فيديو السؤال: إيجاد الموضع الذي يتعرض فيه الإلكترون لأكبر قوة محصلة في منطقة النضوب | نجوى فيديو السؤال: إيجاد الموضع الذي يتعرض فيه الإلكترون لأكبر قوة محصلة في منطقة النضوب | نجوى

فيديو السؤال: إيجاد الموضع الذي يتعرض فيه الإلكترون لأكبر قوة محصلة في منطقة النضوب الفيزياء • الصف الثالث الثانوي

انضم إلى نجوى كلاسيز

شارك في حصص الفيزياء المباشرة على نجوى كلاسيز وتعلم المزيد حول هذا الدرس من أحد مدرسينا الخبراء!

يوضح الشكل الآتي إلكترونًا حرًّا في دايود شبه موصل تنتشر فيه حاملات الشحنة المتحركة بحرية. يظهر الإلكترون الحر في ثلاثة مواضع مختلفة: على جانب منطقة النضوب التي تحد الجانب ‪n‬‏ من الدايود، وفي مركز الجانب الموجب الشحنة من منطقة النضوب، وفي مركز منطقة النضوب. في أي موضع يكون مقدار القوة المحصلة المؤثرة على الإلكترون أكبر؟ (أ) الموضع ‪A‬‏ (ب) الموضع ‪B‬‏ (ج) الموضع ‪C‬‏ (د) القوة المحصلة في جميع المواضع لها نفس المقدار.

٠٦:٤٦

نسخة الفيديو النصية

يوضح الشكل الآتي إلكترونًا حرًّا في دايود شبه موصل تنتشر فيه حاملات الشحنة المتحركة بحرية. يظهر الإلكترون الحر في ثلاثة مواضع مختلفة: على جانب منطقة النضوب التي تحد الجانب ‪n‬‏ للدايود، وفي مركز الجانب الموجب الشحنة من منطقة النضوب، وفي مركز منطقة النضوب. في أي موضع يكون مقدار القوة المحصلة المؤثرة على الإلكترون أكبر؟ (أ) الموضع ‪A‬‏ (ب) الموضع ‪B‬‏ (ج) الموضع ‪C‬‏ (د) القوة المحصلة في جميع المواضع لها نفس المقدار.

على اليمين، نرى هذه الأشكال الثلاثة لدايود شبه موصل. جميع الأشكال متماثلة، باستثناء موضع الإلكترون الحر الموضح في كل منها. السؤال هنا هو: في أي موضع يكون مقدار القوة المحصلة المؤثرة على الإلكترون الحر أكبر؟ لأننا نتعامل مع إلكترون؛ أي شحنة، علينا معرفة الشحنات الأخرى الموجودة حول هذا الإلكترون لإيجاد القوة المحصلة المؤثرة فيه.

للبدء في الإجابة عن هذا السؤال، دعونا نتناول الدايود شبه الموصل الموضح هنا. نحن نعلم أن هذا الدايود هو وصلة بين مادة شبه موصلة من النوع ‪p‬‏ ومادة شبه موصلة من النوع ‪n‬‏. تخبرنا هذه التسميات أنه على الجانب ‪n‬‏، يكون لحاملات الشحنة المتحركة شحنة سالبة، وهو ما يعني أن الشحنات إلكترونات حرة، في حين على الجانب ‪p‬‏، يكون لحاملات الشحنة المتحركة شحنة موجبة.

وعلى الرغم من أننا رسمنا هاتين المنطقتين بحيث يبدو أن الجانب ‪p‬‏ له شحنة كلية موجبة والجانب ‪n‬‏ له شحنة كلية سالبة، ففي الواقع، كلا الجانبين لهما شحنة كلية تساوي صفرًا. كل ما في الأمر أننا لم نرسم الشحنات السالبة على الجانب ‪p‬‏ التي توازن حاملات الشحنة المتحركة الموجبة أو الشحنات الموجبة على الجانب ‪n‬‏ التي توازن الإلكترونات الحرة. ومع ذلك، فإن كلا جانبي شبه الموصل متعادلان كهربيًّا. الموضع الذي تلتقي فيه المادة من النوع ‪p‬‏ مع المادة من النوع ‪n‬‏، يسمى الوصلة. تتمكن الإلكترونات الحرة القريبة من عبور هذه الوصلة وملء بعض الفجوات الموجودة على الجانب ‪p‬‏.

وتحدث عدة أمور نتيجة لذلك. أولًا، الذرات التي كانت ثابتة في مكانها في الشبكة بالقرب من هذه الوصلة ولكن على الجانب ‪p‬‏، عندما تقبل إلكترونًا حرًّا، فإنها تصبح سالبة الشحنة تمامًا. ومن ثم، تشير كل دائرة من هذه الدوائر التي بها علامة ناقص إلى ذرة سالبة الشحنة ثابتة في مكانها. على الجانب الآخر، الذرات التي مرت منها الإلكترونات الحرة للانتقال إلى الجانب ‪p‬‏ أصبحت الآن موجبة الشحنة. هذه الذرات ثابتة أيضًا في مكانها عند مواضع معينة في الشبكة. لاحظ أنه في هذه المنطقة هنا في الدايود شبه الموصل، لم تعد هناك أي حاملات شحنة متحركة، سواء موجبة أو سالبة. هذه المنطقة تسمى منطقة النضوب، كما هو موضح في الشكل.

نلاحظ أنه على الجانب ‪n‬‏ من منطقة النضوب، توجد شحنة كلية موجبة. وعلى الجانب ‪p‬‏ من هذه المنطقة، توجد شحنة كلية سالبة. ونظرًا لوجود فصل بين الشحنات، ينشأ مجال كهربي عبر منطقة النضوب سنسميه ‪𝐸‬‏. ثمة أمر مهم علينا إدراكه بشأن هذا المجال الكهربي وهو أنه ناتج عن الشحنة الموزعة على هذين الجزأين من منطقة النضوب. وهذا يعني أنه مختلف عن طريقة توزيع الشحنة على لوحي المكثف مثلًا. ففي حالة المكثف، يتجه المجال الكهربي من اللوح الموجب للمكثف إلى اللوح السالب. والأهم من ذلك أن هذا المجال منتظم.

لكن هذا الوضع يختلف عن الحالة التي لدينا هنا؛ حيث توزع الشحنة عبر منطقة النضوب بأكملها. لنفترض أن لدينا تمثيلًا بيانيًّا يوضح المحور الأفقي به الموضع عند التحرك عبر الدايود شبه الموصل. وعلى المحور الرأسي، لدينا مقدار المجال الكهربي. لعلنا نتذكر أننا بينا سابقًا أن الشحنة الكلية في الجانب ‪p‬‏ تساوي صفرًا. ومن ثم، مقدار المجال الكهربي في هذا الجانب يساوي صفرًا أيضًا. ينطبق الأمر نفسه على الشحنة الكلية في الجانب ‪n‬‏. هذه المنطقة متعادلة كهربيًّا، ما يعني أن مقدار المجال الكهربي الكلي فيها يساوي صفرًا أيضًا. لكن فيما بين هاتين المنطقتين؛ أي في منطقة النضوب، مقدار المجال الكهربي لا يساوي صفرًا.

بالرجوع إلى المكثف، إذا كان المجال في هذه المنطقة يشبه المجال في المكثف، لأمكننا رسمه مثل هذا الخط المنقط. لكن مقدار المجال الكهربي في منطقة النضوب ليس منتظمًا. بل يبدو كذلك؛ حيث تحاذي قمته الوصلة بين المادتين من النوع ‪p‬‏ والنوع ‪n‬‏. في هذا السؤال، لم نسأل عن مقدار المجال الكهربي، بل عن القوة المحصلة المؤثرة في الإلكترون الحر. نحن نتذكر أن القوة المؤثرة في الشحنة ‪𝑞‬‏ تساوي هذه الشحنة مضروبة في المجال الكهربي ‪𝐸‬‏ الذي توجد فيه الشحنة. وفي مواضع الإلكترون الثلاثة جميعها، تكون شحنة الإلكترون واحدة.

لذا، فإن الموضع الذي يتعرض فيه الإلكترون لأكبر شدة للمجال الكهربي هو الموضع الذي يتعرض فيه لأكبر قوة محصلة. نلاحظ أنه عندما يكون الإلكترون في الموضع ‪A‬‏، فإنه يقع بالفعل في منطقة يساوي فيها المجال الكهربي صفرًا؛ ومن ثم فإنه لا يتعرض لأي قوة محصلة. عندما يكون الإلكترون في الموضع ‪B‬‏، سنحدد موضعه هنا على التمثيل البياني للمجال الكهربي، فإنه يتعرض لقوة محصلة لا تساوي صفرًا. ولكن عندما يكون الإلكترون في الموضع ‪C‬‏، عند الوصلة بين الجانب ‪p‬‏ والجانب ‪n‬‏، يكون المجال الكهربي الذي يتعرض له الإلكترون هو الأكبر. وهذا يعني أن القوة المحصلة التي تؤثر في الإلكترون هي الأكبر أيضًا. وعليه، الإجابة هي الخيار (ج).

انضم إلى نجوى كلاسيز

شارك في الحصص المباشرة على نجوى كلاسيز وحقق التميز الدراسي بإرشاد وتوجيه من مدرس خبير!

  • حصص تفاعلية
  • دردشة ورسائل
  • أسئلة امتحانات واقعية

تستخدم «نجوى» ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. اعرف المزيد عن سياسة الخصوصية