مؤشرات الكفاءة: - يكتشف التطور التارخي لنموذج الذرة.
- يميز بين الناقل والعازل.
الدروس التي ينبغي مراجعتها:النواقل والعوازل( السنة الأولى من التعليم المتوسط-
الإرسال الثاني)
- الرموز الكيميائية( السنة الثانية من التعليم المتوسط- الإرسال الاول)
- الشحنة الكهربائية( الدرس الثاني من هذا المجال)
الوسائل التي يمكن الاستعانة بها:
وثائق لنصوص تاريخية تتطرق لتطور نموذج الذرة.كاشف كهربائي.
المراجع:- الإرسال الأول للسنة الثانية من التعليم المتوسط لمادة العلوم الفيزيائية
والتكنولوجيا، الصادر عن الديوان الوطني للتعليم والتكوين عن بعد.
- الكتاب المدرسي للسنة الثانية متوسط لمادة العلوم الفيزيائية والتكنولوجيا
الصادر عن الديوان الوطني للمطبوعات المدرسية.
- المزود في العلوم الفيزيائية والتكنولوجيا للسنة الثانية من التعليم المتوسط
الصادران عن دار"هومة".
تصميم الدرس
النموذج الكوكبي للذرة
الخلاصة
أسئلة التصحيح الذاتي
أجوبة التصحيح الذاتي.
نموذج مبسط للذرة
* النموذج الكوكبي للذرة
إن معرفة بنية المادة أمر مهم جدا، لأنه يسمح لنا بفهم كيف تتم التحولات الكيميائية، ويجعلنا نتوقع ما
ينتج عنها.
إن التفكير في بنية المادة يعود إلى العهود القديمة، حيث اهتم فلاسفة اليونان بالتفكير في بنية المادة،
وعلى رأس هؤلاء الفلاسفة والمفكرين ديمقريطس( 400 ق م) الذي اعتبر بأن المادة لا تقبل الانقسام إلى
ومعناه ، Atome ما لانهاية، بل لا بد أن يصل انقسامها إلى حد معين لا يقبل الانقسام أطلق عليه اسم
في اليونانية : الذي لا يتجزأ.أما الكيميائيون العرب فسموه " الجوهر الفرد" أي الذي لا يتجزأ وأصبحت
حديثا في اللغة العربية كلمة "الذرة" . Atome تعني كلمة أتوم
إن الأفكار المتعلقة ببنية المادة في العهد اليوناني هي أفكار فلسفية لم يتم التأكد من صحتها آنذاك مما
جعل الفلاسفة والفيزيائيين والكيميائيين في مختلف العصور الموالية للعهد اليوناني يستمرون في التفكير
في أمر بنية المادة إلى أن جاء العالم دالتون في مطلع القرن التاسع عشر ليؤكد تجريبيا فكرة المادة لا
تقبل الانقسام إلى مالا نهاية والتي نادى بها الفلاسفة والمفكرون القدامى. وبذلك يكون دالتون قد أرسى
القواعد التجريبية لمفهوم الذرة. لذلك أطلق عليه اسم أبو الذرة، فمن هو دالتون؟
دالتون فيزيائي وكيميائي أنجليزي ولد سنة 1766 وتوفي سنة 1844 قام بأبحاث عديدة ومتنوعة في
مختلف الميادين العلمية. وقد أكد
تجريبيا صحة آراءالقدامى عن الذرة،
وبذلك يكون هو المؤسس لعلم جديد ألا
وهو علم الذرة.
1884- دالتون 1766
تطور نموذج الذرة:
بعد التأكد تجريبيا من أن المادة تتكون من ذرات ، هل تكون الذرة هي فعلا أصغر جزء من المادة؟
وهل للذرات مكونات؟
إن الإجابة عن هذين التساؤلين مرت عبر مراحل مختلفة تم وفقها وضع أربعة نماذج لبنية الذرة من
طرف علماء ومفكرين بهدف تفسير نتائج تجاربهم، وهذه النماذج حسب ظهورها ووفق تسلسلها
التاريخي هي:
. وضعه سنة 1902 Thomson -1 نموذج طومسون
. وضعه سنة 1911 Rutherford -2 نموذج رذرفورد
. وضعه سنة 1913 Bohr -3 نموذج بور
وهو أحدث نموذج لبنية الدرة وضعه سنة Louis De Broglie -4 نموج لويس دوبروغلي
.1927
وسنكتفي بالتعرف على نموذجي طومسون وراذرفورد.
نموذج طومسون لبنية الذرة:
اكتشف طومسون سنة 1911 جسيمات مادية صغيرة جدا ومتماثلة تحمل كل منها شحنة كهربائية
سالبة ، حيث أكد أن هذه الجسيمات هي إحدى مكونات الذرة، مما جعله يتصور أن الذرة
ككرة مملوءة بمادة موجبة الشحنة تتخللها
جسيمات أصغر تحمل شحنة سالبة هي
الإلكترونات ، كحبة البرتقال التي تحمل
البذور في داخلها. سمي هذا التصور لبنية
الذرة من طرف طومسون "نموذج طومسون"
للذرة.
