بسم الله الرحمن الرحيم، بنواصل محاضرات الـ physical
optics، واتوقفنا المرة الماضية عند مصادر الضوء اللي
هو الـ light sources، وقولنا إنه في مصادر حرارية
اللي هي thermal sources، وفي مصادر مشعة أو يعني غير
حرارية اللي هي الـ luminescent sources، بدأنا الحديث
بالمصادر الحرارية للضوء زي ضوء الشمس زي ضوء لهب
الشمعة زي النار زي ما شبه من المصادر، وقولنا أن أي
جسم، أي مادة.. أي مادة أو أي جسم حرارته أكثر من
الصفر الكيلفني، الصفر المطلق اللي هي minus 273، إذا
الحرارة أكثر من ذلك، يعني أعلى من ذلك، بيكون هذا
الجسم مهتاجًا حرارياً، وبشع يعني electromagnetic
radiation، أو موجات كهرومغناطيسية، وطبعاً حكينا أن
الجسم بشع موجات كهرومغناطيسية طولها الموجي وترددها
بيتناسب مع درجة الحرارة، بيتناسب مع درجة الحرارة.
وأنّه كل ما زادت درجة الحرارة التردد بيزيد، كل ما
زادت درجة الحرارة اللي هي الـ temperature، الـ
frequency أو تردد الموجات الكهرومغناطيسية المنبعثة
من هذا الجسم اللي له حرارة معينة بيزيد، كل ما زادت
حرارة هذا الجسم، طالما التردد هيزيد، طول الموجة هيقصر.
هذه الصورة بتوضح أمثلة متعددة على ذلك، عن درجة واحد
degree Kelvin، واحد degree Kelvin، واحد degree
Kelvin، يعني ناقص 272 تحت الصفر، يعني
أكثر من.. من ناقص 273، أدفأ بدرجة
.. أدفأ بدرجة، فبالتالي 1 degree Kelvin جسم بارد
جداً، ولكنه أدفأ من الصفر المطلق، بشع موجات
كهرومغناطيسية في الـ range بتاع الـ.. الـ microwave
في.. في الـ range بتاع الـ microwave، حقيقة هذا
الجسم هيشع أطيافاً كثيرة متصلة، هيشع radio wave، و
microwave، و infrared، وهكذا، ولكن النصيب الأعظم
هيكون لـ microwave، لـ microwave، ونصيب الأنواع
التانية من الموجات الكهرومغناطيسية هيكون أقل بكثير،
لو رفعنا درجة حرارة هذا الجسم 100 degrees Kelvin،
يساوي ناقص 173 تحت الصفر، لأن الصفر عبارة عن ناقص
الـ Kelvin عبارة عن ناقص 273، لما ندفي 100 بيصير
ناقص 173، على العموم، إذا الإنسان حابب يعرف كيف احصل
على الدرجة المئوية بمعرفة كم Kelvin.. كم درجة
Kelvin.. كم درجة Kelvinية عندي بنقول الدرجة
المئوية اللي هي الـ Celsius تساوي الـ Kelvin ناقص
273، فلما بقول 100 Kelvin، بدأ أطرح
منها 273، معناته الصفر عندي من ناقص
173، عشان هيك الـ 100 Kelvin، الـ 100
Kelvin، طالما أنها في النهاية، إذا حولناها لدرجة
مئوية هتكون ناقص 173، بتفرق كتير عن 100 درجة مئوية.
تحت الصفر بـ 173 درجة، فبالتالي احنا قاعدين في
التجمد، وهذه الصورة بتوضح هذه القضية، أما الـ 100..
