مہجہرد إنہسہآن
طاقم الادارة
فهرس ابحاث الفيزياء في منتديات صقر الجنوب
نبداء بسم الله
1
حالات خاصة من القوة
" رد فعل السطح ( القوة العمودية ) The Normal Force "
عندما نضع جسماً ما فوق سطح طاولة مثلاً, فإن الطاولة تؤثر على هذا الجسم بقوة يكون اتجاهها دائماً عمودياً على السطح . ولذلك تسمى هذه القوة " القوة العمودية " أو " رد فعل السطح " ويرمز لها عادة بـ
في الشكل التالي جسم كتلته ( ك ) مستقر فوق سطح أفقي تماماً, وعليه فإن وزن هذا الجسم ( و ) يؤثر عمودياً إلى أسفل في حين يؤثر رد فعل السطح ( ر ) عمودياً على السطح إلى أعلى.
وبتطبيق القانون الثاني لنيوتن على المحور الصادي فإن :
حيث :
تص : مركبة التسارع في الإتجاه الصادي.
وبذلك يكون ر ـ و = ك تص
[ نكتب ر ـ و وذلك لأن ( ر ) في الاتجاه الموجب للمحور الصادي ( و ) في الاتجاه السالب للمحور الصادي].
إذن ر ـ ك جـ = ك تص
حيث :
جـ : تسارع السقوط الحر.
وبما أن الجسم ثابت لا يتحرك إذن ر = و
2
قوة الشد Tension "
عندما نقوم بشد جسم أو تحريكه من خلال بكرة بوساطة حبل أو خيط فإن القوة التي يتعرض لها الجسم تسمى " قوة الشد " ويرمز لها عادة " ش " .
ونفترض دائماً في الخيط أو الحبل أن يكون مهمل الكتلة ، وغير قابل للاستطالة ( أي لايتغير طوله خلال عملية الشد ).
ويكون هذا الخيط عادة للربط بين جسمين ويؤثر عل كلا الجسمين بقوة متساوية " ش " حتى لو كان الجسمين متسارعين أو كان الخيط يمر عبر بكرة ) يفترض فيها أيضاً أن تكون مهملة الكتلة ، وملساء تماماً بحيث لاتؤثر قوى الاحتكاك فيها على الحركة ).
نبداء بسم الله
1
حالات خاصة من القوة
" رد فعل السطح ( القوة العمودية ) The Normal Force "
عندما نضع جسماً ما فوق سطح طاولة مثلاً, فإن الطاولة تؤثر على هذا الجسم بقوة يكون اتجاهها دائماً عمودياً على السطح . ولذلك تسمى هذه القوة " القوة العمودية " أو " رد فعل السطح " ويرمز لها عادة بـ
في الشكل التالي جسم كتلته ( ك ) مستقر فوق سطح أفقي تماماً, وعليه فإن وزن هذا الجسم ( و ) يؤثر عمودياً إلى أسفل في حين يؤثر رد فعل السطح ( ر ) عمودياً على السطح إلى أعلى.
وبتطبيق القانون الثاني لنيوتن على المحور الصادي فإن :
حيث :
تص : مركبة التسارع في الإتجاه الصادي.
وبذلك يكون ر ـ و = ك تص
[ نكتب ر ـ و وذلك لأن ( ر ) في الاتجاه الموجب للمحور الصادي ( و ) في الاتجاه السالب للمحور الصادي].
إذن ر ـ ك جـ = ك تص
حيث :
جـ : تسارع السقوط الحر.
وبما أن الجسم ثابت لا يتحرك إذن ر = و
2
قوة الشد Tension "
عندما نقوم بشد جسم أو تحريكه من خلال بكرة بوساطة حبل أو خيط فإن القوة التي يتعرض لها الجسم تسمى " قوة الشد " ويرمز لها عادة " ش " .
ونفترض دائماً في الخيط أو الحبل أن يكون مهمل الكتلة ، وغير قابل للاستطالة ( أي لايتغير طوله خلال عملية الشد ).
