جواب السؤال الاول A
متسعة ذات الصفيحتين المتوازيتين سعتها (2μF) عندما كان الهواء هو العازل بين لوحيها ، ثم أبدل الهواء بمادة عازلة ثابت عزلها (K) بين لوحي هذه المتسعة وربطت هذه المتسعة مع متسعة أخرى على التوازي سعتها (C2= 6μF) ، ووصلت المجموعة بين قطبي بطارية ، فكانت الشحنة المختزنة في المتسعة الأولى (320μC) ، والشحنة المختزنة في المتسعة الثانية (240μC) ، ما مقدار ثابت العزل ؟
الجواب الاول :
حلّ المسألة:
1. تعريفات:
* سعة المتسعة (C): هي قدرة المتسعة على تخزين الشحنة الكهربائية.
* ثابت العزل (K): هو مقياس لقدرة المادة العازلة على تخزين الطاقة الكهربائية في مجال كهربائي.
* الشحنة الكهربائية (Q): هي كمية الكهرباء التي تحملها المادة.
2. الخطوات:
* حساب الشحنة الكلية (Q_total):
Q_total = Q1 + Q2 = 320 μC + 240 μC = 560 μC
* حساب جهد البطارية (V):
V = Q_total / (C1 + C2) = 560 μC / (2 μF + 6 μF) = 40 V
* حساب سعة المتسعة الأولى مع المادة العازلة (C1'):
C1' = Q1 / V = 320 μC / 40 V = 8 μF
* حساب سعة المتسعة الأولى بدون المادة العازلة (C1_air):
C1_air = 2 μF
* حساب ثابت العزل (K):
K = C1' / C1_air = 8 μF / 2 μF = 4
3. النتيجة:
ثابت العزل (K) = 4
4. الشرح:
* عندما تمّ استبدال الهواء بمادة عازلة، زادت سعة المتسعة الأولى إلى 8 μF.
* حدث ذلك لأنّ المادة العازلة ساعدت على ربط المزيد من الشحنات على ألواح المتسعة.
* تمّ حساب ثابت العزل (K) من خلال قسمة سعة المتسعة الأولى مع المادة العازلة (C1') على سعة المتسعة الأولى بدون المادة العازلة (C1_air).
* أظهرت النتيجة أنّ ثابت العزل (K) للمادة العازلة هو 4.
ملاحظات:
* هذه المسألة تتطلب فهمًا لمفاهيم سعة المتسعة، والشحنة الكهربائية، والجهد الكهربائي، وثابت العزل.
* يمكن استخدام هذه المفاهيم لحساب خصائص الدوائر الكهربائية التي تحتوي على متسعات.
الجواب الثاني
ثابت العزل الكهربائي هو خاصية للمادة تحت ظروف معينة، ويُقيس قدرتها على تركيز خطوط المجال الكهروستاتيكية. يمكن اعتباره نسبة الطاقة الكهربائية المخزونة عند تطبيق جهد على تلك السماحية في الفراغ¹.
لنحسب ثابت العزل باستخدام المعلومات المتوفرة:
1. نبدأ بحساب السعة الكلية للمتسعة المتوازية:
- السعة الكلية \(C_{\text{total}}\) = \(C_1 + C_2\)
- \(C_1\) هو سعة المتسعة الأولى (2μF) عندما كان الهواء هو العازل.
- \(C_2\) هو سعة المتسعة الثانية (6μF) بعد استبدال الهواء بالمادة العازلة.
- \(C_1 = 2μF\)
- \(C_2 = 6μF\)
- \(C_{\text{total}} = C_1 + C_2 = 2μF + 6μF = 8μF\)
2. الشحنة المختزنة في المتسعة الأولى:
- \(Q_1 = 320μC\)
3. الشحنة المختزنة في المتسعة الثانية:
- \(Q_2 = 240μC\)
4. نستخدم العلاقة بين السعة والشحنة:
- \(Q = CV\)
- \(V\) هو الجهد بين الصفيحتين.
- نفترض أن الجهد هو نفسه في المتسعتين:
- \(V_1 = V_2 = V\)
5. نستخدم العلاقة بين الشحنة والسعة:
- \(Q_1 = C_1V\)
- \(Q_2 = C_2V\)
6. نستخدم العلاقة بين الشحنتين:
- \(\frac{{Q_1}}{{Q_2}} = \frac{{C_1}}{{C_2}}\)
- \(\frac{{320μC}}{{240μC}} = \frac{{2μF}}{{6μF}}\)
- \(\frac{{4}}{{3}} = \frac{{1}}{{3}}\)
- \(C_1 = 3C_2\)
7. نستخدم السعة الكلية:
- \(C_{\text{total}} = C_1 + C_2\)
- \(8μF = 3C_2 + C_2\)
- \(8μF = 4C_2\)
- \(C_2 = 2μF\)
8. الآن نحسب ثابت العزل:
- \(K = \frac{{C_{\text{total}}}}{{C_2}}\)
- \(K = \frac{{8μF}}{{2μF}} = 4\)
لذا، ثابت العزل هو 4¹.
جواب السؤال الاول B
١- ما مقدار القدرة المتوسطة في دائرة تيار متناوب تحتوي على محث صرف لدورة كاملة أو عدد صحيح من الدورات ؟ ولماذا؟
الجواب
ج/ تساوي صفر, أن سبب ذلك، هو عند تغير التيار المنساب في المحث من الصفر إلى المقدار األعظم في أحد أرباع الدورة تنتقل الطاقة من المصدر وتختزن في المحث بهيئة مجال مغناطيسي( يمثله الجزء الموجب من منحني القدرة ) ثم تعاد جميع الطاقة إلى المصدر عند تغير التيار من مقداره االعظم الى الصفر في الربع الذي يليه ( الجزء السالب) . اي ال يسهلك قدرة وال يعد مقاومة اومية وال يخضع لقانون جول.
الجواب الثاني
ج/ مقدار القدرة المتوسطة في دائرة تيار متناوب تحتوي على محث صرف لدورة كاملة أو عدد صحيح من الدورات:
مقدار القدرة المتوسطة يساوي صفرًا.
السبب:
* في دورة كاملة أو عدد صحيح من الدورات، يمرّ التيار الكهربائي في المحث بجميع القيم من الصفر إلى الحد الأقصى ثم يعود إلى الصفر مرة أخرى.
* خلال هذه الدورة، تكون الطاقة المخزنة في المجال المغناطيسي للمحث متناوبة بين الحد الأقصى والصفر.
* في المتوسط، تُلغي الطاقة المخزنة في المجال المغناطيسي في اتجاه الطاقة المخزنة في الاتجاه الآخر.
* نتيجة لذلك، تكون القدرة المتوسطة المُستهلكة من قبل المحث صفرًا.
بمعنى آخر، يقوم المحث بتخزين الطاقة في المجال المغناطيسي خلال جزء من الدورة، ثم يُعيد هذه الطاقة إلى الدائرة خلال الجزء الآخر من الدورة. وبالتالي، لا يتم استهلاك أي طاقة في المتوسط.
ملاحظة:
* هذه النتيجة تنطبق فقط على دوائر التيار المتناوب التي تحتوي على محث صرف فقط.
* في دوائر التيار المتناوب التي تحتوي على مقاومة أو سعة بالإضافة إلى محث، لن تكون القدرة المتوسطة صفرًا.
شرح إضافي:
* الطاقة المخزنة في المجال المغناطيسي للمحث:
E_magnetic = (1/2) * L * I^2
حيث:
* E_magnetic: طاقة المجال المغناطيسي (بالجول)
* L: محاثة المحث (بالهنري)
* I: التيار الكهربائي (بالأمبير)
* الطاقة المتوسطة:
P_average = (1/T) * ∫₀^T P(t) dt
حيث:
* P_average: القدرة المتوسطة (بالوات)
* T: الفترة الزمنية للدورة (بالثواني)
* P(t): القدرة اللحظية (بالوات)
* في دورة كاملة أو عدد صحيح من الدورات، يكون متوسط القدرة اللحظية صفرًا، وبالتالي تكون القدرة المتوسطة صفرًا.
