الرئيسية / الاختبارات NDT / التصوير الصناعي بالاشعة / التآين Ionization وقانون التربيع العكسي Inverse Square Law
قانون التربيع العكسي
قانون التربيع العكسي

التآين Ionization وقانون التربيع العكسي Inverse Square Law

اليوم بموقع عقل المهندس سوف اقدم لك دليل عن مفهوم  التآين Ionization وقانون التربيع العكسي Newton’s Inverse Square Law حسب مايلي:

اولا التآين Ionization

في العموم مفهوم التأين، في الكيمياء والفيزياء، عبارة عن عملية يتم فيها تحويل الذرات والجزيئات المتعادلة كهربائيا  إلى ذرات وجزيئات مشحونة كهربائيا ، وكمفهوم مبسط جدا ان التأين هو كمية الطاقة المنبعثة من مصدر ويشار إليه عموما بالإشعاع ، فعلى سبيل المثال الحرارة و ضوء الشمس، و أفران الميكروويف ، انبوب أشعة X و اشعة جاما التي هي من العناصر المشعة ، و يعد مفهوم اختراق الاشعة بانه ينتقل من نقطة الي نقطة، و يتم خلال الانتقال عمليه فقدان الطاقة هذا من خلال التفاعلات المختلفة عندما تتواجه مع الذرات، ان الامر الذي يحدث في معدل فقدان الطاقة يعتمد علي نوع وقوة طاقة الاشعاع بجانب الكثافة والتركيب الذري للمكونات خلال عمليات التمرير، وهذا يعني ان انواع اختراق الاشعاع المختلفة يتم عبر نقل الطاقة الى الالكترونات المدارية خلال excitation and ionization الاثارة والتآين ولقد استخدمت وصف الاثارة excitation لوصف عمليه التفاعل حيث تكتسب الالكترونات الطاقة عندما تمر علي الجسيمات المشحونة وفي الغالب لا تتم عمليات الازالة بشكل كامل من الذرة بعد فقدان شحنات الطاقة، هذا لان الالكترون المثار من الممكن ان يصدر طاقة اخرى في وقت لاحق ، واذا انت متابع معانا من الاول هتلاقيني شرحت النقطة دي في الخصائص الفزيائية لاشعة اكس المهم في اثناء عملية العودة يتم فقدان الطاقة بشكل كامل ومن هنا جاء مصطلح التأين ionization الذي يشير الي الازالة الكاملة للالكترون من الذرة بعد عملية المرور علي الجسيمات.

بسم الله الرحمن الرحيم (قل لعبادي يقولوا التي هي احسن ان الشيطان ينزغ بينهم)

]

قد يحدث هذا بسبب ازدواج الشحنة وفي وجود سرعات بطيئة نسبيا، فجسيمات الفا لديها مجموعة قصيرة نسبيا في التفاعل تكون بضعة سنتيمترات وتخترق جزء من المليمتر في الانسجة البشرية وجسيمات بيتا لديها مجموعة اكبر في نفس الموضوع كما هو واضح بالصورة وبالنسبة الي اشعة جاما واشعة اكس يكون لديهم فرصه اكبر للتفاعل مع الجسيمات وفي هذه الحالة فآن الجسيمات والالكترون قد تلقي من الطاقة مايكفي للتأين وعندها قد يسبب المزيد من التآين بواسطة التفاعل مع الالكترونات الاخرى والنتيجة لذلك انه يمكن لاشعة جاما والاشعة السينية تحرير الالكترون او ازالته من الذرة في اعماق الخرسانة وهذا واضح جدا من خلال الصورة ان اشعة جاما واشعة اكس لديها القدرة علي الاختراق من خلال المواد الاكثر كثافة ويمكنها ان تصل الي اي عمق…

Inverse Square Law قانون التربيع العكسي

 في العلوم بشكل عام والفزياء علي وجه الخصوص فإننا نشعر بالقلق مع العلاقات والاسباب التي تكون نتيجة للمحاور العلمية التي يتم البحث عنها في الطبيعة هذا من اجل ايجاد العلاقات والمعادلات الرياضية المناسبة ، وقد سعي العلماء علي تعديل مجموعة من الشروط ، لمعرفة ما اذا كان هناك مجموعات قابلة للقياس والهدف من ذلك كان للاجابة علي السؤال كيف يمكن تغيير مجموعة من المتغيرات والظروف التي تؤثر سببيا نتيجة ملاحظتها ؟؟ ومن هنا قامت الفزياء للبحث عن السبب والنتيجة التي هي ايضا ادت الى عدة اسئلة مثل:

كيف تؤثر قوة تسارع كائن؟ وكيف تؤثر كتلة الجسم في تسارعها ؟
كيف يمكن لسرعة الجسم الساقط ان يؤثر علي كمية مقاومة الهواء الذي كان يواجهه؟
كيف يمكن لتردد موجات الصوت ان تؤثر علي السرعة التي تتحرك بها الموجات؟
كيف يمكن للمسافة بين المصباح الكهربائي وبين سطح ورقة ان تؤثر علي كمية الضوء الذي ينير سطح الورقة؟
في الواقع ان الاجابة علي مثل هذه الاسئلة من خلال نتائج الفيزياء ادى الى  اجراء بحث اخر عن السبب و النتيجة الذي غالبا ما يؤدي الي ادلة قاطعة علي اثنين من المتغيرات ذات الصلة سببيا ، او انه لا توجد علاقة سببية من الاساس،،،

كما انه يتم اجراء عمليات القياس والرقابة الدقيقة التي قد تشير الي وجود نمط معين في زيادة متغير واحد الذي قد يسبب و ينتج زيادة كمية اخرى قابلة للقياس وتم وصف هذا النوع من العلاقة بين السبب والنتيجة بانها علاقة مباشرة ، مع ملاحظة ان هذه الزيادة في متغير واحد قد يسبب ايضا كمية انخفاض قابلة للقياس وتم وصف هذه العلاقة بين السبب والنتيجة انها علاقة عكسية…..

ان العلاقات العكسية شائعة جدا في الطبيعة ويمكن ملاحظتها في الكهرباء الساكنة والقوة الكهربائية من خلال جسمان لديهم شحنة ويكون مرتبط عكسيا مع المسافة التي تفصل بينهم ، وعند زيادة المسافة الفاصلة بين الجسمان يقلل من قوة الجذب او التنافر بينهم ، وعند خفض المسافة الفاصلة بين الجسمان يزيد من قوة الجذب او التنافر بين الاجسام ، هذا لان القوة الكهربائية حساسة للغاية وعادة تتكون هذه الملاحظات خلال التجارب المعملية و من خلال النظر في نتيجة التجربة علي سبيل المثال الاحتكاك للبلاستيك الذي سوف يؤدي نتيجته الي التقاط قطعة من الورق فهذا يدل علي وجود تفاعل كهربائي صغير جدا والمعروف باسم  القوة الكهروستاتيكية عند تقليل المسافة الفاصلة للجسم البلاستك المشحون كهربائيا الذي ادي الي هذا الالتقاط.

كما ان هناك نمط معين بين القوة الكهروستاتيكية والمسافة التي يمكن وصفها علي انها علاقة تربيع عكسية وهو يعني ان القوة الكهروستاتيكية بين شحنتين في نقطة تتفاوت عكسيا مع مربع المسافة الفاصلة بين الشحنتين وهذا يعني ان العامل الذي يتم تغييره في القوة الكهروستاتيك هو مربع معكوس في العامل الذي تم تغييره ، وفي حالة مضاعفة المسافة (زيادة بمعامل ٢ ) سوف تنخفض القوة الكهروستاتيكية بعامل ٤ (بمعامل زيادة ٢ في ٢)  و اذا تم زيادة  المسافة بمعامل ٣ اضعاف سوف تنخفض القوة الكهروستاتيكية بمعامل ٩ (معامل زيادة للقوة الثانية ٣ في ٣) وهذا هو مايسمي تآثير مربع المسافة علي القوة الكهروستاتيكية وهناك توضيحات للعلاقة في التربيع العكسي بين القوة الكهروستاتيكية والمسافة الفاصلة في جداول منتشرة علي الانترنت يمكنك البحث عنها بسهولة ولكن كمثال للتوضيح انظر الجدول ادناه

سيريال
المسافة الفاصلة سنتيمتر
القوة الكهروستاتيكية نيوتن
١
٢٠ سم
٠.١٢٨٠ ن
٢
٤٠ سم
 ٠.٠٣٢٠ ن
٣
٦٠ سم
٠.٠١٤٢ ن 
٤
٨٠ سم 
٠.٠٠٨٠ ن
٥
١٠٠ سم 
٠.٠٠٥١ ن

