امروز: چهارشنبه ۲۶-مهر-۱۳۹۶ / الأربعاء 28-محرم-1439 / Wednesday 2017-October-18

مناسبت روز
پیام سایت :

مقاله امواج الکترو مغناطیسی

مقاله امواج الکترو مغناطیسی

طیف الکترومغناطیسی (بیناب الکترو مغناطیس)
تابش الکترو مغناطیس در زندگی:

در مبحث اپتیک بیشتر بررسی ها در ناحیه نور مرئی است در صورتیکه نور در داخل طیف الکترو مغناطیسی جا گرفته و خواص و محاسبات آن تمام گسترده طول موجی را شامل می شود امّا در الکترومغناطیس شاید تا به حال پرتو های ایکس (X) ، پرتوهای گاما (γ) ، پرتو های کیهانی ، موج رادیویی ، امواج تلویزیونی ، امواج ماکرو ویو و…به گوشتان خورده است. در چنین حالتی می خواهید بدانیدکه ….

• اشعه ایکس چی هست؟
• مکانیزم عمل عکس برداری ها و رادیو لوژی چیست؟
• با تابش ایکس و گاما و …چگونه عکس می گیرند؟
• چرا فقط عکس استخوانها می افتد؟
• اموج رادیویی چیست و سرعت آن چقدر است؟
• فرستنده و گیرنده رادیویی چگونه کار می کنند و یا ساخته می شوند؟
• انتقال نور و تصویر در امواج تلویزیونی مشاهده و دریافت تصویر از آن چگونه صورت می گیرد؟
• ماهواره ها چگونه کار می کنند؟


• برای چه پشت بام آنتن گذاشته ایم ؟ و هزاران پدیده دیگر…….

کاربرد و بررسی طول موج های مختلف طیف الکترومغناطیسی

Page:4
در حالت کلی بایستی چگونگی بازتاب ها و شکست ها از مرز های مختلف هادی ها و عایق ها و مواد قطبی و مواد غیر قطبی و….و چگونگی عبور تابش از آزمایش‌های مربوط به هوا و روش های تمرکز پرتو ها ، روش های انتشار و چگونگی انتشار و ماهیت امواج الکترو مغناطیسی و چگونه تولید می شوند و قوانین حاکم بر آن را بدانیم.

امّا باید بدانیم در تمام ناحیه الکترو مغناطیسی تمامی دستگاه ها نمی توانند، کارایی خوبی داشته باشند. و اکثر سیستم های کاربردی محدود به ناحیه خاصی از این گسترده طول موجی می باشند. مثلا سیستم رادیو فقط ناحیه موج رادیویی را پوشش می دهد .

دوربین های مادون قرمز برای این ناحیه ساخته شده اند و برخی ناسازگاری هایی از قبیل اینکه ناحیه پرتو ایکس هیج ماده ای با توان شکست ثابت برای ساختن عدسی وجود ندارد زیرا اشعه ایکس از شیشه نمی تواند عبور کند بر خلاف نور مرئی که راحت عبور می کند لذا برای هر نوع تمرکز و تصویر در گستره اشعه ایکس از آینه استفاده می کنند.

نحوه تولید امواج الکترو مغناطیسی:

جسم سیاه که با نظریه مکانیک کوانتومی توضیح داده می شود تمام ناحیه طول موجی بیناب الکترو مغناطیسی راتولید می کند«نشر) و بر عکس کلیه طول موج هایش را جذب می کند اکثر لامپ ها ی تخلیه الکتریکی ناحیه خاصی را ایجاد می کند.

مواد رادیواکتیو با تشعشع هسته ای پرتوهای ایکس و پرتوهای گاما را شامل هستند.تحریکات اتمی بیشتر ناحیه مرئی را شامل می شوند. تحریکات داخلی اتمی به پرتو های ایکس منجر می شوند رشته های تنگستن برای نورهای مرئی مناسبند.
در تخلیه های الکتریکی دریک گاز، نظیر لوله منور لامپ های نئونی ، یک سری از طول موج های گسسته گسیل (نشر) می کندوقتی نور حاصل از لامپ هیدروژن را به یک منشور منتقل نماییم خطوط طیفی اتم هیدروژن به طول موج های اصلی خود تجزیه می گردد و با رنگ های مختلف نمایان می گردد. اصطلاح خط طیفی به خاطر پایداری طول موج های خاص تولید آن طول موج های اصلی در هر گستره طول موجی به نور های آن سیستم استفاده شده است.
لامپ سدیم:چراغ های خیابان نیز از آن است طیف زرد رنگی دارد که گسیل اصلی آْن در دو طول موج ۵۸۹ و ۵۹۰ نانو متر صورت می گیرد طیف اتم هیدروژن نه تنها از تحریک اتمی آن مشاهده شده که خطوط طیفی گسسته ای دارد و برخی رنگ ها از قبیل (نیلی و سبز و زرد و آبی و ….) را شامل می شود بوسیله طیف خورشید نیز دیده می شود.
این خطوط توسط دانشمندان خورشید شناسی از جمله جوزف فرانهوفر(Joseph Von Fraungofer) با حروف الفبا علامت گذاری شده اند،مثلا خط D سدیم و….
با اختراع ««لیزر ))(Laser)، اکنون وجود دارند که می توان خروجی های قوی در یک طول موج منفرد تولید کنند.ما در طبیعت طیف گسسته، منفرد نداریم مثلا برای نور زرد یک گستره طول موجی حدودآ ۰٫۶ نانومتر داریم.

چشمه های طبیعی:

Page:5
• خورشید و ستارگان که ناحیه مرئی را پوشش می دهند.
• مواد رادیواکتیو طبیعی ( گسیلنده پرتوهای ایکس و گاما) مانند کبالت (Co- 60)و اورانیوم(U-137) و … که ناحیه ایکس و گاما را شامل می شوند.
• پرتو های کیهانی که از فضای یونسفر خارج ازجو زمین می آیند.
• پرتو های مادون قرمز و فرو سرخ و ماورای بنفش که از خورشید و ستارگان ایجاد می کردند.
• برخی مولکولهای ویژه دو ساختاری یا چند ساختاری که ناحیه های لیزری و میزری را دارند، مانند آمونیاک، یاقوت و ….
چشمه های مصنوعی:

• انواع لامپ ها که مکانیزم های قوس های الکتریکی و تخلیه های الکتریکی و … را دارند مانند لامپ فلاش ،لامپ سدیم و …
• کاواک های جسم سیاه : شاید تا به حال دیده باشید که وقتی آهن را گرم می کنیم ازخود نور تابش می کند.
• لیزر ها که از موادفعالی مانند یاقوت (نئودنیوم یق ND:YAG) و… که در طیف های گسترده یا طول موج های منفردبصورت پالسی یا گسترده ساخته می شوند.
• میزرها(Masers) که ناحیه طول موجی ماکروویو را می پوشانند. مانند میزرهای آمونیاک و…
دید کلی
در مکانیک کلاسیک و ترمودینامیک تلاش ما بر این است که کوتاهترین وجمع و جورترین معادلات یا قوانین را که یک موضع را تا حد امکان به طور کامل تعریف می‌کنند معرفی کنیم. در مکانیک به قوانین حرکت نیوتن و قوانین وابسته به آنها ، مانند قانون گرانش نیوتن، و در ترمودینامیک به سه قانون اساسی ترمودینامیک رسیدیم. در مورد الکترومغناطیس ، معادلات ماکسول به عنوان مبنا تعریف می‌شود. به عبارت دیگر می‌توان گفت که معادلات ماکسول توصیف کاملی از الکترو‌مغناطیس به دست می‌دهد و علاوه برآن اپتیک را به صورت جزء مکمل الکترومغناطیس پایه گذاری می‌کند. به ویژه این معادلات به ما امکان خواهد داد تا ثابت کنیم که سرعت نور در فضای آزاد طبق رابطه (C=1/√μ۰ ε۰) به کمیتهای صرفا الکتریکی و مغناطیسی مربوط می‌شود.

یکی از نتایج بسیار مهم معادلات ماکسول ، مفهوم طیف الکترومغناطیسی است که حاصل کشف تجربی موج رادیویی است. قسمت عمده فیزیک امواج الکترومغناطیسی را از چشمه‌های ماورای زمین دریافت می‌کنیم و در واقع همه آگاهیهای که درباره جهان داریم از این طریق به ما می‌رسد. بدیهی است که فیزیک امواج الکترو مغناطیسی خارج از زمین در گسترده نور مرئی از آغاز خلقت بشر مشاهده شده‌اند.
تعریف فیزیک امواج الکترومغناطیسی
فیزیک امواج الکترو مغناطیسی یک رده از فیزیک امواج است که دارای مشخصات زیر است.
• امواج الکترو مغتاطیسی دارای ماهیت و سرعت یکسان هستند و فقط از لحاظ فرکانس ، یا طول موج با هم تفاوت دارند
• در طیف فیزیک امواج الکترو مغناطیس هیچ شکافی وجود ندارد. یعنی هر فرکانس دلخواه
Page:6
• را می‌توانیم تولید کنیم.
• برای مقیاس‌های بسامد یا طول موج ، هیچ حد بالا یا پائین تعیین شده ای وجود ندارد.
• از جمله منابع زمینی فیزیک امواج الکترومغناطیسی می‌توان به فیزیک امواج دستگاه رله تلفن ، چراغ‌های روشنایی و نظایر آن اشاره کرد.
• این فیزیک امواج برای انتشار خود نیاز به محیط مادی ندارند.
• قسمت عمده این فیزیک امواج دارای منبع فرازمینی هستند.
فیزیک امواج الکترومغناطیسی جزو امواج عرضی هستند.


گستره فیزیک امواج الکترومغناطیسی
فیزیک امواج الکترومغناطیسی از طولانی‌ترین موج رادیویی ، با طول موج‌های معادل چندین کیلومتر ، شروع شده پس از گذر از موج رادیویی متوسط و کوتاه تا نواحی کهموج ، فروسرخ و مرئی امتداد می‌یابد. بعد از ناحیه مرئی فرابنفش قرار دارد که خود منتهی به نواحی اشعه ایکس ، اشعه گاما و پرتوی کیهانی می‌شود. نموداری از این طیف که در آن نواحی قراردادی طیفی نشان داده می‌شوند در شکل آمده است که این تقسیم بندی‌ها جز برای ناحیه دقیقا تعریف شده مرئی لزوما اختیاری‌اند.
یکاهای معروف فیزیک امواج الکترومغناطیسی
• طول موج λ بنا به تناسب مورد ، برحسب متر و همچنین میکرون یا میکرومتر μm ، واحد آنگستروم A و واحد ایکس XU نشان داده می‌شود.

• با به کار بردن متر به عنوان واحد طول ، طول موج‌های نوری بایستی بنا به تناسب برحسب ، nm سنجیده شوند، ولی هنوز آنگستروم یک واحد رسمی بوده و به عنوان متداول ترین واحد در طیف نمایی به کار برده می شود.

• واحد XU ابتدا به شکل مستقل طوری تعریف شده بود که رابطه آن با آنگستروم به صورت ۱A=XU 1002.060 بود. این واحد اکنون دقیقا معادل ۱۰-۱۰ یا m 10-13 تعریف شده است.
Page:7
• علی رغم طبقه بندی عمومی تابش با طول موج ، کمیت مهم از نظر ساختار اتمی و مولکولی فرکانس <ν=c/λvacvac=c/v جایگزین شود. مولفین مختلف واحدهای مختلفی را برای عدد موجی مانند ΄ν ، K و δ به کار می‌برند که همگی یکسان‌اند، در این بحث علامت δ انتخاب شده است، زیرا امکان اشتباه آن با خود ν و یا سایر ثابت ها کم است.

• واحد عدد موجی یک بر سانتیمتر است که گاهی کایزر (K) نامیده می‌شود. واحد کوچکتر آن میلی کایزر است که ( mk ) واحد مناسبی برای ساختار فوق ریز و کارهای مربوط به عرض خطی است. هر چند که متخصصین طیف نمایی فرکانس رادیویی برای این قبیل کمیت‌ها واحد فرکانس یعنی MHz را به کار می‌برند(MHz 29.979=mk 1 ).

• انرژی موج را بر حسب واحد الکترون ولت ( ev ) بیان می‌کنند که انرژی‌های فوتونی خیلی بالا ( مربوط به طول موج‌های خیلی کوتاه ) یک الکترون ولت معادل ۱٫۶×۱۰-۱۹J است.
طیف نمایی و فیزیک امواج الکترومغناطیسی
• ناحیه مرئی یا نور مرئی ( ۴۰۰۰-۷۵۰۰ آنگستروم ) توسط نواحی فروسرخ از طرف طول موج‌های بلند ، فرابنفش از طرف طول موج‌های کوتاه ، محصور شده است. معمولا این نواحی به قسمت های فروسرخ و فرابنفش دور و نزدیک ، با محدوده‌هایی به ترتیب در حدود ۳۰ میکرومتر و ۲۰۰۰ آنگستروم تقسیم می‌شوند که نواحی مزبور دارای شفافیت نوری برای موادی شفاف از جمله منشورها و عدسی‌ها می‌باشند.