ويكون هذا الخيط عادة للربط بين جسمين ويؤثر عل كلا الجسمين بقوة متساوية " ش " حتى لو كان الجسمين متسارعين أو كان الخيط يمر عبر بكرة ) يفترض فيها أيضاً أن تكون مهملة الكتلة ، وملساء تماماً بحيث لاتؤثر قوى الاحتكاك فيها على الحركة ).
3
قوة الاحتكاك Friction "
عندما نحاول تحريك جسم فوق سطح فإن هناك قوة تحاول إعاقة الحركة ، وتنشأ هذه القوة بسبب التلامس بين الأسطح . ويسببها وجود نتوءات على الأسطح مهما بدت ملساء ، وعندما يحاول الجسم الحركة أو يتحرك فعلاً تتداخل النتوءات مع بعضها البعض وتمنع حركة الجسم .
وتسمى هذه القوة " قوة الاحتكاك " ونرمز لها بالرمز " ق ح " وتكون هذه القوة دائماً في اتجاه معاكس للحركة موازياً للسطح .
4
شروط عمل أجهزة الليزر
1) الوسط الفعّال Active Medium :
هو مجموعة الذرات أو الأيونات أو الجزيئات لعنصر أو مركب أو مزيج بحالة صلبة أو سائلة أو غازية ، بحيث يكون له عدد من مستويات الطاقة تصلح لأن تتحقق بينها الانتقالات الثلاث وهي الامتصاص والانبعاث التلقائي والانبعاث المستثار والضرورية لانبعاث شعاع الليزر .
2) التوزيع المعكوس Population Inversion :
شرط ضروري لكي يحدث الانبعاث المستثار ، وهذا الشرط يلزم لتحقيقه ظروف غير اعتيادية توفرها طرائق الضخ والتي سبق شرحها .
3) المِرْنان Resonator :
وهو الوعاء الحاوي والمنشط لعملية التكبير ، ويجب أن يصمم هذا المرنان بأبعاد معينة تعتمد على الطول الموجي لشعاع الليزر الناتج ، بحيث يكون طول المسار البصري مساوياً لأعداد صحيحة من أنصاف الطول الموجي فيحدث التداخل البناء ونحصل على حزمه من أشعة الليزر المتوازية .
ويتكون المرنان عادة من مرآتين مستويتين متوازيتين . وتوضع مادة الوسط الفعّال بينهما ، وتكون إحدى المرآتين عاكسة للضوء كلياً (100%) والثانية ذات انعكاسية أقل من 100% .
وقد تكون المرآتان خارجيتان كما في الليزرات الغازية أو داخليتان بحيث تطلى نهايات المادة الفعّالة لتعمل عمل المرآة كما في ليزرات بلورة الياقوت والليزرات الصلبة بصورة عامة . وعندما يسقط شعاع الليزر المتكون على إحدى المرآتين فإنه ينعكس ثم يسقط على المرآه الأخرى وينعكس عنها ، وهكذا تتعاقب الانعكاسات ، فيزداد مسار فوتونات الليزر داخل المِرْنان وبذلك يزداد عدد الفوتونات المتولّدة بالانبعاث المستثار بعدد هائل فيحصل التكبير . وتسمح المرآه ذات الانعكاس الجزئي بنفاذ نسبة معينة من أشعة الليزر خارج المرنان وأما بقية الشعاع فتعكسه مرة أخرى إلى داخل المرنان لأجل أن تظل عملية التكبير مستمرة .
5
شروط عمل أجهزة الليزر
1) الوسط الفعّال Active Medium :
هو مجموعة الذرات أو الأيونات أو الجزيئات لعنصر أو مركب أو مزيج بحالة صلبة أو سائلة أو غازية ، بحيث يكون له عدد من مستويات الطاقة تصلح لأن تتحقق بينها الانتقالات الثلاث وهي الامتصاص والانبعاث التلقائي والانبعاث المستثار والضرورية لانبعاث شعاع الليزر .
2) التوزيع المعكوس Population Inversion :
شرط ضروري لكي يحدث الانبعاث المستثار ، وهذا الشرط يلزم لتحقيقه ظروف غير اعتيادية توفرها طرائق الضخ والتي سبق شرحها .