الـ 100 درجة مئوية المتعارف عليها الـ Celsius
عبارة عن درجة الغليان تاع الماء، وبالتالي درجة
حرارتها عالية أكثر.. عالية أكثر، فبالتالي هذه
القضية للتوضيح.. هذه القضية للتوضيح، لو سخننا هذا
الجسم، أو قبل ما نقول عند 100 درجة كلفنية، عند 100
درجة كلفنية، معظم الإشعاع اللي صادر من هذا الجسم في
الـ range بتاع الـ infrared، طبعاً هيشعلي كل الأطياف
هيشعلي هذا الجسم كل الأطياف، ولكن الغالبية العظمى و
الحصة الكبرى هتكون للـ infrared radiation، واحنا رفعنا
احنا درجة الحرارة بتاعة نفس الجسم، وزودناها كتير لـ
10000 Kelvin، عشان اعرف كم degree مئوية بأطرح منها
بأطرح منها بحط العشرة آلاف هنا وبأطرح منها 273،
و73، فبصفر عندي العشرة آلاف Kelvin على
المقياس المئوي، الدرجة المئوية الـ Celsius، بيكون
تقريباً 9727، تسعة آلاف وسبعمية وسبعة وعشرين، تسعة آلاف و
سبعمية وسبعة وعشرين، يعني حرارة عالية للغاية،
فبالتالي هيبدأ الإشعاع يتحول من الـ infrared للـ
visible light، للـ visible light، وبالتالي تغير طبعاً
في هذه الحرارة اللي هي عشرة آلاف Kelvin، كل الأطياف
تشع، ولكن الحصة الأكبر هتكون للـ visible light، للـ
visible light، فبالتالي هذه القضية بتكون واضحة..
هيكون في حصة للـ ultraviolet وللـ infrared، بس الحصة
الأكبر هتكون للـ visible light، يعني احنا قاعدين
بنقصر في الطول الموجي.. في الطول الموجي، وبنزيد
في التردد.. وبنزيد في التردد، لأنه لما بيقصر
الطول الموجي، بيزيد التردد.. بيزيد التردد، يعني هنا
الطول الموجي 5 من 10 micron، عشان أحولها للنانو
5 من 10 في الألف بيعطيني 500 نانومتر، 500
نانومتر، هذا في الـ range ده الـ visible line، بينما
هنا 0.5 centimeter، يعني 5 ملي، يعني 5000
micron، يعني 5 مليون نانو، هذه 500 نانو طول
الموجة، وهذه 5 مليون نانو طول الموجة، طول الموجة
فبالتالي التردد عندي هنا، طول الموجة يقصر، فالتردد
بيزيد، رحنا احنا رفعنا حرارة هذا الجسم من عشرة آلاف
Kelvin لعشرة ملايين Kelvin، بدنا نعرف كم degree هذه
بس بنطرح منهم بنشيل منهم 273.
درجة حرارة هائلة جداً.. حرارة هائلة جداً، تقترب من
حرارة قلب الشمس، تقترب من حرارة قلب الشمس، ساعتها
الإشعاع هيكون في الـ range بتاع الـ X، يعني في الـ
range اللي بتاع الـ X-ray، طبعاً هذا الجسم في حرارة
زي هيك هيشعع كل الأطياف، بس الحصة الأكبر هتكون للـ X
-ray، روحنا احنا زودنا درجة الحرارة لـ 10 مليار
degrees Kelvin، هيكون معظم الإشعاع من الـ gamma rays،
في range الـ gamma rays، وبجيت الأنواع من الموجات
الكهرومغناطيسية أيضاً تشع من ذلك الجسم، ولكن بحصص أقل
بكثير، التردد للموجات المشعة.. المشعة اللي تم
إشعاها من الجسم، التردد يتناسب طردياً مع درجة
الحرارة، زادت درجة الحرارة، بيزيد التردد، يعني إيش
بيزيد التردد؟ يعني بيقصر الطول الموجي.. بيقصر
الطول الموجي، هنا الجدول هذا بيبين الألوان المختلفة
.. الألوان المختلفة لِلهب الشمعة، وقداش حرارتها..
قداش حرارتها، هذا الجدول مش مطلوب للحفظ، ولكن تم
إيراده في هذه الـ slide، لتوضيح أنّه كل ما كانت تردد
أعلى، قاعد ضوء اللي احنا شايفينه من الشمعة، كل ما
كانت درجة الحرارة في تلك المنطقة من اللهب أعلى، هنا
الـ blue region في الشمعة حرارته تقريباً 30000 Kelvin، حسب المصدر اللي جيبنا منه هذا
الجدول، بينما الـ red تقريباً حوالي 3700 Kelvin، حرارة النار في هذه النقطة، بمعنى آخر،
لما أشوف لهب الشمعة، المنطقة المضيئة باللهب الأزرق
أكثر حرارة من المنطقة المضيئة بالألوان اللي هي
أطول موجة، لأن الطول الموجي هذا ضوء مرئي، هذا
الأزرق أيضاً ضوء مرئي، يعني شايفينه بالعين المجردة.
