مختبر الفيزياء

مختبر الفيزياء

استقطاب الضوء

Polarization of Light

إن مصدر الضوء الذي يولد موجات ضوئية مستعرضة جميعها في المستوى الثابت نفسه يقال إنها مستقطبة في ذلك المستوى. ويمكن استخدام مرشح الاستقطاب لإيجاد مصادر الضوء التي تنتج ضوءًا مستقطبًا. فبعض الأوساط تستطيع أن تدوّر مستوى استقطاب الضوء في أثناء نفاذ الضوء من خلالها. ومثل هذه الأوساط يقال إنها فعالة بصريًا. وستستقصي في هذا النشاط هذه المفاهيم للضوء المستقطب.

سؤال التجربة

ما أنواع الإضاءة؟ وما مصادر الضوء التي تولد ضوءًا مستقطبًا؟

الأهداف

• تجرب مستخدمًا مصادر ضوء ومرشحات استقطاب مختلفة.
• تصف نتائج تجربتك.
• تميز الاستخدامات الممكنة لمرشحات الاستقطاب في الحياة اليومية.

احتياطات السلامة

• قلل فترة النظر مباشرة إلى مصادر الضوء الساطعة.
• لا تجر هذه التجربة باستخدام مصادر أشعة الليزر.
• لا تنظر إلى الشمس، حتى لو كنت تستخدم مرشحات استقطاب.
• تسخن مصادر الضوء وقد تؤدي إلى حرق الجلد.

المواد والأدوات

| المواد والأدوات |
| ------------------------------------------------ |
| لوحا مرشح استقطاب |
| مصدر ضوء متوهج أو ساطع |
| مصدر ضوء فلورسنتي |
| قطع من الورق الأبيض والأسود |
| آلة حاسبة مزودة بشاشة مصنوعة من البلورات السائلة |
| منقلة بلاستيكية شفافة |
| مرآة |

الصورة التابعة لهذه الفقرة:
مختبر_الفيزياء_استقطاب_الضوء_مرشح_استقطاب_ومنقلة.png

الخطوات

1

انظر من خلال مرشح الاستقطاب إلى مصدر الضوء الساطع، ثم دوّر المرشح، وسجل ملاحظاتك في جدول البيانات.

2

انظر من خلال مرشح الاستقطاب إلى مصدر ضوء فلورسنتي، ثم دوّر المرشح، وسجل ملاحظاتك في جدول البيانات.

3

استخدم مرشح الاستقطاب لرؤية الضوء المنعكس بزاوية 45° تقريبًا عن سطح المرآة، ثم دوّر المرشح، وسجل ملاحظاتك في جدول البيانات.

4

استخدم مرشح الاستقطاب لرؤية الضوء المنعكس بزاوية 45° تقريبًا عن قطعة ورق، ثم دوّر المرشح، وسجل ملاحظاتك في جدول البيانات.

5

استخدم مرشح الاستقطاب لرؤية الضوء المنعكس بزاوية 45° تقريبًا عن قطعة ورق سوداء، ثم دوّر المرشح، وسجل ملاحظاتك في جدول البيانات.

6

استخدم مرشح الاستقطاب لرؤية الشاشة المصنوعة من البلورات السائلة، ثم دوّر المرشح، وسجل ملاحظاتك في جدول البيانات.

7

ضع مرشح استقطاب فوق مرشح الاستقطاب الآخر، وانظر إلى المصدر الضوئي المتوهج من خلال هذين المرشحين. ثم دوّر أحد المرشحين بالنسبة للآخر، وأكمل دورة كاملة، وسجل ملاحظاتك في جدول البيانات.

8

ضع منقلة بلاستيكية شفافة بين مرشحي الاستقطاب، ثم انظر إلى المصدر الضوئي المتوهج من خلال هذه المجموعة، وأكمل دورة كاملة لأحد المرشحين. ثم ضع المرشحين بالطريقة نفسها التي اتبعتها في الخطوة 7 والتي لم ينتج عندها الضوء، وسجل ملاحظاتك في جدول البيانات.

