ماهیت موجی نور: تفاوت بین نسخه‌ها
هانيه اميري (بحث | مشارکتها) جز (جایگزینی متن - 'ي' به 'ی') |
|||
| سطر ۱: | سطر ۱: | ||
| − | همه ما با الگوی موج كه با انداختن سنگی در | + | همه ما با الگوی موج كه با انداختن سنگی در یك بركه آرام آب ایجاد می شود، آشناییم. در این عمل [[انرژی]] حاصل از سقوط سنگ به آب منتقل می شود، در سطح آب تغیر شكل ایجاد می كند، و این تغییر شكل به صورت موج در تمام جهات به بیرون (كناره های بركه)منتشر می شود. مولكول های آب متناوباً و به نحو بسیار بارز و قابل پیشگویی، بالا و پایین می روند، به این ترتیب مقداری از [[انرژی]] سقوط سنگ به جسم كوچكی مانند یك قایق كوچك اسباب بازی كه در حاشیه ای از سطح آب قرار گرفته است می رسد، و سبب بالا و پایین رفتن آن می شود. این عمل نشان می دهد كه چگونه انرژی به وسیله امواج از نقطه ای به نقطه ی دیگر منتقل می شود. نور هم كمیتی است كه بر اثر نوسان (بالا و پایین رفتن) ذرات باردار ایجاد می شود، اما انتقال آن از نقطه ای به نقطه ی دیگر سبب بالا و پایین رفتن ذرات نمی شود. این امر بدیهی است، زیرا نور در خلأ هم سیر می كند كه در آنجا ذراتی وجود ندارد. |
| − | + | بنابراین، وقتی كه از ماهیت موجی نور سخن می گوییم، منظورمان توالی تغییرات مغناطیسی و الكتریكی و نمایش منحنی این تغییرات است كه به صورت نور جلوه می كند. | |
| − | + | شاید پدیده باردار شدن الكتریكی را در وقتی كه روی یك فرش راه می روید تجربه كرده باشید. جسم كوچكی را در نظر بگیرید كه باردار شده و در حال سكون است، [[فضا]]ی اطراف این جسم باردار ("منطقه نفوذ" آن) را می توان به صورت یك میدان تلقی كرد. هرگاه ذره (آزمون) بار دیگری به این میدان وارد شود، [[نیرو]]ی ثابتی بر آن وارد می آید. اگر بار ذره آزمون مانند بار ذرات ثابت باشد، مثلاً هر دو مثبت باشند، بر ذره آزمون نیروی، دافعه ( رانش) وارد می آید و اگر بار ذره آزمون مخالف (ناهمنام) بار ذره ثابت باشد، بر آن نیروی جاذبه (ربایشی) وارد خواهد آمد. حال اگر ذره اول، نوسان كند، ذره آزمون دستخوش یك میدان متغیر می شود و با به نوسان درآمدن به این تاثیر پاسخ می دهد. | |
| − | به | + | به این ترتیب قسمتی از انرژی ذره ای در حال نوسان به ذره دیگر منتقل می شود، بدون آن كه ماده ای مابین آن دو وجود داشته باشد. این مدل ناقصی است از سیر [[نور]] در فضای خالی. برای كامل شدن این مدل باید بدانیم كه وقتی یك میدان الكتریكی متغیر ایجاد می شود، یك [[میدان مغناطیسی]] متغیر به همراه دارد. این دو میدان همیشه لازم و ملزوم یكدیگرند. برای تجسم میدان مغناطیسی متغیر، یك میلة مغناطیسی را با یك دست بگیرید و یك قطب نما را به آن نزدیك كنید. در این حال میله مغناطیسی را به جلو و عقب بچرخانید. با این كار یك میدان مغناطیسی متغیر برقرار می شود كه حركت عقربه قطب نما آثار آن را معلوم می كند. در اینجا نیز می بینیم كه مقداری از انرژی مغناطیسی در حال نوسان به قطب نما منتقل می شود. حتی اگر ماده ای مابین آن دو وجود نداشته باشد. اكنون تصویر كامل تری از [[نور]] داریم، یعنی نور را به صورت یك آشفتگی الكترومغناطیسی تجسم می كنیم. این آشفتگی الكترومغناطیسی با یك بار در حال نوسان ایجاد می شود كه به طور همزمان یك میدان الكتریكی متغیر و یك میدان مغناطیسی متغیر به وجود می‌آورد. چون مؤلفة الكتریكی موج عامل همة آثار نوری است، و چون مؤلفة مغناطیسی همواره با میدان متغیر الكتریكی توأم است، از این پس ما فقط از مؤلفة الكتریكی سخن می گوییم. |
| − | در | + | در یك قایق چگونه می شود متوجه شد كه سنگی در آب افتاده است؟ از [[انرژی]] دریافتی كه آن را بالا و پایین می برد. ما چگونه می دانیم كه ستاره ای وجود دارد؟ با دریافت انرژی از ستاره و برهم كنشی كه با چشم ما دارد. این انرژی در قالب [[امواج الکترومغناطیسی]] از [[ستاره]] به چشم ما انقال می یابد. چشم ما سیگنالی به مغز می فرستد و ما می گوییم "ستاره را می بینیم." |
