intermediate laboratory

الرحيمالرحيمالرحيمالرحيم الرحمنالرحمنالرحمنالرحمن اهللاهللاهللاهللا بسمبسمبسمبسم

اليرموكاليرموكاليرموكاليرموك جامعةجامعةجامعةجامعة

الفيزياءالفيزياءالفيزياءالفيزياء قسمقسمقسمقسم

المتوسطالمتوسطالمتوسطالمتوسط الفيزياءالفيزياءالفيزياءالفيزياء مختبرمختبرمختبرمختبر

Intermediate Laboratory

الفيزياء الحديثةالفيزياء الحديثةالفيزياء الحديثةالفيزياء الحديثة فيفيفيفي تجاربتجاربتجاربتجارب

إعدادإعدادإعدادإعداد

الرشيـداتالرشيـداتالرشيـداتالرشيـدات محمد محمد محمد محمدنضالنضالنضالنضال. . . . دددد سامي حسين محمودسامي حسين محمودسامي حسين محمودسامي حسين محمود. . . . دددد....أأأأ

2007////2008 الثانيالثانيالثانيالثانيالفصل الفصل الفصل الفصل

المحتوياتالمحتوياتالمحتوياتالمحتويات

Table of Contents

صفحة التجربـــــة

1 (A) هريتز-جتربة فرانك Franck-Hertz Experiment

1

2 (B)اجلسم األسودإشعاع Black Body Radiation

3

3 (C) جتربة ميليكان Millikan’s Oil Drop

7

4 (D)حيود اإللكترونات Electron Diffraction

11

5 (E)الشحنة النوعية لإللكترون Fine Beam Tube (e/m)

15

6 (F)شبكة احليود Diffraction Grating

19

7 (G) تأثري هول Hall Effect

25

8 (H)ضوئياألثر الكهر Photoelectric Effect

33

9 (I) ةحيود األشعةالسيني X-ray Diffraction

37

10 (J)اد جاجيرمولر-استعمال عد Geiger-Muller I

41

11 (K)

مولر -استعمال عداد جاجير

التوزيعات اإلحصائيةGeiger-Muller II

Statistics of Counting

45

Error Analysis حتليل األخطاء 1ملحق

45

Least Squares Method طريقة املربعــات األقـل 2ملحق

49

2χ Chi- Square Tableجدول 3ملحق

53

References املراجع

57

مساعدي البحث والتدريس في قسم الفيزياء في جامعة اليرموك السيد قتاد يشكر المؤلفان الزميلين

سماره والسيد حامد حمادنه على جهودهما في تدريس هذا المساق واقتراحاتهما البن*اءة لتحسين مستواه

. ليتواءم والمختبر في القسموالتعديالت على هذا المؤل*ف

I

::::مقدمةمقدمةمقدمةمقدمة

عند عمل التجربة الطرق المخبري*ة في كيفية قياس معطيات في هذا المساق سوف يتعلم الطالب

ة باستخدام األجهزة المناسبة وكيفية تدوينها وتحليلها؛ ومن ثم* تقديم تقرير علمي مكتوب ظاهرة فيزيائي*

بأقصى دقة ممكنة يشرح التجربة ويحوي المعطيات ويحلل النتائج للوصول إلى فيزياء الظاهرة والتي

....يد من التجربةهي بيت القص

::::تعليمات عامةتعليمات عامةتعليمات عامةتعليمات عامة

::::األجهزةاألجهزةاألجهزةاألجهزة. . . .

إن* معظم األجهزة المستخدمة في هذا المختبر حساسة وتعطيلها يسب*ب تعطيل المختبر وهو .أ

.بالتأكيد ليس هدفنا

تعر*ف على األجهزة في بداية كل[. ال تشغ*ل أي* جهاز قبل أن يتأكد المشرف من كافة التوصيالت .ب

.تجربة

* بعد وصلها بالتيار الرئيسي ON/OFFال تشغ*ل األجهزة باستخدام مفتاح الطاقة .ج (V 220) إال

عند انتهاء التجربة، أطفئ األجهزة باستخدام مفتاح الطاقة ثم افصلها عن التيار الرئيسي وال تفعل .د

.أبدا العكس

::::دفتر المختبردفتر المختبردفتر المختبردفتر المختبر. . . .

.ال تستعمل ورقا منفصال أبدا. فتر من النوع الذي يحوي ورق رسم بيانييجب أن يكون الد .أ

. أمكنحيثتكتب القياسات دائما بالحبر وفي جداول .ب

.تفس*ر عملية القياس بكلمات بسيطة لكي يسهل تحليلها فيما بعد .ج

.تقديرية أو مقاسة مخبري*اتوضع الوحدات جميعها وكذلك نسب الخطأ في كل[ قياس، سواء كانت .د

.حاول عمل تحليل سريع لمعطيات التجربة أثناء عملها لتفادي أي*ة أخطاء محتملة .ه

::::تقرير التجربةتقرير التجربةتقرير التجربةتقرير التجربة. . . .

بعد أسبوع تماما من عمل التجربة يجب على كل[ طالب كتابة تقرير مفصل ذي بنية واضحة، يرك*ز فيه على

.بتحليل النتائجالجزء المتعلق

II

.Aبنيـة التقرير بنيـة التقرير بنيـة التقرير بنيـة التقرير ::::

Abstract )خالصة التقرير(ملخص .أ

. وينتهي الملخص بمقارنة مع القيم المتوقعة إن أمكن. وصف مختصر للتجربة، لنتائجها ولنسب الخطأ فيها

.يجب أن ال يزيد عدد األسطر المخصصة للملخص عن خمسة

Introduction :مقدمة .ب

بأقل[ ي للتجربة، عن تاريخها إن كان ذلك مناسبا، عن أهم*يتها في الفيزياء وما شابه ذلك وصف تفصيل

.وأدل[هالكالم

Theory :نظرية التجربة .ج

.المطلوب هنا هو شرح مختصر وواف للنظرية المراد دراستها

Experimental Procedure :طريقة عمل التجربة .د

.ستخدمة مع رسومات توضيحية لكافة التوصيالتوصف للتجربة واألجهزة الم

Results :النتائج .هـ

:هذا هو الجزء األه*م من التقرير ويجب أن يحوي التالي

.جداول تحوي كل* القياسات مع وحدات الكميات المقاسة ونسب الخطأ المخبري*ة1.

.القياسات المخبري*ة واألخطاءتمث[ل رسومات بيانية 2.

.نتائج الحسابات وكذلك نسبة الخطأ فيها مع التركيز على أهم أهداف التجربة3.

Discussion and Conclusions :االستنتاجات والمناقشة .و

.اشرح توافق نتائجك أو عدمه مع النتائج المتوقعة

...ابحث عن سبل لتحسين التجربة وقارن طريقة عملك مع طرق أخرى ممكنة إلخ

B. م التقريرم التقريرم التقريرم التقريرتقييتقييتقييتقيي:

عالمتان : الملخص والمقدمة وطريقة العمل والنظرية )أ

عالمتان : الجداول والوحدات واألخطاء والرسومات البيانية: النتائج )ب

عالمتان : الحسابات واألخطاء فيها )ج

عالمتان : Least Squaresحسابات األخطاء وخاصة المحسوبة باستخدام )د

عالمتان : والمناقشةاالستنتاجات )هـ

A تجربة فرانك هيرتزتجربة فرانك هيرتزتجربة فرانك هيرتزتجربة فرانك هيرتز 1التجربة

1

Franck- Hertz Experiment هيرتز هيرتز هيرتز هيرتز----تجربة فرانكتجربة فرانكتجربة فرانكتجربة فرانك

.الطاقة وإيجاد طاقة اإلثارة للزئبق" تكميم"التحقق من :الهــدف

. هيرتز، مولد جهد وميزان حرارة رقمي-أنبوب فرانك :األجهـزة

:تمهيـد نظري

بق فإن* بعضها يؤدي إلى إثارة الذرات التي تتفاعل معها حين تمwـر اإللكترونات المسر*عة خالل بخار الزئ

إذا كانت طاقة اإللكترون أكبر بقليل من . εوبالتالي تفقد هذه اإللكترونات من طاقتها مقدار طاقة اإلثارة

ضعف طاقة اإلثارة فإن* هناك احتماال أن يتفاعل هذا اإللكترون مع ذرتين مختلفتين ويفقد بذلك ضعف

ذرة ويفقد (n) يمكن أن يتفاعل مع e×Vوبشكل عام فإن* اإللكترون الذي طاقته . 2εقة اإلثارة، أي طا

.وهكذا (n ε) إذا كانت طاقته اكبر بقليل من (n ε) من طاقته

مع جهد Aالتي تخترق البخار وتصل إلى المصعد ) Iعلى شكل تيار (إذا قمنا بقياس عدد اإللكترونات

. فإن*نا نحصل على قيم عظمى وصغرى في التيار(V) و (I)مثل*نا بياني*ا العالقة بين و(V)التسريع

: الذي تقع عليه القمة على النحو التالي(V) والجهد (n)ويمكن أن تكتب العالقة بين رقم القمة

(1)

eV = n εεεε + e a

هيرتز-رسم تخطيطي ألنبوب فرانك: 1-1الشكل

::::الخطواتالخطواتالخطواتالخطوات

دراسة حركة االلكترونات بدرجة حرارة الغرفة ::::الجزء األولالجزء األولالجزء األولالجزء األول

.هيرتز- تعرف على أنبوب فرانك-

.دون رفع درجة حرارة األنبوب) 1-1(صل الدارة المبينة في الشكل -

، لماذا؟8-10ضع األميتر عند المقياس -

A تجربة فرانك هيرتزتجربة فرانك هيرتزتجربة فرانك هيرتزتجربة فرانك هيرتز 1التجربة

2

تصل إلى جهد حتى1V مع الجهد كل (I)في جدول قيم التيار وسج[لغير الجهد تدريجيا -

.V 35مقداره

.والحظ ثبوت التيار في نهاية المنحنى) I(والتيار ) V(ارسم العالقة بين جهد التسريع -

a. ما سبب ثبوت التيار؟

b. ماذا يسمى هذا التيار؟

C 180دراسة حركة االلكترونات حول درجة الحرارة ::::الجزء الثانيالجزء الثانيالجزء الثانيالجزء الثاني

ضع منظم الحرارة، الموجود على جانب . السابقدع الدارة الموصولة أعاله كما هي في الجزء -

. حين إنهاء التجربة حين إنهاء التجربة حين إنهاء التجربة حين إنهاء التجربةال تنس أن تعيد المنظم إلى وضعه األصليال تنس أن تعيد المنظم إلى وضعه األصليال تنس أن تعيد المنظم إلى وضعه األصليال تنس أن تعيد المنظم إلى وضعه األصلي. C° 180الجهاز، على درجة

.ضع جهد التسريع عند صفر-

، لماذا؟11-10ضع األميتر عند المقياس -

.V 0.5 مع الجهد كل(I)في جدول قيم التيار الجهد تدريجيا وسج[لي*ر غ-

الخطوة من المعطيات التي حصلت عليها في (V) و (I)بيانيا العالقة بين المتغيرين مث*ل -

.السابقة

حد[دقيم الجهد التي تحصل عندها على قمم و حد[داستخرج مواقع القمم من الرسم البياني أي -

.الخطأ الذي ترتكبه في تحديدها

، Least Squaresوباستخدام طريقة، أرقامها، ثم*رسم عالقة خطية بين مواقع القمم وا-

.a∆ و ε∆ المرادفة مع قيم الخطأaوالثابت ε احسب طاقة اإلثارة

.على التجربة والنتائج عل[ق-

::::أسئلةأسئلةأسئلةأسئلة

هيرتز؟-ما هو الغرض من الشبكة الموجودة في أنبوب فرانك -

التيار في الرسم البياني؟ بالتفصيل لماذا نحصل على قيم عظمى وصغرى في فس[ر -

وما عالقته بمعطيات التجربة؟؟a؟ ماذا يعني الثابت 1كيف تم* الحصول على العالقة فس[ر -

.فس[ر كيف يعمل جهد التسريع على تحريك اإللكترونات -

.هل طاقة اإلثارة التي حصلت عليها هي للمستويات الداخلية لذرة الزئبق؟ فسر ذلك -

تفسر انخفاض قراءات التيار بشكل واضح في الجزء الثاني عنه في الجزء هل يمكنك أن -

األول؟

B إشعاع الجسم األسودإشعاع الجسم األسودإشعاع الجسم األسودإشعاع الجسم األسود 2التجربة

3

Black Body Radiation الجسم األسود الجسم األسود الجسم األسود الجسم األسودإشعاعإشعاعإشعاعإشعاع

:الهــدف

الجسم األسودإشعاعدراسة -

بولتزمان– التحقق من قانون القوة الرابعة وإيجاد ثابت ستيفان -

. إثبات تكميم اإلشعاع -

:األجهـزة

به فجوة ذات فتحة صغيرة، ثيرموميتر، مولد جهد، مضخة ماء للتبريد، خلي/ة فرن

.وجلفانوميتر) Thermopile(حراري/ة


فانه يش*ع طاقة على شكل فوتونات ذات توزيع موجي T(K)إذا سخ*ن جسم أسود إلى درجة حرارة

للجسم األسود (Spectral Radiancy) اإلشعاعية هي القدرةRν، حيث 2-1 كما في الشكل محد*د

.ن معي*لتردد

1 للجسم األسود بالعالقة Radiancy(R (تعر*ف القدرة االشعاعي*ة الكلي*ة

(1) R = νν dR0∫∫∫∫∞∞∞∞

Rν vs. ν: : : : 2-1الشكل

بين القدرة االشعاعي*ة بولتزمان عالقة-ويعطي قانون ستيفان. Watt /m2 بوحدة Rتعطى حيث

):قانون القوة الرابعة(للجسم ودرجة حرارته

(2) R = σσσσ T4


4

. بولتزمان- ثابت ستيفان σ =حيث

لتمث*ل الجسم r1 = 4 mmسوف نستخدم في هذه التجربة فجوة ذات فتحة صغيرة نصف قطرها

اللتقاط الطاقة r = 12 mm قطرها نصف(Thermopile)وسنستخدم خلي*ة حراري*ة . األسود

.)2-2الشكل ( االشعاعي*ة المنبعثة من الفتحة

كما في الشكل(D)وبين فتحة الخلي*ة الحراري*ة ) الفتحة الصغيرة(إذا كانت المسافة بين الجسم األسود

:تعطى بالعالقة) Wattبوحدة ( فإن* القدرة االشعاعي*ة 3-2

(3)

σσσσαααα====σσσσ

ππππ====

من Pويمكن حساب . مساحة مقطع فتحة الفرن والخلية الحرارية على الترتيب S2 وS1 تمث[لث حي

: الموصول بالخلي*ة الحراري*ة اعتمادا على المعلومات التاليةالغلفانوميترانحراف

2-3الشكل 2-2الشكل

V/W 0.16 حساسية الخلي*ة الحراري*ة

)المعلومات خلف الجهاز للتأكد انظر (Direct للمقياس mm /µA 15.5 فانوميترالغلحساسية

.Ω 14 الغلفانوميترمقاومة

.βاستخدم هذه المعلومات لحساب قيمة الثابت

فانه يمكن كتابة العالقة P الناتج عن التقاط الخلي*ة الحراري*ة لقدرة الغلفانوميترل انحراف تمث[dإذا كانت

