الفيزياء — الأمواج الكهرومغناطيسية
الفيزياء — الأمواج الكهرومغناطيسية. أسئلة تدريبية لتعميق الفهم في الأمواج الكهرومغناطيسية. تدريب فيزياء أونلاين مع حلول كاملة وشروحات مفصلة خطوة بخطوة.
تدريب الأمواج الكهرومغناطيسية في الفيزياء — 50 سؤالاً: الطيف الكهرومغناطيسي، الراديو، الضوء المرئي، الإشعاع المؤيِّن، التطبيقات التكنولوجية. الأمواج والاتصالات.
- الجزء أ: مقدمة في الأمواج الكهرومغناطيسية (1-10)
- الجزء ب: الراديو والاتصالات (11-20)
🌊 موجة كهرومغناطيسية:
ما هو?
الموجة الكهرومغناطيسية! 🌊
🌊 E⃗ ⊥ B⃗ ⊥ اتجاه الانتشار c = 3×10⁸ m/s الخصائص الأساسية: • E وB عموديان على بعضهما وعلى الاتجاه • في نفس الطور (أقصى وصفر معاً) • لا تحتاج وسطاً (تنتشر في الفراغ!) • سرعة ثابتة c في الفراغ • موجة عرضية من معادلات ماكسويل: c = 1/√(μ₀ε₀) ماكسويل تنبأ بها قبل القياس (1865) | هرتز أثبتها تجريبياً (1887) العلاقات: c = λ·f E/B = c E=E₀sin(kx−ωt) الطيف الكامل (جميعها نفس الشيء، فقط تردد مختلف!): راديو → ميكروويف → IR → مرئي → UV → X → جاما c=λf دائماً لكل منها |
⚡ ما هي :
c?
سرعة الضوء! ⚡
c = 299,792,458 m/s ≈ 3×10⁸ m/s = 300,000 km/s الصيغ: c = λ·f c = 1/√(μ₀ε₀) في وسط: v = c/n معامل الانكسار n: فراغ=1، هواء≈1.0003، ماء=1.33، زجاج≈1.5، ماس=2.42 أزمنة السفر: حول الأرض 0.13s | القمر 1.28s | الشمس 8.3 دقيقة | ألفا قنطورس 4.37 سنوات ضوئية المبدأ (النسبية): c حد أقصى لأي شيء له كتلة — الفوتونات فقط تبلغه مثال: FM 100MHz → λ=c/f=3m أحمر 700nm → f≈4.3×10¹⁴Hz |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
الطاقة في الموجة! 💡
الشدة: I = P/A (W/m²) I = ½ε₀cE₀² I∝E₀²∝B₀² المصدر النقطي: I ∝ 1/r² (مضاعفة المسافة → ربع الشدة) كثافة الطاقة: u = (ε₀E² + B²/μ₀)/2 u_E = u_B دائماً! I = u·c أمثلة: الشمس: I≈1367W/m² نورة 100W عند 1m: I≈8W/m² ليزر 1mW/1mm²: I≈1250W/m²! حساب E من I: E₀=√(2I/ε₀c) الشمس (1000W/m²): E₀≈870V/m، B₀≈2.9μT الهدف يمتص: P=I·A مع انعكاس R: P=(1−R)·I·A |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
الاستقطاب! 🔄
الاستقطاب = اتجاه E في الموجة قانون مالوس: I = I₀·cos²θ غير مستقطب: E في كل الاتجاهات عشوائياً (نور المصباح، الشمس) مستقطب خطياً: E في اتجاه واحد فقط فلتر أول (غير مستقطب): I₁ = I₀/2 فلتر ثانٍ بزاوية θ: I₂ = I₁·cos²θ فلترين متعامدان (90°): I=0 (ظلام!) فلتر ثالث بـ45°: I₃=I₀/8 (ضوء يعود!) في الطبيعة: الانعكاس مستقطب (زاوية بروستر: tanθ_B=n) → نظارات شمسية مستقطبة تزيل الوميض شاشات LCD: استقطاب بلورات سائلة → كل بكسل = مفتاح ضوء سماء زرقاء مستقطبة (تشتت رايلي) → النحل يتجه بها |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
الطيف الكهرومغناطيسي! 🌈
جميعها موجات كهرومغناطيسية — فقط التردد مختلف! c=λf دائماً
فقط 0.0035% من الطيف مرئي! E=hf: طاقة ∝ تردد جاما أقوى من الراديو بمليار مرة |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
مصادر الموجات! 📡
شحنة كهربائية متسارعة = موجة كهرومغناطيسية! الشحنة الساكنة: E ساكن، لا موجة الشحنة بسرعة ثابتة: E+B ثابت، لا موجة الشحنة المتسارعة: E وB يتغيران → موجة! ✓ التسارع أكبر → إشعاع أقوى الهوائي (راديو): تيار AC بتردد f → إلكترونات تتسارع → إشعاع بتردد f الطول الأمثل: λ/4 أو λ/2 FM 100MHz → λ=3m → هوائي 75cm مصادر الطيف المختلف:
|
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
