدول بكتابة اللون المناسب لكل طول موجة - / - 3

أحدها توافق اللون : nm يعطى في الجدول أذناه أطوال موجة في الخالء لثالثة أضواء مقدرة .األصفر و أخرى اللون األزرق و الثالثة اللون األحمر

λ )n.m( 656,3 583,3 486,1

األزرق األصفر األحمر اللون