طيب، أيّه أكثر تردد، البرتقالي أو الأصفر ولا الأزرق؟
طبعاً الأزرق أقصر موجة، فالتردد بتاعه أعلى، فطالما
التردد بتاعه أعلى، معناته منطقة الحرارة بتاعته أعلى.
هذا يعتبر مصدر من مصادر الضوء، ويختلف الحرارة من
منطقة لمنطقة في الأرض، هنا أيضاً رسم تمثيلي للـ
candle temperature، واضح أنّ الـ outer flame.. الـ
outer flame درجة حرارته ولونه أزرق، يعني تردده
أعلى، إذا درجة حرارته أعلى، طبعاً المصادر المختلفة
بتعطي أرقاماً مختلفة، بس عموماً احنا مش.. مش.. مش
هنناقش الأرقام، يعني في ال.. في تخصص الفيزياء
هيناقشوها، ولكن الكل متفق بغض النظر عن اختلاف
الأرقام أنّ الـ blue.. الـ blue light اللي صادر من
المصدر الحلالي للضوء، الـ blue light أكثر حرارة من
الـ red light أو من الـ yellow light أو من الـ orange
light، فبالتالي هذه المنطقة من اللهب هتكون لأنّه
لونها أزرق، بما أنّ التردد هو أعلى، بأفهم منطقياً أنّ
حرارتها أعلى، إذا ما قارنتها بال.. بالألوان الأخرى
لِلهب.. الألوان الأخرى للّهب، وهنا أيضاً رسم تمثيلي
الـ outer part هو الـ hottest part، عبارة عن complete
combustion، احتراق كامل، لونه blue لأن حرارته عالية
جداً، فتردده عالي، فبالتالي يعني جاي في الضوء المرئي
في ناحية الـ blue، الـ middle zone عبارة عن partial
combustion، احتراق جزئي، بيبين yellow، moderately hot،
ويعني أقل حرارة من الـ outer، والـ least hot، أقل..
الأقل حرارة اللي هو الـ inner most zone، unburnt wax
vapor، عبارة عن أبخرة للشمعة اللي مش محترقة، أبخرة
مش محترقة من مادة الشمع، وبتبين تقريباً black اللي
هي خيط الشمعة فعلاً بيبين black، الآن يجي نحكي عن
الإنسان، الإنسان درجة حرارته 37 درجة،
إذا بده أحولها لـ Kelvin، بده أضيفلها 273، إذا 37 درجة أو 310
Kelvin، حرارة جسم الإنسان، هل جسم الإنسان بيشعّ
موجات كهرومغناطيسية؟ الجواب نعم، لأن حرارته أكثر من
الصفر المطلق بمقدار 310 درجات.. 310 درجات، لما
بنتحرك من minus 273 تحت الصفر، وبنمشي لفوق باتجاه
الصفر، وبنقلط لغاية 37، ونكون قاطعنا من
الصفر المطلق لدرجة حرارة الإنسان 310 درجة، طبعاً for instance، most of the radiated energy
من أجسامنا طبعاً occurs in the infrared spectrum.
The thermal energy detectable by night vision
devices، أجسامنا في الحرارة الطبيعية بتشعّ infrared
.. بتشعّ infrared، هذه الصورة بيبينلي الأجسام
المختلفة، وقداش هي بتشعّ أو قد.. أو إيش نوع
الموجات الكهرومغناطيسية اللي بتشعّ منها، عندي ملعب
كرة، عندي بيت، عندي الـ antenna، عندي الـ.. الجهاز
الـ microwave اللي موجود في البيوت وما إلى ذلك، أنا
بهمن الإنسان.. جسم الإنسان بحرارته اللي هي معروفة
أنّها 37 اللي هو الـ people، بشعّ Infra-red
.. بشعّ Infra-red، في الوضع الطبيعي، هاي اللي الصورة
على تكبير أكبر، بشعّ Infra-red في.. في الـ range
بتاع الـ Infra-red، فبالتالي هذه القضية مجرد للتوضيح
أنّ جسم الإنسان بيشعّ electromagnetic radiation
بيشعّ كل الأطياف.. بيشعّ كل الأطياف، بس الحصة
الأكبر بتكون ليش؟ للـ infrared.. للـ infrared، إذا for
instance، على سبيل المثال، most of the radiated
energy، most not all، طبعاً مش كلها، أغلبها، most of
the radiated energy occurs in the infrared
spectrum، the thermal energy detectable by night
vision devices، وهذه قضية أنّ الإنسان في حرارته
العادية بيشعّ، بيشعّ موجات كهرومغناطيسية غالباً أو
حصتها الكبيرة في الـ infrared، استخدموها العلماء في
صناعة الكاميرات الليل
أو night vision devices، أدوات الرؤية الليلية، وهذه
الأدوات يعني لو في مثلاً يعني شيء غريب أو مريب
يحدث مثلاً لص بيحاول مثلاً يسطو على محل تجاري أو ما
شابه طبعاً رغم العتمة والظلام الدامس إلا أنه لأن
جسم هذا اللص بيبعث موجات infrared بي .. بي ..
بيورا .. بيورا بشكل يعني ويمكن تحديد أحياناً هويته
إذا كان يعني تفاصيل الصورة واضحة لحد ما فبالتالي
هذه القضية .. قضية أنه بنبعث من أجسامنا طاقة بشكل
infrared radiation هذه الطاقة يتم تحديدها أو
يستخدم أو يستفاد منها في طريقة عمل ال night vision
devices .. night vision devices، الآن الإنسان غالبية
العظمة من ال radiation اللي بي .. بيشيع من جسمه
جاي في .. في .. في ال range بتاع ال infrared بس
احنا قولنا هو بيشيع كل الأطياف، بما فيها ال
visible light، يعني الإنسان لحاله بيشيع ضوء مرئي
بيكون الكلام أنه نعم بيشع ضوء مرئي .. مرئي ولكن
بحصة قليلة جداً أقل من إنها ترى .. أقل من إنها ترا
ولكن أثبتت معملياً .. أثبتت معملياً يعني أجسامنا
بتشع صحيح ال infrared بس أيضاً بتشعيعني أطياف ثانية
ومن ضمنها ال visible light وبالتالي هذا ال visible
light اللي بتشع أجسامنا قليل لدرجة أنه لا يمكن
رؤيته بالعين المجردة إذا at body temperature
however a minuscule amount كمية ضئيلة جداً of
visible light is produced بنتجها جسمنا well below
the visual threshold يعني أقل بكثير من اللي هو
الحد الأدنى اللي بنستطيع احنا نشوفه من الحد الأدنى
للربيع زي ما حكينا إن عندي هنا مثلاً يعني أعمدة أو
قطبان من الحديد بيستخدموا من الحداد مثلاً في صناعة
الشبابيك أو أشكال معينة أو أبواب أو إلى أخرى، هذا
الحديد حينما يتم إحمائه لدرجة معينة طبعاً هو وهو
بارد، هذا قضيب الحديد هو بارد بيشع موجات
كهرومغناطيسية لأن حرارته أكيد أعلى أكيد أعلى من
الصفر المطلق ليه أعلى من 200 أو تلاتة أو سبعين تحت
الصفر، يعني الحديد في درجة حرارة الغرفة ممكن تكون
حرارته خمسة عشر عشرين وما إلى ذلك، إذاً في هذا ال
range هو بيشع موجات كهرومغناطيسية غالباً هتكون في ال
range بتاع ال infrared غالباً هتكون في ال range
بتاع ال infrared، حمينا هذا الحديد و صارت إيه له
درجة حرارة معينة أصبح بيشع ضوء مرئي، يعني احنا
شايفين الضوء في مناطق حمراء وفي مناطق صفراء .. في
مناطق حمراء وفي مناطق صفراء، فبالتالي هو بيشع ضوء
حتى، الضوء هذا يعني منتشر يعني يسقط على القطبان
المجاور، يعني هذه .. هذه اللي هي الحرارة المشعة أو
الضوء المشع يعني، فبالتالي طب لو زودنا أكتر درجة
الحرارة بيصير شع أيضاً ال ultraviolet بيصير شع هو
حالياً بيشع infrared وضوء مرئي و ultraviolet وكل
الأطياف، بس الحصة الأكبر لضوء المرئي زي ما احنا
شايفين، as the temperature of an object increases، it
begins to produce electromagnetic energy at
visible frequencies، كل ما بتزيد حرارة الجسم بنتقل
من تردد أقل من الانفراريد لل visible frequency، طب
ال visible frequency الطيف المرئي أو الترددات
المرئية بتمتد من أربعمائة نانومتر لسبعمائة نانومتر
أو بالأصل هنقول من سبعمائة لأنه هيبدأ يقصر
الطول الموجي ويزيد التردد، هنبدأ في سبعمائة كان
أعلى من سبعمائة في range الانفراريد Infrared، الف
وتمنمية وتسعمية وألف ومية وهكذا تمام، فهذا ال
infrared اللي بيشيعه هذا الجسم أو هذه قطعة الحديد
زودنا الحرارة كثير بدأ يشيع موجات أقصر طولاً يعني
أقل من تمانمية بدأ يتجه ناحية سبعمية يعني بدأ يصير
مرئي بالشكل باللون الأحمر، إذاً it begins to produce
electromagnetic energy at visible frequency، طب أول
أول لون بيظهر عندي اللي هو الأقرب لل infrared
الأقرب لل infrared في الطيف، الأقرب لل infrared في
الطيف هو الأحمر عشان هيك هو بما أنه جاره سموه
infrared سموه infrared first glowing red، بتصير هذا
القطعة اللي سخناها بتصير تشع اللون الأحمر، and with
further increase in temperature، glowing brighter
and bluer، يعني لو زودنا أكتر بيصير يعني اللون هذه
القطعة أو الضوء المشع من هذه القطعة يميل إلى
الزرقة ويكون bright يعني ساطع، ساطع أزرق ساطع، the
spectrum of all thermal sources of light is
continuous، that is thermal sources produce some
electromagnetic radiation at every frequency، لما
احنا بنقول جسم محتاج حرارياً درجة حرارته أكتر من
الصفر المطلق .. أكتر من الصفر المطلق فت .. علينا
أن نتأكد أن هذا بيشيع موجات كهرومغناطيسية، هاي أول
شيء، ثاني شيء أنه هو بيشيع طيف مستمر من الموجات
الكهرومغناطيسية، يعني بيشيع ..الradio wave و ال
microwave و ال infrared و ال visible light و ال ..
و ال ultraviolet و ال x-ray و الجمري بيشعهم كلهم
يعني طيف مستمر ومتواصل من الموجات الكهرومغناطيسية
بس في حصة واحدة بتكون هي حصة الأسد لنوع معين من
الأنواع اللي احنا ذكرناها، يعني that is thermal
sources المصادر الحرارية للضوء produce بتنتج لي
some electromagnetic radiation at every frequency
يعني كل frequency كل تردد له حصة، صحيح الحصة صغيرة
وإن واحد منهم هيكون له نصيب الأسد إلا إنه كل
الترددات موجودة، كل الترددات موجودة في أي thermal
sources في أي thermal sources، هنا ضربنا مثال، المثال
هذا بدنا ننسى الخط هذا الآن، وننسى الخط هذا الآن
بدنا نطلع هنا ونقول هاي جسم معين جبناه وإله درجة
حرارة معينة نفرض أربعين درجة مئوية، جسم قطعة من
الحديد درجة حرارتها أربعين درجة مئوية، طالما أربعين
درجة مئوية معناته هي أكثر من الصفر المطلق بتشيع
موجات كهرومغناطيسية، غالبها قمتها حصة الأسد منها
للإنفراريد، أقل منه هي الارتفاع بتاع ال visible
light، هذا ال range إن طاقة بتاع ال visible light
ال power بتاعة ال visible light يعني أقل من ال
power أو الطاقة بتاعة ال infrared، أقل منها ال
range بتاع ال microwave، هي حصة ال microwave هي حصة
ال infrared من الطاقة، هي حصة ال visible light وهي
الحصة الصغيرة جداً لل ultraviolet في درجة حرارة
أربعين، هذه المساحة اللي هي كل الإشعاعات اللي بيشعع
هذا الجسم اللي هو التفاجنات النومية على سبيل
المثال قطعة الحديد اللي حرارتها أربعين، لو رفعنا
درجة الحرارة بشكل هائل جداً يعني مثلاً خليناها عشر
تلاف درجة مثلاً هيصير عندي ال curve هذا طبعاً إنما
ظللته بس مجرد رمزتله ال curve هيصير له shifting
إيش يعني shifting؟ انزياع، بيصير حصة ال ultraviolet
هي الأكبر، أقل منها حصة ال visible light، أقل منها
حصة ال infrared، أقل من حصة ال microwave، طب لو
بردنا هذا الجسم عن أربعين درجة مئوية خليناها مثلاً
minus minus مائة درجة مئوية، لا زال محتاج حرارياً و
بيشع موجات microwave وهي .. حتكون الحصة الأكبر لل
microwave في حالة ما برد الجسم لمية نحط تحت الصفر،
الأقل منها ال infrared، الأقل منها ال visible
light، الأقل منها ال ultraviolet، إذاً حسب درجة
الحرارة بتاخد حصة الأسد frequency معينة، بس في
الثلاث حالات .. في الثلاث حالات زي ما احنا ملاحظين
هذا الجسم بيشع .. بيشع طياف متواصل يعني بيشع كل
الأنواع من ال electromagnetic waves كل الأنواع من
ال electromagnetic waves، في الحالة الأولى بيشع كل
الأطياف، يعني فيه هنلاقي من الطياف اللي بيشعها
microwave و infrared و visible light و ultraviolet
وهكذا، بس هتكون حصة ال infrared أكتر، في الحالة
الثانية أيضاً بيشع microwave و infrared و visible
light و ultraviolet بس هتكون حصة ال ultraviolet هي
الأكتر، في الحالة الثالثة أيضاً بيشع microwave و
infrared و visible light و ultraviolet بس هتكون
حصة ال microwave هي الأكتر، وهذا معنى الكلام أنه the
spectrum of all thermal sources of light is
continuous، يعني الطيف اللي بتشيعه المصادر الحرارية
طيف متصل بيشمل على جميع أنواع الموجات، بس هذا بيعني
إيش؟ بيشمل على جميع الموجات؟ إن thermal sources
المصادر الحرارية للضوء produce some electromagnetic
radiation at every frequency، طبعاً بحصص قليلة،
هيكون نوع معين من ال electromagnetic waves، الهحصة
الأسد، العالم Max Planck أثبت إن ال
energy radiated at any frequency can change only
by discrete amounts، نرجع للرسمة، هاي احنا الطاقة أو
الجزء من الطاقة اللي تم إشعاعه من المصدر في range
ال microwave وهذا اللي تم إشعاعه في ال frequency
بتاعة ال infrared وهذا اللي تم إشعاعه في ال
frequency بتاع ال visible light وهذا اللي تم
إشعاعه من ال ultraviolet، الآن اتغيرت الحرارة، إيش
اتغيرت الحرارة، صار shifting، زودنا درجة الحرارة
أصبح ال curve هذا اللي مضلله لمساحته بالأسود، وهنا بس
الاستثناء طبعاً ال visible light عشان نقول إن هذا
ال range ده ال visible light هذه المساحة صارلها
shifting بسبب إن هذا الجسم اتغيرت اتغيرت درجة
حرارته وصارت أعلى بكثير، صارت أعلى بكثير، فبالتالي
هيسير ال ultraviolet له حصة الأسد، إذاً حصة ال
ultraviolet زادت، حصة ال visible light زادت، حصة ال
infrared قلت، قلت، وحصة ال إيش ال microwave قلت،
الزيادة والنقصان من الحصص بيتم بشكل كميات ثابتة، مش
بشكل كسور، بشكل كميات ثابتة، هذه الكميات الثابتة
تساوي أو ال discrete amounts للزيادة والنقصات، يعني
ال change في الطاقة لأي frequency، ال change في
الطاقة لأي frequency بيكون بكميات محددة، عبارة عن
مضاعفات ال H في V، إذا بدها تزيد الحصة بدها تزيد
بمقدار HVV أو اثنين HVV أو تلاتة HVV أو أربعة HVV
إذا بدأت تنقص بدها تنقص واحد HVV، اثنين HVV، تلاتة HVV،
حصص ثابتة، وهذا الكلام أثبته بلانك، هو حقيقة خارج عن
نطاق تخصص البصرية، هنتوقف عند ال luminescent
sources هي المصادر الأخرى للضوء، ويعطيكم العافية
والسلام عليكم ورحمة الله وبركاته