كشف الموجات! 📡
العين: 120M عصا (كثافة)، 6M مخروط (3 أنواع RGB للألوان) — تكشف 5-10 فوتونات فقط! ميكانيكية الكاميرا: فوتون → إلكترون (فوتوديود) → تيار ∝ شدة الضوء فلتر بايير للألوان كاميرا حرارية: مصفوفة بولومترات → صورة درجة حرارة — تُرى في الظلام التام |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
الموجة في المادة! 🔄
🪞 الانعكاس: θᵢ=θᵣ دائماً انعكاس مرآوي (سطح أملس) / منتشر (سطح خشن) 🌊 الانكسار (سنيل): n₁sinθ₁=n₂sinθ₂ n=c/v n₁ 🔴 الامتصاص: I=I₀e^(−αx) ألوان الأجسام من امتصاص انتقائي البحر أزرق: الأحمر يُمتص في 5m، الأزرق يخترق 100m+ 🌈 التشتت رايلي: I∝1/λ⁴ → الأزرق يتشتت 16× أكثر من الأحمر سماء زرقاء: تشتت الأزرق من كل اتجاه غروب أحمر: مسار طويل في الغلاف → الأزرق يتشتت خارجاً → يبقى الأحمر الحيود والتداخل: موجتان في نفس المكان تتجمعان بنّاء: Δ=mλ هدّام: Δ=(m+½)λ |
🧮 تمرين:
FM 100MHz
I=10μW/m² 1km
جد: λ, E₀, B₀, P_antenna
تمرين شامل! 🧮
| f=100MHz، I=10μW/m²، r=1km 1️⃣ λ = c/f = 3×10⁸/10⁸ = 3m هوائي أمثل: L=0.75m أو 1.5m 2️⃣ E₀ = √(2I/ε₀c) = √(2×10⁻⁵/(8.85×10⁻¹²×3×10⁸)) ≈ 0.087 V/m 3️⃣ B₀ = E₀/c = 0.087/(3×10⁸) ≈ 2.9×10⁻¹⁰ T = 0.29 nT 4️⃣ P = I·4πr² = 10⁻⁵×4π×10⁶ ≈ 126W (قدرة محطة FM نموذجية!) FM 100MHz: λ طويل (3m)، يتجاوز العوائق، جودة جيدة، E وB ضعيفان لكن كافيان للاستقبال |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
موجات الراديو! 📻
القاعدة: تردد منخفض → λ طويل، مدى طويل، يتجاوز العوائق، نطاق ضيق تردد مرتفع → λ قصير، خط رؤية، نطاق واسع، مدى قصير |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
التضمين (Modulation)! 📡
لماذا؟ الصوت (20Hz-20kHz) → هوائي بطول 75km! غير عملي → نركبه على حاملة عالية التردد AM (تضمين السعة): سعة الحاملة تتغيّر مع الصوت ✅ بسيط، رخيص، مدى جيد ليلاً ❌ حساس للضوضاء، جودة منخفضة FM (تضمين التردد): تردد الحاملة يتغيّر مع الصوت ✅ جودة ممتازة، ستيريو، مقاوم للضوضاء ❌ مدى أقصر من AM التضمين الرقمي (المستخدم في 4G/5G/WiFi): PSK: تحولات الطور (QPSK: 2 بت/رمز) QAM: سعة+طور (256-QAM: 8 بت!) OFDM: آلاف الترددات المتوازية (WiFi، 4G، 5G) الأسرع والأدق = الأكثر حساسية للضوضاء (مقايضة دائمة!) |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
الهوائيات! 📡
الطول الأمثل: L=λ/2 أو λ/4 (رنين) ربح الهوائي: G_dBi = 10·log₁₀(G) دايبول (λ/2): أساسي، كلي الاتجاه، G≈2.15dBi، FM/WiFi/راديو ياجي-أودا: عاكس + مُحرّك + موجّهات → شعاع ضيق، G=10-20dBi، التلفزيون والاتصالات طبق مكافئي: G=(πD/λ)²·η حتى 40+dBi، أقمار صناعية ورادار Patch: مسطح، مدمج في لوحات PCB، G≈6-9dBi، GPS/WiFi/5G في كل جهاز Phased Array: مصفوفة هوائيات بتحكم في الطور → مسح إلكتروني بدون حركة ميكانيكية، رادار Patriot/5G beamforming +3dB = 2× القدرة +10dB = 10× +20dB = 100× ربح أعلى = مدى أطول أو استهلاك أقل |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
الانتشار! 🌍
الأيونوسفير: طبقة بلازما 60-400km، شمس تُأيّن الغلاف الجوي، تعكس HF MUF: الحد الأقصى للتردد الذي ينعكس — يتغيّر بالوقت والفصل وهدوء الشمس Fading (تلاشٍ): تغيّر قوة الإشارة بسبب التعدد المسلكي — حل: OFDM، تنويع الهوائيات |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
الضوضاء وSNR! 📊