3) المِرْنان Resonator :
وهو الوعاء الحاوي والمنشط لعملية التكبير ، ويجب أن يصمم هذا المرنان بأبعاد معينة تعتمد على الطول الموجي لشعاع الليزر الناتج ، بحيث يكون طول المسار البصري مساوياً لأعداد صحيحة من أنصاف الطول الموجي فيحدث التداخل البناء ونحصل على حزمه من أشعة الليزر المتوازية .
ويتكون المرنان عادة من مرآتين مستويتين متوازيتين . وتوضع مادة الوسط الفعّال بينهما ، وتكون إحدى المرآتين عاكسة للضوء كلياً (100%) والثانية ذات انعكاسية أقل من 100% .
وقد تكون المرآتان خارجيتان كما في الليزرات الغازية أو داخليتان بحيث تطلى نهايات المادة الفعّالة لتعمل عمل المرآة كما في ليزرات بلورة الياقوت والليزرات الصلبة بصورة عامة . وعندما يسقط شعاع الليزر المتكون على إحدى المرآتين فإنه ينعكس ثم يسقط على المرآه الأخرى وينعكس عنها ، وهكذا تتعاقب الانعكاسات ، فيزداد مسار فوتونات الليزر داخل المِرْنان وبذلك يزداد عدد الفوتونات المتولّدة بالانبعاث المستثار بعدد هائل فيحصل التكبير . وتسمح المرآه ذات الانعكاس الجزئي بنفاذ نسبة معينة من أشعة الليزر خارج المرنان وأما بقية الشعاع فتعكسه مرة أخرى إلى داخل المرنان لأجل أن تظل عملية التكبير مستمرة .
6
الستارتر
ما هو دور بادئ التشغيل أو ما يعرف بالستارتر
هل لاحظت أنه من الصعب الحصول على الضوء مباشرة من المصباح الفلوري ( مصباح الفلوريسنت ) إذا كان بادئ التشغيل ( الستارتر( Starter معطلاً ؟
في أغلب الأحيان يتم استبدال بادئ التشغيل المعطل، بآخر جديد، ليعود المصباح للعمل من جديد..
فما هو الدور الذي يلعبه هذا العنصر في الدائرة الكهربية؟وما هو دور المحث الخانق ( المعروف مجازاً باسم المحول ) ؟
وكيف يضيء المصباح الفلوري ؟
المصباح الفلوري :
يتكون هذا المصباح من:
* أنبوب زجاجي مطلي من الداخل بمادة متألقة، مثل تنغستات الكالسيوم أو تنغستات المغنيسيوم، وهي مادة تمتص فوتونات الضوء غير المرئي ( فوق البنفسجي ) وتشع بدلاً منها ضوءاً مرئياً . ويوجد في كل من طرفي الأنبوب فتيل من التنغستن. كما يوجد في الأنبوب غاز خامل شديد التخلخل مثل غاز الآرغون أو النيتروجين ، وقطرة من الزئبق.
* بادئ التشغيل Starter : هو عبارة عن مصباح ضوئي صغير ( فقاعة شبه مفرغة ) مثل فلاش الكاميرا يحتوي على غاز خامل منخفض الضغط وعلى طرفين مكونين من سلكين موصلين للتيار الكهربي هما بمثابة القطبان : قطب ثابت ، وقطب آخر يتكون من شريحة ثنائية ( مصنوعة من فلزين ).
* المحث الخانق : عبارة عن ملف نحاسي بقلب حديدي يحتوي على ممانعة حثية عالية وله طرفان.
يقوم المحث الخانق :
1- بتوليد قوة دافعة كهربية عالية جداً وهي مسؤولة عن إحداث التأين في غاز الآرجون الموجود في الأنبوب الزجاجي.
2- تعمل الممانعة الحثية العالية في المحث الخانق على تقليل مرور التيار أثناء العمل الاعتيادي للمصباح الفلوري.
