طیف الکترومغناطیسی

هدف:

در این مطلب می خواهیم به سوالات زیر پاسخ دهیم:

• ویژگی های امواج الکترومغناطیسی چیست؟
• طیف الکترومغناطیسی از چه نوع انرژی هایی تشکیل یافته است؟

تذکر:

بهتر است قبل از اینمطلب، "امواج الکترومغناطیسی" را مطالعه کنید تا مشکلی در این مطلب نداشته باشید.

شرح درس:

مانند امواج طولی و عرضی که قبلا راجع به آن ها بحث شد، امواج الکترومغناطیسی نیز برخی ویژگی های مشترک با دیگر امواج دارند، مانند دامنه و طول موج و ... اما ویژگی های آن ها مختص خود این امواج است.

دامنه:

به بیشترین جا به جایی عمودی نمودار نوسانی موج از خط تعادلی (خطی که موج وقتی از نوسان بایستد، هیچ ارتفاعی نخواهد داشت)، دامنه موج می گویند. دامنه بزرگ به معنای انرژی زیاد و دامنه کوچک به معنای انرژی کم است. دامنه در هر موجی بسیار مهم است چون شدت یا درخشندگی یک موج در مقایسه با دیگر امواج را به ما نشان می دهد.

طول موج:

مسافتی که موج در یک چرخه کامل نوسان طی می کند، طول موج نام دارد. طول موج های بلند مانند امواج رادیویی، انرژی کمی با خود حمل می کنند، به همین دلیل است که ما می توانیم به راحتی و بدون هیچ عواقب خطرناکی به رادیو گوش دهیم. طول موج های کوتاه تر، انرژی بیشتری با خود حمل می کنند؛ مثلا اشعه ایکس برای بدن ما بسیار مضر است.

برای امواج الکترومغناطیسی و با توجه به این که سرعت انتشار همه این امواج، با سرعت نور c برابر است، خواهیم داشت: c=λν

که برای متمایز شدن فرکانس امواج الکترومغناطیسی با امواج مکانیکی به جای f از ν (نو) استفاده می کنیم.

در شکل بالا فرکانس ها و طول موج های متفاوت را می بینید.

نکته:

به خاطر داشته باشید که دامنه در مورد شدت نور یا درخشندگی آن به ما اطلاع می دهد اما طول موج، نوع نور یا موج الکترومغناطیسی را نشان می دهد.

فرکانس:

به تعداد دورهای کاملی که یک موج در یک ثانیه طی می کند، فرکانس گفته می شود که واحد آن معکوس ثانیه یا هرتز (Hz) است. در امواج الکترومغناطیسی، رابطه فرکانس و انرژی به صورت زیر است: E=hν

h ثابت پلانک است که مقدار آن 6.62607 x 10^-34 J است و بعدها به طور مفصل راجع به آن بحث خواهیم کرد. E انرژی و ν فرکانس موج است.

دوره تناوب موج نیز معکوس فرکانس موج است ؛ یعنی مدت زمانی که موج برای طی کردن یک چرخه کامل یا طی کردن مسافتی به اندازه 1λ لازم دارد. دوره تناوب موج بر حسب ثانیه اندازه گرفته می شود.

سرعت:

طیف الکترومغناطیسی از چه نوع انرژی هایی تشکیل یافته است؟

همانطور که در شکل بالا می بینید و در مطلب قبلی "امواج الکترومغناطیسی" نیز اشاره کردیم، می بینید که هر چه طول موج ها کوتاه تر می شوند، فرکانس موج ها افزایش می یابد؛ و  به همین اندازه انرژی این امواج افزایش پیدا می کند.

توضیح انواع موج های طیف الکترومغناطیسی:

مطابق شکل قبل می بینید که این طیف از امواج رادیویی، میکرو موج(ریز موج)، مادون قرمز(زیرقرمز)، نور مرئی، تابش فرابنفش، اشعه ایکس، اشعه گاما و در نهایت از امواج کیهانی بسیار پرانرژی تشکیل یافته است.