في الواقع القيم الموجودة اعلاه توضح النمط بآنه كلما تضاعفت المسافة تنخفظ القوة بمعامل اربعة فعلي سبيل المثال الجدول ٢ هو ضعف المسافة في الجدول رقم ١ والقوة الكهروستاتيكية في الجدول رقم ٢ هي ربع القوة في الجدول رقم ١ وبمقارنة الجدول رقم ١ بالجدول رقم ٣ ستكون تم زيادة المسافة بمعامل ٣ وبالتالي تنخفض القوة بمعامل ٩ وهكذا اذا تم مقارنة الجدول رقم ١ بالجدول رقم ٤ فان المسافة زادت اربع اضعاف وبالتالي تنخفض القوة بمعامل ١٦
ولمعرفة المزيد يجب عليك مراجعة قانون كولوم Coulomb’s عن العلاقة العكسية بين مربع القوة والمسافة في القوة الكهروستاتيكية…. و غالبا تم استخدام هذه المعادلة من قانون كولوم لحل المشاكل الجبرية التي تبين ان مصطلح مربع المسافة في مقابل القوة تتناسب عكسيا مع مربع المسافة،،،،

وقانون التربيع العكسي Newton’s Inverse Square Law
في الواقع ان قانون التربيع العكسي او قانون الجذب العام هو يلخص في ان اي نقطة مصدر ينشر قوته علي قدم المساوه في جميع الاتجاهات دون اي حدود وان الخضوع لقانون التربيع العكسي ياتي من الاعتبارات الهندسية الدقيقة وهو شدة التآثير في مسافة معينة d هي قوة المصدر مقسوم علي مساحة المجال عندما يلتقي دائرة نصف قطرها يساوي d وهي معادلة هندسية قوية جدا في الاصل وينطبق قانون التربيع العكسي على الظواهر المختلفة التي هي علي سبيل المثال مصدر نقطة الجاذبية – المجال الكهربائي وبالنسبة لموضوع الضوء والاشعة ينطبق عليها قانون التربيع العكسي باعتباره واحد من المجالات التي تخضع لقانون الجذب العام ويمكن وصفها بشدة الاشعاع  كما هو واضح بالصورة تبين العلاقة بين الكثافة والمسافة في الاشعة ويمكن ان يعبر القانون حسب الاتي.
في الحقيقة ان حالات قياس التعرض للاشعة او قياس الجرعة كلها تخضع لقانون التربيع فعلي سبيل المثال اذا كان قد تلقي جرعة اشعة ١٠٠ mr/hr علي مسافة ٢ سم من المصدر فانه سيكون ٠.٠١ mr/hr في علي مسافة ٢ متر

في الحقيقة ان مفهوم التناسب العكسي يسمح لاي احد استخدام المعادلات كدليل للتفكير في كيفية الاختلاف في كمية واحدة علي سبيل المثال بعد المسافة يؤثر علي كمية اخري وهي (القوة) ويمكن للمعادلات ان تكون اكثر من كونها وصف لحل مشكلة جبرية (حسابية) انما يمكن ان تكون دليل علي التفكير والفهم والاستيعاب واستخدام المعادلات في اطار جديد ومميز….

في النهاية ان الكلام عن الفزياء لايتوقف عند هذا القدر من الكلام وانا في الحقيقة حبيت اشرح هذا القانون بطريقة مختلفة شوية وباسلوبي بدون اي تعقيدات وحوارات كتير ملهاش اي داعي حتي يتمكن القارئ العادي من فهم القانون ومهما كان نص المعادلة فان اللعب بالمعادلات الحسابية هي قدرات علمية لمستخدم المعادلة لان المعادلات وجدت لكي تسهل عليك عناء البحث عن نقطة البداية…..

في الموضوع القادم

التفاعل بين اختراق الاشعاع والمادة Attenuation والعمليات الحسابية والخطوط العريضة للتفاعلات….

اذا اعجبك الموضوع لاتنسي مشاركته مع اصدقائك ويسعدنا انضمامك الي قائمة بريد الموقع ليصلك جديد الكورسات في حالة وجود استفسار من فضلك اترك تعليق او راسلني … والي ذلك الحين اترككم في رعاية الله

الكاتب: احمد عبد العظيم

إن الذي فرض عليك القرآن لرادك إلى معاد قل ربي أعلم من جاء بالهدى ومن هو في ضلال مبين، وما كنت ترجو أن يلقى إليك الكتاب إلا رحمة من ربك فلا تكونن ظهيرا للكافرين، ولا يصدنك عن آيات الله بعد إذ أنزلت إليك وادع إلى ربك ولا تكونن من المشركين، ولا تدع مع الله إلها آخر لا إله إلا هو كل شيء هالك إلا وجهه له الحكم وإليه ترجعون

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *