الفيزياء الحديثة تشمل النظريات التي ظهرت في القرن العشرين كنظرية الكم والنسبية وفيزياء الذرة والنواة.
انبعاث إلكترونات من سطح معدن عند سقوط ضوء بتردد كافٍ عليه
E = hf (طاقة الفوتون) حيث h = 6.63×10⁻³⁴ J·s
KE_max = hf - φ (حيث φ = دالة الشغل)
تردد العتبة: f₀ = φ/h (أقل تردد لتحرير إلكترون)
مثال:
فوتون طاقته 5 eV يسقط على معدن دالة شغله 2 eV
KE = 5 - 2 = 3 eV
نموذج بور: الإلكترونات تدور في مدارات محددة الطاقة
عند الانتقال بين المستويات يُمتص أو يُشع فوتون
ΔE = hf = E_upper - E_lower
ألفا (α): نواة هيليوم (2 بروتون + 2 نيوترون)
بيتا (β): إلكترون أو بوزيترون
جاما (γ): إشعاع كهرومغناطيسي عالي الطاقة
عمر النصف: الزمن اللازم لتحلل نصف العينة
مثال:
عينة مشعة 80g وعمر النصف 3 سنوات. كم يتبقى بعد 9 سنوات؟
9/3 = 3 أنصاف عمر → 80 → 40 → 20 → 10 g
معادلة دي بروي: λ = h/mv (كل جسيم له طول موجي)
الضوء يسلك سلوك الموجة (حيود، تداخل) وسلوك الجسيم (أثر كهروضوئي)
مبدأ عدم اليقين لهايزنبرج: لا يمكن تحديد موقع وسرعة الجسيم بدقة معاً
مثال (الطيف):
إلكترون ينتقل من n=3 إلى n=2 في ذرة الهيدروجين
يُشع فوتون بطاقة = E₃ - E₂ (خط في طيف بالمر المرئي)
⚠ أخطاء شائعة:
| القانون | الصيغة | الشرح |
|---|---|---|
| طاقة الفوتون | E = hf = hc/λ | h = 6.63×10⁻³⁴ J·s (ثابت بلانك) |
| معادلة أينشتاين | KE_max = hf - φ | φ = دالة الشغل (الطاقة اللازمة لتحرير إلكترون) |
| تردد العتبة | f₀ = φ/h | أقل تردد لتحرير الإلكترون |
| طول موجة دي بروي | λ = h/mv = h/p | كل جسيم له سلوك موجي |
| طاقة الكتلة (أينشتاين) | E = mc² | تكافؤ الكتلة والطاقة |
| النموذج | العالم | الوصف | القصور |
|---|---|---|---|
| نموذج الكرة المصمتة | دالتون | الذرة كرة صلبة غير قابلة للتجزئة | لم يفسر الشحنات الكهربائية |
| نموذج حلوى البرقوق | طومسون | إلكترونات سالبة مغمورة في كرة موجبة | لم يفسر تجربة رذرفورد |
| النموذج النووي | رذرفورد | نواة صغيرة موجبة والإلكترونات تدور حولها | لم يفسر الطيف الخطي |
| النموذج الكمي | بور | مدارات محددة الطاقة للإلكترونات | ينطبق فقط على ذرة الهيدروجين |
| السحابة الإلكترونية | شرودنجر | الإلكترون في سحابة احتمالية حول النواة | النموذج الحالي المقبول |
الانشطار النووي: انقسام نواة ثقيلة إلى نواتين أخف مع إطلاق طاقة هائلة ونيوترونات.
مثال: ²³⁵U + n → ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + 3n + طاقة
الاندماج النووي: اتحاد نواتين خفيفتين لتكوين نواة أثقل مع إطلاق طاقة أكبر.
مثال: ²H + ³H → ⁴He + n + طاقة (يحدث في الشمس)
نقص الكتلة: الفرق بين كتلة المكونات وكتلة النواة = طاقة الربط (E = Δmc²)
مثال (عمر النصف مع معادلة):
عينة 200 g من عنصر مشع عمر النصف 5 سنوات. كم يتبقى بعد 15 سنة؟
n = t/t½ = 15/5 = 3 أنصاف عمر
الكمية = 200 × (½)³ = 200 × 1/8 = 25 g