*
٢- ما المقصود بتحويلات لورنتز ؟
الجواب /
تحويلات لورنز: هي تحويلات اعتمدها اينشتاين في النظرية النسبية حيث يتم من خلالها تصحيح قياس الأبعاد الفيزيائية للجسم المتحرك في المجال الكهرومغناطيسي بسبب التأثير النسبي لسرعة حركة الأجسام نسبة لأطر أسناد قصورية ويتم ذلك من خلال عامل تصحيحي معامل لورنز).
٣- ما المقصود بالرزمة الموجية ؟ وكيف يمكن الحصول عليها ؟
ج/ الرزمة الموجية هي موجات ذات مدى محدود في الفضاء ترافق الأجسام المادية ولكنها ليست موجات كهرومغناطيسية ولا ميكانيكية وإنما هي نوع خاص من الموجات
يمكن الحصول عليها
يمكن ذلك من خلال إضافة موجات ذوات طول موجی مختلف قليلاً لاحظ الشكل المجاور
جواب السؤال الثاني A
ملفان متجاوران بينهما ترابط مغناطيسي تام ، كان معامل الحث الذاتي للملف الابتدائي (0.4H) ، ومقاومته (10Ω) ومعامل الحث الذاتي للملف للثانوي (0.1H) ، والفولطية الموضوعة في دائرة الملف الابتدائي (20V) ، احسب مقدار :
١-المعدل الزمني لتغير التيار في دائرة الملف الابتدائي لحظة ازدياد التيار إلى ( 80% ) من مقداره الثابت .
٢- القوة الدافعة الكهربائية المحتلة على طرفي الملف الثانوي في تلك اللحظة .
٣- المعدل الزمني لتغير التيار في دائرة الملف الابتدائي لحظة غلق الدائرة .
الجواب الاول
حلّ المسألة:
1- المعدل الزمني لتغير التيار في دائرة الملف الابتدائي لحظة ازدياد التيار إلى ( 80% ) من مقداره الثابت:
بدايةً:
* I_1(t): التيار في الملف الابتدائي في الزمن (t).
* I_ss: التيار الثابت في الملف الابتدائي.
* τ: المعدل الزمني لتغير التيار.
الحل:
* في لحظة ازدياد التيار إلى 80% من مقداره الثابت، يكون:
I_1(t) = 0.8 * I_ss
* يمكن كتابة معادلة معامل الحث الذاتي للملف الابتدائي كالتالي:
L_1 * dI_1(t) / dt = -R_1 * I_1(t) + V_s
* حيث:
* L_1: معامل الحث الذاتي للملف الابتدائي (0.4 H).
* R_1: مقاومة الملف الابتدائي (10 Ω).
* V_s: الفولطية الموضوعة في دائرة الملف الابتدائي (20 V).
* بإعادة ترتيب المعادلة، نحصل على:
dI_1(t) / dt = (V_s - R_1 * I_1(t)) / L_1
* يمكننا استبدال I_1(t) بـ 0.8 * I_ss:
dI_1(t) / dt = (V_s - R_1 * 0.8 * I_ss) / L_1
* بحل هذه المعادلة، نحصل على:
τ = L_1 / (R_1 * (1 - 0.8)) = 0.16 ثانية
النتيجة:
المعدل الزمني لتغير التيار في دائرة الملف الابتدائي لحظة ازدياد التيار إلى ( 80% ) من مقداره الثابت هو 0.16 ثانية.
2- القوة الدافعة الكهربائية المحتلة على طرفي الملف الثانوي في تلك اللحظة:
في لحظة ازدياد التيار إلى 80% من مقداره الثابت، تكون القوة الدافعة الكهربائية المحتلة على طرفي الملف الثانوي:
V_2(t) = - M * dI_1(t) / dt
* حيث:
* M: معامل الترابط المغناطيسي بين الملفين.
* dI_1(t) / dt: المعدل الزمني لتغير التيار في دائرة الملف الابتدائي.
* بما أن الترابط المغناطيسي تام، يكون M = 1.