SNR = P_إشارة/P_ضوضاء SNR_dB = 10·log₁₀(SNR) الضوضاء الحرارية: P_N = kTB أمثلة SNR: 100 (20dB)=ممتاز | 10 (10dB)=مقبول | 1 (0dB)=غير صالح الحد الأدنى: >10-20dB رقمي >40dB FM جودة عالية الضوضاء الحرارية (جونسون-نيكويست): P_N=kTB k=1.38×10⁻²³J/K T=290K، B=1MHz → P_N≈4×10⁻¹⁵W=-144dBm (أساسي لا يمكن تجنّبه) مؤشر الضوضاء NF: NF_dB = SNR_in − SNR_out أفضل LNA: NF<2dB P_N = −174 + 10·log(B_MHz) + NF [dBm] (صيغة مختصرة مفيدة) ميزانية الرابط: P_RX = P_TX + G_TX − L_مسار + G_RX (بالـdB) تحسين SNR: ↑P_TX، ↑ربح الهوائي، ↓B، ↓NF للـLNA، ↓مسافة، ترميز تصحيح الأخطاء |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
تقنيات الاتصالات! 📱
GPS: 24 قمر 20,200km، 4 أقمار→موضع دقيق 5G mmWave: سرعة خيالية لكن مدى 200m فقط كل تقنية لاستخدام مختلف! |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
الرادار! 📡
RADAR = RAdio Detection And Ranging المسافة: R = c·Δt/2 (قسمة على 2: ذهاباً وإياباً) السرعة (دوبلر): Δf = (2v/c)·f₀ المبدأ: نبضة راديو → تصطدم بهدف → صدى يعود → نقيس Δt→المسافة مثال: Δt=100μs → R=3×10⁸×10⁻⁴/2=15km الدقة المكانية: ΔR=c·τ/2 (نبضة أقصر→دقة أعلى) الدقة الزاوية: θ≈λ/D (هوائي أكبر→شعاع أضيق) أنواع: نبضي (مسافة دقيقة) CW (سرعة فقط، بسيط، شرطة) FMCW (مسافة+سرعة، رادار السيارة 77GHz) Phased Array (مسح إلكتروني، Patriot/AEGIS) SAR (دقة سنتيمترية من الفضاء) التطبيقات: الطيران (ATC)، الطقس، السيارة (ACC)، الشرطة، الملاحة البحرية، الجيش التخفي (Stealth): تقليل RCS بالشكل والمواد (F-22: σ<0.001m²) |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
الأقمار الصناعية! 🛰️
GEO: ثابت في السماء (مع الأرض) → طبق ثابت 3 أقمار تغطي العالم (إلا القطبين) LEO: يدور بسرعة 7.8km/s → يُرى 10 دقائق فقط → يحتاج مئات الأقمار Starlink: 20-40ms تأخير (مثل الكابل!) → ثورة الإنترنت الريفي والبحري نطاقات التردد: C-band (4-8GHz) مقاوم للمطر Ku-band (12-18GHz) طبق صغير Ka-band (26-40GHz) سرعة عالية GPS: L1=1575.42MHz، دقة 5-10m مدنية، cm مع RTK |
🧮 تمرين:
WiFi بتردد 2.4GHz، P_TX=100mW، كسب الهوائي G=3dBi (في الطرفين)، المسافة d=30m، NF=6dB.
أوجد: L_path، P_RX، P_noise، SNR.
تمرين ميزانية رابط WiFi! 🧮
| f=2.4GHz، P_TX=100mW=20dBm، G=3dBi، d=30m، NF=6dB، B=20MHz 1️⃣ خسارة المسار: L=20log(0.03)+20log(2400)+32.45≈−30.5+67.6+32.45≈69.6 dB 2️⃣ قدرة الاستقبال: P_RX=20+3−68+3=−42 dBm 3️⃣ الضوضاء: P_N=−174+10log(20×10⁶)+6=−174+73+6=−95 dBm 4️⃣ SNR=−42−(−95)=53 dB — ممتاز! (يكفي 25dB) WiFi عند 30m: إشارة قوية، SNR ممتاز → اتصال سريع ومستقر (54-150Mbps متوقعة) مع جدران: خسارة +5-10dB إضافية → SNR≈43-48dB — لا يزال ممتازاً! |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
ملخص الجزء ب! 📚
| • نطاقات الراديو: VLF→EHF (8 نطاقات)، كل له خصائصه • التضمين: AM (سعة)، FM (تردد)، رقمي (PSK، QAM، OFDM) • الهوائيات: دايبول، ياجي، طبق، Patch، Phased Array • الانتشار: أرضي، أيونوسفيري، خط رؤية، تشتت تروبوسفيري • الضوضاء: SNR=P_S/P_N، P_N=kTB، NF • التقنيات: WiFi، Bluetooth، 5G، GPS، NFC، LoRa • الرادار: R=cΔt/2، دوبلر Δf=2vf₀/c • الأقمار: GEO/MEO/LEO، Starlink الجزء ب مكتمل! 🎉 التالي: الضوء المرئي والبصريات! 🌈 |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
الضوء المرئي! 🌈
400-700 nm | 430-750 THz | الوحيد الذي نراه (0.0035% من الطيف!)
