الوحدة الثانية — مقدمة في الفيزياء الحديثة · الفيزياء. دي 10 أسئلة من بنك منصة مجموع على الدرس ده، من السهل للصعب. اضغط «اعرف الإجابة والشرح» تحت كل سؤال بعد ما تحله. على مجموع فيه 27 سؤال على الدرس ده بالشرح.
يُعتمد على الأشعة السينية في الكشف عن العيوب التركيبية في المواد المستخدمة في الصناعات المعدنية؛ لأنها:
الإجابة الصحيحة: (د) ذات قدرة كبيرة على النفاذ
الشرح: قدرة الأشعة السينية الكبيرة على النفاذ خلال المواد تسمح بتصوير ما بداخلها وكشف العيوب، والخاصية نفسها تُستخدم في تصوير كسور العظام؛ وهي لا تحمل شحنة وتنتشر في الفراغ بسرعة الضوء.
في أنبوبة كولدج تنطلق الإلكترونات من الفتيلة نتيجة:
الإجابة الصحيحة: (د) تسخين الفتيلة
الشرح: عند تسخين الفتيلة تنطلق منها الإلكترونات، ثم يعجّلها فرق الجهد العالي نحو الهدف؛ فمصدر الإلكترونات هو الحرارة وليس الضوء الساقط كما في الظاهرة الكهروضوئية.
أيٌّ مما يلي ليس من خواص الأشعة السينية؟
الإجابة الصحيحة: (ج) تنحرف في المجالين الكهربي والمغناطيسي
الشرح: الأشعة السينية موجات كهرومغناطيسية لا تحمل شحنة فلا تنحرف في المجالين الكهربي والمغناطيسي، أما النفاذ وتأيين الغازات والحيود في البلورات والتأثير على الألواح الفوتوغرافية فمن خواصها.
زيادة فرق الجهد بين الفتيلة والهدف في أنبوبة كولدج تؤدي إلى:
الإجابة الصحيحة: (ب) نقص λmin للطيف المتصل مع بقاء الأطوال الموجية للخطوط المميزة ثابتة
الشرح: زيادة الجهد تزيد طاقة حركة الإلكترونات eV فيقل λmin = hc/eV، بينما الطول الموجي للأشعة المميزة لا يتوقف على فرق الجهد بل على نوع عنصر الهدف.
إذا ضوعف فرق الجهد بين الفتيلة والهدف في أنبوبة كولدج، فإن أقصر طول موجي في الطيف المتصل:
الإجابة الصحيحة: (ج) يقل إلى النصف
الشرح: λmin = hc/eV أي أن λmin يتناسب عكسيًا مع فرق الجهد V، فمضاعفة الجهد تجعل λmin نصف قيمته، ولا يتناسب مع مربع الجهد حتى يقل إلى الربع.
يحتوي الطيف المستمر للأشعة السينية على جميع الأطوال الموجية الممكنة في مدى معين؛ ويُفسَّر ذلك بأن الإلكترونات:
الإجابة الصحيحة: (ج) تفقد طاقتها عند مرورها قرب أنوية الهدف على دفعات وبمقادير متفاوتة
الشرح: تتناقص سرعة الإلكترونات قرب أنوية الهدف فتفقد طاقتها على دفعات مختلفة المقدار، وكل مقدار مفقود يظهر فوتونًا بطول موجي مختلف فيتكون طيف متصل؛ أما الانتقال بين مستويات محددة فيعطي خطوطًا مميزة لا طيفًا متصلًا.
تُستخدم الأشعة السينية في دراسة التركيب البلوري للمواد؛ لأن:
الإجابة الصحيحة: (ج) طولها الموجي مقارب للمسافات بين الذرات فتحيد عند مرورها في البلورة
الشرح: المسافات بين ذرات البلورة من رتبة الطول الموجي للأشعة السينية، فتعمل البلورة كمحزوز حيود وتتكون هدب مضيئة ومظلمة تبعًا لفرق المسار بين الموجات المتداخلة، ومن نمطها يُستدل على التركيب البلوري.
أنبوبة كولدج تعمل بفرق جهد ٦٫٦ kV؛ فيكون أقصى تردد للأشعة السينية الصادرة منها (h = ٦٫٦ × ١٠⁻³⁴ J·s، e = ١٫٦ × ١٠⁻¹⁹ C):
الإجابة الصحيحة: (ب) ١٫٦ × ١٠¹⁸ Hz
الشرح: (١) أقصى طاقة للفوتون عندما يفقد الإلكترون طاقته كلها: hνmax = eV. (٢) νmax = eV/h = (١٫٦ × ١٠⁻¹⁹ × ٦٫٦ × ١٠³) ÷ ٦٫٦ × ١٠⁻³⁴ = ١٫٦ × ١٠¹⁸ Hz.
أنبوبة كولدج تعمل بفرق جهد 50 kV، وشدة تيار الإلكترونات المصطدمة بالهدف 10 mA. كم إلكترونًا يصطدم بالهدف في الثانية، وما القدرة الكهربية التي تحملها الإلكترونات إليه؟ (e = 1.6 × 10⁻¹⁹ C)
الإجابة الصحيحة: (د) 6.25 × 10¹⁶ إلكترون و 500 W
الشرح: عدد الإلكترونات = I/e = 0.01/1.6 × 10⁻¹⁹ = 6.25 × 10¹⁶ في الثانية، والقدرة = VI = 50000 × 0.01 = 500 W. يتحول معظم هذه الطاقة إلى حرارة في الهدف، ولذلك يُثبَّت الهدف على ساق نحاسية لها ريش تبريد.
هدف في أنبوبة كولدج يحتاج الإلكترون الساقط إلى طاقة لا تقل عن 9 keV لإزاحة إلكترون من مستوى قريب من النواة. إذا شُغِّلت الأنبوبة بفرق جهد 6 kV، فماذا يحتوي طيف الأشعة الصادرة؟ (h = 6.6 × 10⁻³⁴ J·s، c = 3 × 10⁸ m/s، e = 1.6 × 10⁻¹⁹ C)
الإجابة الصحيحة: (ب) طيف متصل فقط أقصر طول موجي فيه نحو 0.21 nm
الشرح: أقصى طاقة للإلكترون 6 keV، وهي أقل من 9 keV فلا تظهر الخطوط المميزة، ويظهر الطيف المتصل الناتج عن تناقص سرعة الإلكترونات. λmin = hc/eV = 1.98 × 10⁻²⁵ / 9.6 × 10⁻¹⁶ ≈ 2.06 × 10⁻¹⁰ m. القيمة 0.14 nm تقابل 9 kV.
أول ١٠ أسئلة في كل مادة مجانية، وكل سؤال معاه شرح.