إلكترونات
المادة الموجبة
التكهرب
آرة
نموذج طومسون لبنية الذرة
طومسون
جوزیف طومسون
1940-1856 فيزیائي
إنجليزي اآتشف الإلكترون
سنة 1911 ، نال جائزة نوبل
سنة 1906
فالذرة حسب نموذج طومسون هي كرة مملوءة بالمادة (أي لا يوجد بها فراغ !) ، وهي ليست
أصغر جزء من المادة، بدليل أنها تتكون من مادة موجبة وإلكترونات.
نموذج راذرفورد لبنية الذرة(النموذج الكوكبي):
إن البحوث التي قام بها راذرفورد حول بنية المادة بينت بأن الذرة ليست مملوءة كلها بالمادة ، بل
يتخللها فراغ هائل، وهذا ما جعله يقدم نموذجا آخر لبنية الذرة يتلخص فيما يلي:
تتكون الذرة من جزء تتمركز فيه معظم كتلة الذرة، ويحمل شحنة كهربائية موجبة سمي " النواة"
وحول المواة تدور إلكترونات سالبة الشحنة في مدارات متعددة كما تدور الكواكب السيارة حول
الشمس. وقيمة الشحنة الموجبة للنواة تساوي قيمة الشحنة السالبة للإلكترونات. أي أن الذرة
متعادلة كهربائيا.
وقيمة الشحنة الكهربائية السالبة التي يحملها الإلكترون تساوي - e- يرمز للإلكترون بالرمز
1.6 كولوم. x10-19c
يسمى هذا النموذج لبنية الذرة باسم " نموذج راذرفورد" أو "النموذج الكوكبي" . والذرة، حسب
هذا النموذج، تحتوي على فراغ كبير جدا مقارنة بحجمها.
1937- راذرفورد 1871
ولد بزیلاندا الجدیدة
وتوفي في أنجلترا.
اآتشف النواة سنة
1911 ، نال جائزة نوبل
سنة 1908
المدار
النواة
إلكترون
نموذج راذرفورد (النموذج الكوآبي)
تفسير التكهرب على ضوء بنية الذرة:
كيف تحدث ظاهرة التكهرب؟
نعلم بأن كل الأجسام المادية تتكون من ذرات، وأن كل ذرة تتكون من نواة مشحونة بشحنة موجبة
تدور حولها إلكترونات مشحونة بشحنة كهربائية سالبة.
والذرة في الحالة العادية متعادلة كهربائيا، فقطعة الأبونيت عند دلكها بقطهة من الصوف تشحن سلبا،
وهذا يعود إلى انتقال الإلكترونات من قطعة الصوف إلى قضيب الأبونيت، فيحدث اختلال في التعادل
الكهربائي لذرات كل من الأبونيت والصوف، حيث تظهر شحنة كهربائية سالبة على الأبونيت نتيجة
استقباله للإلكترونات المشحونة سلبا، بينما تظهر شحنة كهربائية موجبة على قطعة الصوف نتيجة
فقدانه للإلكترونات السالبة الشحنة.
كما نلاحظ الشيء نفسه عند دلك
قضيب من البلاستيك بقطعة من
الفرو بأن قضيب البلاستيك
يشحن بشحنة سالبة بينما تشحن
قطعة الفرو بشحنة موجبة.
ومنه فالتكهرب هو عملية تحويل للإلكترونات .الشكل- 1
قطعة من الفرو قضيب بلاستيك
e-e-e-
قضيب من الأبونيت مدلوك بالصوف
الشكل- 1
قطعة من الصوف
تنتقل الإلكترونات
من قطعة الصوف
إلى القضيب
لذلك فالجسم المادي المشحون هو جسم إما فقد إلكترونات ، ويصبح عندها مشحونا بشحنة كهربائية
.( موجبة، أو اكتسب إلكترونات ، ويصبح عندها مشحونا بشحنة كهربائية سالبة (الشكل- 2
ملاحظة:
عندما ندلك قضيبا زجاجيا بقطعة الصوف ، فإن هذه القطعة تشحن سلبا، لأن الزجاج هو الذي يفقد
( الإلكترونات في هذه الحالة، والصوف يكتسبها ، فيشحن سلبا.(الشكلان - 3 و 4
وعموما فالجسم المشحون يتميز بزيادة أو نقصان في الالكترونات
n التي يحملها الإلكترون حيث (ne) وبالتالي فشحنته هي مضاعف صحيح لقيمة الشحنة العنصرية
عدد صحيح موجب .
القيمة العددية لشحنة الإلكترون العنصرية : e
رمز الإلكترون : e-
الإشارة (-) تعني إن الجسم اكتسب إلكترونا واحدا ( شحنة عنصرية واحدة سالبة ) و الشاردة (+)
تعني أن الجسم فقد إلكترونا واحد فظهرت عليه شحنة عنصرية موجبة واحدة
قضيب من الأبونيت مشحون سلبا
قطعة من الصوف
مشحونة إیجابا الشكل- 2
قضيب
زجاجي
الشكل- 3
قطعة من الصوف
e- e- e- إلكترون
قطعة صوف قضيب زجاجي مدلوك بقطعة من الصوف
مشحونة سلبا
الشكل- 4
قضيب زجاجي
مشحون إیجابا
النواقل و العوازل :
Al نشحن سلبا كرية خفيفة من الفلين لنواس كهربائي الشكل- 1 و نضع بجوارها مسطرة معدنية من
تستند على حامل من البلاستيك ندلك قضيبا من الابونيت أو مصاصة مشروب غازي – بقطعة قماش -
أو منشفة من الورق – و نقربه من المسطرة المعدنية حتى يلامسها ، فتندفع الكريه عن المسطرة
الشكل – 2
نستبدل المسطرة المعدنية بمسطرة بلاستكية الشكل – 3 ونعيد التجربة الشكل – 4 فتبقى الكرية في
هذه الحالة بدون حركة
كيف نفسر ابتعاد الكريه عن المسطرة المعدنية و عدم ابتعادها عن المسطرة البلاستكية ؟
-التفسير:
ابتعاد كرة الفلين يعود إلى كون الالكترونات المتجمعة على قضيب الابونيت تنتقل على المسطرة
المعدنية من ذرة إلى أخرى بسهولة مما يجعل الكرية تندفع مبتعدة عن المسطرة لان نوع شحنتها من
نفس نوع شحنة الالكترونات فنقول إن المسطرة المعدنية ناقلة للكهرباء بينما الالكترونات المتجمعة
على قضيب الابونيت لا يمكنها الانتقال من ذرة إلى أخرى في المسطرة البلاستكية فالشحنة تبقى متمو
الشكل- 4
الشكل- 1
Al مسطرة من
قضيب من الأبونيت
مسند من البلاستيك
الشكل- 2 آریة من الفلين
الشكل- 3
مئسطرة بلاستيكية
ضعة في المنطقة التي تشكلت فيها فنقول أن المسطرة البلاستكية لا تسمح للالكترونات بمرور عبرها
فهي جسم عازل للكهرباء و منه نستنتج أن :
- الأجسام الناقلة هي الأجسام التي تسمح بمرور الالكترونات فيها من ذرة إلى أخرى كالمعادن و الفحم
......الخ
- الأجسام العازلة هي الأجسام التي لا تسمح بمرور الالكترونات عبرها من ذرة إلى أخرى كالمطاط ،
الزجاج ، الحرير ، الخزف ، الميكا ......الخ
الناقلية الكهربائية في المعادن :
ماهي طبيعة التيار الكهربائي في المعادن؟
ان بعض الالكترونات في الذرات التي يتشكل منها كل معدن ضعيفة الارتباط مع انوية هذه الذرات ،
مما يجعلها في حركة عشوائية مستمرة بين الذرات داخل المعدن ، سميت هذه الالكترونات الالكترونات
الحرة .
عندما تكون الدارة الكهربائية مفتوحة (الشكل - 5) تبقى الالكترونات الحرة في معدن النحاس في حركة
عشوائية مستمرة ، و التيار لا يمر في الدارة لكن عند غلق الدارة ، فان المولد يؤثر على هذه
الالكترونات الحرة لذرات المعدن ( أسلاك التوصيل ، الصفيحة النحاسية ) فيدفعها نحو قطبه الموجب
مما يجعلها تترك في حركة إجمالية منظمة معطية تيار جهته عكس الجهة الاصطلاحية للتيار الكهربائي
( ( الشكل – 6
ee-
ee-
ee-
ee-
I
e-
دارة آهربائية مغلقة
الشكل- 6
I
دارة آهربائية
صفيحة نحاسية
الشكل- 5
eeeeeeeee-
إلكترونات حرة في
حرآة عشوائية
مستمرة
وعليه فالتيار الكهربائي في المعادن يعود إلى الحركة الإجمالية المنتظمة للالكترونات الحرة في هذه
( المعادن تحت تأثير المولد في جهة معاكسة للجهة الاصطلاحية للتيار الكهربائي . (الشكل – 7
e-
I
e e-
e-
I
جهة حرآة الإلكترونات
الجهة الاصطلاحية للتيار
الكهربائي في الدارة
e-
الشكل- 7
الخلاصة:
* تتكون الذرة حسب نموذج رذرفور من نواة مركزية تحمل شحنة كهربائية موجبة تدور حولها
الكترونات سالبة الشحنة
* الذرة متعادلة كهربائيا أي أن القيمة العددية لشحنة النواة الموجبة تساوي القيمة العددية لشحنة
الالكترونات السالبة و نقول أيضا أن الشحنة لذرة معدومة .
è * نرمز للإلكترون برمز
-1.6 كولوم و هي اصغر شحنة كهربائية سالبة x10-19 C * قيمة شحنة الإلكترون السالبة تساوي
يمكن الحصول عليها منفردة و المحمولة بالإلكترون
* الالكترونات هي حوامل الشحنات الكهربائية السالبة
* الناقلية الكهربائية في المعادن تعود إلى الالكترونات الحرة لذرات هذه المعادن
* حركة الالكترونات الحرة في المعادن المشكلة لدارة كهربائية مغلقة تكون بعكس الجهة الاصطلاحية
للتيار في هذه الدارة .
* الأجسام الناقلة هي الأجسام التي تسمح للإلكترونات الحرة بالمرور عبرها بين ذراته، سواء كانت
هذه الإلكترونات الحرة لذرات الجسم نفسه أو من ذرات خارج الجسم .
- الأجسام العازلة هي أجسام لا تسمح للإلكترونات بالمرور عبرها.
- تعني الإشارة(-) أن الجسم المشحون يحمل شحنة عنصرية سالبة واحدة باستقباله لإلكترون حر
واحد.
- تعني الإشارة(+) التي يحملها الجسم المشحون أن هذا الأخير يحمل شحنة عنصرية موجبة واحدة
بسبب فقدانه لإلكترون واحد.
أسئلة التصحيح الذاتي
التمرين الأول:
أكمل الفراغات بما يناسبها.
-1 تتكون الذرة من......... مشحونة سلبا، تدور حول....... المشحونة...........
-2 الذرة متعادلة......أي أن شحنتها........
-3 في..........المعدني، التيار الكهربائي يعود إلى الحركة الجماعية ل..........الحرة.
-4 نواتا ذرتين مختلفتين ......في قيمة.......الكهربائية.
-5 إلكترونات الذرات المختلفة........
التمرين الثاني:
تمعن في الشكل ثم :
-1 بين عليه جهة التيار الكهربائي وجهة حركة الإلكترونات.
-2 نستبدل السلك النحاسي بخيط مطاطي. ماذا يحدث؟ برر إجابتك.
التمرين الثالث:
فسر كيف يحدث البرق والرعد.
التمرين الرابع:
فسر كيف تحدث الصاعقة.
سلك من النحاس
سلك من الألومنيوم
أجوبة التصحيح الذاتي
أجوبة التمرين الأول:
-1 تتكون الذرة من إلكترونات مشحونة سلبا، تدور حول النواة المشحونة إيجابا.
-2 الذرة متعادلة كهربائيا أي أن شحنتها معدومة.
-3 في الناقل المعدني، التيار الكهربائي يعود إلى الحركة الجماعية للإلكترونات الحرة.
-4 نواتا ذرتين مختلفتين مختلفتان في قيمة الشحنة الكهربائية.
-5 إلكترونات الذرات المختلفة متماثلة.
أجوبة التمرين الثاني:
-1 أنظر الشكل
لشدة التيار المار. I حيث يرمز
يرمز للإلكترون الحر. e-
-2 عند استبدال السلك النحاسي بخيط مطاطي ينطفئ المصباح دلالة على عدم مرور التيار
الكهربائي، وهذا يعود إلى كون الخيط المطاطي لم يسمح للإلكترونات بالمرور عبره.
أجوبة التمرين الثالث:
أثناء التقلبات الجوية يحدث أن تشحن سحابة بشحنة كهربائية موجبة، وأخرى تشحن بشحنة
كهربائية سالبة. وعند حد معين يحدث التفريغ الكهربائي بينهما. وهذا التفريغ الكهربائي، الذي هو
عبارة عن تيار كهربائي، يكون مصحوبا بالبرق والرعد.
فالبرق يعود إلى الشرارة الكهربائية التي تحدث نتيجة التفريغ الكهربائي.
والرعد يعود إلى الضجيج الذي يصحب هذا التفريغ.
I
I
سلك من النحاس
e- e- سلك من الألومنيوم
I
eأجوبة
التمرين الرابع:
في التقلبات الجوية يمكن أن يحدث تفريغ كهربائي بين السحابة المشحونة والأرض. فيحدث نتيجة
لذلك ما يسمى بالصاعقة.
حيث إنه في غالب الأحيان تشحن السحابة بشحنة كهربائية سالبة في الجهة السفلى من السحابة
والتي تقابل الأرض، مما يؤدي إلى
ظهور شحنة موجبة على الأرض بالتأثير. وعند حد معين يحدث التفريغ الكهربائي فجأة، وتحدث
الصاعقة المصحوبة بصوت حاد هو صوت التفريغ الكهربائي بين السحابة السالبة وسطح الأرض
المقابل لها والموجب الشحنة.