خلط الألوان المُضاف (شاشات): 🔴+🟢+🔵=⚪ أبيض (RGB) خلط الألوان التنازلي (طباعة): سماوي+أرجواني+أصفر=⚫ أسود (CMY) لماذا نرى هذا النطاق؟ الشمس أقوى فيه + تطور للتكيّف + الماء شفاف له |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
الانعكاس والانكسار! 🪞
🪞 الانعكاس: θᵢ = θᵣ دائماً — مرآوي (سطح أملس) / منتشر (خشن) 🌊 سنيل: n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂ n = c/v فراغ=1، هواء≈1، ماء=1.33، زجاج=1.5، ماس=2.42 💎 الانعكاس الداخلي الكلي (TIR): عندما n₁>n₂ وθ>θ_c sinθ_c = n₂/n₁ الماء→هواء: θ_c≈48.6° الزجاج→هواء: θ_c≈41.8° الألياف البصرية، الماس البراق، السراب 📐 زاوية بروستر: tanθ_B = n₂/n₁ → الانعكاس مستقطب بالكامل الماء: θ_B≈53° → نظارات شمسية مستقطبة تزيل الوميض! التشتت (الطيف): n يعتمد على λ → أبيض=ألوان → منشور يفصلها → قوس قزح (انكسار+انعكاس+انكسار في قطرة) |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
العدسات والمرايا! 🔍
معادلة العدسة الرفيعة: 1/f = 1/d_o + 1/d_i التكبير: M = −d_i/d_o عدسة محدّبة (f>0، تقاربية): • d_o>2f: صورة حقيقية مقلوبة مصغّرة (كاميرا) • d_o=2f: مثلها M=−1 • f عدسة مقعّرة (f<0): دائماً وهمية مستقيمة مصغّرة → تصحيح قصر النظر (−2D وما شابه) المرايا: نفس المعادلة! f=R/2 محدّبة (مقعرة بصرياً): شعاع ضيق، f>0، مصدر حرارة/تلسكوب مقعّرة (محدّبة بصرياً): دائماً وهمية مستقيمة مصغّرة → مرايا السيارات "الأجسام أقرب مما تبدو" العين: القرنية (40D) + العدسة (15-25D متغيّرة) → شبكية العين قصر النظر: f قبل الشبكية → عدسة مقعّرة طول النظر: f بعدها → محدّبة |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
التداخل والحيود! 🌊
التراكب: موجتان في نفس المكان تتجمعان بنّاء: Δ = mλ (أقصى) هدّام: Δ = (m+½)λ (صفر) تجربة يونج (شقّتان 1801): مصدر متماسك → شقتان (بعد d) → شاشة (بعد L) → أشرطة! d·sinθ = mλ موضع الأشرطة: y=mλL/d مسافة بين شريطين: Δy=λL/d مثال: λ=600nm، d=0.1mm، L=2m → Δy=12mm ✓ أغشية رقيقة (صابون، زيت): 2nd=(m+½)λ → ألوان! طلاء مضاد للانعكاس: MgF₂ عخر d=λ/4n → انعكاس هدّام → شفافية أعلى الحيود (شق عرض a): a·sinθ=mλ (حدٌّ أدنى) دقة: θ_min=1.22λ/D شبكة الحيود: d·sinθ=mλ → أشرطة حادة جداً → طيف دقيق (CD/DVD، مقياس الطيف) |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
الألياف البصرية! 💡
المبدأ: TIR (انعكاس داخلي كلي) n_core > n_cladding شرط أساسي θ_c = arcsin(n₂/n₁) ضوء بزاوية >θ_c → ينعكس كلياً → يسير في الليف بلا فقدان! الأنواع: SM (أحادي الوضع، قطر 8-10μm): مسافات طويلة (100km+)، سعة ضخمة، غالٍ MM (متعدد الأوضاع، 50-62.5μm): مسافات قصيرة (<2km)، رخيص، سهل التوصيل الخسائر: أقل عند 1550nm (α≈0.2 dB/km) — الأمثل! 100km = 20dB خسارة → لا يزال صالحاً مضخّمات EDFA (إربيوم) كل 50-100km تعيد الإشارة التطبيقات: كابلات تحت البحر (100+ Tbps بـWDM: 40-80 لون في نفس الليف!) FTTH: 1Gbps لكل بيت طب: منظار، جراحة بالليزر الإنترنت العالمي كله يعتمد على الألياف! |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
الليزر! 🔴
LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation الانبعاث المحفوز: فوتون يصطدم بذرة مثارة → 2 فوتون متطابقَين (تردد، طور، اتجاه، استقطاب)! 1→2→4→8... تضخيم! المكونات: وسط نشط (He-Ne، CO₂، GaAs) + مصدر ضخّ + تجويف رنين (مرآتان: 100% و98%) انقلاب التعداد السكاني: N₂>N₁ شرط ضروري للتضخيم الخصائص الفريدة: • أحادي اللون (Δλ<0.01nm — لون نقي) • متماسك (كل الفوتونات في نفس الطور → تداخل قوي) • شعاع موازٍ (θ≈λ/D → يصل القمر بقطر 7km!) • مركّز عالٍ (1mW/1mm² = 1kW/m² كالشمس) الأنواع والاستخدامات: He-Ne (632.8nm، قياس) CO₂ (10.6μm، قطع صناعي) Nd:YAG (1064nm، طبي وعسكري) دايود (650-980nm، الأرخص والأشيع: CD، ألياف، مؤشرات) Excimer (193nm، LASIK، شبكات) تحذير: خطر على العين! تصنيف 1-4 حسب القدرة |
🧮 تمرين:
f=20cm
d_o=30cm
جد: d_i, M,
حساب العدسة المحدّبة! 🧮
| 📐 المعطيات: f = 20cm (موجبة — عدسة محدّبة مجمّعة) d_o = 30cm (المسافة بين f و2f) 1️⃣ حساب d_i: 1/f = 1/d_o + 1/d_i 1/d_i = 1/20 - 1/30 = 1/60 d_i = 60cm (صورة حقيقية على الجهة المقابلة) 2️⃣ حساب M: M = -d_i / d_o = -60/30 = -2 الإشارة السالبة → مقلوبة. |M|=2 → مكبّرة مرّتين. 3️⃣ نوع الصورة: d_i > 0 → حقيقية (يمكن عرضها على شاشة). M < 0 → مقلوبة. |M| > 1 → مكبّرة. جسم بين f و2f يعطي دائماً صورة حقيقية مقلوبة مكبّرة — مبدأ جهاز الإسقاط الرأسي. |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
التأثيرات البصرية! 🌈
🌈 قوس القزح: انكسار+انعكاس+انكسار في قطرات الماء → أحمر 42.3°، بنفسجي 40.6° قوس ثانوي: انعكاسان → الألوان معكوسة، أضعف ✨ الهالة (22°): انكسار في بلورات الجليد السداسية (سحب سيروس) → حلقة 22° حول القمر/الشمس 🏜️ السراب: طبقات هواء بكثافات مختلفة (n مختلف) → انعكاس داخلي كلي → "ماء" على الإسفلت ✨ وميض النجوم: اضطرابات الغلاف الجوي تغيّر n → مسار الضوء يتغيّر → الكواكب لا تومض (قرص لا نقطة) 🌅 الغروب الأحمر: تشتت رايلي (I∝1/λ⁴) → الأزرق يتشتت، الأحمر يمر 🔵 السماء الزرقاء: الأزرق يتشتت 16× أكثر من الأحمر 🌊 البحر الأزرق: الأحمر يُمتص خلال 5m، الأزرق يخترق 100m+ |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
البصريات الحديثة! 🔬
🔬 المجهر الإلكتروني: إلكترونات بدل الضوء! λ=h/(mv)≈0.005nm → دقة<0.1nm → نرى الذرات! تكبير ×10,000,000 🔭 تلسكوبات الفضاء: بدون اضطراب جوي → دقة مثالية Hubble (D=2.4m): 0.05 arcsec JWST (D=6.5m، 1.5مليون km، 7K): أقوى 100× يرى الكون البكر 🎯 البصريات التكيّفية: حساس وافنت + حاسوب + مرآة مرنة تُصحّح اضطراب الغلاف الجوي 1000 مرة/ثانية → تلسكوب أرضي = فضائي! 🧬 ميتا-مواد (n سالب!): بنية مصنّعة دون λ → حيود عكسي تطبيقات: عدسة فائقة الدقة (تتجاوز حد الحيود)، "عباءة الإخفاء" (لا تزال بحثية) الفوتونيات المدمجة: مكوّنات ضوئية على رقاقة → مستقبل الحوسبة! |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
ملخص الجزء ج! 📚
| • الضوء المرئي: 400-700nm، ROY G BIV، العين حساسة أقصى عند 555nm • الانعكاس: θᵢ=θᵣ الانكسار: n₁sinθ₁=n₂sinθ₂ TIR: sinθ_c=n₂/n₁ • العدسات والمرايا: 1/f=1/d_o+1/d_i، M=−d_i/d_o • التداخل: Δ=mλ (بنّاء)، يونج: d·sinθ=mλ، الحيود: a·sinθ=mλ • الألياف البصرية: TIR، SM للمسافات، 1550nm أمثل • الليزر: انبعاث محفوز، متماسك، أحادي اللون، تطبيقات لا تحصى • التأثيرات: قوس قزح، هالة، سراب، تشتت رايلي • البصريات الحديثة: EM، JWST، تكيّفية، ميتا-مواد الجزء ج مكتمل! 🎉 التالي: الإشعاع المؤيّن! ☢️ |
☀️ إشعاع UV:
ما هو?