| − | بار | + | بار دیگر یادآور می شویم كه نور تنها بخش كوچكی از طیف الكترومغناطیس به شمار می آید، كه شامل تابش رادیویی، گرمایی ([[فروسرخ]])، [[فرابنفش]]، پرتوهای ایكس، و پرتوهای گاماست.عامل اختلاف این تابش ها چیست؟ این عامل طول موج آن هاست. می توانیم كه طول موج در میدان الكتریكی متغیر را به صورت فاصلة آشفتگی تلقی كنیم كه یك نوسان كامل، مثلاً قلة یك موج به قلة دیگر، طی می كند. همچنین یادآور می شویم كه همة انواع آشفتگی الكترومغناطیسی در فضای خالی با سرعت تقریباً 300000 كیلومتر بر ثانیه سیر می كنند؛ از این رو، اگر یك موج رادیویی در یك سیكل فاصله 1000 متر را طی میكند، سیكل و فاصله 300,000,000 متر را در یك ثانیه طی كند، تعداد سیكل های آن در هر ثانیه 300,000,000/1000 یعنی ثانیه/سیكل 300000 خواهد بود كه آن را بسامد (فركانس) آشفتگی موج می نامند. بنابراین، هر جا كه بحثی از طول موج به میان می آید، می توانید از تقسیم سرعت نور بر طول موج (البته، با واحد های یكسان) بسامد موج را محاسبه كنید. |
| − | طول موج | + | طول موج های سیگنال هایی را كه روی امواج رادیویی AM دریافت می كنیم، در گسترة 200 تا 500 متر قرار دارند، در حالی كه رادیو آماتور، نوعاً از طول موج های 2 تا 160 متر استفاده می كند. رادیو اخترشناسان به خصوص به امواج رادیویی ما بین 0.001 متر (1میلیمتر) و ا متر علاقه مندند.طول موج نورهای مرئی بسیار كوتاه و در گستره<sup>7- </sup>10×4 تا <sup>7-</sup>10×7 قرار دارد و طول موج تابش های فرابنفش، پرتوهای ایكس و گاما از این هم كوتاه ترند. [1] |
نسخهٔ ۱۰ فوریهٔ ۲۰۱۳، ساعت ۲۰:۰۹
همه ما با الگوی موج كه با انداختن سنگی در یك بركه آرام آب ایجاد می شود، آشناییم. در این عمل انرژی حاصل از سقوط سنگ به آب منتقل می شود، در سطح آب تغیر شكل ایجاد می كند، و این تغییر شكل به صورت موج در تمام جهات به بیرون (كناره های بركه)منتشر می شود. مولكول های آب متناوباً و به نحو بسیار بارز و قابل پیشگویی، بالا و پایین می روند، به این ترتیب مقداری از انرژی سقوط سنگ به جسم كوچكی مانند یك قایق كوچك اسباب بازی كه در حاشیه ای از سطح آب قرار گرفته است می رسد، و سبب بالا و پایین رفتن آن می شود. این عمل نشان می دهد كه چگونه انرژی به وسیله امواج از نقطه ای به نقطه ی دیگر منتقل می شود. نور هم كمیتی است كه بر اثر نوسان (بالا و پایین رفتن) ذرات باردار ایجاد می شود، اما انتقال آن از نقطه ای به نقطه ی دیگر سبب بالا و پایین رفتن ذرات نمی شود. این امر بدیهی است، زیرا نور در خلأ هم سیر می كند كه در آنجا ذراتی وجود ندارد.
بنابراین، وقتی كه از ماهیت موجی نور سخن می گوییم، منظورمان توالی تغییرات مغناطیسی و الكتریكی و نمایش منحنی این تغییرات است كه به صورت نور جلوه می كند.
شاید پدیده باردار شدن الكتریكی را در وقتی كه روی یك فرش راه می روید تجربه كرده باشید. جسم كوچكی را در نظر بگیرید كه باردار شده و در حال سكون است، فضای اطراف این جسم باردار ("منطقه نفوذ" آن) را می توان به صورت یك میدان تلقی كرد. هرگاه ذره (آزمون) بار دیگری به این میدان وارد شود، نیروی ثابتی بر آن وارد می آید. اگر بار ذره آزمون مانند بار ذرات ثابت باشد، مثلاً هر دو مثبت باشند، بر ذره آزمون نیروی، دافعه ( رانش) وارد می آید و اگر بار ذره آزمون مخالف (ناهمنام) بار ذره ثابت باشد، بر آن نیروی جاذبه (ربایشی) وارد خواهد آمد. حال اگر ذره اول، نوسان كند، ذره آزمون دستخوش یك میدان متغیر می شود و با به نوسان درآمدن به این تاثیر پاسخ می دهد.