- يميز بين الناقل والعازل.
الدروس التي ينبغي مراجعتها:النواقل والعوازل( السنة الأولى من التعليم المتوسط-
الإرسال الثاني)
- الرموز الكيميائية( السنة الثانية من التعليم المتوسط- الإرسال الاول)
- الشحنة الكهربائية( الدرس الثاني من هذا المجال)
الوسائل التي يمكن الاستعانة بها:
وثائق لنصوص تاريخية تتطرق لتطور نموذج الذرة.كاشف كهربائي.
المراجع:- الإرسال الأول للسنة الثانية من التعليم المتوسط لمادة العلوم الفيزيائية
والتكنولوجيا، الصادر عن الديوان الوطني للتعليم والتكوين عن بعد.
- الكتاب المدرسي للسنة الثانية متوسط لمادة العلوم الفيزيائية والتكنولوجيا
الصادر عن الديوان الوطني للمطبوعات المدرسية.
- المزود في العلوم الفيزيائية والتكنولوجيا للسنة الثانية من التعليم المتوسط
الصادران عن دار"هومة".
تصميم الدرس
النموذج الكوكبي للذرة
الخلاصة
أسئلة التصحيح الذاتي
أجوبة التصحيح الذاتي.
نموذج مبسط للذرة
* النموذج الكوكبي للذرة
إن معرفة بنية المادة أمر مهم جدا، لأنه يسمح لنا بفهم كيف تتم التحولات الكيميائية، ويجعلنا نتوقع ما
ينتج عنها.
إن التفكير في بنية المادة يعود إلى العهود القديمة، حيث اهتم فلاسفة اليونان بالتفكير في بنية المادة،
وعلى رأس هؤلاء الفلاسفة والمفكرين ديمقريطس( 400 ق م) الذي اعتبر بأن المادة لا تقبل الانقسام إلى
ومعناه ، Atome ما لانهاية، بل لا بد أن يصل انقسامها إلى حد معين لا يقبل الانقسام أطلق عليه اسم
في اليونانية : الذي لا يتجزأ.أما الكيميائيون العرب فسموه " الجوهر الفرد" أي الذي لا يتجزأ وأصبحت
حديثا في اللغة العربية كلمة "الذرة" . Atome تعني كلمة أتوم
إن الأفكار المتعلقة ببنية المادة في العهد اليوناني هي أفكار فلسفية لم يتم التأكد من صحتها آنذاك مما
جعل الفلاسفة والفيزيائيين والكيميائيين في مختلف العصور الموالية للعهد اليوناني يستمرون في التفكير
في أمر بنية المادة إلى أن جاء العالم دالتون في مطلع القرن التاسع عشر ليؤكد تجريبيا فكرة المادة لا
تقبل الانقسام إلى مالا نهاية والتي نادى بها الفلاسفة والمفكرون القدامى. وبذلك يكون دالتون قد أرسى
القواعد التجريبية لمفهوم الذرة. لذلك أطلق عليه اسم أبو الذرة، فمن هو دالتون؟
دالتون فيزيائي وكيميائي أنجليزي ولد سنة 1766 وتوفي سنة 1844 قام بأبحاث عديدة ومتنوعة في
مختلف الميادين العلمية. وقد أكد
تجريبيا صحة آراءالقدامى عن الذرة،
وبذلك يكون هو المؤسس لعلم جديد ألا
وهو علم الذرة.
1884- دالتون 1766
تطور نموذج الذرة:
بعد التأكد تجريبيا من أن المادة تتكون من ذرات ، هل تكون الذرة هي فعلا أصغر جزء من المادة؟
وهل للذرات مكونات؟
إن الإجابة عن هذين التساؤلين مرت عبر مراحل مختلفة تم وفقها وضع أربعة نماذج لبنية الذرة من
طرف علماء ومفكرين بهدف تفسير نتائج تجاربهم، وهذه النماذج حسب ظهورها ووفق تسلسلها
التاريخي هي:
. وضعه سنة 1902 Thomson -1 نموذج طومسون
. وضعه سنة 1911 Rutherford -2 نموذج رذرفورد
. وضعه سنة 1913 Bohr -3 نموذج بور
وهو أحدث نموذج لبنية الدرة وضعه سنة Louis De Broglie -4 نموج لويس دوبروغلي
.1927
وسنكتفي بالتعرف على نموذجي طومسون وراذرفورد.
نموذج طومسون لبنية الذرة:
اكتشف طومسون سنة 1911 جسيمات مادية صغيرة جدا ومتماثلة تحمل كل منها شحنة كهربائية
سالبة ، حيث أكد أن هذه الجسيمات هي إحدى مكونات الذرة، مما جعله يتصور أن الذرة
ككرة مملوءة بمادة موجبة الشحنة تتخللها
جسيمات أصغر تحمل شحنة سالبة هي
الإلكترونات ، كحبة البرتقال التي تحمل
البذور في داخلها. سمي هذا التصور لبنية
الذرة من طرف طومسون "نموذج طومسون"
للذرة.
إلكترونات
المادة الموجبة
التكهرب
آرة
نموذج طومسون لبنية الذرة
طومسون
جوزیف طومسون
1940-1856 فيزیائي
إنجليزي اآتشف الإلكترون
سنة 1911 ، نال جائزة نوبل
سنة 1906
فالذرة حسب نموذج طومسون هي كرة مملوءة بالمادة (أي لا يوجد بها فراغ !) ، وهي ليست
أصغر جزء من المادة، بدليل أنها تتكون من مادة موجبة وإلكترونات.
نموذج راذرفورد لبنية الذرة(النموذج الكوكبي):
إن البحوث التي قام بها راذرفورد حول بنية المادة بينت بأن الذرة ليست مملوءة كلها بالمادة ، بل
يتخللها فراغ هائل، وهذا ما جعله يقدم نموذجا آخر لبنية الذرة يتلخص فيما يلي:
تتكون الذرة من جزء تتمركز فيه معظم كتلة الذرة، ويحمل شحنة كهربائية موجبة سمي " النواة"
وحول المواة تدور إلكترونات سالبة الشحنة في مدارات متعددة كما تدور الكواكب السيارة حول
الشمس. وقيمة الشحنة الموجبة للنواة تساوي قيمة الشحنة السالبة للإلكترونات. أي أن الذرة
متعادلة كهربائيا.
وقيمة الشحنة الكهربائية السالبة التي يحملها الإلكترون تساوي - e- يرمز للإلكترون بالرمز
1.6 كولوم. x10-19c
يسمى هذا النموذج لبنية الذرة باسم " نموذج راذرفورد" أو "النموذج الكوكبي" . والذرة، حسب
هذا النموذج، تحتوي على فراغ كبير جدا مقارنة بحجمها.
1937- راذرفورد 1871
ولد بزیلاندا الجدیدة
وتوفي في أنجلترا.
اآتشف النواة سنة
1911 ، نال جائزة نوبل
سنة 1908
المدار
النواة
إلكترون
نموذج راذرفورد (النموذج الكوآبي)
تفسير التكهرب على ضوء بنية الذرة:
كيف تحدث ظاهرة التكهرب؟
نعلم بأن كل الأجسام المادية تتكون من ذرات، وأن كل ذرة تتكون من نواة مشحونة بشحنة موجبة
تدور حولها إلكترونات مشحونة بشحنة كهربائية سالبة.
والذرة في الحالة العادية متعادلة كهربائيا، فقطعة الأبونيت عند دلكها بقطهة من الصوف تشحن سلبا،
وهذا يعود إلى انتقال الإلكترونات من قطعة الصوف إلى قضيب الأبونيت، فيحدث اختلال في التعادل
الكهربائي لذرات كل من الأبونيت والصوف، حيث تظهر شحنة كهربائية سالبة على الأبونيت نتيجة
استقباله للإلكترونات المشحونة سلبا، بينما تظهر شحنة كهربائية موجبة على قطعة الصوف نتيجة
فقدانه للإلكترونات السالبة الشحنة.
كما نلاحظ الشيء نفسه عند دلك
قضيب من البلاستيك بقطعة من
الفرو بأن قضيب البلاستيك
يشحن بشحنة سالبة بينما تشحن
قطعة الفرو بشحنة موجبة.
ومنه فالتكهرب هو عملية تحويل للإلكترونات .الشكل- 1
قطعة من الفرو قضيب بلاستيك
e-e-e-
قضيب من الأبونيت مدلوك بالصوف
الشكل- 1
قطعة من الصوف
تنتقل الإلكترونات
من قطعة الصوف
إلى القضيب
لذلك فالجسم المادي المشحون هو جسم إما فقد إلكترونات ، ويصبح عندها مشحونا بشحنة كهربائية
.( موجبة، أو اكتسب إلكترونات ، ويصبح عندها مشحونا بشحنة كهربائية سالبة (الشكل- 2
ملاحظة:
عندما ندلك قضيبا زجاجيا بقطعة الصوف ، فإن هذه القطعة تشحن سلبا، لأن الزجاج هو الذي يفقد
( الإلكترونات في هذه الحالة، والصوف يكتسبها ، فيشحن سلبا.(الشكلان - 3 و 4
وعموما فالجسم المشحون يتميز بزيادة أو نقصان في الالكترونات
n التي يحملها الإلكترون حيث (ne) وبالتالي فشحنته هي مضاعف صحيح لقيمة الشحنة العنصرية
عدد صحيح موجب .
القيمة العددية لشحنة الإلكترون العنصرية : e
رمز الإلكترون : e-
الإشارة (-) تعني إن الجسم اكتسب إلكترونا واحدا ( شحنة عنصرية واحدة سالبة ) و الشاردة (+)
تعني أن الجسم فقد إلكترونا واحد فظهرت عليه شحنة عنصرية موجبة واحدة
قضيب من الأبونيت مشحون سلبا
قطعة من الصوف
مشحونة إیجابا الشكل- 2
قضيب
زجاجي
الشكل- 3
قطعة من الصوف
e- e- e- إلكترون
قطعة صوف قضيب زجاجي مدلوك بقطعة من الصوف
مشحونة سلبا
الشكل- 4
قضيب زجاجي
مشحون إیجابا
النواقل و العوازل :
Al نشحن سلبا كرية خفيفة من الفلين لنواس كهربائي الشكل- 1 و نضع بجوارها مسطرة معدنية من
تستند على حامل من البلاستيك ندلك قضيبا من الابونيت أو مصاصة مشروب غازي – بقطعة قماش -
أو منشفة من الورق – و نقربه من المسطرة المعدنية حتى يلامسها ، فتندفع الكريه عن المسطرة
الشكل – 2
نستبدل المسطرة المعدنية بمسطرة بلاستكية الشكل – 3 ونعيد التجربة الشكل – 4 فتبقى الكرية في
هذه الحالة بدون حركة
كيف نفسر ابتعاد الكريه عن المسطرة المعدنية و عدم ابتعادها عن المسطرة البلاستكية ؟
-التفسير:
ابتعاد كرة الفلين يعود إلى كون الالكترونات المتجمعة على قضيب الابونيت تنتقل على المسطرة
المعدنية من ذرة إلى أخرى بسهولة مما يجعل الكرية تندفع مبتعدة عن المسطرة لان نوع شحنتها من
نفس نوع شحنة الالكترونات فنقول إن المسطرة المعدنية ناقلة للكهرباء بينما الالكترونات المتجمعة
على قضيب الابونيت لا يمكنها الانتقال من ذرة إلى أخرى في المسطرة البلاستكية فالشحنة تبقى متمو
الشكل- 4
الشكل- 1
Al مسطرة من
قضيب من الأبونيت
مسند من البلاستيك
الشكل- 2 آریة من الفلين
الشكل- 3
مئسطرة بلاستيكية
ضعة في المنطقة التي تشكلت فيها فنقول أن المسطرة البلاستكية لا تسمح للالكترونات بمرور عبرها
فهي جسم عازل للكهرباء و منه نستنتج أن :
- الأجسام الناقلة هي الأجسام التي تسمح بمرور الالكترونات فيها من ذرة إلى أخرى كالمعادن و الفحم
......الخ
- الأجسام العازلة هي الأجسام التي لا تسمح بمرور الالكترونات عبرها من ذرة إلى أخرى كالمطاط ،
الزجاج ، الحرير ، الخزف ، الميكا ......الخ
الناقلية الكهربائية في المعادن :
ماهي طبيعة التيار الكهربائي في المعادن؟
ان بعض الالكترونات في الذرات التي يتشكل منها كل معدن ضعيفة الارتباط مع انوية هذه الذرات ،
مما يجعلها في حركة عشوائية مستمرة بين الذرات داخل المعدن ، سميت هذه الالكترونات الالكترونات
الحرة .
عندما تكون الدارة الكهربائية مفتوحة (الشكل - 5) تبقى الالكترونات الحرة في معدن النحاس في حركة
عشوائية مستمرة ، و التيار لا يمر في الدارة لكن عند غلق الدارة ، فان المولد يؤثر على هذه
الالكترونات الحرة لذرات المعدن ( أسلاك التوصيل ، الصفيحة النحاسية ) فيدفعها نحو قطبه الموجب
مما يجعلها تترك في حركة إجمالية منظمة معطية تيار جهته عكس الجهة الاصطلاحية للتيار الكهربائي
( ( الشكل – 6
ee-
ee-
ee-
ee-
I
e-
دارة آهربائية مغلقة
الشكل- 6
I
دارة آهربائية
صفيحة نحاسية
الشكل- 5
eeeeeeeee-
إلكترونات حرة في
حرآة عشوائية
مستمرة
وعليه فالتيار الكهربائي في المعادن يعود إلى الحركة الإجمالية المنتظمة للالكترونات الحرة في هذه
( المعادن تحت تأثير المولد في جهة معاكسة للجهة الاصطلاحية للتيار الكهربائي . (الشكل – 7
e-
I
e e-
e-
I
جهة حرآة الإلكترونات
الجهة الاصطلاحية للتيار
الكهربائي في الدارة
e-
الشكل- 7
الخلاصة:
* تتكون الذرة حسب نموذج رذرفور من نواة مركزية تحمل شحنة كهربائية موجبة تدور حولها
الكترونات سالبة الشحنة
* الذرة متعادلة كهربائيا أي أن القيمة العددية لشحنة النواة الموجبة تساوي القيمة العددية لشحنة
الالكترونات السالبة و نقول أيضا أن الشحنة لذرة معدومة .
è * نرمز للإلكترون برمز
-1.6 كولوم و هي اصغر شحنة كهربائية سالبة x10-19 C * قيمة شحنة الإلكترون السالبة تساوي
يمكن الحصول عليها منفردة و المحمولة بالإلكترون
* الالكترونات هي حوامل الشحنات الكهربائية السالبة
* الناقلية الكهربائية في المعادن تعود إلى الالكترونات الحرة لذرات هذه المعادن
* حركة الالكترونات الحرة في المعادن المشكلة لدارة كهربائية مغلقة تكون بعكس الجهة الاصطلاحية
للتيار في هذه الدارة .
* الأجسام الناقلة هي الأجسام التي تسمح للإلكترونات الحرة بالمرور عبرها بين ذراته، سواء كانت
هذه الإلكترونات الحرة لذرات الجسم نفسه أو من ذرات خارج الجسم .
- الأجسام العازلة هي أجسام لا تسمح للإلكترونات بالمرور عبرها.
- تعني الإشارة(-) أن الجسم المشحون يحمل شحنة عنصرية سالبة واحدة باستقباله لإلكترون حر
واحد.
- تعني الإشارة(+) التي يحملها الجسم المشحون أن هذا الأخير يحمل شحنة عنصرية موجبة واحدة
بسبب فقدانه لإلكترون واحد.
أسئلة التصحيح الذاتي
التمرين الأول:
أكمل الفراغات بما يناسبها.
-1 تتكون الذرة من......... مشحونة سلبا، تدور حول....... المشحونة...........
-2 الذرة متعادلة......أي أن شحنتها........
-3 في..........المعدني، التيار الكهربائي يعود إلى الحركة الجماعية ل..........الحرة.
-4 نواتا ذرتين مختلفتين ......في قيمة.......الكهربائية.
-5 إلكترونات الذرات المختلفة........
التمرين الثاني:
تمعن في الشكل ثم :
-1 بين عليه جهة التيار الكهربائي وجهة حركة الإلكترونات.
-2 نستبدل السلك النحاسي بخيط مطاطي. ماذا يحدث؟ برر إجابتك.
التمرين الثالث:
فسر كيف يحدث البرق والرعد.
التمرين الرابع:
فسر كيف تحدث الصاعقة.
سلك من النحاس
سلك من الألومنيوم
أجوبة التصحيح الذاتي
أجوبة التمرين الأول:
-1 تتكون الذرة من إلكترونات مشحونة سلبا، تدور حول النواة المشحونة إيجابا.
-2 الذرة متعادلة كهربائيا أي أن شحنتها معدومة.
-3 في الناقل المعدني، التيار الكهربائي يعود إلى الحركة الجماعية للإلكترونات الحرة.
-4 نواتا ذرتين مختلفتين مختلفتان في قيمة الشحنة الكهربائية.
-5 إلكترونات الذرات المختلفة متماثلة.
أجوبة التمرين الثاني:
-1 أنظر الشكل
لشدة التيار المار. I حيث يرمز
يرمز للإلكترون الحر. e-
-2 عند استبدال السلك النحاسي بخيط مطاطي ينطفئ المصباح دلالة على عدم مرور التيار
الكهربائي، وهذا يعود إلى كون الخيط المطاطي لم يسمح للإلكترونات بالمرور عبره.
أجوبة التمرين الثالث:
أثناء التقلبات الجوية يحدث أن تشحن سحابة بشحنة كهربائية موجبة، وأخرى تشحن بشحنة
كهربائية سالبة. وعند حد معين يحدث التفريغ الكهربائي بينهما. وهذا التفريغ الكهربائي، الذي هو
عبارة عن تيار كهربائي، يكون مصحوبا بالبرق والرعد.
فالبرق يعود إلى الشرارة الكهربائية التي تحدث نتيجة التفريغ الكهربائي.
والرعد يعود إلى الضجيج الذي يصحب هذا التفريغ.
I
I
سلك من النحاس
e- e- سلك من الألومنيوم
I
eأجوبة
التمرين الرابع:
في التقلبات الجوية يمكن أن يحدث تفريغ كهربائي بين السحابة المشحونة والأرض. فيحدث نتيجة
لذلك ما يسمى بالصاعقة.
حيث إنه في غالب الأحيان تشحن السحابة بشحنة كهربائية سالبة في الجهة السفلى من السحابة
والتي تقابل الأرض، مما يؤدي إلى
ظهور شحنة موجبة على الأرض بالتأثير. وعند حد معين يحدث التفريغ الكهربائي فجأة، وتحدث
الصاعقة المصحوبة بصوت حاد هو صوت التفريغ الكهربائي بين السحابة السالبة وسطح الأرض
المقابل لها والموجب الشحنة.