نور : تعریف واقعی نور چیست؟

نور : تعریف واقعی نور چیست؟

تعریف دقیقی برای نور وجود ندارد، جسم شناخته شده یا مدل مشخص که شبیه آن باشد وجود ندارد. ولی لازم نیست فهم هر چیز بر شباهت مبتنی باشد. نظریه الکترومغناطیسی و نظریه کوانتومی با هم ایجاد یک نظریه نامتناقض و بدون ابهام می‌کنند که تمام پدیده‌های نوری را توجیه می‌‌کنند. نظریه ماکسول درباره انتشار نور و بحث می‌‌کند در حالیکه نظریه کوانتومی بر هم کنش نور و ماده یا جذب و نشر آن را شرح می‌‌دهد ازآمیختن این دو نظریه ،نظریه جامعی که کوانتوم الکترو دینامیک نام دارد،شکل می‌‌گیرد. چون نظریه‌های الکترو مغناطیسی و کوانتومی علاوه بر پدیده‌های مربوط به تابش بسیاری از پدیده‌های دیگر را نیز تشریح می‌کنند منصفانه می‌‌توان فرض کرد که مشاهدات تجربی امروز را لااقل در قالب ریاضی جوابگو است.

نور
علم فیزیک – نور

 

سرشت نور کاملاً شناخته شده است اما باز هم این پرسش هست که واقعیت نور چیست؟ گسترده طول موجی نور نور گستره طول موجی وسیعی دارد چون با نور مرئی کار می‌‌کنیم اغلب تصاویر و محاسبات در این ناحیه از گستره الکترومغناطیسی انجام می‌‌گیرد امّا روش‌های مورد بحث می‌‌تواند در تمام ناحیه الکترومغناطیسی مورد استفاده قرار گیرند. ناحیه نور مرئی بر حسب طول موج از حدود ۴۰۰ نانومتر (آبی) تا ۷۰۰ نانومتر (قرمز) گسترده است که در وسط آن طول موج ۵۵۵ نانومتر (نور زرد) که چشم انسان بیشترین حساسیت را نسبت به آن دارد یک ناحیه پیوسته که ناحیه مرئی را در بر می‌‌گیرد و تا فروسرخ دور گسترش می‌‌یابد. خواص نور و نحوه تولید سرعت نور در محیط‌های مختلف متفاوت است که بیشترین آن در خلاء و یا بطور تقریبی در هوا است در داخل ماده به پارامترهای متفاوتی بر حسب حالت و خواص الکترومغناطیسی ماده وابسته است. به‌وسیله کاواک جسم سیاه می‌‌توان تمام ناحیه طول موجی نور را تولید نمود. در طبیعت در طول موج‌های مختلف مشاهده شده امّا مشهورترین آن نورسفید است که یک نور مرکبی از سایر طول موج هاست. تک طول موج‌ها آن را به‌وسیله لامپ‌های تخلیه الکتریکی که معرف طیف‌های اتمی موادی هستند که داخلشان تعبیه شده می‌‌توان تولید کرد.

 

ماهیت ذره‌ای ایزاک نیوتن در کتاب خود در رساله‌ای درباره نورنوشت: پرتوهای نورذرات کوچکی هستند که از یک جسم نورانی نشر می‌‌شوند. احتمالاً نیوتن نور را به این دلیل بصورت ذره در نظر گرفت که در محیط‌های همگن به نظر می‌‌رسد در امتداد خط مستقیم منتشر می‌‌شوند که این امر را قانون می‌‌نامند و یکی از مثالهای خوب برای توضیح آن بوجود آمدن سایه است. ماهیت موجی هم‌زمان با نیوتن، کریسیتان هویگنس (Christiaan Huygens) (۱۶۹۵-۱۶۲۹)طرفدار توضیح دیگری بود که در آن حرکت نور به صورت موجی است و از چشمه‌های نوری به تمام جهات پخش می‌‌شود به خاطر داشته باشید که هویگنس با به کاربردن امواج اصلی و موجک‌های ثانوی قوانین بازتاب و شکست را تشریح کرد. حقایق دیگری که با تصور موجی بودن نور توجیه می‌شوند پدیده‌های تداخلی اند مانند به وجود آمدن فریزهای روشن و تاریک در اثر بازتاب نور از لایه‌های نازک و یا پراش نور در اطراف مانع. ماهیت الکترومغناطیس بیشتر به خاطر نبوغ جیمز کلارک ماکسول (James Clerk Maxwell) (۱۸۷۹-۱۸۳۱) است که ما امروزه می‌‌دانیم نور نوعی انرژی الکترومغناطیسی است که معمولاً به عنوان امواج الکترومغناطیسی توصیف می‌‌شود. گسترده کامل امواج الکتروو مغناطیسی شامل: موج رادیویی، تابش فروسرخ نور مرئی از قرمز تا بنفش، تابش فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما می‌‌باشد. ماهیت کوانتومی نور طبق نظریه مکانیک کوانتومی نور، که در دو دهه اول سده بیستم به وسیله پلانک و آلبرت انیشتین و بور برای اولین بار پیشنهاد شد، انرژی الکترو مغناطیسی کوانتیده است، یعنی جذب یا نشر انرژی میدان الکترو مغناطیسی به مقدارهای گسسته‌ای به نام “فوتون” انجام می‌‌گیرد.

 

نظریه مکملی نظریه جدید نور شامل اصولی از تعاریف نیوتون و هویگنس است. بنابرین گفته می‌‌شود که نور خاصیت دو گانه‌ای دارد بر خی از پدیده‌ها مثل تداخل و پراش خاصیت موجی آن را نشان می‌‌دهد و برخی دیکر مانند پدیده فتوالکتریک، پدیده کامپتون و … با خاصیت ذره‌ای نور قابل توضیح هستند. پرتوهای دیگر برای این بخش از این مقاله منبعی نیامده‌است. لازم است بر طبق شیوه‌نامهٔ ارجاع به منابع منبعی برای آن ذکر شود. فروسرخ:پرتو فروسرخ یا مادون قرمز تابشی است الکترومغناطیسی با طول موجی طولانی تر از نور مرئی اما کوتاهتر از تابش ریزموج. از آنجا که سرخ، رنگ نور مرئی با درازترین طول موج را تشکیل می‌دهد به این پرتو، فروسرخ یعنی پایین تر از سرخ می‌گویند.تابش فروسرخ طول موجی میان ۷۰۰ nm و ۱ mm دارد. گاما:با توجه به اینکه اشعه گاما دارای تشعشع الکترومغناطیسی است، آن فاقد بار و جرم سکون است. اشعه گاما موجب برهمکنشهای کولنی نمی‌گردد و لذا آنها برخلاف ذرات باردار بطور پیوسته انرژی از دست نمی‌دهند.

معمولاً اشعه گاما تنها یک یا چند برهمکنش اتفاقی با الکترونها یا هسته‌های اتم‌های ماده جذب کننده احساس می‌کند. در این برهمکنش‌ها اشعه گاما یا بطور کامل ناپدید می‌‌گردد یا انرژی آن بطور قابل ملاحظه‌ای تغییر می‌یابد. اشعه گاما دارای بردهای مجزا نیست، به جای آن، شدت یک باری که اشعه گاما بطور پیوسته با عبور آن از میان ماده مطابق قانون نمایی جذب کاهش می‌یابد.فروپاشی گاما در فروپاشی گاما، هنگامی که یک هسته تحت گذارهایی از حالات برانگیخته بالاتر به حالات برانگیخته پایین‌تر یا حالت پایه آن می‌رود، تشعشع الکترومغناطیسی منتشر می‌گردد. معادله عمومی فروپاشی گاما بصورت زیر است: AZX*——–>AZX + γ که در آنX و X* به ترتیب نشان دهنده حالت پایه (غیر برانگیخته) و حالت با انرژی بالاتر است. قابل ذکر است که این فروپاشی با هیچ گونه تغییر در عدد جرمی (A) و عدد اتمی (Z) همراه نیست. حالت برانگیخته هسته و حالت با انرژی پایین حاصل شده در اثر نشر پرتو گاما، فقط زمانی به عنوان ایزومر هسته‌ای در نظر گرفته می‌شود که نیمه عمر حالت برانگیخته به اندازه‌ای طولانی باشد که بتوان آن را به سادگی اندازه گیری نمود. زمانی که این حالت وجود داشته باشد، فروپاشی گاما به عنوان یک گذار ایزومری توصیف می‌گردد. اصطلاحات حالت نیمه پایدار یا حالت برانگیخته برای توصیف گونه‌ها در حالات انرژی بالاتر از حالت پایه نیز به کار می‌رود. حالتهای فروپاشی گاما نشر اشعه گامای خالص: در این حالت فروپاشی گاما، اشعه گامای منتشر شده به‌وسیله یک هسته از یک فرآیند فروپاشی گاما برای کلیه گذارها بین ترازهای انرژی که محدوده انرژی آن معمولاً از ۲ کیلو الکترون ولت تا ۷ میلیون الکترون ولت است، تک انرژی است.

این انرژیهای گذارها بین حالت کوانتومی هسته بسیار نزدیک هستند. مقدار کمی از انرژی پس زنی هسته با هسته دختر (هسته نهایی) همراه است، ولی این انرژی معمولاً نسبت به انرژی اشعه گاما بسیار کوچک بوده و می‌توان از آن صرفنظر کرد. حالت فروپاشی بصورت تبدیل داخلی: در این حالت فروپاشی، هسته برانگیخته با انتقال انرژی خود به یک الکترون اربیتال برانگیخته می‌گردد، که سپس آن الکترون از اتم دفع می‌شود. اشعه گاما منتشر نمی‌شود. بلکه محصولات این فروپاشی هسته در حالت انرژی پایین یا پایه، الکترونهای اوژه، اشعه ایکس و الکترونهای تبدیل داخلی است. الکترونهای تبدیل داخلی تک انرژی هستند. انرژی آنها معادل انرژی گذار ترازهای هسته‌ای درگیر منهای انرژی پیوندی الکترون اتمی است. با توجه به اینکه فروپاشی تبدیل داخلی منجر به ایجاد یک محل خالی در اربیتال اتمی می‌شود، در نتیجه فرآیندهای نشر اشعه ایکس و نشر الکترون اوژه نیز رخ خواهد داد. حالت فروپاشی بصورت جفت: برای گذارهای هسته‌ای با انرژی‌های بزرگ‌تر از ۱.۰۲ میلیون الکترون ولت تولید جفت اگر چه غیر معمول است اما یک حالت فروپاشی محسوب می‌شود. در این فرآیند، انرژی گذرا ابتدا برای بوجود آمدن یک جفت الکترون – پوزیترون و سپس برای دفع آنها از هسته بکار می‌رود. انرژی جنبشی کل داده شده به جفت معادل اختلاف بین انرژی گذار و ۱.۰۲ میلیون الکترون ولت مورد نیاز برای تولید جفت است. پوزیترون تولید شده در این فرآیند نابود خواهد شد.

نور ، اخبارفیزیک ، مقالات فیزیک ، مطالب فیزیک ، فیزیک مدرن ، علم فیزیک

منبع : دانشنامه رشد + ویکی پدیا

منشور

منشور

دید کلی

  • آیا تا به حال به چگونگی تشکیل رنگین کمان فکر کرده‌اید؟
  • طیف رنگی نور تابشی بر بلورها از جمله ساده‌ترینش خودکار شیشه‌ای یا پلاستیک شفاف را دیده‌اید؟
  • هاله رنگی دور لامپ الکتریکی را در هوای مه آلود مشاهده نموده‌اید؟
  • لایه‌های رنگی موجود در سطح مایعات مخلوط از جمله نفت و آب و … فهمیده اید و ماهیت فیزیکی اینها را لمس کرده اید؟در طبیعت از این پدیده‌ها بسیار است و همه آنها ماهیت نوری تقریبا واحدی دارند.
  •  
  • ماهیت منشور

  •  

    نوری که از شیشه منشور می‌گذرد، به لحاظ بستگی ضریب شکست به طول موج و یا پاشندگی مواد ، به رنگهای تشکیل دهنده آن تجزیه می‌شود (تجزیه نور سفید). مثلا نور سفید به طیف وسیع هفت رنگ خود تجزیه می‌گردد. بنابراین در بحث منشورها از پاشندگی نور می‌گذریم و منشورهایی را بررسی می‌کنیم که پاشنده نیستند، یعنی ضریب شکست آنها بستگی طول موجی ندارد، منشورهایی که می‌توان از آنها در آرایش سطوح بازتابنده چندگانه استفاده کرد. مزیت منشور بر مجموعه چند آینه این است که منشورها پس از تعبیه شدن در سیستم ، سمتگیری طراحی شده را حفظ می‌کنند و نیازی به تنظیم در دستگاه نهایی را ندارند. به غیر از اینکه خود منشور به عنوان یک مجموعه کل تنظیم شده باشد.
  • ساختار کلی

  •  

    • از آنجا که کلیه منشورها جهت بازتابیدگی به لایه‌های مواد فلزی و دی الکتریکها در سطح خود لازم ندارند، برعکس ، آینه‌ها وقتی مورد استفاده قرار می‌گیرند، کارآیی آنها تقریبا بدون اتلاف تابش است. و تنها اتلاف ناشی از ناخالصی و ناهمواریهای سطح منشور و بازتابشهای فرنل مربوط می‌شود که ناچیزند. آنچه مهم است تنظیم دائمی سطوح بازتابنده و بازتابش داخلی کلی است، استفاده از این منشورها در بیشتر دستگاههای نوری توصیه می‌شود.
     
     

    • دو مانع عمده در کاربرد منشورها وجود دارد آنها هم هزینه و وزن آنهاست; اگر مساحت سطح مقطع ورودی و خروجی یک منشور خیلی بیشتر از ۵ سانتیمتر مربع باشد، وزن آن قابل ملاحضه خواهد بود. همچنین هزینه ساخت و تولید یک تکه شیشه کلفت و صیقل دادن آن و تعبیه دقیق آن در جای مناسب قابل توجه خواهد بود، لذا در ابعاد سطح مقطعی بزرگتر از ۵ سانتیمتر مربع استفاده از آینه‌ها امتیاز بیشتری دارد و یا اینکه با تقریبی از منشورهای پلاستیکی شفاف استفاده می‌کنند.
    • در حالت کلی منشورهای باز تابش داخلی کلی و آینه‌های تخت به لحاظ کاربرد در سیستمهای مختلف با ملاحظه تمام پارامترهای طراحی دستگاه ، مکمل هم هستند.
    • باید بخاطر بسپاریم که در دستگاههای نوری کل یک منشور ظاهر نمی‌شود بلکه بعد از تنظیم منشور آن قسمتی از منشور که عمل می‌کند و در مسیر پرتوی ردیابی شده قرار می‌گیرد را نگه می‌داریم و سایر قسمتهای اضافی را جهت کاهش وزن و حجم می‌بریم و از دستگاه نوری خارج می‌کنیم.
    •  

    انواع منشورها و کاربردهای آنها

    منشور قائم الزاویه

  •  

    سطح مقطع این منشور ساده و از یک مثلث (درجه۴۵ – ۹۰ – ۴۵) ساخته شده است. نوری که از یک وجه کوچک آن وارد می‌شود در وتر آن بازتابیده می‌شود و از وجه کوچک دیگر خارج می‌گردد، به شرطی که ضریب شکست منشور بزرگتر از مقدار ۱٫۴۱۴ باشد یعنی (n1 > 1.414) که نور باز تابش داخلی کلی خواهد کرد که این هم یک مزیت دیگر منشور بر آینه‌هاست.