به این ترتیب قسمتی از انرژی ذره ای در حال نوسان به ذره دیگر منتقل می شود، بدون آن كه ماده ای مابین آن دو وجود داشته باشد. این مدل ناقصی است از سیر نور در فضای خالی. برای كامل شدن این مدل باید بدانیم كه وقتی یك میدان الكتریكی متغیر ایجاد می شود، یك میدان مغناطیسی متغیر به همراه دارد. این دو میدان همیشه لازم و ملزوم یكدیگرند. برای تجسم میدان مغناطیسی متغیر، یك میلة مغناطیسی را با یك دست بگیرید و یك قطب نما را به آن نزدیك كنید. در این حال میله مغناطیسی را به جلو و عقب بچرخانید. با این كار یك میدان مغناطیسی متغیر برقرار می شود كه حركت عقربه قطب نما آثار آن را معلوم می كند. در اینجا نیز می بینیم كه مقداری از انرژی مغناطیسی در حال نوسان به قطب نما منتقل می شود. حتی اگر ماده ای مابین آن دو وجود نداشته باشد. اكنون تصویر كامل تری از نور داریم، یعنی نور را به صورت یك آشفتگی الكترومغناطیسی تجسم می كنیم. این آشفتگی الكترومغناطیسی با یك بار در حال نوسان ایجاد می شود كه به طور همزمان یك میدان الكتریكی متغیر و یك میدان مغناطیسی متغیر به وجود می‌آورد. چون مؤلفة الكتریكی موج عامل همة آثار نوری است، و چون مؤلفة مغناطیسی همواره با میدان متغیر الكتریكی توأم است، از این پس ما فقط از مؤلفة الكتریكی سخن می گوییم.
در یك قایق چگونه می شود متوجه شد كه سنگی در آب افتاده است؟ از انرژی دریافتی كه آن را بالا و پایین می برد. ما چگونه می دانیم كه ستاره ای وجود دارد؟ با دریافت انرژی از ستاره و برهم كنشی كه با چشم ما دارد. این انرژی در قالب امواج الکترومغناطیسی از ستاره به چشم ما انقال می یابد. چشم ما سیگنالی به مغز می فرستد و ما می گوییم "ستاره را می بینیم."
بار دیگر یادآور می شویم كه نور تنها بخش كوچكی از طیف الكترومغناطیس به شمار می آید، كه شامل تابش رادیویی، گرمایی (فروسرخ)، فرابنفش، پرتوهای ایكس، و پرتوهای گاماست.عامل اختلاف این تابش ها چیست؟ این عامل طول موج آن هاست. می توانیم كه طول موج در میدان الكتریكی متغیر را به صورت فاصلة آشفتگی تلقی كنیم كه یك نوسان كامل، مثلاً قلة یك موج به قلة دیگر، طی می كند. همچنین یادآور می شویم كه همة انواع آشفتگی الكترومغناطیسی در فضای خالی با سرعت تقریباً 300000 كیلومتر بر ثانیه سیر می كنند؛ از این رو، اگر یك موج رادیویی در یك سیكل فاصله 1000 متر را طی میكند، سیكل و فاصله 300,000,000 متر را در یك ثانیه طی كند، تعداد سیكل های آن در هر ثانیه 300,000,000/1000 یعنی ثانیه/سیكل 300000 خواهد بود كه آن را بسامد (فركانس) آشفتگی موج می نامند. بنابراین، هر جا كه بحثی از طول موج به میان می آید، می توانید از تقسیم سرعت نور بر طول موج (البته، با واحد های یكسان) بسامد موج را محاسبه كنید.
طول موج های سیگنال هایی را كه روی امواج رادیویی AM دریافت می كنیم، در گسترة 200 تا 500 متر قرار دارند، در حالی كه رادیو آماتور، نوعاً از طول موج های 2 تا 160 متر استفاده می كند. رادیو اخترشناسان به خصوص به امواج رادیویی ما بین 0.001 متر (1میلیمتر) و ا متر علاقه مندند.طول موج نورهای مرئی بسیار كوتاه و در گستره7- 10×4 تا 7-10×7 قرار دارد و طول موج تابش های فرابنفش، پرتوهای ایكس و گاما از این هم كوتاه ترند. [1]
منبع
1. کتاب نجوم دینامیکی