): وذلك باستخدام معطيات التجربة(شكل التالي على ال3

(4)

σσσσββββαααα====

؟منهمامنهمامنهمامنهماكل كل كل كل ما هي وحدات ما هي وحدات ما هي وحدات ما هي وحدات ββββ. و و و و ααααأثبت هذه الخطوات وجد الثابتين أثبت هذه الخطوات وجد الثابتين أثبت هذه الخطوات وجد الثابتين أثبت هذه الخطوات وجد الثابتين


المسافة بين فتحة الفرن وبين كل من الفتحة وسج[ل)2-3(شكل الاألجهزة كما في رت[ب -

. الحراري*ةالمتغيرة وفتحة الخلي*ة


5

الذي اإلشعاعاستخدم تشابه المثلثات لتحديد قطر الفتحة المتغيرة الالزم إلمرار أكبر كمي*ة من -

.)2-3(شكل الانظر -يمكن التقاطه بواسطة الخلي*ة

ما فائدة مضخة التبريد؟ما فائدة مضخة التبريد؟ما فائدة مضخة التبريد؟ما فائدة مضخة التبريد؟ .مضخة الماء المستخدمة للتبريد وتأكد من أن*ها تعملغ*ل ش -

فولت وراقب ارتفاع درجة الحرارة وانحراف 220ي مولد الطاقة على جهد ضع مؤشر الجهد ف -

.الغلفانوميترمؤشر

340(و ) C° 100 (ن بيd الغلفانوميتروانحراف مؤشر ) T(سج[ل في جدول درجة الحرارة -

°C (*عشرين درجة خذ قراءة كل ) 13= مجموع القراءات.(

]]]] ؟ ؟ ؟ ؟T < 100 °°°°C ما الفائدة من إهمال درجات الحرارةما الفائدة من إهمال درجات الحرارةما الفائدة من إهمال درجات الحرارةما الفائدة من إهمال درجات الحرارة[[[[ -

خالل انخفاض درجة الحرارة d و Tوسج[ل 5 الخطوة السابقة كر[ر. للتبريد نطفئ مولد الطاقة -

ما الفرق بين التبريد هنا والتبريد باستخدام . عشرين درجة كل*C° 100 إلى C° 340 من

المضخة؟

.على ورقة رسم بياني d lnو ln Tبين بياني*ا العالقة ومث[لخذ متوسط القراءات في الحالتين -

احسب Least Squaresالعالقة السابقة وباستخدام طريقة ث*ل من الخط المستقيم الذي يم

)m (و)σ ( مع قيم الخطأ)m∆ (و )∆σ.(


لماذا يمكن اعتبار الفجوة ذات الفتحة الصغيرة جسما أسود؟

ين أم في حالة التبريد ولماذا؟في حالة التسخ: أيw القراءات أفضل

؟2-1ماذا تمث[ل قراءة الغلفانوميتر؟ هل يمكنك أن توضح هذه االنحرافات على الشكل

هل يمكنك أن توضح كيف تم إثبات تكميم اإلشعاع من خالل هذه التجربة؟

.قارن بين القدرة اإلشعاعية والقدرة االمتصاصية للجسم األسود

ثابتة فعال ي*ة مثال هل حساسية الخلية الحرار. (األخطاء في هذه التجربةابحث عن أسباب

...).مهما كان طول الموجة الملتقط؟

Millikan Oil - Drop Experiment تجربة ميليكانتجربة ميليكانتجربة ميليكانتجربة ميليكان

.، إثبات تكميم الشحنة"قطرة الزيت" باستخدام eحساب شحنة اإللكترون :الهــدف

:األجهـزة

باح إضاءة، سلك بالستيكي، بخاخة ، مصذو صفيحتين متوازيتينثف ميكروسكوب، مك

.زيت، مولد طاقة، مفتاح ثالثي وساعة توقيت


بشحن قطرة زيت (Millikan 1868-1953)في أول تجربة لقياس شحنة اإللكترون، قام ميليكان

ت القطرة في حالة توازن وبالتالي أمكن حساب أصبحبحيثوتركها تتحرك تحت تأثير قوتين متعاكستين

.شحنة اإللكترون

هناك قوتان ) η( ولزوجته (σ) تسقط في وسط كثافته (ρ) وكثافتها (a)لنفرض أن* كرة نصف قطرها

أو قوة ( FSوقوة اللزوجة) في اتجاه الحركة( إلى األسفل 'w وزنها الظاهري: تؤثران على هذه الكرة

.إلى األعلى) لحركة والتي تتناسب طردي*ا مع السرعةستوكس المعاكسة ل

(1)(((( ))))

σσσσ−−−−ρρρρππππ====′′′′

(2) FS = 6 ππππ ηηηη a v

تزداد حتى تتساوى القوتانFSحسب قانون نيوتن الثاني فان الكرة تتسارع في البداية، وهذا يعني أن*

w' وFS ) دي*ة ويحدث هذا عند سرعة ح). صفرا= أي تصبح محصلة القوى الخارجية المؤثرة على الكرة

: أي أن*vcوحسب قانون نيوتن األول فإن* الكرة تسير عندها بالسرعة . vc) عظمى(

(3)(((( ))))

σσσσ−−−−ρρρρππππ====′′′′ = 6 ππππ ηηηη a vc

E وأسقطت كما سبق مع التأثير عليها بمجال كهربائي qمن ناحية أخرى، إذا شحنت هذه الكرة بشحنة

التجاه الجاذبي*ة األرضي*ة فإن*ها سوف تتحرك بسرعة حد*ية ثابتة إلى األعلى عندما تتساوى القوة معاكس

في هذه تؤثر،FSالحظ أن* (المؤثرة عليها مع مجموع وزنها الظاهري وقوة ستوكس q E الكهربائية

:أي عندما تتحقق المعادلة التالية) بعكس اتجاه السرعةالحالة،

(4)q E = w' + 6 ππππ ηηηη a vE

هما الزمنان الالزمان t2 و t1 و أن* dهي ) وعدمهEبوجود (المسافة المقطوعة في الحالتين أن* بفرض

: على الترتيب فإن*E وبوجود E عند غياب dلقطع المسافة

(5)

========

: أيE أستخدم لتوليد (V) وفرق الجهد بينهما Lبينهمامكثفا ذا صفيحتين متوازيتين البعد أن* لنفرض أيضا

(6)V = E .L

C قياس شحنة االلكترون قياس شحنة االلكترون قياس شحنة االلكترون قياس شحنة االلكترون––––تجربة ميليكان تجربة ميليكان تجربة ميليكان تجربة ميليكان 3التجربة

8

: نجد6 و 5، 4، 3، 2، 1من المعادالت

(7)

++++====

ثابتK حيث

(8)(((( ))))

σσσσ−−−−ρρρρηηηηππππ

====

: اعتبر المعطيات التالية

g = 9.806 m.s-2 , ρ = 886 Kg.m-3 , σ = 1 Kg.m-3

η = 1.81× 10-5 N.m-2 s , L = 7.6 mm

أكتب قيمة الثابت أكتب قيمة الثابت أكتب قيمة الثابت أكتب قيمة الثابت )K(ووحدته ووحدته ووحدته ووحدته .

(t1) ونقيس الزمن الالزم لذلك dفي هذه التجربة سوف نجعل قطرة زيت مشحونة تسقط مسافة ثابتة

نفس الالزم لكي ترجع (t2)ثم سنؤثر عليها بمجال كهربائي معاكس التجاه سقوطها ونقيس الزمن

. ومم*ا سبق سوف نحسب شحنة اإللكترونd المسافة


(A المسافة المقطوعة في الصعود والهبوط المسافة المقطوعة في الصعود والهبوط المسافة المقطوعة في الصعود والهبوط المسافة المقطوعة في الصعود والهبوط(d)....

.وحافظ عليها على طول القياسات. التي تراها مناسبة لمراقبة قطرات الزيتdاختر قيمة -

. بحيث نضمن أن* القطرة تسير خاللها بسرعة ثابتةdيجب اختيار المسافة : مالحظة

أترك الميكروسكوب في ذلك . (Focusing) يبدو السلك واضحا تماما بحيثالميكروسكوب ك*ز ر -

.الوضع تماما بدون تغيير إطالقا

(Bالهبوطالهبوطالهبوطالهبوط قياس زمن قياس زمن قياس زمن قياس زمن t1وزمن الصعود وزمن الصعود وزمن الصعود وزمن الصعود t2

الرسم التوضيحي الموجود سهل ويبين ( بين صفيحتي المكثف V 300طبق فرق جهد مقداره -

المفتاح الثالثي يسمح بجعل أي من الصفيحتين إم*ا موجبة وإم*ا أن*الحظ ). لكيف يتم التوصي

كيف؟. ابدأ بوضع المفتاح بحيث ال تنشحن أي من الصفيحتين. سالبة

رش بعض قطرات الزيت داخل الجهاز بواسطة ذراع البخ*اخ وانظر من خالل الميكروسكوب -

.حرا بين صفيحتي المكثفلمشاهدة القطرات وهي تسقط سقوطا

.oil dropletعلى وضع الذراع ضع

.هناك مصدر مشع لهذا الغرض. اشحن القطرة -

الزمن الالزم للقطرة (t1)الحق قطرة معينة واستعمل ساعة التوقيت المتوفرة لديك لقياس -

C قياس شحنة االلكترون قياس شحنة االلكترون قياس شحنة االلكترون قياس شحنة االلكترون––––تجربة ميليكان تجربة ميليكان تجربة ميليكان تجربة ميليكان 3التجربة

9

. هبوطاdحت*ى تقطع المسافة

اترك القطرة . t1ر ساعة التوقيت لحفظ اضغط على زعند وصول القطرة إلى الخط السفلي -

تحت الخط لترتفع حتى الخط العلوي وبسرعة فرق جهد معاكس وطب[ق) لماذا؟لماذا؟لماذا؟لماذا؟(تنزل قليال

.d الزمن الالزم للقطرة لصعود المسافة (t2)لقياس وعندها اضغط على زر ساعة التوقيت

.في جدول خاصوتقديرك للخطأ في قياسهما (t2) و (t1) سج[ل -

. على األقلةقطر) 15(ـخمس عشرة ل7,6,5الخطوات كر*ر -

.ذلك في الجدول السابق قطرة وسج[لكل[ شحنة احسب -

::::حساب قيمة الشحنة األساسي*ةحساب قيمة الشحنة األساسي*ةحساب قيمة الشحنة األساسي*ةحساب قيمة الشحنة األساسي*ة

في الجدول السابق واقسم كال من الشحنات األخرى ) Qsها لنسم[و(اختر أصغر شحنة -

لهذه العملية؟ئيا هو المعنى الفيزيا م.(… 1,2,3) عدد صحيح (n) حيث (Qs/n)على

. مرة في عمود مستقل في نفس الجدولكل[ضع نواتج القسمة في -

عندما تحصل في أحد األعمدة على أكبر عدد من األعـداد الـصحيحة ولنفـرض أن* هـذا حـصل عنـد-

(n = 11) يمكنك التوقف وعندئذ تكون شحنة اإللكترون

؟مـاذال. ====

:أسئلة

.كيف تنشحن القطرات في هذه التجربة؟ حاول أن تجـد كيف عمل ميليكان هذه التجربة -

هل يمكنك تغيير شحنة قطرة ما؟ -

هل تتغير إجابتك نتيجة لذلك؟. (V)بإمكانك إيقاف قطرة ما بتغيير -

كيف يمكنك استنتاج أن الشحنة مكماة من خالل هذه التجربة؟ -

ا هي أهم األخطاء المرتكبة في هذه التجربة؟ م -

Electron Diffraction حيود اإللكتروناتحيود اإللكتروناتحيود اإللكتروناتحيود اإللكترونات

.التحقق من الطبيعة الموجية لألجسام المادية :الهــدف

.حساب المسافة بين سطوح التماثل الذري لبلورة الغرافيت

.مولد جهد عال وفولتميتر) تيحوي مدفع إلكترونات وبلورة غرافي( أنبوب مفرغ :األجهـزة


:::: بالعالقة بالعالقة بالعالقة بالعالقةpالفوتون الفوتون الفوتون الفوتون ) ) ) ) كمية تحرككمية تحرككمية تحرككمية تحرك(((( بزخم بزخم بزخم بزخم λيرتبط طول موجة الضوء يرتبط طول موجة الضوء يرتبط طول موجة الضوء يرتبط طول موجة الضوء

(1)

====λλλλ

في رسالة الدكتوراه التي قدمها في ) De Broglie(وقد اقترح دي بروي . هو ثابت بالنك) h(حيث

قة صحيحة لألجسام المادية أيضا، مم*ا يستدعي وجود طبيعة موجي*ة أن* هذه العال1925السوربون عام

لتشتت اإللكترونات ) Davisson & Germer(وقد دل*ت نتائج تجارب دافيسون وجيرمر . لألجسام المادي*ة

).فسCرفسCرفسCرفسCر(عن سطوح بلورية على صحة هذه الفرضية وبشكل قاطع

اقها صفيحة رقيقة من الغرافيت التي تحتوي على بلورات تشتت اإللكترونات بعد اختر4-1يبي*ن الشكل

صغيرة باتجاهات عشوائية

تشتت اإللكترونات لدى اختراقها صفيحة من الغرافيت: 4-1الشكل

:ونحصل على قيم عظمى لعدد اإللكترونات المتشتتة بداللة زاوية التشتت من العالقة

Bragg’s Law (((( 2 d sin θθθθ = mλλλλقانون براغ قانون براغ قانون براغ قانون براغ (((((2)

عدد صحيح هو ترتيب القيمة العظمى ) m(و) 4-2الشكل (هي المسافة بين السطوح الذري*ة ) d(حيث

).6باستخدام نفس المصطلحات المستخدمة في دراسة حيود الضوء، انظر تجربة رقم (

ل تشتت حزمة من اإللكترونات من سطح إحدى البلورات الصغيرة الموجودة داخ4-2يبي*ن الشكل

من Rعلى الشاشة الفلورسنتي*ة على بعد ) قيمة عظمى(صفيحة الغرافيت الرقيقة مكونة نقطة مضيئة

النقطة المركزية وبما أن* العينة تحتوي على أعداد هائلة من مثل هذه البلورات الصغيرة وبترتيب عشوائي

بدال Rتشكل حلقة نصف قطرها ) d المسافات بينها(فإن* اإللكترونات المتشتتة من هذه السطوح الذري*ة

D حيود اإللكتروناتحيود اإللكتروناتحيود اإللكتروناتحيود اإللكترونات 4التجربة

12

.من النقاطمحد*دة من نقطة أو مجموعة

4-2الشكل

حيث كما هو الحال في الغرافيت (، d من بعد مميز أكثرأم*ا إذا كانت الذ*رات مرتبة على سطوح ذري*ة لها

d2 = 1.23رى البعد بينها وسطوح ذري*ة أخ d1 = 2.13تتوزع الذ*رات على سطوح ذرية البعد بينها

؟ بدال من حلقة واحدة، لماذاmترتيب كل[ فإننا نتوقع الحصول على حلقتين في )

غير نسبية وأن* فرق الجهد المستخدم لتسريع اإللكترونات 1إذا اعتبرنا سرعة اإللكترونات في العالقة

من هذه اإللكترونات يعطى ل بة لكفان طول موجة دي بروي المصاح) V(التي تتفاعل مع الصفيحة هو

:بالعالقة

(3)

====λλλλ

:4-2 و 4-1 وزاوية التشتت باالستعانة بالشكلينRكما يمكن إيجاد عالقة بين نصف قطر حلقة الحيود

(4) tan 2θθθθ = R / L

صغيرة كما هو الحال في هذه θ وعندما تكون. المسافة بين العينة وشاشة تجميع اإللكترونات) L(حيث

نجد العالقة ) L=13.5 cm( وبربط العالقات السابقة واعتبار sin 2θ ≅ tan 2θ ≅ 2θ فإن* التجربة

:d والمسافة بين سطوح التماثل الذرية V وجهد التسريع Rالتالية بين نصف قطر حلقة الحيود

(5) (((( )))) ≅≅≅≅

.بالفولت) V( و بوحدة) d (،cm بوحدة) R(تعطى حيث


.صل دارة التسخين ودارة التسريع وانتظر بضع دقائق -

.ببطء) V(ارفع جهد التسريع -

على ماذا يدل ذلك؟. بأكملها متوهجةالفلورسنتي*ةسوف ترى الشاشة

؟الفلورسنتي*ةماذا تمثل البقعة المضيئة في منتصف الشاشة


13

.هد التسريع حتى ترى حلقتي الحيوداستمر برفع ج -

c. ظهر حلقتا الحيود؟تعند أي جهد

d. هل كان هناك حيود قبل هذا الجهد؟ فسر ذلك من خالل شرط الحيود.

e. هل بإمكانك تفسير وجود هذه السماكة؟. نالحظ وجود سماكة لحلقتي الحيود

: حلقةكل[ قياس نصف قطر -

.ابدأ بأقل جهد تسريع ترى معه حلقات حيود

نالحظ أن*ه من األسهل قياس قطر الحلقة ولكي تكون قياساتنا أد*ق ما يمكن فإن*نا يجب أن

.4-3انظر الشكل . نقيس قطر كل من الحلقتين عمودي*ا وأفقي*ا

(6) [[[[ ]]]]

++++====

(7) [[[[ ]]]]

++++====

:قة التاليةفأن* متوسط سمك الحلقة يعطى بالعال

(8) ( )

−=

:ويمكننا اعتبار أن* نصف قطر الحلقة الذي نريده هو

(9) (((( ))))δδδδ++++====

:والخطأ هو

(10) (((( )))) (((( ))))(((( ))))

δδδδ∆∆∆∆++++∆∆∆∆====∆∆∆∆

ي*ا وعمودي*اقياس قطر الحلقة الخارجي أفق: ب قياس قطر الحلقة الداخلي أفقي*ا وعمودي*ا: أ

4-3الشكل

لنسم*

،

،

و

قطر الحلقة الداخلي األفقي، قطر الحلقة الداخلي العمودي، قطر

في gh و ab ،cd ،efالمسافات (ي الحلقة الخارجي األفقي وقطر الحلقة الخارجي العمودي على التوال

).لى التوالي ع4-3الشكل

:إذا عر*فنا متوسط قطر الحلقة الداخلي ومتوسط قطر الحلقة الخارجي كما يلي


14

. يجب أن تحسب الخطأ الذي ترتكبه بدقة -

هل ترى أكثر من حلقة أو حلقتين عند أقل جهد تسريع ضروري لتكوين حلقات حيود؟ ارفع قيمة

)V( 0.5 من القيمة الصغرى التي وجدتها في الخطوة السابقة بمقدار kV وسج[ل في جدول

)V ( و

،

،

و

.لكل من حلقتي الحيود

!ل عل*. هل ترى أكثر من حلقتين عند الجهود المرتفعة

.R2 و R1 و Vسج[ل في جدول قيم -

).V = 5 kV( السابقة حتى 4أعد الخطوة -

. و طول موجة دي بروي لإللكترونات المرادفةVسج[ل في جدول قيم -

.Vوجهد التسريع R2و R1أرسم على نفس ورقة الرسم البياني عالقة خطي*ة بين كل من -

) d2(و ) d1(احسب Least Squares ستخدام طريقةمن العالقة الخطي*ة السابقة وبا -

.قارن نتائجك بالقيم المعروفة. المسافتين بين سطوح التماثل الذري*ة مع قيم الخطأ

.Vوجهد التسريع λأرسم على نفس ورقة الرسم البياني عالقة خطي*ة بين كل من -

زاويتي ) θ2(و ) θ1(احسب Least Squares من العالقة الخطي*ة السابقة وباستخدام طريقة -

. مع قيم الخطأالسقوط على سطحي التماثل الذري*ين


. صغيرةθلماذا يمكن اعتبار زاوية التشتت فس[ر -

).الحظ اعتمادهمـا على الطبيعة الموجي*ة لإللكترونات) (5(و ) 3(اشتق العالقتين -

- وإنما نتيجة اختالف d2 و d1ن ليستا نتيجة اختالف قيم هل يمكنك اعتبار أن الحلقتين الناتجتي

.؟ فسر ذلك من خالل نتائجك)m(قيم

.وض[ح على ضوء نتائجك كيف أمكن التحقق من هدف التجربة -

Fine Beam Tube قياس الشحنة النوعية لإللكترونقياس الشحنة النوعية لإللكترونقياس الشحنة النوعية لإللكترونقياس الشحنة النوعية لإللكترون

e/m Measurement

:الهــدف

غناطيسيي دراسة حركة جسيم متحرك مشحون في مجال م -

. e/m حساب الشحنة النوعي"ة لإللكترون -

:األجهـزة

ريوستات أنبوب مف"رغ مجهز بمدفع إلكتروني، ملفا هلمهولتز، بطاريات، مولد طاقة،

وأميترات


vتسير بسرعة ) q(تخضع أية شحنة كهربائية r

في مجال مغناطيسي →→→→B لقوة مغناطيسية

→→→→MF تعطى

:بالعالقة التالية

(1) BqFMrr ××××====

→→→→v

vإذا كانتr عمودية على

→→→→B فإن* الشحنة تسير في مسار دائري نصف قطره )R ( أن* مقدار القوة بحيث

:أي) FM(يساوي مقدار القوة المغناطيسية ) FC(المركزي*ة

(2) BqR

m 2v

v ====

):q = e(نجد ان*ه في حالة اإللكترون، شحنته ) 2(من العالقة

(3) RBm

e v====

:الالزم لتسريع اإللكترون إلى هذه السرعة) V(من فرق الجهد ) v(يمكن معرفة السرعة

(4) Vem21 2 ====v

:نجد أن*) 4(و ) 3(من العالقتين

(5) 22 RB

V2me ====

أن* المجال المغناطيسي الناتج عن هذين وحيثإذا أستخدم ملفا هلمهولتز لتوليد المجال المغناطيسي

:الملفين في نقطة تقع على الخط الواصل بين مركزيهما يعطى بالعالقة

(6) r

N

55

8B

0 Iµ====

شدة التيار المار في كل من الملفين I من الملفين و لكلعدد اللفات = Nلفة، كل[ نصف قطر = rحيث

: تكتب على الشكل5فإن* العالقة

e/m E قياس الشحنة النوعية قياس الشحنة النوعية قياس الشحنة النوعية قياس الشحنة النوعية 5التجربة

16

(7) 22220

2

RNVr

32125

me

Iµ====

اطيسي عمودي على اتجاه سرعة في هذه التجربة سوف نسر*ع حزمة من اإللكترونات في مجال مغن

بتغيير (تغيير سرعة اإللكترونات : اإللكترونات ونقيس نصف قطر المسار الدائري الناتج وذلك في حالتين

)V ((وتثبيت المجال المغناطيسي ) جهد التسريعB( أي بتثبيت ،I، ومن ثم بتغيير )B ( وتثبيت)V.( وسوف

في الحالتين وتكون نتيجة قياسنا النهائي*ة هي ) 7لعالقة باستخدام ا(نحسب قيمة الشحنة النوعي*ة

.المتوسط الحسابي للقيمتين السابقتين


.األجهزة المتوفرة لديك وخاصة المدفع اإللكترونيح*ص تف

كيف تتولد اإللكترونات وكيف تسارع؟؟أين المصعد والمهبط

.عدد اللفات) N(وسج[ل ) r(قطر نصف القستعر*ف على ملفي هلمهولتز؟

.5-1ل الدارة الموضحة في الشكل ص .

.أترك البطاريات والمولدات بدون توصيل إلى أن يتأكد األستاذ المشرف من صحة توصيالتك

.لوحدها لعدة دقائق) T(صل دارة التسخين .

ب*ق وط5-1أكمل إيصال الدارة في الشكل . والحظ تسرب ) 90Vحوالي ( فرق جهد قليال

اإللكترونات من فتحة المصعد

A = Anode مصعدC =Cathode مهبط

= T دارة تسخين

= N شبكة

= H ملفا هلمهولتز

دارة القياس: 5-1الشكل

وزد فرق ) يمكن استخدام أكثر من بطارية إذا احتجت لذلك( صل ملفي المغناطيس بالبطارية .

.)2R( قطر الدائرةقس. زمة اإللكترونات في مسار دائري تماماالجهد حتى ترى انحناء ح

).R∆2 والذي يساوي(2R)∆الخطأ ال تنس أن تسج[ل(

. ثابتا وكر*ر الخطوة السابقةIمع إبقاء ) V(غي*ر .

e/m E قياس الشحنة النوعية قياس الشحنة النوعية قياس الشحنة النوعية قياس الشحنة النوعية 5التجربة

17

).).).).1رقم رقم رقم رقم ((((في جدول في جدول في جدول في جدول ها ها ها ها خذ ست قراءات على األقل وسجلخذ ست قراءات على األقل وسجلخذ ست قراءات على األقل وسجلخذ ست قراءات على األقل وسجل

قائق لتبريد الريوستات حتى تحصل على قيم افصل البطارية ومولد الجهد لعدة د: مالحظة

.صحيحة للتيار في الخطوة التالية

ونصف قطر I سج[ل. المار في ملفي هلمهولتزIوغير التيار ) 180V(جهد المصعد على ب*ت ث .

).).).).2رقم رقم رقم رقم ((((خذ ست قراءات على األقل وسجلها في جدول خذ ست قراءات على األقل وسجلها في جدول خذ ست قراءات على األقل وسجلها في جدول خذ ست قراءات على األقل وسجلها في جدول . مسار اإللكترونات الناتج

.د فور انتهائك من هذه الخطوةافصل البطارية ومولد الجه

V و R بيني*ة وارسم بياني*ا عالقة خط7 الذي حصلت عليه في الخطوة 1استخدم الجدول رقم .

.L. S( ونسبة الخطأ التي تعطينا إي*اها e/mأحسب ). لذلك) Least Squares(استخدم (

M.(.

Iو Rبين ي*ة سم بياني*ا عالقة خط وار7 الذي حصلت عليه في الخطوة 2استخدم الجدول رقم .

).لذلك) Least Squares(استخدم (

.).L. S. M( ونسبة الخطأ التي تعطينا إي*اها e/mاحسب

).me(ولنسم[هقارن بين نتيجتي الخطوتين السابقتين وخذ متوسطهما .

: : : :أسئلةأسئلةأسئلةأسئلة

ترونات غير عمودية على ما الذي يحدث لو كانت سرعة اإللك .→→→→B؟

لماذا جعل جهد الشبكة سالبا؟ .

؟لماذا يكون لون حزمة اإللكترونات أزرق .

. ووظيفة كل واحد منها5-1ضع في جدول قائمة باألجهزة المبينة في الشكل .

واف اشرح إجابتك بشكل ؟ملفي هلمهولتز بملف واحداستبدال هل يمكن .

Diffraction Grating شبكة الحيودشبكة الحيودشبكة الحيودشبكة الحيود

،دراسة حيود الضوء عند مروره خالل شبكة حيود - :الهــدف

)Dispersion power( إيجاد قوة التشتت -

)Resolving Power(إيجاد قوة تحليل الشبكة -

.باستخدام طيف الهيدروجين) Rydberg Constant(حساب ثابت ريدبيرغ -

.يم مستويات الطاقة في الذرةإثبات تكم

:األجهـزة

شبكات حيود، مصادر ضوئية وحيدة أو متعددة األلوان، منصة تحليل مع منقلة دائرية

.وتلسكوب


إذا وضعت شبكة الحيود بين مصدر يعطي حزمة من األشعة المتوازية وشاشة لتجميع األشعة نالحظ

ويدل ) الحظ شدة االستضاءة (6-1فصلها مناطق معتمة كما يبي*ن الشكل على الشاشة مناطق مضيئة ت

وتعطى مواقع األهداب ) fringe( على ترتيب المنطقة المضيئة والتي تسمى في العادة هدبا mالرقم

)θ (بالعالقة التالية:

(1) d sin θθθθ = m λλλλ

طيف حيود باستخدام شبكة حيود: 6-1الشكل

. هو طول الموجة الساقطλلبعد بين شقين متتاليين في شبكة الحيود و هو اdحيث

كثر من طول موجي، كالضوء األبيض أأي يحتوي على (ماذا يحدث إذا كان الضوء الساقط مركبا ؟)مثال

w؟ ولهذا نرى)لماذا(مختلفة ي*ة هدب إلى مجموعة من الخطوط ذات أطوال موجفي هذه الحالة يتحل*ل كل

على الرغم من أن*ه ال يمكن تمييز األلوان القريبة جدا من (مجموعات من الخطوط ذات األلوان المختلفة

F شبكة الحيودشبكة الحيودشبكة الحيودشبكة الحيود 6التجربة

20

، وهكذا تعمل شبكة الحيود عمل 6-2كما يوضح الشكل ) ؟بعضها كخطي الصوديوم األصفرين، لمـاذا

.مح*لل الضوء

طيف حيود باستخدام شبكة حيود: 6-2الشكل

أي الزيادة (تمث*ل عرض هذا الهدب θ∆ وm تمث*ل موقع الهدب المضيء ذي الترتيبθلزاوية إذا كانت ا

فإن* التغير في ) في الزاوية عند االنتقال من مركز الهدب المضيء إلى مركز الهدب المعتم الذي يليه

:عطى بالعالقة القادمة من شقين متجاورين والذي يؤدي إلى هدب معتم يΦ∆الطور بين األمواج

(2)

ππππ====ΦΦΦΦ∆∆∆∆

!). ذلكعل[ل( عدد الشقوق في الشبكة Nحيث

: فيعطى بالعالقة∆Lوأما التغير في المسار

(3) ∆∆∆∆L = d sin(θθθθ + ∆∆∆∆θθθθ) - d sin (θθθθ)

: التالية التي تربط بين الفرق في الطور والفرق في المسارالعالقةاستخدام وب

(4) λλλλ∆∆∆∆

====ππππΦΦΦΦ∆∆∆∆

:نحصل على

(5)

