ماذا يربط اللون بالطاقه

الخلفيه العلمية:

نعرف أن التعرض لأشعة اكس يدمر الخلايا الحية كما أن الأشعة فوق البنفسجية يمكن أن تكون مؤذية عند التعرض المكثف لأشعة الشمس . وبالمقابل الضوء المرئي وأمواج الراديو ليست مؤذية للخلايا الحية.

كيف ترتبط ترددات الأنواع المختلفة من الموجات الكهرومغناطيسية بالطاقة التي تحملها؟

الضوء الذي يشعه مصباح كهربائي يمكن تغيير شدته بزيادة شدة التيار المار فيه حيث يتغير لون فتيل المصباح ويصبح أكثر توهجاً. ولكن ذلك لا ينطبق على مصابيح الفلورسنت فهل هناك اختلاف في طريقة الجصول على الضوء في الحالتين؟


الأهداف:

1- التعرف على أنواع الطيف المختلفه واستنتاج العلاقه بين اللون والتردد أو طول الموجه للضوء.

2- استنتاج العلاقه بين التردد والطاقه في الصمام المضيء .

الطريقه:

العمل سيكون على مرحلتين:

المرحله الأولى: العوامل التي تسبب تنوع الأطياف

الأدوات والمواد المستعمله:

مطياف مع مقياس أطوال الأمواج ، مصباح ( 15 واط ) 110 فولت ، أنابيب تفريغ ( 3 ) هيدروجين ، نيون ، غاز زئبق ، لاصق للكتابة.


1- افحص المطياف وتعرف على محززة الحيود في نهايته، النهاية التي ستنظر من خلالها. وتدرب على استخدام المقياس المرفق بالجهاز لحساب أطوال الموجات.


2- انظر من خلال المحززة إلى كل مصباح بعد وصله بفرق جهد مناسب واستعمل تدريج مقياس طول الأمواج وسجل طول موجة الضوء الناتج عن كل مصباح على حده.

المرحله الثانيه: ما العلاقة بين الطاقه اللازمه لإضاءة صمام الدايود االمضيء ( LED ) واللون الذي يشعه؟


الأدوات اللازمة:

صمامات مضيئه ( أحمر ، أخضر ، أصفر ، أزرق ،.... ) ، بطارية 9 فولت ، مقاومات 10 كيلو أوم ، لوحة دوائر كهربائية ، مطياف ، ورق رسم بياني.

طريقة العمل:

1- افحص الصمامات المضيئه بالطريقة السابقة في المرحلة الأولى من التجربة وستجد أن التيار الكهربائي يسري فيها باتجاه واحد فقط. لاحظ طرفا الصمام ، الطرف السالب



يمكنك التعرف عليه بطريقتين :

الجهه المبسطة من الصمام.

الطرف الأقصر( طرفا الصمام أحدهما أطول من الآخر ).


2- صل الصمامات على التوازي والمقاومات هنا لحماية الصمامات من التيارات العالية.


3- استخدم مجسات الفولتميتر وقس فرق الجهد بين طرفي كل دايود على حده وسجلها في جدول.

4- افحص طول موجة الضوء الذي يشعها كل صمام بواسطة المطياف وسجل القياس في الجدول الذي انشأته سابقاً . وسجل تردد الموجات في الجدول, وإليك هذا المثال لتوضيح طريقة ملء الجدول:

الطاقه الكهربائيه تتناسب طردياً مع الجهد اللازم للإلكترونات لعبور الوصلة الثانية ( P - n ) والدايودات عادة تشع لوناً واحداً من الضوء. الطاقة الكهربائية التي يشعها الدايود تتناسب مع شحنة الإلكترون ومع فرق الجهد اللازم لاضاءته حسب هذه العلاقة ( ط = ش ج )

حيث : ش شحنة الإلكترون و= 1.6×10-192.74×10-19 جول كولوم ، ج الجهد اللازم لإضاءة الدايود.



تخيل أن لدينا دايود يضيء باللون الأحمر وفرق الجهد المقاس بين طرفيه ( 1.71 فولت ) إذن الطاقه اللازمة لإضاءته = 1.6×10-19 × 1.71 = 2.74×10-19 جول.

ولحساب تردد الضوء بعد قياس طول موجته بواسطة المطياف نستخدم العلاقة التالية :

ت = س/ l

حيث : ت تردد الضوء ، س سرعة الضوء ، l طول موجة الضوء.

س = 3×810 م/ث وطول موجة اللون الأحمر = 660 × 10-9 م .

إذاً ت = 3×810/ 660×10-9 = 4.55×1410 هيرتز .



LED Color


Wave Length

( x 10-9 m )


Frequency
( x 1014 Hz )


Voltage ( Volts )

Across LED
Red 600 4.55 1.71
Yellow
Green
Blue



5- ارسم العلاقة بين فرق الجهد بين طرفي الصمام والتردد وتذكر أن الطاقة تتناسب طردياً مع فرق الجهد ، بهذا ترسم العلاقة بين الطاقة اللازمة لإضاءة الصمام وبين تردد اللون الذي يشعه.

هل هناك علاقه رياضية تحقق الرسم الذي حصلت عليه؟

يمكنك أن تجرب شيئا أسهل:

صل دايود مضيء على التوالي مع مقاومه ( 200 أوم ) ومصدر فرق جهد ( 3 فولت ) ماذا رأيت؟ اعكس طريقة التوصيل ماذا ترى الآن؟ جرب الأمر عدة مرات ولاحظه ، ناقش النتائج مع زملائك .

ما تحتاجه الأدوات اللازمة: سلك فلزي ، دايود مضيء ، مصدر تغذية ، مقاومة 200 أوم .