مدونة التربية و التعليم في الجزائر – دروس، فروض، نتائج امتحانات مدونة التربية والتعليم في الجزائر | تحضير الدروس، فروض واختبارات، نتائج البكالوريا وBEM، مسابقات التوظيف، والتوجيه المدرسي للطلاب وأولياء الأمور.
العلوم الفيزيائية — ظاهرة كومتون (Effet Compton) — تبعثر الأشعة السينية — الثالثة ثانوي — بكالوريا
مقدمة
ظاهرة كومتون هي تبعثر (تشتت) الأشعة السينية عند اصطدامها بالإلكترونات الحرة، مما يؤدي إلى زيادة في الطول الموجي للأشعة السينية المنعكسة. اكتشف هذه الظاهرة الفيزيائي الأمريكي آرثر كومتون عام 1923، وحصل عليها جائزة نوبل في الفيزياء عام 1927. تعتبر ظاهرة كومتون دليلا قاطعا على الطبيعة الجسيمية للإشعاع الكهرومغناطيسي (الفوتونات).
وصف الظاهرة
عندما تسقط أشعة سينية (فوتونات ذات طاقة عالية) على هدف (مادة مثل الجرافيت)، تبعثر في جميع الاتجاهات بجزء من طاقتها. يتم قياس الطول الموجي للأشعة المبعثرة عند زوايا مختلفة، ويلاحظ أن الطول الموجي للأشعة المبعثرة (λ’) أكبر من الطول الموجي للأشعة الساقطة (λ₀)، أي أن طاقتها أصبحت أقل. هذا التغير في الطول الموجي Δλ = λ’ – λ₀ يسمى إزاحة كومتون.
التفسير الفيزيائي
تفسر ظاهرة كومتون باعتبار الإشعاع الكهرومغناطيسي مكونا من جسيمات (فوتونات) لكل منها طاقة E = h.f وكمية حركة p = h/λ. عند اصطدام فوتون بإلكترون ساكن (حر)، يحدث تصادم مرن مثل تصادم كرتي بلياردو. يفقد الفوتون جزءا من طاقته للإلكترون، مما يقلل تردده (يزيد طوله الموجي).
قانون كومتون
العلاقة التي تعطي إزاحة كومتون (الفرق بين الطول الموجي المبعثر والوارد) هي:
Δλ = λ’ – λ₀ = (h / (mₑ.c)) . (1 – cos φ)
حيث h ثابت بلانك (6.626×10⁻³⁴ J.s)، mₑ كتلة الإلكترون (9.11×10⁻³¹ kg)، c سرعة الضوء (3×10⁸ m/s)، φ زاوية التبعثر (الزاوية بين اتجاه الفوتون الساقط والفوتون المبعثر).
الكمية (h / (mₑ.c)) تسمى طول كومتون الموجي للإلكترون وتساوي 2.43×10⁻¹² m (أو 0.0243 Å).
حالات خاصة
- عند φ = 0°: cos φ = 1 → Δλ = 0 (لا يوجد تبعثر، يمر الفوتون دون تغيير).
- عند φ = 90°: cos φ = 0 → Δλ = h/(mₑ.c) = 0.0243 Å.
- عند φ = 180°: cos φ = -1 → Δλ = 2h/(mₑ.c) = 0.0486 Å (أقصى إزاحة ممكنة).
أهمية ظاهرة كومتون
- تثبت الطبيعة الجسيمية للإشعاع الكهرومغناطيسي (عكس الحيود والتداخل اللذان يثبتان الطبيعة الموجية).
- تؤكد قانون انحفاظ الطاقة وكمية الحركة على المستوى الذري.
- تستخدم في التصوير الطبي (Compton imaging).
- تستخدم في أجهزة الكشف عن الإشعاع.
أمثلة بكالوريا محلولة
مثال 1 (بكالوريا 2023): أشعة سينية طولها الموجي λ₀ = 0.5 Å تسقط على هدف جرافيت. أحسب الطول الموجي للأشعة المبعثرة بزاوية 90°. (h/(mₑ.c) = 0.0243 Å)
الحل: Δλ = 0.0243 x (1 – 0) = 0.0243 Å. λ’ = 0.5 + 0.0243 = 0.5243 Å.
مثال 2 (بكالوريا 2021): في تجربة كومتون، تم قياس الطول الموجي للأشعة المبعثرة عند φ=120° فكان λ’=0.5365 Å. احسب λ₀ وطاقة الفوتون الساقط. (h=6.626×10⁻³⁴ J.s, c=3×10⁸ m/s)
الحل: Δλ = (h/(mₑ.c)) x (1 – cos120°) = 0.0243 x (1 – (-0.5)) = 0.0243 x 1.5 = 0.03645 Å = 3.645×10⁻¹² m. λ₀ = λ’ – Δλ = 0.5365 – 0.03645 = 0.50005 Å ≈ 0.5 Å. E₀ = h.c/λ₀ = (6.626×10⁻³⁴ x 3×10⁸) / (0.5×10⁻¹⁰) = 3.976×10⁻¹⁵ J = 24.8 keV.
الخلاصة
ظاهرة كومتون تثبت أن الفوتونات تتصرف كجسيمات لها كمية حركة. قانون كومتون: Δλ = (h/(mₑ.c))(1-cos φ) يعطينا التغير في الطول الموجي بدلالة زاوية التبعثر. كلما زادت زاوية التبعثر، زاد التغير في الطول الموجي.
📍 دروس مشابهة
- المتابعة الزمنية للتحول الكيميائي: سرعة التفاعل وعوامل التأثير – العلوم الفيزيائ
- الكيمياء العضوية: الألكينات (الرابطة المزدوجة C=C، تفاعلات الإضافة، البلمرة) – ا
- الحركة الدورانية لجسم صلب حول محور ثابت: عزم القوة والعطالة — الثالثة ثانوي (بكا
