همه چیز درباره ی نور

همه چیز درباره ی نور

هرجایی که هستید نگاهی به اطراف خودتان بیندازید .همه ی چیزهایی که میبینید اطلاعاتی هستند که با نور به شما نشان داده میشوند.

تصور کنید اگر نور وجود نداشت، هیچ چیز را نمیتوانستید ببینید !!! بدتر از آن هیچ حیات و موجودی هم روی زمین وجود نداشت.

نور چیست و چگونه بوجود می آید؟

چند نظریه راجع به چگونگی تشکیل نور وجود دارد که باهم ببینیم:

 نظریه ی نیوتن:

نیوتن نور را به صورت یک خط تصور میکرد که اتفاقا انعکاس هم داشت و معتقد بود، که نور از ذره های  کوچزکی تشکیل شده و از یک منبع نور میتابد .با اثبات این نظریه مسائل مربوط به عدسی و آینه قابل حل میباشد.

نظریه ی هویگنس:

هویگنس هم معتقد بود ، که نور به صورت موج است که با آن میتوانیم به نوع تجزیه رنگ و طول موج پی ببریم.

نظریه پلانک:

نور را تشکیل شده ،از بسته‌های ریزی به نام فوتون فرض میکرد .

هر منبع و جسمی شرایط مولکولی دارد و هر مولکول هم انرژی دارد ، انرژی هم حرارت را شکل میدهد و حرارت تشعشع را به وجود می آورد در نتیجه مجموع انرژی و حرارت و تشعشع در اصل فرکانس را شکل میدهند ،از آنجا که هر مولکول هم الکترون دارد، حرکت الکترون هایی که بار الکتریکی دارند در حرکت چرخشی در لایه ها به دور اتم ایجاد کننده انرژی و میدان الکتریکی است و وقتی که حرکت میکنند انرژی را به صورت چرخشی حرکتی در می آورند .

نور خودش یک تابش الکترومغناطیسی است که طول هر موجش بین ۳۸۰ تا۷۵۰ نانومتر میباشد و راحت با چشم دیده میشود .حالا سوالی که برایمان پیش می آید این است ک ببینیم اصلا :

نور از چه چیزی تشکیل شده است ؟

بیایید تا باهم راجع به آن بدانیم:

نور حالت نامرئی هم دارد مثل مادون قرمز ،فرابنفش ، اشعه ایکس،امواج رادیوویی و غیره.

طیف الکترومغناطیسی خیلی گسترده است ،نور مرئی با بخش نور نامرئی تفاوت چندانی ندارد تنها تفاوتش این است که نور مرئی را با چشم میتوانیم ببینیم ولی نور نامرئی را خیر !

این نور مرئی که میتوانیم ببینیم یک بخش خیلی کوچکی از این طیف الکترومغناطیسی است .

موج کمتر از حدود۴۰۰  نانومتر فرابنفش نامیده میشود و بیشتر از۷۰۰ نانومتر مادون قرمز است که متاسفانه یا خوشبختانه قابل دیدن نمیباشد.

نو رخورشید از جو زمین که رد میشود کاهش محسوسی دارد، این امر باعث میشود که  همه ی تابش هایی که طول موج آنها کمتر از ۲۹۰ نانومتراست، قبل اینکه به زمین برسند فیلترشوند .

قبل اینکه راجع به نور بگوییم ، این را بدانید که فوتون ها هم بسته های کوچکی هستند که در نور پیدا میشوند.

حالا میخواهیم راجع به چگونگی تشکیل نور صحبت کنیم:

ماهیت نور این است که یک پرتوی الکترومغناطیسیه است که از فوتون تشکیل شده  ، وقتی به اجسام میتابد باعث میشود که هرچیزی که اطرافمان هست راببینیم.

وقتی که فوتون ها جریان دارند، موجی که تولید میکنند که با سرعت نور تولید شده برابر است. فوتون کوچکترین واحد اندازه گیری انرژی میباشد که میتواند جابجا شود و هم به صورت ذره است ، هم به صورت موج میتواند باشد ،که این کاربردها علاوه بر روشنایی، در زمینه ی اپتیک و فوتونیک هم استفاده میشود.

چیزی که باعث تفاوت موج های الکترومغناطیسی میشوند ،طول موج است.سطح انرژی فوتون ها  با توجه به طول موجشان با حرف یونانی لامبدا  λ نشون داده میشود.

انرژی فوتون با فرکانس فوتون نسبت مستقیم دارد،ولی با طول موج نسبت معکوس دارد.فرکانس هم با تعداد سیکل یا همون طول موج ،در هر ثانیه اندازه گیری میشود.

نور با مقدار شدت اندازه گیری میشود ،همچنین هرچی تعداد فوتون بیشتر باشد دامنه ی موج بیشتر میشود .شکل زیر فوتون هایی را نشا ن میدهد که باطول موج (λ) ،فرکانس و انرژی یکسان دارند ولی شدت آنها متفاوت است. دامنه یک مشخصه کمی نور است ، درحالیکه طول موج  ماهیت نوررا، به صورت کیفی مشخص میکند .

طول موج های مختلف کجاها کاربرد دارند؟

گیاهان کدام طیف موج را نیاز دارند؟

کدام موج ها برای انسان مفید و کدام موج ها مضر هستند؟

امواج طیف الکترومغناطیس بسته به انرژی موج، و مضر بودن یا مضر نبودنشان برای سلامتی انسان، به دو دسته ی بزرگ تقسیم میشوند:

تابش یونیزان(Ionizing radiation) و تابش غیریونیزانIonizing radiation )  ( Non

تابش‌های یونیزان (اشعه ماوراء بنفش، اشعه ایکس و پرتو گاما) انرژی کافی دریک فوتون برای جدا کردن الکترون‌ها‌ از اتم‌ها یا شکستن پیوندهای شیمیاییرا دارد. به همین خاطر که اشعه ایکس از نوع موج پالسی استفاده میشود یعنی بصورت کوتاه مدت مورد استفاده قرار می‌گیرد، همچنین وقتی که میخواهند در مطب دندانپزشکی تصویربرداری کنند از جلیقه‌ی مخصوص استفاده میکنند یا توصیه می‌شود که وقتی در معرض تابش نور خورشید هستیم از کرم‌های ضد آفتاب استفاده کنیم، چون انتهای طیف نور مرئی اشعه مافوق بنفش وجود دارد که جزو تابش‌های یونیزانه و بافت‌های زنده رو تخریب می‌کند.

کدام موج باعث برنزه شدن پوست میشود؟

همچنین برای برنزه کردن باید از پایین ترین طیف نورUV  که رنج  بین ۱۰۰تا۴۰۰  استفاده کنیم ، که قبل از ساعت ۱۰ صبح و بعد از ساعت ۴ بعد از ظهر است.

تابش غیریونیزان هم شامل  اکثر طیف نوری است که ما در معرضش  قرار میگیریم : نور لامپ‌ها‌، نور مادون قرمز اجاق، امواج وای‌فای، تلفن‌ها‌ی همراه و امواج رادیویی پایین طیف الکترومغناطیس هستند. دوزهای کوچکی از تابش‌ غیریونیزان برای سلامتی بافت‌های زنده مضر نیستند، چون یک فوتون، انرژی کافی برای یونیزه کردن اتم‌ها‌ یا تجزیه‌ی مولکول‌ها‌ را ندارد.

اولین تولید کننده ی نور مصنوعی که  بود؟

سابقه سیستم نور مصنوعی به اواسط قرن ۱۹ میرسد . در ۱۸۵۴ هاینریش گوبل نخستین لامپ برق را اختراع کرد که حدود چهارصد ساعت نور می‌داد، ولی از بخت بد آن را ثبت نکرد. بعد ازایشا ن جیمز وودوارد، ویلیام سایر، متیو ایوانز (۱۸۷۵) و جوزف سوان (۱۸۷۸) مدل‌های دیگر چراغ الکتریکی و نور مصنوعی را اختراع کردند.

قبل از ادیسون ، والیس صنعتگر آمریکایی یک نوع چراغ برق را روانه بازارکرده بود که یک نمونه ازآن دست ادیسون رسید(۱۸۷۸).

دستگاه والیس از یک چارچوبی با یک حباب و دوتا میله فلزی متحرک، که به هر کدام یک تکه زغالی وصل بود تشکیل می‌شد. وقتی جریان برق از میله ها عبور میکرد، باعث میشد که دو قطعه زغال بسوزد و بین  آنها قوس الکتریکی بوجود بیاید که رنگش هم آبی است. متاسفانه بازده این چراغ کم بود ، مصرف برقش بالا و عمر زغالش هم کم بود.ادیسون این چراغ را اصلاح کرد که مدت طولانی روشن باشد .

همانطور که میدانید نور به دو دسته ی طبیعی و مصنوعی تقسیم میشود، منظور از نور طبیعی خورشید و منظور از نور مصنوعی لامپ است.

نوری که از خورشید تولید میشود ، چند ثانیه بعد به ما میرسد؟

نور طبیعی که همون نورخورشیداست وقتی به زمین میرسد در واقع ۸ دقیقه و ۲۰ ثانیه  قبل از خورشید تابیده و ما وقتی به خورشید هم نگاه میکنیم همان ۸ دقیقه قبل خورشید را میبینیم .

نور از کی بوجود آمد؟

زمان ِ اولین تابش پرتو نور در جهان ، بین ۲۴۰ الی ۳۰۰ هزار سال بعد از بیگ بنگ بود که عصر نو ترکیبی گفته میشود. از آنجایی که جهان از ۱۳.۸ میلیارد سال پیش تا الان در حال گسترش بوده است، الکترون های اولیه که از طیف فرابنفش و نور مرئی به سمت ریزموج ها تا مادون قرمز کشیده میشود هم وجود داشته است !

نوری که از ماه به ما میرسد چند ثانیه قبل از خورشید تولید شده است؟

نور ماه هم که نوعی نور طبیعی است در واقع از همون خورشید میباشد که از سطح ماه بازتاب میشود در واقع ماه،  نور خورشید رو منعکس میکند .نور بازتاب شده از ماه هم نور قرمزاست، با چشم دیده نمیشود و در رنگهای دیگر نور ماه محو میشود و باعث میشود نور ماه سفید نقره ای بنظر برسد.

زمانی که طول میکشد نور خورشید از سطح ماه بازتاب بشود فقط ۱ ثانیه است.

حالا بیایید بررسی کنیم و ببینیم که سرعت نور چقدراست ؟

سرعت نوردر حالت خلا دقیقا  ۲۹۹٬۷۹۲٬۴۵۸ متر بر ثانیه ثبت شده ولی در حالت کلی ۳۰۰٬۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه محاسبه میکنند که تقریباً برابر با ۱۸۶٬۲۸۲ مایل بر ثانیه است .

شکست نور چیست و ضریب شکست در محیط های مختف به چه صورت است؟

شکست نور(انکسار)

پرتو نور، پرتو نازکی است که در یک خط مستقیم حرکت می کند. انکسار پدیده ای است که وقتی نور از یک محیط به محیط دیگر، مثلا از طریق هوا به آب، حرکت می کند و باعث تغییر سرعت پرتو  می شود . انکسار رو می توانیم از طریق قطره های آب مشاهده کنیم ، یا در نوری که از یک لیوان آب عبور می کند . ضریب شکست در محیط های مختلف متفاوت است مثلا شیشه حدود ۵/۱ تخمین زده شده و با n  نمایش داده میشود.

خاصیت فیزیکی محیط که به آن  انکسار میگوییم مربوط به این تغییرات است و در طراحی عدسی ها و منشورها استفاده می شود .

انعکاس

انعکاس زمانی است که یک پرتو نور به سطحی برخورد می کند ، به عقب برمیگردد و یا منعکس می شود که باعث میشود که چشم ما آن جسم را به خوبی ببیند.

نور پخش (مثل لامپ)و نور خطی(مثل لیزر) چه تفاوت هایی باهم دارند؟

فرق نوری که پخش میشود مثل نور لامپ و نور خطی مثل لیزر در سه عامل مشخص میشود :

• رنگ
• هم فاز بودن طول موج
• شیوه ی انتشار یا پخش شدن

رنگ

نور سفید ترکیبی از چند تا رنگ است که وقتی تجزیه میشود به رنگهای مختلفی تبدیل میشود ،همچنین طول موج متفاوتی هم دارد.

اما نور لیزر از یک رنگ تشکیل میشود و طول موج یکسانی دارد. رنگ نور لیزر بستگی به رنگ ماده ای دارد که  در ساخت لیزر به کار برده میشود مثلا رنگ نور لیزری که از یاقوت برای ساخت آن استفاده میشود قرمز است.

هم فاز بودن طول موج

دلیل پخش نور معمولی یکسان نبودن طول موج و هم فاز نبودن آن است و همچنین نور لیزر که خطی است به دلیل همسان بودن و هم فاز بودن طول موج های آن است ، به همین دلیل نور لیزر برد بسیار بلندی دارد و مسافت زیادی رو طی میکند .

شیوه ی انتشار

موجهای نور معمولی وقتی که از منبع نور تولید میشود کم کم از هم فاصله میگیرد و همین باعث میشود که نور منتشر یا به اصطلاح پخش شود ولی امواج نور خطی پخش یا منتشر نمیشود .

نور برای زندگی در این سیاره ضروری است و در نتیجه به انسان و بقیه موجودات به طور یکسان تأثیر میگزارد. به طور قابل‌توجهی، اثرات فیزیکی مهمی از طریق تعامل نور با پوست و چشم‌های ما وجود دارد که منجر به احساس گرم (نور قرمز) و سرد (نور آبی) و همچنین عوارض جانبی از طریق تطبیق ما با تغییرات دوره‌ای هر یک میشود .روز و با فصلی که به تنظیم چرخه فعالیت یا استراحت کمک می کند!

منابع:

https://www.britannica.com/science/light

https://andor.oxinst.com/learning/view/article/what-is-light

https://ec.europa.eu/health/scientific_committees/opinions_layman/en/energy-saving-lamps/l-3/1-light-electromagnetic-spectrum.htm