ماذا يحدث داخل بادئ التشغيل Starter ؟؟
من المعروف أن غاز الآرجون الموجود داخل أنبوبة المصباح الفلوري، عند بدء تشغيل مصباح الفلوريسنت ، لا يوصل التيار الكهربائي مباشرةً إلا إذا أصبح متأيناً. وحتى يحدث ذلك يمرر التيار الكهربائي في دائرة جانبية bypass circuit.
وهكذا عند بدء تشغيل مصباح الفلوريسنت يبدأ التيار الكهربي بالمرور في بادئ التشغيل من خلال الغاز منخفض الضغط فيه، ويحدث بين طرفي سلك بادئ التشغيل تفريغ كهربي ينتج عنه بريق ضوئي يعمل على تسخين السلكين، حيث يتمدد أحد هذين السلكين باتجاه الطرف الآخر فيتلامسان ويمر التيار الكهربي من خلالهما.
عند تلامس السلكين يتوقف مرور التيار عبر الغاز المنخفض الضغط فيبرد هذا الغاز والسلكين مما يؤدي إلى تقلص أحدهما وانفصال السلكين عن بعضهما ... وهكذا ...
يستمر مرور التيار في بادئ التشغيل لفترة وجيزة وهي الفترة اللازمة لكي تسخن الفتيلتين على طرفي الأنبوبة وتنطلق الإلكترونات منها وعندها يتوقف بادئ التشغيل عن العمل.
ماذا يحدث داخل الأنبوب الزجاجي للمصباح الفلوري ؟؟
يؤدي هذا الوصل ثم الفصل بين السلكين في بادئ التشغيل إلى إنتاج قوة دافعة كهربائية تأثيرية ( حثية ) كبيرة في المحث الخانق ( الملف ) تزيد كثيراً عن ( 220 فولت )؛ مما يؤدي إلى إحداث شرارة داخل المصباح الفلوري وتأين غاز الآرجون وبالتالي مرور التيار الكهربائي عبره وانهيار مقاومته فيضيء ( وإذا لم يحدث ذلك تكرر الوصل والفصل من البادئ ونشوء قوة دافعة كهربائية كبيرة من الملف حتى يضيء المصباح ).
يستمر مرور التيار في بادئ التشغيل إلى أن يتأين غاز الأرجون ( كما ذكرنا سابقاً ) وتتبخر قطرة الزئبق ، وحيث أن التيار الكهربي يواجه مقاومة أقل في غاز الآرجون المتأين، يتم عندها توقف مرور التيار في بادئ التشغيل ومن ثم يبرد وينكمش السلك ليبتعد عن السلك الآخر. وينتهي دوره إلى أن يعاد تشغيل المصباح في المرة القادمة....
يمكنك فكه بعد إضاءة المصباح وستجد أن المصباح لا يتأثر .
هل تعرف !
لا يدخل غاز النيون في فكرة عمل مصباح الفلوريسنت ولكن اشتهر اسم هذا المنوع من المصابيح بضوء النيون !!!!
تبلغ كفاءة المصباح الفلوري في تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية ( 20 % ) ، بينما تبلغ كفاءة اللمبة ، أي مصباح السلك المتوهج ( 5 % ) فقط ، لذا فإن استعمال المصباح الفلوري ذو القدرة ( 40 واط ) أفضل من المصباح ذي القدرة ( 100 واط ) ، إذ إن الأول يعطي طاقة ضوئية تزيد مرة ونصف عن الثاني ، على الرغم من أنه يستهلك طاقة كهربائية أقل بكثير.
عند إضاءة المصباح فإن الطيف الناتج هو طيف بخار الزئبق والذي يقع معظمه في المنطقة فوق البنفسجية . إن هذا الضوء غير مرئي. إلا أن هذه الأشعة عند سقوطها على المادة المطلي بها المصباح من الداخل ( المادة المتألقة : تنغستات الكالسيوم ) يتم امتصاصها وتشع بدلاً منها ضوءاً مرئياَ هو ما يعطينا إيَّاه المصباح الفلوري.
يتبع انشاء الله