جدول البيانات

الصورة التابعة لهذه الفقرة:
مختبر_الفيزياء_جدول_بيانات_مصادر_الضوء_والملاحظات.png

| رقم التجربة | مصدر الضوء | الملاحظات |
| ----------- | ---------- | --------- |
| 1 | | |
| 2 | | |
| 3 | | |
| 4 | | |
| 5 | | |
| 6 | | |
| 7 | | |
| 8 | | |

التحليل

1. فسر البيانات

هل ينتج الضوء المتوهج ضوءًا مستقطبًا؟ كيف تعرف ذلك؟

2. فسر البيانات

هل ينتج الضوء الفلورسنتي ضوءًا مستقطبًا؟ كيف تعرف ذلك؟

3. فسر البيانات

هل ينتج انعكاس الضوء عن سطح مرآة ضوءًا مستقطبًا؟ كيف تعرف ذلك؟

4. قارن

كيف يقارن الضوء المنعكس عن الورقة البيضاء بالضوء المنعكس عن الورقة السوداء بدلالة الضوء المستقطب؟ ولماذا يختلفان؟

5. فسر البيانات

هل الضوء المنبعث من شاشات البلورات السائلة مستقطب؟ كيف تعرف ذلك؟

الاستنتاج والتطبيق

1. حلل واستنتج

كيف يمكن استخدام مرشحي استقطاب بحيث يمنعان عبور أي ضوء خلالهما؟

2. حلل واستنتج

لماذا يمكن رؤية المنقلة البلاستيكية الشفافة بين مرشحي الاستقطاب بينما لا يمكن رؤية أي شيء آخر من خلال مرشحي الاستقطاب؟

3. استخلاص النتائج

أي نوع من الحالات تنتج عمومًا ضوءًا مستقطبًا؟

التوسع في البحث

1

انظر في يوم مشمس، إلى استقطاب السماء الزرقاء في المناطق القريبة من الشمس والمناطق البعيدة عنها مستخدمًا مرشح استقطاب.

تحذير: لا تنظر مباشرة إلى الشمس.

ما خصائص الضوء المستقطب التي تلاحظها؟

2

هل الضوء المنعكس عن الغيوم مستقطب؟ أعط دليلًا على ذلك.

الفيزياء في الحياة

1

لماذا تستعمل عدسات مستقطبة في صناعة النظارات ذات الجودة العالية؟

2

لماذا تعد النظارات المستقطبة أفضل من النظارات الملونة عند قيادة السيارة؟

التقنية والمجتمع

تطورات الإضاءة

Advances In Lighting

الصورة التابعة لهذه الفقرة:
التقنية_والمجتمع_تطورات_الإضاءة_مصابيح_متنوعة.png

تظهر الصور من أعلى اليسار وفي اتجاه حركة عقارب الساعة: الثنائيات الباعثة للضوء، ومصابيح فلورسنتية، ومصابيح الهالوجين، ومصباح الغازات المخلخلة في صورة مصابيح النيون.

سجل التاريخ

سجل التاريخ استخدام الزيت والشمع والغاز لتوفير الإضاءة، فكان هناك دائمًا خطر كامن في استخدام اللهب المكشوف للحصول على الضوء. وجاء اختراع الإضاءة الكهربائية في القرن التاسع عشر، فزودنا بضوء أكثر سطوعًا، كما تحسنت وسائل الأمان والسلامة العامة للناس.

والمصابيح المتوهجة هي الشكل التقليدي للإضاءة الكهربائية الشائعة حتى الآن، حيث تسخن فتيلة التنجستن بالكهرباء حتى تتوهج باللون الأبيض. والتنجستن لا يحترق ولكنه يتبخر، مما يؤدي إلى تلف فتيلة التنجستن، لذا فلن يكون الحصول على الضوء منه فعالًا جدًا. وقد حدث تطور في الإضاءة الكهربائية لإنتاج مصادر إضاءة أطول عمرًا وأقل إنتاجًا للحرارة.