الأشعة فوق البنفسجية UV! ☀️
الأوزون O₃: يمتص UV (الطبقة 15-35km) — CFCs تدمّره → بروتوكول مونتريال (1987) أنقذها التأثيرات الإيجابية: فيتامين D (10-15 دقيقة كافية)، تعقيم (UVC) التأثيرات السلبية: حروق الشمس (UVB)، شيخوخة البشرة (UVA)، سرطان الجلد (الأكثر شيوعاً) الحماية: SPF 30-50 (يحجب 97-98% UVB) + broad spectrum لـUVA + قبعة + نظارات UV400 تجنّب 10:00-16:00 10-15 دقيقة فقط للفيتامين D |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
الأشعة السينية X! ⚕️
رونتغن اكتشفها (1895، نوبل 1901!) λ=0.01-10nm E=20-150keV (طبي) تخترق الأنسجة الرخوة، تُمتص في العظام (Z عالٍ كالكالسيوم) الإنتاج (أنبوب رونتغن): كاثود مُسخَّن → إلكترونات → تُسرَّع بـ30-150kV → تضرب تنجستن Bremsstrahlung: إلكترون يُبطَّأ → طيف X مستمر خطوط مميّزة: انتقالات إلكترونية داخلية الكفاءة: 1% فقط X-ray، 99% حرارة → الأنود يدور للتبريد! التطبيقات الطبية: صورة بسيطة (عظام، رئتين) CT: مئات الصور من زوايا → ثلاثي الأبعاد (100× جرعة صورة بسيطة!) ماموغرافيا (25-30keV) أنجيوغرافيا (يود كمادة تباين) مبدأ ALARA: أقل جرعة ممكنة! الحمل: تجنّب الأشعة قدر الإمكان حماية: رصاص، مسافة، وقت جرعة صورة صدر: 0.02mSv CT بطن: 10mSv (الإسناد مقابل الفائدة دائماً) |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
أشعة جاما! ☢️
المصدر: نواة ذرية (ليس إلكترونات كالأشعة السينية!) λ < 0.01nm E > 100keV (نموذجي MeV) الأكثر اختراقاً! المصادر: نواة مثارة → تنبعث γ (مع أو بعد α/β) ⁶⁰Co: γ₁=1.17MeV + γ₂=1.33MeV أيضاً: انهيار المادة والمادة المضادة (e⁺+e⁻→2γ=511keV لكل منهما) → PET scan! من الفضاء: نجوم نيوترونية، ومضات GRB (الأعنف في الكون!) الاختراق: هواء=كيلومترات / بيتون=أمتار / رصاص=سنتيمترات نصف طبقة القيمة (HVL): ماء 10cm، رصاص 1cm آليات: تأثير ضوئي + كومبتون + إنتاج الأزواج التطبيقات الطبية: PET (e⁺→2γ→تصوير ثلاثي الأبعاد وظيفي) SPECT سكين جاما (201 مصدر →نقطة واحدة → علاج أورام الدماغ بلا جراحة!) Brachytherapy تعقيم الأغذية والمعدات الحماية: مسافة (I∝1/r²) + وقت قصير + رصاص/بيتون عخيم + دوزيمتر الأخطر من الداخل! سكري جوياني (1987): 4 وفيات، 250 ملوث ← أمثلة على خطورة المصادر المجهولة ☢️ |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
النشاط الإشعاعي! ⚛️
بيكريل (1896): اكتشف عرضاً! ماري ومدام كوري: راديوم وبولونيوم (نوبل مرتين!) نواة غير مستقرة → تتحوّل تلقائياً → تصدر إشعاعاً
قانون الاضمحلال: N(t) = N₀·e^(−λt) نصف العمر: t½ = 0.693/λ أمثلة: ¹⁴C=5730 سنة (تأريخ الكربون)، ⁹⁹ᵐTc=6 ساعات (طبي مثالي!) النشاط: A=λN (بيكريل Bq=اضمحلال/ثانية) بعد n أنصاف أعمار: N=N₀/2ⁿ |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
جرعة الإشعاع! ☢️
غراي (Gy): 1 Gy = 1 J/kg (جرعة فيزيائية) سيفرت (Sv): Sv = Gy × w_R (ضرر بيولوجي) α: w_R=20 (خطر 20× أكثر من γ عند نفس الطاقة!) الإشعاع الطبيعي: ~2-3 mSv/سنة (كوني+أرضي+رادون+جسم) رادون ²²²Rn: السبب الثاني لسرطان الرئة! يتسرب من التربة → تهوية البيت
حدود التعرض: عامة=1mSv/سنة عمال الإشعاع=20mSv/سنة ALARA: أقل وقت + أكبر مسافة (I∝1/r²) + أكبر حماية |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
الطاقة النووية! ⚛️
💥 الانشطار: ²³⁵U+n → ⁹²Kr+¹⁴¹Ba+3n+200MeV تفاعل متسلسل! 1كج U = 2.5 مليون كج فحم المفاعل: وقود (UO₂) + مُعتدل (يبطئ النيوترونات) + قضبان تحكم (يمتصّونها) + تبريد → بخار → توربين → كهرباء ☀️ الاندماج: ²H+³H → ⁴He+n+17.6MeV (الشمس!) يحتاج 100-150 مليون K! ITER (فرنسا): بناء جارٍ 20مليار$ NIF (أمريكا): نجح Q>1 عام 2022! المزايا: وقود من ماء البحر، نظيف، آمن (لا تفاعل متسلسل) ← مستقبل! مزايا الطاقة النووية: صفر CO₂، كثافة طاقة عالية، 24/7، مساحة صغيرة عيوب: نفايات نووية (آلاف السنوات!)، حوادث، تكلفة بناء عالية، مياه تبريد ~440 مفاعل عالمياً، 10% كهرباء العالم (فرنسا 70%، ألمانيا أغلقت كلها) |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