λλλλ====θθθθ∆∆∆∆θθθθ

نحصل على عالقة لعرض األهداب المضيئة التي فإن*نا ) ؟لماذا (θ≈ sin ∆θ∆ وإذا استعملنا التقريب

: المركزمن) θ(تقع على زاوية

(6) θθθθλλλλ====θθθθ∆∆∆∆

:يساوي) θ = 0°(كزي تبي*ن هذه العالقة أن* عرض الهدب المر

(7)

λλλλ====θθθθ∆∆∆∆


21

).Dispersion Power of the grating(تشتيت الشبكة . أ

تسمى الكمية λλλλ∂∂∂∂θθθθ∂∂∂∂====D تشتيت الشبكة )Dispersion Power of the grating ( ومن العالقـة)1 (

:يمكن الحصول على هذه الكمية

(8) θθθθ====

λλλλ∂∂∂∂θθθθ∂∂∂∂

====

D

) :Resolving Power(قوة تحليل الشبكة ) ب

طوال موجتيهما (قوة تحليل الشبكة هو عدد يدل على مقدرة الشبكة على إظهار ضوئيين متقاربي*ن

متقاربان 2λ و 1λلنأخذ ضوءين لهما طوال موجة . منفصلين عن بعضهما بشكل واضح للعين) متقاربان

إذا . 6-3الشبكة تكو*ن هدبي تداخل لهما كما هو موضح في الشكل أن* فرض نل. جدا يمران عبر الشبكة

. كانت المسافة بين مركزي الهدبين أكبر من عرض أي واحد منهما فيمكن عندئذ تمييزهما عن بعضهما

:بالعالقة) Resolving power(تعطى قوة تحليل الشبكة

(9) R = λλλλ∆∆∆∆

λλλλ= D N d cos θθθθ

wحيث تدلλ 1 على متوسطλ 2 وλ باعتبار أن*هما قريبتان من بعضهما و ∆λ على الفرق في األطوال

):8( من العالقة Dوباستخدام قيمة . بين أقرب خطين يمكن تمييزهماي*ة الموج

(10) R = λλλλ∆∆∆∆

λλλλ= m N

قوة تحليل الشبكة: 6-3الشكل

) :Balmer series(لسلة بالمر س) ج


22

ة خطوط الطيف المرئي في ذرة الهيدروجين و تعطى األطوال الموجي*ة لهذه لتشكل هذه السلس

:الخطوط بالعالقة

(11)

−−−−====

22 n

1

f

11 Rλ

الكمي وهو العدد ( عدد ثابت للسلسلة f، (Rydberg Constant) ثابت يسمى ثابت ريدبيرغ Rحيث

).n للمدار الذي ينتقل إليه اإللكترون من المدار الرئيس


مستخدما مصباح الصوديوم األصفر لتحديد موقع ) Spectrometer(رت*ب أجهزة المطياف

الصفر على المنقلة المنزلقة وذلك بوضع الشعيرة العمودية على الخط األبيض المركزي

.المضيء

وضعها بشكل متعامد على الضوء القادم ) أكبر ما يمكنN( ة استعمل أفضل شبكة حيود متوفر -

من الجهتين اليمنى واليسرى بالنسبة للخط m = 1سج[ل موقع الهدب ذي الترتيب . من المصدر

. المركزي

عد*ل وضع الشبكة حتى (°1) إذا كان الموقعان يختلفان بمقدار اكبر من درجة واحدة :مالحظة

.ول متساويا تقريبا من الجهتينيصبح موقع الهدب األ

بين شقين متجاورين dاستخدم متوسط موقع الهدب األول لخطي الصوديوم لحساب المسافة -

.في الشبكة

. وتأكد من أن* خطي الصوديوم منفصالن بشكل واضحm = 2ابحث عن الهدب ذي الترتيب -

سج[ل مواقع الخطين . لضوء من المصدرلتحسين تحليل الخطين صغ*ر عرض الفتحة التي تمرر ا

التي حصلت عليها dمن جهتي الخط المركزي واحسب األطوال الموجي*ة للخطين مستخدما قيمة

.قارن النتيجة بالقيم المقبولة عمليا. 2في الخطوة

ألقرب خطين يمكن تمييزهما عند هذا الطول ) λ∆( وأحسب Rأحسب قوة تحليل الشبكة -

). 6(أحسب أيضا العرض النظري للخط من العالقة ). لخطي الصوديوم األصفرين(ي جالمو

!عل[لهل هذا العرض أكبر أم أصغر من العرض الحقيقي للخط كما نراه في المحلل الضوئي؟ -

استعمل مصباح الزئبق وسج[ل مواقع الخطوط المختلفة للترتيب. أطفئ مصباح الصوديوم -

m = 1 .ك أيضا رؤية بعض خطوط الترتيب باستطاعتm = 2 إذا كنت قد اخترت شبكة حيود

؟ما منشأ هذه الخطوطما منشأ هذه الخطوطما منشأ هذه الخطوطما منشأ هذه الخطوط .مناسبة

.األطوال الموجي*ة لطيف الزئبق وقارنها بالقيم المقبولة عمليااحسب -


23

).ثالثة خطوط على األقل(استعمل مصباح الهيدروجين وسج[ل مواقع خطوط الطيف -

).11(لها الواردة في العالقة ) n( األعداد الكمي[ة حد[د للخطوط، أحسب األطوال الموجي*ة

. كمتغير مستقلn2/1كمتغير تابع و λ/1رسم العالقة بين ا -

.R∆ من الخطوة السابقة وكذلك الخطأ Rأحسب ثابت ريدبيرغ -

تي الR وباستخدام قيمة) 8( من الخط المستقيم في الخطوة fأحسب قيمة العدد الكمي -

في كل[ ) Least Squares(استخدم طريقة . fاحسب أيضا ) 9(حصلت عليها في الخطوة

.الحسابات السابقة


....3 فس[ر كيف نحصل على العالقة .

....10 اشتق العالقة .

....11 للحصول على العالقة) Bohr( استخدم نظرية بور .

.؟ فس[ر إجابتك)11 القةأي الع(هل يتبع طيف الزئبق العالقة سلسلة بالمر .

لماذا لم تستطع في طيف الهيدروجين رؤية سلسلة باشن أو براكيت؟ هل االنتقاالت الذرية .

التابعة لسلسلة بالمر هي االنتقاالت الذرية الوحيدة الحاصلة في ذرات الهيدروجين في هذه

.التجربة؟ فسر

. أم أطياف امتصاص؟ وضحهل أطياف العناصر في هذه التجربة هي أطياف انبعاث .

Hall Effect أثـر هـول أثـر هـول أثـر هـول أثـر هـول

:الهــدف

وكثافة ناقالت الشحنة " RH"إثبات وجود أثر هـول واستخدامه لحساب معامل هـول

.الحجمي+ة لمعدن البزموث

:األجهـزة

صفيحة بزموث، مغناطيس كهربائي، مولد طاقة، ريوستات، جلفانوميتر ضوئي،

.وأميتر) Teslameter(تسالميتر


في صفيحة معدنية موضوعة في مجال مغناطيسي Ixإذا مر* تيار شدته →→→→B اإللكترونات (فإن* ناقالت التيار

تخضع لقوة مغناطيسية ) في حالة المعدن→→→→MF) 7-1أنظر الشكل.(

(1) →→→→→→→→××××==== BqFM v

r

أثر هـول : 7-1الشكل

v على شحنة الناقل وqحيث تدل r

اتجاه إذا كانت الشحنة موجبة فإن* . ( على سرعته→→→→MF عموديا يكون

vمن كل على اتجاه r

و→→→→B ونقول أيضا أن* المتجهات ماوالمستوى الذي يحويه v

r و

→→→→B و

→→→→MF على ،

).)right-handed system(الترتيب، تشك[ل نظاما يميني*ا

كهربائي بين ويتولد مجال 7-1 إذا كانت ناقالت التيار سالبة فإن*ها تتحرك نحو الصفيحة السفلى في الشكل

الصفيحة العلوية والصفيحة السفلى، يسم*ى مجال هـول، وبالتالي تخضع الناقالت لقوة كهربائية→→→→eF

معاكسة في االتجاه للقوة→→→→MF .يستمر نزوح ناقالت الشحنة حتى تتساوى القوتان أي:

26

(2) |||| →→→→→→→→====×××× EeBq v

r

رض أن* بف→→→→v و

rبين ) جهد هول( هو فرق الجهد VH، و إذا كان 7-1 متعامدان كما في الشكل

: فإن*d وإذا كان عرض الصفيحة هوy و xالنقطتين

(3) VH = v B d

في Ixالت نتيجة لمرور التيار والتي هي ليست سوى سرعة انسياق الناق (v السرعةقيمة يمكن معرفة

:من العالقة التالية والتي يسهل برهانها) الصفيحة

(4) Error! Objects cannot be created from editing field codes.

