ماهیت موجی نور: تفاوت بین نسخه‌ها
هانيه اميري (بحث | مشارکتها) |
|||
| سطر ۱: | سطر ۱: | ||
| − | همه ما با | + | همه ما با الگوي موج كه با انداختن سنگي در يك بركة آرام آب ايجاد مي شود، آشناييم. در اين عمل انرژي حاصل از سقوط سنگ به آب منتقل مي شود، در سطح آب تغير شكل ايجاد مي كند، و اين تغيير شكل به صورت موج در تمام جهات به بيرون (كناره هاي بركه)منتشر مي شود. مولكول هاي آب متناوباً و به نحو بسيار بارز و قابل پيشگويي، بالا و پايين مي روند، به اين ترتيب مقداري از انرژي سقوط سنگ به جسم كوچكي مانند يك قايق كوچك اسباب بازي كه در حاشيه اي از سطح آب قرار گرفته است مي رسد، و سبب بالا و پايين رفتن آن مي شود. اين عمل نشان مي دهد كه چگونه انرژي به وسيله امواج از نقطه اي به نقطه ي ديگر منتقل مي شود. نور هم كميتي است كه بر اثر نوسان (بالا و پايين رفتن) ذرات باردار ايجاد مي شود، اما انتقال آن از نقطه اي به نقطه ي ديگر سبب بالا و پايين رفتن ذرات نمي شود. اين امر بديهي است، زيرا نور در خلأ هم سير مي كند كه در آنجا ذراتي وجود ندارد. |
| − | + | بنابراين، وقتي كه از ماهيت موجي نور سخن مي گوييم، منظورمان توالي تغييرات مغناطيسي و الكتريكي و نمايش منحني اين تغييرات است كه به صورت نور جلوه مي كند. | |
| − | به | + | شايد پديدة باردار شدن الكتريكي را در وقتي كه روي يك فرش راه مي رويد تجربه كرده باشيد. جسم كوچكي را در نظر بگيريد كه باردار شده و در حال سكون است، فضاي اطراف اين جسم باردار ("منطقه نفوذ" آن) را مي توان به صورت يك ميدان تلقي كرد. هرگاه ذره (آزمون) بار ديگري به اين ميدان وارد شود، نيروي ثابتي بر آن وارد مي آيد. اگر بار ذره آزمون مانند بار ذرات ثابت باشد، مثلاً هر دو مثبت باشند، بر ذره آزمون نيروي، دافعه ( رانش) وارد مي آيد و اگر بار ذره آزمون مخالف (ناهمنام) بار ذره ثابت باشد، بر آن نيروي جاذبه (ربايشي) وارد خواهد آمد. حال اگر ذره اول، نوسان كند، ذره آزمون دستخوش يك ميدان متغير مي شود و با به نوسان درآمدن به اين تاثير پاسخ مي دهد. |
| − | در | + | |
| − | بار | + | به اين ترتيب قسمتي از انرژي ذره اي در حال نوسان به ذره ديگر منتقل مي شود، بدون آن كه ماده اي مابين آن دو وجود داشته باشد. اين مدل ناقصي است از سير نور در فضاي خالي. براي كامل شدن اين مدل بايد بدانيم كه وقتي يك ميدان الكتريكي متغير ايجاد مي شود، يك ميدان مغناطيسي متغير به همراه دارد. اين دو ميدان هميشه لازم و ملزوم يكديگرند. براي تجسم ميدان مغناطيسي متغير، يك ميلة مغناطيسي را با يك دست بگيريد و يك قطبنما را به آن نزديك كنيد. در اين حال ميلة مغناطيسي را به جلو و عقب بچرخانيد. با اين كار يك ميدان مغناطيسي متغير برقرار مي شود كه حركت عقربه قطبنما آثار آن را معلوم مي كند. در اينجا نيز مي بينيم كه مقداري از انرژي مغناطيسي در حال نوسان به قطبنما منتقل مي شود. حتي اگر ماده اي مابين آن دو وجود نداشته باشد. اكنون تصوير كامل تري از نور داريم، يعني نور را به صورت يك آشفتگي الكترومغناطيسي تجسم مي كنيم. اين آشفتگي الكترومغناطيسي با يك بار در حال نوسان ايجاد مي شود كه به طور همزمان يك ميدان الكتريكي متغير و يك ميدان مغناطيسي متغير به وجود مي‌آورد. چون مؤلفة الكتريكي موج عامل همة آثار نوري است، و چون مؤلفة مغناطيسي همواره با ميدان متغير الكتريكي توأم است، از اين پس ما فقط از مؤلفة الكتريكي سخن مي گوييم. |
| − | طول موج | + | |
| + | در يك قايق چگونه مي شود متوجه شد كه سنگي در آب افتاده است؟ از انرژي دريافتي كه آن را بالا و پايين مي برد. ما چگونه مي دانيم كه ستاره اي وجود دارد؟ با دريافت انرژي از ستاره و برهم كنشي كه با چشم ما دارد. اين انرژي در قالب امواج الكترومغاطيسي از ستاره به چشم ما انقال مي يابد. چشم ما سيگنالي به مغز مي فرستد و ما مي گوييم "ستاره را مي بينيم." | ||
| + | |||
| + | بار ديگر يادآور مي شويم كه نور تنها بخش كوچكي از طيف الكترومغناطيس به شمار مي آيد، كه شامل تابش راديويي، گرمايي (فروسرخ)، فرابنفش، پرتوهاي ايكس، و پرتوهاي گاماست.عامل اختلاف اين تابش ها چيست؟ اين عامل طول موج آن هاست. مي توانيم كه طول موج در ميدان الكتريكي متغير را به صورت فاصلة آشفتگي تلقي كنيم كه يك نوسان كامل، مثلاً قلة يك موج به قلة ديگر، طي مي كند. همچنين يادآور مي شويم كه همة انواع آشفتگي الكترومغناطيسي در فضاي خالي با سرعت تقريباً 300000 كيلومتر بر ثانيه سير مي كنند؛ از اين رو، اگر يك موج راديويي در يك سيكل فاصله 1000 متر را طي ميكند، سيكل و فاصله 300,000,000 متر را در يك ثانيه طي كند، تعداد سيكل هاي آن در هر ثانيه 300,000,000/1000 يعني ثانيه/سيكل 300000 خواهد بود كه آن را بسامد (فركانس) آشفتگي موج مي نامند. بنابراين، هر جا كه بحثي از طول موج به ميان مي آيد، مي توانيد از تقسيم سرعت نور بر طول موج (البته، با واحد هاي يكسان) بسامد موج را محاسبه كنيد. | ||
| + | |||
| + | طول موج هاي سيگنال هايي را كه روي امواج راديويي AM دريافت مي كنيم، در گسترة 200 تا 500 متر قرار دارند، در حالي كه راديو آماتور، نوعاً از طول موج هاي 2 تا 160 متر استفاده مي كند. راديو اخترشناسان به خصوص به امواج راديويي ما بين 0.001 متر (1ميليمتر) و ا متر علاقه مندند.طول موج نورهاي مرئي بسيار كوتاه و در گستره 10-7×4 تا 10-7×7 قرار دارد و طول موج تابش هاي فرابنفش، پرتوهاي ايكس و گاما از اين هم كوتاه ترند. [1] | ||
نسخهٔ ۲۸ ژانویهٔ ۲۰۱۳، ساعت ۱۷:۰۷
همه ما با الگوي موج كه با انداختن سنگي در يك بركة آرام آب ايجاد مي شود، آشناييم. در اين عمل انرژي حاصل از سقوط سنگ به آب منتقل مي شود، در سطح آب تغير شكل ايجاد مي كند، و اين تغيير شكل به صورت موج در تمام جهات به بيرون (كناره هاي بركه)منتشر مي شود. مولكول هاي آب متناوباً و به نحو بسيار بارز و قابل پيشگويي، بالا و پايين مي روند، به اين ترتيب مقداري از انرژي سقوط سنگ به جسم كوچكي مانند يك قايق كوچك اسباب بازي كه در حاشيه اي از سطح آب قرار گرفته است مي رسد، و سبب بالا و پايين رفتن آن مي شود. اين عمل نشان مي دهد كه چگونه انرژي به وسيله امواج از نقطه اي به نقطه ي ديگر منتقل مي شود. نور هم كميتي است كه بر اثر نوسان (بالا و پايين رفتن) ذرات باردار ايجاد مي شود، اما انتقال آن از نقطه اي به نقطه ي ديگر سبب بالا و پايين رفتن ذرات نمي شود. اين امر بديهي است، زيرا نور در خلأ هم سير مي كند كه در آنجا ذراتي وجود ندارد.
بنابراين، وقتي كه از ماهيت موجي نور سخن مي گوييم، منظورمان توالي تغييرات مغناطيسي و الكتريكي و نمايش منحني اين تغييرات است كه به صورت نور جلوه مي كند.
شايد پديدة باردار شدن الكتريكي را در وقتي كه روي يك فرش راه مي رويد تجربه كرده باشيد. جسم كوچكي را در نظر بگيريد كه باردار شده و در حال سكون است، فضاي اطراف اين جسم باردار ("منطقه نفوذ" آن) را مي توان به صورت يك ميدان تلقي كرد. هرگاه ذره (آزمون) بار ديگري به اين ميدان وارد شود، نيروي ثابتي بر آن وارد مي آيد. اگر بار ذره آزمون مانند بار ذرات ثابت باشد، مثلاً هر دو مثبت باشند، بر ذره آزمون نيروي، دافعه ( رانش) وارد مي آيد و اگر بار ذره آزمون مخالف (ناهمنام) بار ذره ثابت باشد، بر آن نيروي جاذبه (ربايشي) وارد خواهد آمد. حال اگر ذره اول، نوسان كند، ذره آزمون دستخوش يك ميدان متغير مي شود و با به نوسان درآمدن به اين تاثير پاسخ مي دهد.
به اين ترتيب قسمتي از انرژي ذره اي در حال نوسان به ذره ديگر منتقل مي شود، بدون آن كه ماده اي مابين آن دو وجود داشته باشد. اين مدل ناقصي است از سير نور در فضاي خالي. براي كامل شدن اين مدل بايد بدانيم كه وقتي يك ميدان الكتريكي متغير ايجاد مي شود، يك ميدان مغناطيسي متغير به همراه دارد. اين دو ميدان هميشه لازم و ملزوم يكديگرند. براي تجسم ميدان مغناطيسي متغير، يك ميلة مغناطيسي را با يك دست بگيريد و يك قطبنما را به آن نزديك كنيد. در اين حال ميلة مغناطيسي را به جلو و عقب بچرخانيد. با اين كار يك ميدان مغناطيسي متغير برقرار مي شود كه حركت عقربه قطبنما آثار آن را معلوم مي كند. در اينجا نيز مي بينيم كه مقداري از انرژي مغناطيسي در حال نوسان به قطبنما منتقل مي شود. حتي اگر ماده اي مابين آن دو وجود نداشته باشد. اكنون تصوير كامل تري از نور داريم، يعني نور را به صورت يك آشفتگي الكترومغناطيسي تجسم مي كنيم. اين آشفتگي الكترومغناطيسي با يك بار در حال نوسان ايجاد مي شود كه به طور همزمان يك ميدان الكتريكي متغير و يك ميدان مغناطيسي متغير به وجود مي‌آورد. چون مؤلفة الكتريكي موج عامل همة آثار نوري است، و چون مؤلفة مغناطيسي همواره با ميدان متغير الكتريكي توأم است، از اين پس ما فقط از مؤلفة الكتريكي سخن مي گوييم.
در يك قايق چگونه مي شود متوجه شد كه سنگي در آب افتاده است؟ از انرژي دريافتي كه آن را بالا و پايين مي برد. ما چگونه مي دانيم كه ستاره اي وجود دارد؟ با دريافت انرژي از ستاره و برهم كنشي كه با چشم ما دارد. اين انرژي در قالب امواج الكترومغاطيسي از ستاره به چشم ما انقال مي يابد. چشم ما سيگنالي به مغز مي فرستد و ما مي گوييم "ستاره را مي بينيم."
بار ديگر يادآور مي شويم كه نور تنها بخش كوچكي از طيف الكترومغناطيس به شمار مي آيد، كه شامل تابش راديويي، گرمايي (فروسرخ)، فرابنفش، پرتوهاي ايكس، و پرتوهاي گاماست.عامل اختلاف اين تابش ها چيست؟ اين عامل طول موج آن هاست. مي توانيم كه طول موج در ميدان الكتريكي متغير را به صورت فاصلة آشفتگي تلقي كنيم كه يك نوسان كامل، مثلاً قلة يك موج به قلة ديگر، طي مي كند. همچنين يادآور مي شويم كه همة انواع آشفتگي الكترومغناطيسي در فضاي خالي با سرعت تقريباً 300000 كيلومتر بر ثانيه سير مي كنند؛ از اين رو، اگر يك موج راديويي در يك سيكل فاصله 1000 متر را طي ميكند، سيكل و فاصله 300,000,000 متر را در يك ثانيه طي كند، تعداد سيكل هاي آن در هر ثانيه 300,000,000/1000 يعني ثانيه/سيكل 300000 خواهد بود كه آن را بسامد (فركانس) آشفتگي موج مي نامند. بنابراين، هر جا كه بحثي از طول موج به ميان مي آيد، مي توانيد از تقسيم سرعت نور بر طول موج (البته، با واحد هاي يكسان) بسامد موج را محاسبه كنيد.
طول موج هاي سيگنال هايي را كه روي امواج راديويي AM دريافت مي كنيم، در گسترة 200 تا 500 متر قرار دارند، در حالي كه راديو آماتور، نوعاً از طول موج هاي 2 تا 160 متر استفاده مي كند. راديو اخترشناسان به خصوص به امواج راديويي ما بين 0.001 متر (1ميليمتر) و ا متر علاقه مندند.طول موج نورهاي مرئي بسيار كوتاه و در گستره 10-7×4 تا 10-7×7 قرار دارد و طول موج تابش هاي فرابنفش، پرتوهاي ايكس و گاما از اين هم كوتاه ترند. [1]