امواج رادیویی:

این امواج از ایستگاه های رادیویی و تلویزیونی و همچنین از ستارگان مختلف در اطراف منتشر می شوند.

• 
  

  این امواج دارای طول موج های مختلف از چند میلی متر تا کیلومتر هستند.

• 
  

  آنتن ها از این امواج برای گرفتن اطلاعات صوتی و تصویری استفاده می کنند.
  

• رادارها از این امواج استفاده می کنند؛ به این صورت که انرژی رادیویی را پخش کرده و سپس انرژی بیرون رفته را جمع آوری می کنند. در هواشناسی و در پیش بینی الگوهای هوایی ازین خاصیت بسیار استفاده می شود؛ زیرا این امواج به وسیله اتمسفر به راحتی شکسته می شوند.

 

میکروموج(ریزموج):

 

این امواج توسط دستگاه های مایکروفر یا مایکرو ویو تولید می شوند.

ستاره شناسان از این امواج برای مطالعه ساختار کهکشان ها استفاده می کنند.

این امواج به دو دسته تقسیم می شوند: فرکانس خیلی بالا و فرکانس بی نهایت بالا.

در Wi-fi ها از این امواج استفاده می شود.

ریزموج های کوتاه گاهی در رادارهای دوپلر برای پیش بینی وضع هوا استفاده می شوند.

انرژی این امواج می تواند از ابر و باران عبور کند، بنابراین برای انتقال اطلاعات از این امواج استفاده می شود.

تابش مادون قرمز:

این امواج از هر چیزی که داغ یا گرم باشد، حتی بدن انسان، به صورت گرما یا انرژی گرمایی آزاد می شوند.

به سه دسته تقسیم می شوند:

1) مادون قرمز دور 

2) مادون قرمز وسط

3) مادون قرمز نزدیک

در شکل بالا عکسی از بدن انسان با طول موج مادون قرمز وسط گرفته شده است.
طول موج مادون قرمز نزدیک، به طول موج نور مرئی قرمز نزدیک است. این امواج در کنترل تلویزیون برای عوض کردن کانال ها استفاده می شوند.
طول موج مادون قرمز دور با طول موج نور مرئی فاصله بیشتری دارد. این امواج به صورت گرمایی هستند.

نور مرئی:

1- این امواج از حباب گرفته تا برخورد یک ذره با ذره دیگر دیده می شوند و با چشم غیر مسلح انسان کاملا دیده می شوند.
2- طول موج مرئی از 380 نانومتر تا 760 نانومتر طبقه بندی می شود.
3- در فیبرهای نوری و مخابرات از نورهای مرئی استفاده می شود.

شکل زیر تجزیه نور از طریق یک منشور را نشان می دهد:

اشعه فرابنفش:

این امواج از خورشید ساطع می شوند و برای بدن انسان مضرند؛ زیرا باعث سوختن پوست می شوند.

می توانند موجب سرطان پوست شوند.

این امواج می توانند اتم ها را یونیزه کنند.

بیشتر این امواج توسط لایه اوزون زمین جذب می شوند.

اشعه ایکس:

این امواج در تصویربرداری های پزشکی و دندانپزشکی مورد استفاده قرار می گیرند.

می توانند با ماده اندرکنش کنند(موجب تغییرات در ساختار مواد شوند).

می توانند باعث اثر کامپتون شوند.

 به دو دسته اشعه ایکس نرم و سخت تقسیم می شوند.

اشعه گاما:

این امواج از مواد رادیواکتیو ساتع می شوند.

در درمان بسیاری از بیماری ها از این امواج استفاده می شود.

در مطلب بعد باز هم امواج الکترومغناطیسی را مورد بررسی قرار خواهیم داد.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: خدیجه آلچالانلو
تنظیم: مریم فروزان کیا