. كثافة ناقالت الشحنة الحجمي*ةn سمك الصفيحة و tحيث تمث*ل

: نجد أن*4 و 3من المعادلتين

(5)

I====

يسم*ى المقدار en

.RH معامل هـول ويرمز له بالرمز 1

(6)

====R

:على الصيغة التالية) 5(وتكتب المعادلة

(7)

IR====

. لمعدن البزموثRH كما سنعين Ix و Bمن ل ك مع VHفي هذه التجربة سوف ندرس تغير جهد هول


حاول فهم طريقة عمله - تفحص األجهزة المتوفرة لديك وخاصة المغناطيس الكهربائي .أ

. وتفحص كذلك التسالميتر- وتوصيله

::::معايرة المغناطيس الكهربائيمعايرة المغناطيس الكهربائيمعايرة المغناطيس الكهربائيمعايرة المغناطيس الكهربائي.ب

ما المقصود بمعايرة المغناطيس الكهربائي؟

. التيار المار في المغناطيس IBاستخدم األميتر لقياس - بمولد الجهد صل قطبي المغناطيس -

).1Aيجب أن ال تتجاوز شدة هذا التيار (

يالموجودة في طرف الحامل بين فك) المسطرة الخضراء (Hall Probeضع مسبر هول -

؟لماذالماذالماذالماذا .المغناطيس الكهربائي

27

التي يعطيك B شدة المجال المغناطيسيقيمة ) 1رقم (شغ*ل التسالميتر وسج[ل في جدول -

.المار في المغناطيس) IB(إي*اها التسالميتر مباشرة، وذلك لعشر قيم للتيار

والتيار الكهربائي المار في ) B( إليجاد عالقة خطية بين المجال المغناطيسي .L.S.Mاستخدم -

IB (.[B = aIB+b](المغناطيس الكهربائي

في المعادلة السابقة؟ هل يمكن أن يوجد مجال bالثابت هل يمكنك أن تفسر وجود

.مغناطيسي في المغناطيس الكهربائي رغم عدم مرور تيار كهربائي خالله؟ وضح

سوف يتم استخدام العالقة السابقة إليجاد المجال المغناطيسي الناتج عن المغناطيس -

.الكهربائي في الجزئين الثاني والثالث

)انظر الورقة الموجودة أمامك على طاولة العمل:( زموث معايرة عينة الب.ج

واترك البطارية والمولد بدون توصيل إلى أن يتأكد 7-2صل الدارة الموضحة في الشكل -

.المشرف من صحة توصيالتك

دارة القياس–أثر هول : 7-2الشكل

يكون التيار المار في بحيثReاأليسر، ثم* غي*ر صفر الضوئي عند الالغلفانوميترضع مؤشر -

وال تتجاوزها في أي Ixحافظ على هذه القيمة لـ .IB = 0 مع إبقاء Ix = 4Aصفيحة البزموث

.حال من األحوال

رغم عدم وجود مجال االبتدائيصفري الضوئي يبتعد عن وضعه الالغلفانوميترتالحظ أن* مؤشر

؟لماذالماذالماذالماذا. مغناطيسي مسلط على الزموث

المفاتيح السوداء تتحكم بقيمة . (دام المفاتيح السوداء أعد المؤشر إلى وضعه االبتدائيباستخ -

).المقاومة المتغيرة الموصولة بالعي*نة وتعمل عمل مجزئ جهد

افصل البطارية ولعدة دقائق لتبريد الريوستات حتى تحصل على قيم صحيحة للتيار في الخطوة : مالحظة

.التالية

: هولقياس معامل .د

28

مدى انحراف مؤش*ره عن ( الغلفانوميتر أي سج[ل قراءة C و A جهد هـول بين النقطتين سق -

انتبه . (V و IBقيم ) 2رقم (سج[ل في جدول ). IBأي (Bوذلك لعشر قيم مختلفة لـ ). الصفر

.)ن المرادفتيالغلفانوميتر المستخدم وسج[ل حساسي*ة ومقاومة الغلفانوميترلمقياس

إلى قيم مكافئة لفرق ) d(استخدم حساسية الغلفانوميتر ومقاومته لتحويل انحرافات الغلفانوميتر

).VH(جهد هول

.في الخطوة التالية) أي ثب*تها(، وال تغي*رها )IB =1Aمثال ( بحيث يكون أكبر ما يمكن IBغي*ر -

Ixقيم ) 3رقم (سج[ل في جدول . Ix لـ لعشر قيم مختلفةC و A جهد هـول بين النقطتين قس -

.VHو

.... فور انتهائك من هذه الخطوة فور انتهائك من هذه الخطوة فور انتهائك من هذه الخطوة فور انتهائك من هذه الخطوةالغلفانوميترالغلفانوميترالغلفانوميترالغلفانوميترافصل البطارية وافصل البطارية وافصل البطارية وافصل البطارية و

). لذلكLeast squaresاستخدم . (IB و B وأرسم بياني*ا العالقة بين 1 استخدم الجدول رقم -

يمة شدة المجال أي أن* بمقدورك معرفة ق، بهذا تكون قد عايرت المغناطيس الكهربائي

.سوف نستخدم منحنى المعايرة السابق في الخطوات التالية. IBالمغناطيسي ألي*ة قيمة للتيار

طريقة المربعات األقل وباستخدام . VH و B وأرسم بيانيا العالقة بين 2استخدم الجدول رقم -

)Least Squares ( أوجدRH.

طريقة المربعات األقل وباستخدام . VH و Ixقة بين وأرسم بيانيا العال3استخدم الجدول رقم -

)Least Squares ( أوجدRH.

قارن بين نتيجتي الخطوتين السابقتين وخذ متوسطهما -R.

قارن بين -Rوالقيمة المعروفة لمعامل هـول للبزموث .

مي*ة للبزموث المرادفة لـ كثافة الناقالت الحجnأحسب -Rوقارنها بالقيمة المعروفة .


مساويا لجهد هـول؟ E و Aهل يمكن اعتبار فرق الجهد بين النقطتين -

.ما الغرض من معايرة عينة البزموث؟ اشرح ماذا تعمل المفاتيح السوداء بالضبط -

سبق لو كانت ناقالت الشحنة موجبة وليست سالبة؟ماكل[ ما الذي يتغير في -

هل يمكنك، وقد أتممت التجربة، تفسير مبدأ عمل التسالميتر الذي استخدمته؟ -

التي حصلت عليها في هذه التجربة، هل بإمكانك تحديد إذا كان معدن ) n(من خالل قيمة -

.البزموث موصال أو شبه موصل أو عازال؟ وضح

intermediate laboratory

Documents