    منشور پنج وجهی

    منشور پنج وجهی یک منشور انحراف ثابت است، بدین معنی که پرتوی ورودی را ۹۰ منحرف می‌کند، بخاطر همین ویژگی به چنین منشوری گونیای اپتیکیمی‌گویند. در تنظیم و طراحی سیستمهایی که دارای مسیرهای متقاطع پرتویی به اندازه ۹۰ هستند، بسیار سودمند واقع می‌شوند. به سبب زاویه تابش کوچک نخستین بازتابش داخلی ، بازتابش داخلی کلی در اینجا صورت نمی‌گیرد. بنابراین سطوح بازتابنده یک منشور پنج وجهی باید با فیلمهای (پوششهای) بازتابنده پوشش یابند.

    منشور پورو

    این منشورها از ترکیب دو منشور راست گوشه بدست می‌آیند و در پیکر بندیهای انحراف ثابت ۱۸۰ درجه مورد استفاده قرار می‌گیرند، در حالیکه هر دو منشور تولید معکوس می‌کنند، ترکیب آنها تولید وارونی می‌کند. این دو منشور ، مسیر یک سیستم اپتیکی را تا می‌کنند (سیستم را در ادامه فرآیند از مسیر نور خارج می‌کنند) و همچنین یک تصویر را به اندازه نصف طول وتر در هر دو جهت افقی و عمودی جابجا می‌کنند. از منشور پورو می‌توان برای کاهش طول یک تلسکوپ کپلری استفاده کرد و همزمان با آن یک وارونی دیگر که برای راست کردن تصویر وارون تلسکوپ ضرورت دارد، بدست آورد. به همین دلیل ، در بسیاری از دوربینها و سایر دستگاههای دو چشمی ، از این منشور استفاده می‌شود.

  • منشور دوه
  •  

    نوری که به موازات قاعده یک منشور وارد آن می‌شود در درجه اول به قاعده منشور شکسته می‌شود، در آنجا بازتابش داخلی کلی می‌یابد. سپس در وجه مقابل می‌شکند تا دوباره به نوری موازی با قاعده تبدیل شود، از آنجا که قسمت رأس منشور اثری بر پرتوهای بازتابیده از سطح قاعده ندارد، معمولا حذف می‌شود (برش داده می‌شود). آنچه باقی می‌ماند یک منشور دوه نامیده می‌شود.پیمایش پرتوهای نور در یک منشور دوه معادل عبور آنها از یک تیغه شیشه‌ای است. بنابراین در زاویه تابش غیر عمودی پاشیدگی روی نخواهد داد. اگر هم باشد داخلی است و در سطح دوم جمع می‌شود. یکی از سودمندترین خواص منشور دوه آن است که چرخش منشور حول محوری به موازات جهت انتشار نور در بیرون منشور ، منجر به چرخش تصویر معکوس به اندازه دو برابر زاویه چرخش منشور می‌شود. تعداد ترکیبهای منشوری دیگر خیلی زیاد هست و برخی از آنها برای دستگاه نوری خاصی طراحی شده است.

  • محاسبه ضریب شکست منشورها
  •  

    ضریب شکست شیشه منشور به توسط رابطه زیر داده می‌شود:

    n = sin(A – Dm)/2 / sin(A + Dm)/2
    که در آن A زاویه رأس منشور بوده و Dm زاویه کمترین انحراف منشور است. زاویه کمترین انحراف منشور آنچنان زاویه‌ای است که با کوچکترین انحراف از آن زاویه ، منشور از حالت تنظیم خود خارج می‌شود و طیف منشور حذف می‌شود. به عبارتی در چنین زاویه‌ای ، منشور در آستانه تشکیل طیف نور تابشی است.

منبع : دانشنامه رشد