الصمامات الثنائية الباعثة للضوء

يمكن أن تكون الصمامات الثنائية الباعثة للضوء مصادر الضوء في المستقبل. حيث ينتج الصمام الثنائي ضوءًا أبيض، وذلك بإضاءة شاشة فسفورية صغيرة جدًا داخله باستخدام ضوء أزرق.

وتعطي هذه الصمامات إضاءة كافية للقراءة، ولا تكاد تنتج حرارة. وتتميز بكفاءتها العالية حيث يمكن لبطارية سيارة تزويد هذه المصابيح بالطاقة الكهربائية لتعمل في المنزل أيامًا عدة دون الحاجة إلى إعادة شحنها.

الصورة التابعة لهذه الفقرة:
الصمامات_الثنائية_الباعثة_للضوء_مصباح_سيارة.png

المصابيح الفلورسنتية

يكون التوهج الناتج عن بخار الزئبق غير مرئي؛ لأن معظم طيفه يكون في نطاق الضوء فوق البنفسجي، وهو غير مرئي. لذا يصنع المصباح الفلورسنتي بطلاء السطح الداخلي لمصباح زجاجي بالفسفور، وهو عنصر كيميائي يتوهج عندما يصطدم به الضوء فوق البنفسجي.

وتصنع المصابيح الفلورسنتية بأي لون؛ وذلك بتغيير المزيج المتكون من الفسفور الأحمر والأخضر والأزرق. وهي مصابيح اقتصادية، وتعمر طويلًا.

الصورة التابعة لهذه الفقرة:
المصابيح_الفلورسنتية_المصباح_الملتوي.png

مصابيح الكوارتز - الهالوجين

لأنها تنتج حرارة قليلة، إضافة إلى إنتاجها كمية كبيرة من الضوء. يصنع المصباح صغيرًا جدًا ومملوءًا بغاز البرومين أو اليود.

حيث تتحد أيونات التنجستن الموجودة في الفتيلة بجزيئات الغاز في الحيز البارد من المصباح لتكوين مركب يدور خلال المصباح ويتحد ثانية بالفتيلة. ويكون الضوء الناتج ناصع البياض وساطعًا، لكنه يولد حرارة تؤدي إلى صهر المصباح الزجاجي العادي، لذا يستخدم الكوارتز الذي له درجة انصهار عالية.

الصورة التابعة لهذه الفقرة:
مصابيح_الكوارتز_الهالوجين_إشارة_مضيئة.png

مصابيح الغازات المخلخلة

يصنع هذا النوع من المصابيح من أنبوب زجاجي مع أسلاك كهربائية، قطب كهربائي، مثبتة عند طرفي الأنبوب، ويستخرج الهواء جميعه من داخل الأنبوب، ويوضع مكانه كمية قليلة جدًا من غاز محدد.

وعند تطبيق فرق جهد بين طرفي الأنبوب، تتأين ذرات الغاز، ويعد الغاز المتأين موصلًا جيدًا للكهرباء، لذا يسري التيار الكهربائي خلاله، ويتوهج الغاز.

يعتمد استخدام مصابيح الغازات المخلخلة على نوع الغاز؛ إذ يستخدم غاز النيون في لوحات الإعلانات، ويستخدم غاز الزينون في الكشافات وفي ومضات آلات التصوير، كما يستخدم غاز الصوديوم في مصابيح إنارة الشوارع، ويعطي كل غاز لونًا مختلفًا إلا أن تراكيب المصابيح تكون متشابهة إلى حد كبير.

الصورة التابعة لهذه الفقرة:
مصابيح_الغازات_المخلخلة_مصباح_نيون.png

التوسع

1. لاحظ

بمساعدة معلمك بعض الأجهزة التي تستخدم الأضواء، وافحص بعضها لترى أنواع التقنيات المستخدمة في المصابيح.

2. ابحث

في التركيب الداخلي لبعض أنواع مصابيح تفريغ الغاز بالإضافة إلى خصائص لون الضوء لكل منها ومجالات استخدامها اليومية العادية.