جهاز مطياف الكتلة +50601700161 11055 هو جهاز يستخدم لفصل الذرات أو الجزيئات أو الأيونات بناء
فكرة العمل
تعتمد فكرة عمل مطياف الكتلة اساسا على استخدام جهاز مرشح السرعة لاختيار وتحديد سرعة الاجسام
المختلفة المراد فصلها
يوضح الشكل ادناه فكرة عمل الجهاز حيث يمرر شعاع من الايونات في مرشح السرعة لتخرج جسيمات ذات
سرعة تساوي 1/13 تمر هذه الايونات إلى مطياف الكتلة المكون من مجال مغناطيسي منتظم ,13 تسلك
الجسيمات خلال المجال المغناطيسي مسار دائري نصف قطره # لتصطدم بشاشة فوتوغرافية تعطي ومضة
تشير إلى موقع اصطدام الايون مع الشاشة نتيجة للمجال المغناطيسي المطبق في جهاز مطياف الكتلة
من المحاضرة السابقة وجدنا ان ؛ تعطى بالعلاقة التالية:
اذا النسبة بين الكتلة إلى الشحنة تكون

بالتعويض عن السرعة « بمعادلة مرشح السرعة نجد أن
وبهذه الطريقة يمكن ايجاد النسبة بين الكتلة إلى الشحنة عن طريق قياس نصف قطر دوران الجسم المشحون
في مطياف الكتلة وقيم المجال الكهربي والمغناطيسي لمرشح السرعة والمجال المغناطيسي المستخدم في
لهذا الغفرض
فكرة العمل
يتون السنكلترون من وعائين منفصلين على شكل الحرف الانجليزي 1 مفرغين من الهواء لتقليل احتكاك
الجسيمات المعجلة مع جزيئات الهواء يطبق فرق جهد متردد على طرفي الوعائين ويطبق مجال مغناطيسي
عمودي على الوعائين كما هو موضح في الشكل

يتم اطلاق الجسيمات المراد تعجيلها في وسط المنطقة الفاصلة بين الوعائين لتأخذ مسار دائري وتعود إلى
الوسط الفاصل في فترة زمنية قدرها 1/2 حيث 1 هو الزمن الدوي
وبضبط تردد فرق الجهد المطبق بين الوعائين لقلب قطبيتهما ليتوافق مع وصول الجسم المشحون للمنطقة
الفاصلة حيث يكون مجالا كهربياً يكسب الشحنة دفعة لتزيد من سرعته وبالتالي يزداد نصف قطر الدوران
للجسم المشحون تدريجياً حتى يصل إلى نصف قطر الوعاء وعندها يخرج الجسيم المشحون من المعجل

إن مرور تيار في موصل يمكن أن يعزى إلى حاملات شحنة موجبة تتحرك في اتجاه التيار أو سالبة تتحرك في
عكس اتجاه التيار أو كلاهما معاً ولتحديد حاملات الشحنة قام العالم 11811 10810 في العام 1879 بتصميم
تجربة عملية لتحديد نوع حاملات الشحنة في مادة الموصل وكذلك تمكن من ايجاد عدد حاملات الشحنة لكل
وحدة حجوم كما توفر هذه التجربة وسيلة لقياس شدة المجال المغناطيسي ع:17:01 114[1
فكرة تجربة هول
عند وضع قطعة من مادة موصلة في شكل شريحة يمر بها تيار كهربي في اتجاه محور «؛ في مجال مغناطيسي
خارجي عمودي على مستوى الشريحة على المحور ( كما في الشكل المقابل؛ ينشئ على جانبي الشريحة على
المحور 7 فرق جهد يدعى بفرق جهد هول 1014886 ال118
كيف تولد فرق جهد هول؟
في الشكل المبين ادناه يوضح الفكرة العملية لتأثير هول وكما نلاحظ أن تيار كهربي يمر في الشريحة
الموضوعة في مجال مغناطيسي عمودي على الشريحة للداخل ونفترض أن الشريحة تنقل التيار الكهربي من
الناشئة عن المجال المغناطيسي الخارجي- ويكون تجاه القوة ,1 تتأثر الشحنة الموجبة بالقوة المغناطيسية
إلى الأعلى حسب قاعدة فليمنج لليد اليمنى
تنحرف الشحنات تحت تأثير القوة المغناطيسية للأعلى فتتراكم الشحنات الموجبة على الجانب العلوي للشريحة

بينما تتراكم شحنات سالبة على الجانب السفلي للشريحة كما بالشكل
يتولد مجال كهربي نتيجة وجود شحنات موجبة على جانب وشحنات سالبة على الجانب الآخر تزداد شدة
المجال الكهربي كلما ازدادت الشحنات المتراكمة
ينشئ عن المجال الكهربي قوة كهربية في الأتجاه المعاكس للقوة المغناطيسية
عندما تصبح قيمة القوة الكهربية تساوي القوة المغناطيسية تسير الشحنات الباقية في خط مستقيم بدون
انحراف
يتم قياس فرق الجهد بين طرفي الشريحة بتوصيل النقطتين 88:6 بجلفانوميتر حساس لقياس فرق الجهد
والذي يعرف بفرق جهد هول :15
إذا كانت حاملات الشحنة سالبة فإن مؤشر الجلفانوميتر سينحرف في الاتجاه المعاكس وذلك لأن الشحنات
السالبة تتحرك في عكس اتجاه التيار وستنحرف إلى الأعلى والشحنات الموجبة تتراكم في الأسفل
كيف يمكن حساب قيمة فرق جهد هول؟
في حالة توازن القوة الكهربية مع القوة المغناطيسية تتحقق المعادلة التالية:
إذا كان عرض الشريحة (المسافة بين طرفي الشريحة) م ومن علاقة فرق الجهد والمجال الكهربي ينتج
من المعادلة السابقة نلاحظ أنه بقياس جهد هول في المختبر يمكن حساب سرعة الانجراف للشحنات إذا علمنا
عرض الشريح وشدة المجال المغناطيسي المستخدم

كيف يستخدم تأثير هول في ايجاد كثافة حاملات الشحنة؟
عدد حاملات الشحنة لكل وحدة حجوم يعرف بكثافة الشحنة ويمكن حسابه من العلاقة بين التيار الكهربي
وسرعة الانجراف 007044 -1 ولاحظنا من قياس جهد هول يمكن ايجاد سرعة الانجراف وبالتعويض في
حيث + مساحة مقطع الشريحة المستخدمة والتي يمر من خلالها التيار الكهربي 1 بالتعويض عن سرعة
الانجراف 90 في المعادلة * نحصل على
بول
حيث أن 4-10 و ؛ هو سمك الشريحة المستخدمة تكون صورة المعادلة هي
بقياس فرق جهد هول عمليا ومن ابعاد الشريحة والتيار المار بها يمكن باستخدام المعادلة السابقة حساب كثافة
1 لات ال نة
مصادر المجال المغناطيسي
عتم ولمسععمس عط آه 5001726

درسنا في المحاضرات السابقة تعريف المجال المغناطيسي وخصائصه وتأثيره على الشحنة المتحركة الذي
عليه بازدواج: ولم نتعرض إلى دراسة مصدر المجال المغناطيسي وكيفية حسابه وفي هذه المحاضرة سوف
ندرس قانونين من القوانين التي تتعامل مع هذه الاموضوع القانون الأول يدعى قانون بيوت سافارت 13102
‎1٠‏ 587276 والقانون الثاني هو قانون امبير 1,887 4110©17©'5 _ وهذين القانونين يناظران قانونين سبق
وان درست في الفيزياء العامة 2 وهما قانون كولوم وقانون جاوس لحساب المجال الكهربي-
قانون بيوت سافارت 1,31 )531731 31012[
بعد اكتشاف التأثير المغناطيسي عام 1819 بواسطة العلم اوستد 06750860 لسلك يمر به تيار كهربي ويؤثر
على ابرة مغناطيسية موضوعة بالجوار قام العالمين بيوت وسافارت بعدة تجارب لايجاد العلاقة بين التيار
المار في سلك والمجال المغناطيسي الناتج عنه عند اية نقطة في الفراغ وقد توصلو إلى الحقائق العملية
1 أن متجه المجال المغناطيسي 013 لعنصر صغير من السلك طوله 5ل عند نقطة 7 في الفراغ
تكون دائما عمودية على كلاً من العنصر 5ل ومتجه الإزاحة # الذي يتجه من عنصر السلك ول
إلى النقطة 7
© عكسيا مع مربع المسافة 013 يتناسب مقدار المجال المغناطيسي 2
طرديا مع مقدار التيار المار في السلك 013 يتناسب مقدار المجال المغناطيسي 3
هي الزاوية المحصورة حيث أن الزاوية 5108 طرديا مع 013 يتناسب مقدار المجال المغناطيسي 4
5ل والعنصر من السلك « بين متجه الازاحة
هذه النتائج العملية يمكن تلخيصها في قانون بيوت سافارت

(47/ ملحن سانا اا 10 - ما تمفاكصف غيل عط«
1126# ملا بورع قانون بيوت سافارت للمجال المغناطيسي
ع ج«4 النتاج عن عنصر صغير 5ل من سلك
لاحظ أن القانون السابق يعطي قيمة المجال المغناطيسي الناشئ عن عنصر صغير من السلك 5ل ولذلك يجب
اجراء عملية التكامل للحصول على قيمة المجال المغناطيسي الناتج من السلك كله
> ول أما! _ بر قانون بيوت سافارت للمجال المغناطيسي
5 47 الكلي الناتج عن سلك طوله /
قانون امبير 1217 101(6172'5/
قانون أمبير هو صياغة أخرى للعلاقة بين التيار والمجال المغناطيسي الناشئ عنه في صورته التكاملية
ويستخدم في حل المسائل التي تحتوي على درجة عالية من التماثل ويأخذ قانون امبير الصورة التالية:
قبل - 1344
وهذا يعني أن التكامل على مسار مغلق يحيط بالسلك الذي بمر له التيار يساوي قيمة التيار في ثابت السماحية

في الفراغ
القوة المعغناطيسية المتبادلة بين موصلين يمر بهما تيار كهربي
مغناطيسي قوة مغناطيسية تؤثر على سلك يمر به تيار ولهذا اذا وجد سلكين موصلين كما في الشكل المقابل
الناشئ عن التيار الثاني يؤثر بقوة مقدارها 182 فإن المجال المغناطيسي 12 و 11 ويمر بكل منهما تيار كهربي
:يمكن التعبير عن القوة التي يؤثر بها موصل على اخر كما في الخطوات التالية 11
:لنعتبر المجال المغناطيسي الناشئ ن السلك 2 والتي تعطى قيمته بالمعادلة التالية
كما في الشكل وبالتالي لإن « يقع السلك الثاني في المجال المغناطيسي للسلك الثاني والذي يبعد عنه مسافة
:والقوة لكل وحدة اطوال تعطى بالعلاقة التالي