* وبالتالي، تكون:
V_2(t) = - dI_1(t) / dt
* يمكننا استبدال dI_1(t) / dt بالقيمة التي تم حسابها في القسم السابق:
V_2(t) = - (V_s - R_1 * 0.8 * I_ss) / L_1
* بحساب هذه المعادلة، نحصل على:
V_2(t) = - (20 V - 10 Ω * 0.8 * I_ss) / 0.4 H
* لاحظ أن قيمة I_ss غير معروفة.
النتيجة:
لا يمكن حساب القوة الدافعة الكهربائية المحتلة على طرفي الملف الثانوي في تلك اللحظة دون معرفة قيمة التيار الثابت في الملف الابتدائي (I_ss).
3- المعدل الزمني لتغير التيار في دائرة الملف الابتدائي لحظة غلق الدائرة:
في لحظة غلق الدائرة، تكون القوة الدافعة الكهربائية المحتلة على طرفي الملف الابتدائي:
V_1(t) = V_s
* وبالتالي، تكون معادلة معامل الحث الذاتي للملف الابتدائي كالتالي:
L_1 * dI_1(t) / dt = -R_1 * I_1(t) + V_s
* بإعادة ترتيب المعادلة، نحصل على:
dI_1(t) / dt =
الجواب الثاني
١. المعدل الزمني لتغير التيار في دائرة الملف الابتدائي لحظة ازدياد التيار إلى 80% من مقداره الثابت:
نعلم أن المعدل الزمني لتغير التيار في دائرة الملف الابتدائي يمكن حسابه باستخدام العلاقة التالية:
\[ \frac{di}{dt} = \frac{V}{L_1} \]
حيث:
\( \frac{di}{dt} \) هو المعدل الزمني لتغير التيار.
\( V \) هو الفولطية الموضوعة في دائرة الملف الابتدائي (20V).
\( L_1 \) هو معامل الحث الذاتي للملف الابتدائي (0.4H).
بالتالي:
\[ \frac{di}{dt} = \frac{20}{0.4} = 50 \, \text{A/s} \]
٢. القوة الدافعة الكهربائية المحتلة على طرفي الملف الثانوي في تلك اللحظة:
نستخدم العلاقة التالية لحساب القوة الدافعة الكهربائية:
\[ E_2 = -L_2 \frac{di}{dt} \]
حيث:
\( E_2 \) هو القوة الدافعة الكهربائية على طرفي الملف الثانوي.
\( L_2 \) هو معامل الحث الذاتي للملف الثانوي (0.1H).
بالتالي:
\[ E_2 = -0.1 \times 50 = -5 \, \text{V} \]
٣. المعدل الزمني لتغير التيار في دائرة الملف الابتدائي لحظة غلق الدائرة:
نستخدم نفس العلاقة السابقة:
\[ \frac{di}{dt} = \frac{V}{L_1} \]
بالتالي:
\[ \frac{di}{dt} = \frac{20}{0.4} = 50 \, \text{A/s} \]
جواب السؤال الثاني B
١ - علام يعتمد نوع التداخل في تجربة شقي يونك ؟
الجواب/ فرق المسار البصري بين الموجتين الضوئيتين.
٢- كيف ينتج الطيف المستمر في الأشعة السينية ؟
الجواب/ ينتج هذا الطيف عن اصطدام الإلكترونات المعجلة مع ذرات مادة الهدف مما يؤدي إلى تباطؤ حركتها بمعدل كبير بتأثر المجال الكهربائي لنوى مادة الهدف وبالتالي تفقد جميع طاقتها وتظهر بشكل فوتونات الأشعة
السينية بترددات مختلفة.
٣- ماذا يحصل لو اكتسب الإلكترون في ذرة الهيدروجين طاقة مقدارها . (13.6e V +)
الجواب الاول
في ذرة الهيدروجين، إذا اكتسب الإلكترون في الحالة الأساسية طاقة قدرها 13.6 eV، فإنه في الحالة المثارة الثانية سيكون لديه طاقة تبلغ 1.51 eV⁶. هذا يعني أنه عندما يكون الإلكترون في الحالة المثارة، فإنه يمكن أن يكون لديه طاقة أعلى من الحالة الأساسية. 😊
الجواب الثاني
إذا اكتسب الإلكترون في ذرة الهيدروجين طاقة مقدارها 13.6 إلكترون فولت أو أكثر، سيحدث له ما يلي:
1. انتقال الإلكترون إلى مستوى طاقة أعلى:
* يتواجد الإلكترون عادةً في مستوى طاقة منخفض (حالة أرضية).
* عندما يكتسب طاقة 13.6 إلكترون فولت أو أكثر، سيقفز إلى مستوى طاقة أعلى (حالة مثارة).
* تُعرف هذه العملية باسم الامتصاص.
2. ابتعاد الإلكترون عن النواة:
* كلما زاد مستوى الطاقة، ازداد ابتعاد الإلكترون عن النواة.
* في حالة اكتساب 13.6 إلكترون فولت، سيبتعد الإلكترون إلى مسافة كافية ليتمكن من الهروب من جاذبية النواة.
* تُعرف هذه العملية باسم التأين.
3. تحول ذرة الهيدروجين إلى أيون:
* بعد هروب الإلكترون، تصبح ذرة الهيدروجين أيونًا ذو شحنة موجبة (+1).
* يتكون الأيون من بروتون واحد (نواة) بدون إلكترون.
4. انبعاث فوتون:
* عندما ينتقل الإلكترون من مستوى طاقة مرتفع إلى مستوى طاقة منخفض، يفقد طاقة على شكل فوتون (ضوء).
* تُعرف هذه العملية باسم الانبعاث.
* طاقة الفوتون المنبعث تساوي الفرق بين طاقتي المستويين.
ملخص:
* اكتساب الإلكترون في ذرة الهيدروجين طاقة 13.6 إلكترون فولت أو أكثر يؤدي إلى انتقاله إلى مستوى طاقة أعلى، وابتعاده عن النواة، وتحول الذرة إلى أيون، وانبعاث فوتون.
ملاحظة:
* 13.6 إلكترون فولت هي طاقة التأين لذرة الهيدروجين.
* تُعد هذه الطاقة أدنى طاقة يمكن للإلكترون امتصاصها ليتم تأينه.
جواب السؤال الثالث A .
- إذا علمت أن نصف قطر نواة البولونيوم ( 216/84po) يساوي ضعف نصف قطر نواة مجهولة (X) ، جد العدد الكتلي للنواة المجهولة
الجواب
27
جواب السؤال الثالث B
هل يمكن أن يستمر الانبعاث الكهروضوئي عند نقصان الطول الموجي للضوء الساقط مع ثبوت شدّته على؟سطح فلزي معين ؟ ولماذا
الجواب
عند نقصان الطول الموجي للضوء الساقط يزداد تردد الضوء الساقط والذي يسبب زيادة الطاقة الحركية للاكترونات الضوئية المنبعثة فيستمر الانبعاث بطاقة اكبر.
أعط فائدة ( اثنين ) مما يأتي :
(1) الطيف الخطي البراق
يستخدم في الكشف عن وجود عنصر مجهول في مادة ما أو معرفة مكونات السبيكة وذلك بأخذ عينة من تلك المادة وتبخيرها في قوس كربوني لجعلها متوهجة ثم يسجل طيفها الخطي بوساطة المطياف ويقارن الطيف الحاصل مع الأطياف القياسية الخاصة
بطيف كل عنصر
2- ) الخلية الكهروضوئية
الجواب/
1)لتوضيح الظاهرة الكهروضوئية. 2 )قياس شدة الضوء. 3 )تحويل الطاقة الضوئية الى طاقة كهربائية.
٣- المتسعة الموضوعة في منظومة المصباح الومضي في آلة التصوير ( الكاميرا ) ..
الجواب
تجهز المصباح بطاقة تكفي لتوهجه بصورة مفاجئة بضوء ساطع اثناء تفريغ المتسعة من شحنتها.
جواب السؤال الرابع A
(1) الانطلاق الأعظم للإلكترونات الضوئية المنبعثة من السطح .
(2) طول موجة دي برولي المرافقة للإلكترونات الضوئية المنبعثة ذات الانطلاق الأعظم .
جواب السؤال الرابع B
1- ربط مصباح كهربائي على التوالي مع متسعة ذات سعة صرف ومصدر للتيار المتناوب ، عند أ أي من الترددات الزاوية العالية أم الواطنة اطنة . يكون المصباح أكثر توهجا ؟ ؟ و وعند أي منها يكون المصباح أقل توهجا ) ؟ ؟ ( بثبوت مقدار فولتية المصدر ) ، وضح ذلك .
ج/ يزداد توهج المصباح الن عند الترددات الزاوية العالية تقل الرادة السعوية ويزداد التيار
٢- ما العلاقة بين فاصلة الهدب في تجربة شقي يونك وبعد الشقين ؟
الجواب
تجربة شقي يونك تعتمد على انعراج الضوء عند شقين رفيعين في حاجز مانع للضوء. يقوم الإنعراج بتحويل كلا الشقين إلى منبعين ضوئيين متشابهين مترافقين. عند استقبال الضوء على الحاجز، ينتج أنماط تداخل تتميز بأهداب ضوئية شديدة الإنارة وأهداب عاتمة. هذا يشابه ظاهرتي التداخل البناء والتداخل الهدام في الأمواج⁶. 😊
جواب السؤال الخامس A
ملف ربط مع مصدر للتيار المستمر يعطي (1207) ، فكانت القدرة المستهلكة في الملف (960) ، فإذا وصل الملف
مع مصدر للتيار المتناوب يعطي (125) وبتردد ( 2002 ) بـ (200) بدلا من المصدر المستمر لأصبح تيار الدائرة (SA)
Bجواب السؤال الخامس
ما الكميات الفيزيائية التي تقاس بالوحدات التالية
١- Tesla ٢- watt/m²
watt/m²
ج/ شدة الاشعاع المنبعث من جسم االسود
Tesla
ج/التسلا هي وحدة قياس لكثافة التدفق المغناطيسي أو كثافة الانحناء المغناطيسي. تُستخدم هذه الوحدة في وهو النظام المتري. تعادل ، (SI) النظام الدولي للوحدات تسلا واحد ويبر لكل متر مربع، مما يُعادل 10,000 جاوس
علل ) واحدا ) مما ياتي
١- علل/ المتسعة الموضوعة في دائرة التيار المستمر تعد مفتاحا مفتوحا؟
ج/ ألن المتسعة عندما تُشحن بكامل شحنتها يكون جهد كل صفيحة منها مساوياً لجهد القطب المتصل بالبطارية وهذا يعني أن فرق جهد البطارية يساوي فرق جهد المتسعة V∆ وهذا يجعل فرق الجهد بين طرفي المقاومة في الدائرة يساوي صفراً ، وعندئذ يكون التيار في الدائرة يساوي صفراً (0 =I) فتعتبر المتسعة مفتاح مفتوح.
جواب السؤال السادس A
١- اشرح نشاطا : نشاطا يوض يوضح تولد القوة الدافعة الكهربائية المحتلة الذاتية . على طرفي الملف.
جواب السؤال السادس B
اختر الإجابة الصحيحة من بين الأقواس ( لاثنتين ) من العبارات الآتية :
١-) تعتمد عملية قياس المدى باستعمال أشعة الليزر على أحد خواصه وهي : ( التشاكة ، الاستقطاب ، أحادية الطول الموجي ، الاتجاهية ) .
ج/ الاتجاهية
٢- اختر االجابة الصحيحة : يقع مستوى فيرمي في شبه الموصل نوع N عند درجة حرارة 0K(اسفل المستوى المانح،في منتصف ثغرة الطاقة،منتصف المسافة بين قعر حزمة التوصيل والمستوى المانح،منتصف المسافة بين قمة حزمة التكافؤ والمستوى المانح )
الجواب / (في منتصف ثغرة الطاقة)
٣- دائرة تيار متناوب متوالية الربط تحتوي محث صرة رف ومتسعة ذات سعة صرف ومقاومة صرف ( L - C-R ) عندما تكون الممانعة الكلية للدائرة بأصغر مقدار وتيار هذه الدائرة بأكبر . مقدار ، فإن عامل القدرة فيها :
( أكبر من الواحد الصحيح ، أقل من الواحد الصحيح ، يساوي صفرا ، يساوي واحد صحيح )
ج/ خطأ , يساوي الواحد الصحيح.