تشریح امواج الکترومغناطیسی

همان گونه که می دانید، انرژی، یعنی اندازه گیری از توانایی انجام کار می تواند به شکل های مختلف و از نوعی به نوع دیگر منتقل شود: مثلا انرژی پتانسیل یا ذخیره شده در باتری ها یا آب پشت سد.

اجسام در حال حرکت دارای انرژی جنبشی اند و ذرات باردار مانند الکترون ها و پروتون ها به هنگام حرکت، میدان های الکترومغناطیسی ایجاد می کنند و این میدان ها نوع انرژی را منتقل می کنند که ما آن ها تابش الکترومغناطیسی یا نور می نامیم.

ماهیت امواج چیست؟

امواج مکانیکی و الکترومغناطیسی دو نوع مهم امواجند. امواج در آب و صوت در هوا دو نوع از امواج مکانیکی اند. امواج مکانیکی از یک اختلال یا ارتعاش در ماده (چه جامد، چه مایع، چه گاز یا پلاسما) تولید می شوند. ماده ای که امواج از طریق آن منتقل می شوند، محیط یا واسطه نامیده می شود. امواج آب از ارتعاش یک مایع و امواج صوتی از ارتعاش یک گاز (مانند هوا) تولید می شوند. این امواج مکانیکی حین عبور از محیط، مولکول ها را وادار می کنند به هم ضربه بزنند. امواج صوتی در محیط خلأ نمی توانند سیر کنند زیرا هیچ محیطی برای انتقال این امواج مکانیکی وجود ندارد.

امواج درون یک گودال، مولکول های آب را از جایی به جای دیگر انتقال نمی دهند؛ بلکه انرژی موج از طریق آب انتقال پیدا می کند و مولکول های آب در همان جا باقی می مانند.

امواج الکترومغناطیسی:

همان طور که می دانید، الکتریسیته می تواند از نوع ساکن باشد؛ مانند نوعی انرژی که باعث می شود موهای شما به سمت بادکنک جذب شوند. مغناطیس نیز می تواند استاتیک باشد، مثلا در آهنرباهای به کار رفته در یخچال.

یک میدان مغناطیسی در حال تغییر باعث القای یک میدان الکتریکی در حال تغییر خواهد شد و برعکس. این میدان های در حال تغییر، موج های الکترومغناطیسی تشکیل می دهند. موج های الکترومغناطیسی با موج های مکانیکی فرق دارند و برای انتشار به هیچ محیطی نیاز ندارند. این به معنای آن است که امواج الکترومغناطیسی نه تنها از هوا و مواد جامد می توانند عبور کنند؛ بلکه در خلأ نیز می توانند سیر کنند.

از دهه 1860 تا 1870 دانشمند اسکاتلندی به نام جیمز کلارک ماکسول، نظریه امواج الکترومغناطیسی را توسعه داد. او متوجه شد که میدان های الکتریکی و میدان های مغناطیسی می توانند با هم جفت شوند تا موج های الکترومغناطیسی تشکیل دهند. او این رابطه بین الکتریسیته و مغناطیس را به صورت خلاصه درآورد که اکنون "معادلات ماکسول" نامیده می شوند.

هنریش هرتز، دانشمند آلمانی از نظریه ماکسول برای تولید و دریافت امواج رادیویی استفاده کرد. واحد فرکانس موج رادیویی، یک دور در هر ثانیه است و به افتخار این دانشمند، هرتز نامیده می شود.

آزمایش هرتز با امواج رادیویی، دو مسئله را حل کرد:

نخست این که ماکسول در نظریه های خود اشاره کرده بود که سرعت امواج رادیویی با سرعت نور یکسان است! این ثابت می کرد که امواج رادیویی، شکلی از نور هستند!

دوم آن که هرتز فهمید چگونه می توان باعث شد میدان های الکتریکی و مغناطیسی از سیم ها جدا شده و آزادانه به صورت موج های ماکسول (موج های الکترومغناطیسی) حرکت کنند.

امواج یا ذرات؟

نور از بسته های مجزای انرژی به نام فوتون ها تشکیل شده است. فوتون ها هیچ جرمی ندارند و با خودشان اندازه حرکت حمل می کنند و با سرعت نور حرکت می کنند. نور هم خاصیت ذره ای و هم خاصیت موجی دارد. بسته به نوع ماده یا وسیله، نورمی تواند هر دو خاصیت خودش را نشان دهد. وسیله ای که نور را به طیف تشکیل دهنده آن تجزیه می کند، مثالی از خاصیت موجی نور است. خاصیت ذره ای نور با آشکارسازهای به کار رفته در دوربین های دیجیتال دیده می شود که فوتون های مجزا، الکترون هایی آزاد می کنند که برای آشکار کردن و ذخیره اطلاعات تصویر گرفته شده با دوربین به کار می رود.

قطبش:

یکی از خواص نور این است که می تواند قطبیده (پلاریزه) شود. قطبش، اندازه گیری ای ازجهت گیری میدان الکترومغناطیسی است. در شکل 5 ، میدان الکتریکی (قرمز) به صورت عمودی پلاریزه شده است. به پرتاب یک صفحه گرد به سمت یک نرده نوک تیز فکر کنید. در یک جهت گیری، ممکن است این صفحه از نرده عبور کند و در جهت گیری دیگر ممکن است برگردد. این همانند کاری است که عینک های آفتابی با جذب کردن قسمت پلاریزه نور، تابش خیره کننده را به سوی چشم کم می کنند.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه : خدیجه آلچالانلو