الحوادث النووية! ☢️
☢️ تشيرنوبيل 1986 (INES-7): تجربة أمان فاشلة + تصميم معيب + قرارات خاطئة → انفجار + حريق الغرافيت + نشر 400× هيروشيما في الجو! 28 وفاة فورية، ~4000 سرطان (معظم في الغدة الدرقية ¹³¹I)، 350,000 نُزِّحوا، منطقة استبعاد 30km لا تزال موجودة تكلفة: مئات المليارات، دور كبير في انهيار الاتحاد السوفيتي 🌊 فوكوشيما 2011 (INES-7): زلزال 9.1 → توقف تلقائي ✓ → تسونامي 14m غمر المولّدات → انقطاع التبريد → انصهار جزئي + انفجارات هيدروجين صفر وفيات من الإشعاع! (لكن 2000 من الإجلاء القسري) تأثير نفسي واسع اليابان أغلقت كل مفاعلاتها مؤقتاً، ألمانيا قررت الإغلاق الكامل ⚠️ TMI 1979 (INES-5): شير صمام + خطأ بشري → انصهار جزئي الحاوية صمدت ✓ → إشعاع زهيد خرج، لا وفيات أثبت أن الحاوية تعمل! لكن أوقف بناء مفاعلات جديدة في أمريكا 30 سنة سلّم INES: 0-7 الدروس: تصميم أفضل، تبريد سلبي، شفافية، ثقافة السلامة |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
الطب النووي المتقدم! 🏥
PET (Positron Emission Tomography): ¹⁸F-FDG جلوكوز مشعّ خلايا السرطان تأكل 10× أكثر → تُرى مضيئة! ¹⁸F→e⁺ → e⁺+e⁻=annihilation → 2γ بـ180° → كاشفان → خط مستقيم → صورة ثلاثية الأبعاد وظيفية الأكثر حساسية لاكتشاف السرطان مبكراً SPECT: كاميرا γ دوّارة + ⁹⁹ᵐTc عظام، قلب، كلى، دماغ أرخص من PET، متتبعات متنوعة، أقل دقة IMRT (علاج إشعاعي): شعاع متغيّر الشدة → يحدّ الورم بدقة mm! Gamma Knife: 201 مصدر ⁶⁰Co كلها إلى نقطة واحدة → علاج أورام الدماغ بدون جراحة! 🧠 علاج مرة واحدة، 20-180 دقيقة، يعود للبيت نفس اليوم Brachytherapy: مصدر مشعّ داخل الورم أو بجانبه (¹⁹²Ir/¹²⁵I) → جرعة عالية محلياً بروستاتا، عنق الرحم العلاج الإشعاعي بالبروتونات: "ذروة برَغ" → كل الطاقة في العمق المحدد بالضبط، صفر خلفه → ممتاز للأطفال! PRRT: نيوكليد مرتبط بمستقبِل → يستهدف الورم بالضبط → مستقبل الطب النووي 🚀 |
🧮 تمرين:
⁶⁰Co N₀=10¹⁵ , t₁/₂=5.27
جد: λ, N(10 ), A₀, A(10 )
تمرين ⁶⁰Co! 🧮
| ⁶⁰Co: N₀=10¹⁵، t½=5.27 سنة، t=10 سنة 1️⃣ ثابت الاضمحلال: λ = 0.693/t½ = 0.693/(5.27×3.156×10⁷) ≈ 4.17×10⁻⁹ s⁻¹ 2️⃣ عدد الذرات بعد 10 سنوات: n = 10/5.27 = 1.90 نصف عمر N = N₀/2^n = 10¹⁵/2^1.90 = 10¹⁵/3.73 ≈ 2.68×10¹⁴ ذرة (بقي 26.8%) 3️⃣ النشاط الابتدائي: A₀ = λN₀ = 4.17×10⁻⁹×10¹⁵ ≈ 4.17 MBq 4️⃣ النشاط بعد 10 سنوات: A(10) = λ×N(10) = 4.17×10⁻⁹×2.68×10¹⁴ ≈ 1.12 MBq ⁶⁰Co طبي/صناعي (t½=5.27 سنة مناسب): يصدر γ₁=1.17MeV + γ₂=1.33MeV المصادر الطبية الحقيقية بالـTBq (10¹² Bq) — احتياطات قصوى! ☢️ |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
ملخص الجزء د! 📚
| • UV: 400-10nm، UVA/UVB/UVC، أوزون يحجب UVC كلياً، SPF للحماية • أشعة X: إلكترونات سريعة→تنجستن، 0.01-10nm، CT=جرعة عالية • أشعة γ: من النواة، E>100keV، الأكثر اختراقاً، رصاص للحماية • النشاط الإشعاعي: α/β/γ، N(t)=N₀e^(−λt)، t½=0.693/λ، Bq • جرعة الإشعاع: Gy=J/kg، Sv=Gy×w_R، ALARA دائماً • الطاقة النووية: انشطار 200MeV، تفاعل متسلسل، نفايات آلاف السنين • الحوادث: تشيرنوبيل/فوكوشيما INES-7، TMI INES-5، دروس الأمان • الطب المتقدم: PET (¹⁸F-FDG)، SPECT، سكين جاما، Brachytherapy • تمرين: ⁶⁰Co، N(10yr)≈2.68×10¹⁴، A₀≈4.17MBq، A(10yr)≈1.12MBq الجزء د مكتمل! 🎉 — EID 178 مكتمل بالكامل (40/40) |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
حل بحسب المصدر العبري.
| الطريقة هي تحديد النموذج الإحصائي، فحص الشروط المطلوبة، حساب المعلمات المناسبة، ثم استخدام التقريب أو الاختبار الصحيح. الإجابة الصحيحة هي: ضوء , /, , , |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
حل بحسب المصدر العبري.
| الطريقة هي تحديد النموذج الإحصائي، فحص الشروط المطلوبة، حساب المعلمات المناسبة، ثم استخدام التقريب أو الاختبار الصحيح. الإجابة الصحيحة هي: 5G mmWave 10Gbps, WiFi 6E -6GHz, Bluetooth 5.2 mesh, Starlink LEO, Li-Fi ضوء , |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
حل بحسب المصدر العبري.
| الطريقة هي تحديد النموذج الإحصائي، فحص الشروط المطلوبة، حساب المعلمات المناسبة، ثم استخدام التقريب أو الاختبار الصحيح. الإجابة الصحيحة هي: , -, SAR , GPS/GNSS , Google Earth, لا |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
حل بحسب المصدر العبري.
| الطريقة هي تحديد النموذج الإحصائي، فحص الشروط المطلوبة، حساب المعلمات المناسبة، ثم استخدام التقريب أو الاختبار الصحيح. الإجابة الصحيحة هي: UV: , X/γ: DNA, , , ALARA, 3mSv |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
حل بحسب المصدر العبري.
| الطريقة هي تحديد النموذج الإحصائي، فحص الشروط المطلوبة، حساب المعلمات المناسبة، ثم استخدام التقريب أو الاختبار الصحيح. الإجابة الصحيحة هي: 6G THz, , Li-Fi , AI طيف, fusion طاقة , , → |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
حل بحسب المصدر العبري.
| الطريقة هي تحديد النموذج الإحصائي، فحص الشروط المطلوبة، حساب المعلمات المناسبة، ثم استخدام التقريب أو الاختبار الصحيح. الإجابة الصحيحة هي: λ=3m, E=4.14×10⁻⁷eV, I=4.4μW/m², ~10¹⁹ /s, |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
حل بحسب المصدر العبري.
| الطريقة هي تحديد النموذج الإحصائي، فحص الشروط المطلوبة، حساب المعلمات المناسبة، ثم استخدام التقريب أو الاختبار الصحيح. الإجابة الصحيحة هي: =قوة Apollo 11, شمس 400 /s, WiFi , ضوء 1 , GPS , ! |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
حل بحسب المصدر العبري.
| الطريقة هي تحديد النموذج الإحصائي، فحص الشروط المطلوبة، حساب المعلمات المناسبة، ثم استخدام التقريب أو الاختبار الصحيح. الإجابة الصحيحة هي: λ طول الموجة, f تردد, c=λf, E=hf, I القوة, n انكسار, α/β/γ , Sv , |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
حل بحسب المصدر العبري.
| الطريقة هي تحديد النموذج الإحصائي، فحص الشروط المطلوبة، حساب المعلمات المناسبة، ثم استخدام التقريب أو الاختبار الصحيح. الإجابة الصحيحة هي: 1865 , 1895 X, 1896 بيكريل , 1905 , 1947 , 2007 iPhone, |
ترجمة السؤال بحسب المصدر العبري.
حل بحسب المصدر العبري.
| الطريقة هي تحديد النموذج الإحصائي، فحص الشروط المطلوبة، حساب المعلمات المناسبة، ثم استخدام التقريب أو الاختبار الصحيح. الإجابة الصحيحة هي: طيف →جاما, WiFi/5G, بصريات , , , , - ! |