بشنویدپادکست آستروپدیا را بشنوید یا برای بعد دانلود کنید

طیف الکترومغناطیس: آناتومی یک موج الکترومغناطیسی

انرژی, معیاری از توانایی انجام کار است که به اشکال مختلفی حاصل می شود و می تواند از یک نوع به نوع دیگر تبدیل شود. نمونه هایی از انرژی ذخیره شده یا انرژی بالقوه شامل باتری و آب در پشت سد هستند. اشیاء در حال حرکت نمونه هایی دیگری از انرژی جنبشی هستند. ذرات شارژ شده مانند الکترون و پروتون هنگام حرکت, می توانند میدانهای الکترومغناطیسی ایجاد کنند و این زمینه ها نوعی از انرژی موسوم به تشعشع الکترومغناطیسی یا نور را انتقال می دهند.

امواج الکترومغناطیسی و مکانیکی چیست؟

امواج مکانیکی و امواج الکترومغناطیسی دو راه مهم برای انتقال انرژی در دنیای اطراف ما هستند. امواج موجود در آب و امواج صوتی در هوا دو نمونه از امواج مکانیکی هستند. امواج مکانیکی در اثر ایجاد اختلال یا لرزش در مواد, جامد, گاز, مایع یا پلاسما ایجاد می شوند و ماده ای که امواج از آن عبور می کنند رسانه نامیده می شود. امواج آب توسط ارتعاشات ایجاد شده در یک مایع تشکیل می شوند و امواج صوتی توسط ارتعاشات در یک گاز (هوا) به وجود می آیند. این امواج مکانیکی باعث پیوند ملکول ها به یکدیگر می شوند, مانند سقوط دومینوها که انرژی را از یک به دیگری منتقل می کنند. اما امواج صوتی نمی توانند در خلاء فضا حرکت کنند زیرا هیچ وسیله ای برای انتقال این امواج مکانیکی وجود ندارد.

امواج کلاسیک انرژی را بدون انتقال ماده از طریق محیط انتقال می دهند. امواج موجود در حوضچه آب, مولکول های آب را از جایی به دیگری حمل نمی کنند بلکه انرژی موج از طریق آب عبور می کند و مولکول های آب را در جای خود قرار می دهد, دقیقاً مانند حشره ای که در بالای موجهای آب نشسته.
هنگامی که یک بادکنک به موی سر مالیده می شود, بار الکتریکی ایستایی ایجاد می شود تا موهای فرد همدیگر را دفع کنند.
موجهای الکترومغناطیسی

الکتریسیته می تواند ایستا باشد, مانند انرژی ای که موهای شما را به حالت ایستاده می رساند. مغناطیسم نیز می تواند ایستا باشد, مانند مگنتی که روی درب یخچال قرار دارد. به علاوه یک میدان مغناطیسی در حال تغییر باعث ایجاد یک میدان الکتریکی در حال تغییر خواهد شد و برعکس و این دو به هم مرتبط هستند. این زمینه های در حال تغییر, امواج الکترومغناطیسی را تشکیل می دهند. امواج الکترومغناطیسی با امواج مکانیکی تفاوت دارند زیرا برای انتشار نیازی به رسانه ندارند. این بدان معنی است که امواج الکترومغناطیسی می توانند نه تنها از طریق هوا و مواد جامد, بلکه از طریق خلاء فضا هم حرکت کنند.

در دهه 1860 و 1870, دانشمند اسکاتلندی به نام جیمز کلرک ماکسول یک تئوری علمی برای توضیح امواج الکترومغناطیسی تهیه کرد. او متوجه شد كه ميادين الكتريكي و ميدان هاي مغناطيسي مي توانند براي تشكيل امواج الكترومغناطيسي به هم وصل شوند. وی این رابطه بین الکتریسیته و مغناطیسم را در آنچه که اکنون به عنوان “معادلات ماکسول” یاد می شود, خلاصه کرد.

بعدها هاینریش هرتز, فیزیکدان آلمانی, نظریه های ماکسول را برای تولید و پذیرش امواج رادیویی به کار برد. پس از آن واحد فرکانس یک موج رادیویی – یک چرخه در ثانیه – به افتخار هاینریش هرتز به نام هرتز نامگذاری شد.

آزمایش او با امواج رادیویی دو مشکل را حل کرد. اول اینکه او توانست بر پایه تئوری های ماکسول نشان دهد که سرعت موجهای رادیویی با سرعت نور برابر است که یعنی امواج رادیویی نوعی نور هستند و دوم اینکه هرتز فهمید که چگونه می توان میدانهای الکتریکی و مغناطیسی را از سیم جدا کند و مانند امواج ماکسول, امواج الکترومغناطیسی آزاد بسازد.

موجها یا ذرات؟ بله!

نور از بسته های گسسته انرژی به نام فوتون ساخته شده است. فوتون ها حامل انرژی هستند, جرم ندارند و با سرعت نور حرکت می کنند. نور تماما دارای خواص ذره ای و موج مانند است. برای این منظور ابزارهایی با حساسیت بالا به نور طراحی شده که هر کدام از این خصوصیات را نشان می دهد. ابزاری که نور را برای تجزیه و تحلیل به طیف های مختلف پراکنده می کند نمونه ای از مشاهده خاصیت موج مانند نور است. در طرف مقابل ماهیت ذره ای نور توسط حسگرهای مورد استفاده در دوربین های دیجیتالی مشاهده می شود. این وسایل با استفاده از فوتون های دریافتی الکترونهایی را برای کشف و ذخیره داده های تصویری آزاد می کنند.

قطبش

یکی از خصوصیات فیزیکی نور این است که می تواند قطبی شود. قطبش روشی برای اندازه گیری میزان تراز میدان الکترومغناطیسی است. در شکل بال, میدان الکتریکی (به رنگ قرمز) به صورت عمودی قطبی شده است.
برای مثال به پرتاب یک بشقاب به سمت حصار خانه فکر کنید که در یک جهت از آن عبور خواهد کرد و در جهت دیگر باز می گردد. این نشان می دهد که چگونه عینک آفتابی با جذب بخش قطبی نور می تواند تابش خیره کننده خورشید را از بین ببرد.

شرح انرژی الکتریکی

اصطلاحات نور, امواج الکترومغناطیسی و تابش ها همه به یک پدیده فیزیکی یکسان اشاره دارند: انرژی الکترومغناطیسی. این انرژی را می توان با فرکانس, طول موج یا انرژی توصیف کرد اما هر سه به لحاظ ریاضی به هم مرتبط هستند به طوری که اگر یکی را بشناسید می توانید دو مورد دیگر را هم محاسبه کنید. رادیو و مایکروویو معمولاً با فرکانس (هرتز), نور مادون قرمز و مرئی با طول موج (متر) و پرتوهای ایکس و گاما با انرژی (الکترون ولت) توصیف می شوند. این یک کنوانسیون علمی است که امکان استفاده راحت را از واحدهای عددی که نه خیلی بزرگ هستند و نه خیلی کوچک میسر می سازد.

فرکانس

تعداد برآمدگی هایی که در یک ثانیه از یک نقطه معین عبور می کنند به عنوان فرکانس موج توصیف می شود. یک موج یا چرخه در هر ثانیه پس از هاینریش هرتز که وجود امواج رادیویی را اثبات کرد, هرتز (هرتز) نامیده می شود. فرکانس موجی که با دو چرخه در یک ثانیه از یک نقطه عبور می کنند 2 هرتز است.

طول موج

امواج الکترومغناطیس دارای هلال ها و فرورفتگی هایی مشابه موج های اقیانوس هستند. فاصله بین هلال ها طول موج است. کوتاهترین طول موج فقط کسری از اندازه اتم هستند, در حالی که طولانی ترین طول موجهایی که دانشمندان در حال حاضر مطالعه می کنند می توانند از قطر سیاره ما بزرگتر باشند!

انرژی

موج الکترومغناطیس همچنین می تواند از نظر انرژی و در یک واحد اندازه گیری به نام الکترون ولت (eV) توصیف شود. الکترون ولت مقدار انرژی جنبشی مورد نیاز برای انتقال یک الکترون از طریق پتانسیل یک ولت است. همچنین حرکت در طول طیف از طول موج بلند تا کوتاه, با افزایش انرژی همراه است.

منبع: nasa.gov

افزودن دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *