ویژگی های خاص طیف الکترومغناطیسی(1)

هدف:

در این مطلب و مطلب بعدی می خواهیم به سؤالات زیر پاسخ دهیم؛ لازم است قبل از این مطلب، نگاهی به مطالب "طیف الکترومغناطیسی" و "امواج الکترومغناطیسی" داشته باشید.

شرح درس:

چه کسی تابش الکترومغناطیسی را کشف کرد؟
تا قبل از قرن نوزدهم میلادی، دانشمندان الکتریسیته و مغناطیس را کشف کرده بودند و تصور می کردند این دو کاملا جدا و مستقل از هم در جهان اطراف ما وجود دارند. اما بعد از انجام یک سری آزمایش های بسیار جالب، مشخص شد که الکترسیته و مغناطیس به طور بسیار نزدیک در ارتباط با هم هستند: الکتریسیته می تواند باعث تولید مغناطیس شود و برعکس!

حدود سال های 1819 تا 1820 فیزیکدانی دانمارکی به نام هانس کریستین اورستد (1771-1851) نشان داد که یک سیم الکتریکی هنگام برقراری جریان الکتریسیته از درون آن، در اطراف خود میدان مغناطیسی ایجاد می کند. یک دهه بعد از این دانشمند، شیمیدانی از انگلیس به نام مایکل فارادی (1791-1867) ثابت کرد که مغناطیس هم می تواند باعث تولید جریان الکتریسیته شود و برای همین توانست موتورهای الکتریکی و مولدها(ژنراتورهای) الکتریسیته را بهبود دهد؛ چیزی که تا به امروز از آن ها برای تولید برق استفاده می کنیم.

آزمایش اورستد

آزمایش فارادی

با الهام از کارهای این دانشمندان بزرگ، دانشمند بزرگ دیگری به نام جیمز کلارک ماکسول (1831-1879) توانست نظریه ای راجع به الکتریسته و مغناطیس ارائه دهد. دانشمندان قبل از ماکسول، هر اطلاعاتی راجع به الکتریسیته و مغناطیس را به صورت چهار معادله ساده گرداوری کرده بودند، ماکسول این چهار معادله را جمع کرد تا نظریه بزرگ الکترومغناطیس را ارائه کند که این نظریه در سال 1837 انتشار یافت.

ماکسول فهمید که الکترومغناطیس می تواند به شکل موج انتشار پیدا کند و با سرعت نور حرکت کند. برای همین نتیجه گرفت که خود نور، نوعی موج الکترومغناطیسی است.

حدود یک دهه بعد از درگذشت ماکسول، فیزیکدان نابغه آلمانی به نام هاینریش هرتز (1857-1894) اولین کسی بود که امواج الکترومغناطیسی را در آزمایشگاه تولید کرد. اساس کار وسایلی مانند رادیو، تلویزیون و اینترنت بی سیم امروزه بر اساس کارهای آزمایشگاهی این دانشمند بزرگ است.

جیمز کلارک ماکسول: پدر الکترومغناطیس

آیا امواج الکترومغناطیس برای انتشار نیاز به ماده یا محیط خاص دارند؟
قبلا در مطلب "امواج الکترومغناطیسی" دانستید که امواج الکترومغناطیس برای انتشار به محیط مادی نیاز ندارند و به راحتی از فضای بدون ماده (خلاء) نیز عبور می کنند. نظریه های زیادی راجع به این نتیجه گیری وجود دارد:

1) نظریه اول می گوید که امواج الکترومغناطیس از میدان های الکتریکی و مغناطیسی تشکیل شده اند و به صورت عمود بر هم در فضا نوسان می کنند، در نقطه ای که این دو میدان به هم می رسند، همدیگر را فشار داده و برای همین بدون نیاز به هیچ ماده یا ذره ای به راحتی انتشار پیدا می کنند.

2) امواج الکترومغناطیسی هم خاصیت ذره ای دارند و هم خاصیت موجی؛ برای همین بدون ماده نیز می توانند منتشر شوند (یعنی حضور و وجود هیچ ذره دیگری برای انتشار این امواج لازم نیست؛ در جایی کل موج مانند ذره رفتار می کند و در جایی دیگر کاملا رفتار موجی از خود نشان می دهد.)

نکته: توضیح این مطلب بعدا به طور مفصل صورت خواهد گرفت.

برای همین است که می توان با قاطعیت بیشتری گفت:
امواج الکترومغناطیس برای انتشار به هیچ محیط مادی نیاز ندارند.

انتقال انرژی توسط امواج الکترومغناطیس به چه صورت است؟
به انتقال انرژی توسط امواج الکترومغناطیس،تابش الکترومغناطیس گفته می شود؛ یعنی حرکت موج از جایی به جای دیگر باعث انتقال انرژی موج و تابش الکترومغناطیسی می شود. برای مثال اشعه ایکس و اشعه گاما وقتی روی ماده خاصی تابیده شوند، انرژی انتقال یافته از این اشعه ها باعث واکنش های شیمیایی اولیه در ماده می شود. در این واکنش ها، انرژی الکترومغناطیسی انتقال یافته از اشعه های گفته شده در بالا، با فراهم کردن انرژی فعالسازی، پیوندهای شیمیایی ماده را می شکند.

روش های انتقال انرژی؛ در امواج الکترومغناطیس، انتقال انرژی از نوع تابشی است.

مثال:
دستگاه مایکروفر برای تهیه ذرت بوداده از انتقال انرژی استفاده می کند. اشعه های نور باعث ایجاد واکنش بر روی شبکیه چشم می شوند.

انرژی حمل شده را انرژی تابشی می نامند.