• تا این اواخر ناحیه مرئی متشکل از فروسرخ تا فرابنفش نور توسط گاف‌هایی از نواحی رادیویی و اشعه ایکس سوا می‌شدند که در آنها بر انگیزش و آشکارسازی تابش با طول موج‌های متناسب ممکن نبوده است. اختراع رادار در سال‌های جنگ ( ۴۵- ۱۹۳۸ ) راه ورود به نواحی فیزیک امواج خیلی کوتاه رادیویی یا کهموج را باز کرد، در حالی که در همان زمان طیف شناسان فروسرخ دامنه فعالیت خود را تا به نواحی طول موج‌های بلندتر توسعه می‌دادند. این دو ناحیه هم اکنون ابعاد کوچکتر از میلیمتر روی هم می‌افتند.

• گاف طول موج کوتاه ، به خاطر جالب بودنش برای متخصصین فیزیک پلاسما و اختر فیزیک به خوبی پر شده است. هم اکنون حدود طیف نمایی نوری به زیر ۲ آنگستروم رسیده است در حالی که مرز پرتوهای ایکس نرم تا ۵۰ آنگستروم می‌رسند. تشخیص بین پرتو نوری و پرتو ایکس ، در ناحیه پوشش فوق الذکر بر منشا خطوط طیفی مبتنی است.
Page:8
• طیف نمایی نوری با گذار‌های الکترونهای خارجی یا ظرفیتی و طیف نمایی اشعه ایکس با گذارهای الکترون‌های داخلی مربوط می‌کند. طیف‌های نوری ، طول موج‌های خیلی کوتاه از الکترون‌های خارجی عناصری با درجه یونش بسیار بالا به وجود می‌آیند.
کاربرد‌های فیزیک امواج الکترومغناطیسی
• کاربردهای فیزیک امواج الکترومغناطیسی در مخابرات :
از این جمله می‌توان فیبر نوری ، دستگاه رله تلفن ، موجبرها ، ماهواره و… اشاره کرد.
• کاربرد‌های فیزیک امواج الکترو‌مغناطیسی در نظامی :
مانند بمب الکترومغناطیسی ، انواع رادار ، ردیابهای موشک و…
• کاربردهای فیزیک امواج الکترو مغناطیسی در پزشکی :
از قبیل عکسبرداری مغناطیسی ، رادیولوژی ، سونوگرافی با لیزر ، کاربرد اشعه ایکس و گاما در فیزیک پزشکی و…
• کاربردهای فیزیک امواج الکترومغناطیسی در صنعت :
انواع برشکاری‌های لیزری ، قطار الکترو‌مغناطیسی و صندلی مغناطیسی و…
• کاربردهای فیزیک امواج الکترومغناطیسی در اخترشناسی : با مطاله طیف الکترومغناطیسی گسیل شده از جو می‌توان به ساختار اجرام آسمانی پی‌برد.
سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی

سرعت انشار امواج به محیط بستگی دارد. در یک محیط، هر چشمه موج، امواجی را منتشر می کند که سرعت همه آن ها ثابت و یکسان است. اما اگر یک موج از محیطی به محیط دیگر منتقل شود، سرعت آن تغییر می کند. اما دامنه، فرکانس(بسامد) و دوره موج ثابت می ماند و این خواص تنها به منبع موج بستگی دارد.
در امواج میکانیکی هر چه محیط غلیظ تر باشد، سرعت انتشار موج بیشتر خواهد بود، زیرا امواج میکانیکی بر اثر ارتعاش ذرات محیط مادی در محیط منتشر می شوند، و هر چه محیط متراکم تر و چگالتر باشد، ذرات به یکدیگر بیشتر به هم نزدیک می باشند و درنتیجه انتشار موج سریعتر صورت می گیرد.
اما سرعت امواج الکترومغناطیسی در خلاء ثابت است و برابر با ۸^۱۰×۳ متر بر ثانیه. سرعت این امواج در محیط غلیظ تر کاهش می یابد.

مقاله امواج الکترو مغناطیسی

نظر خود را بگذارید .

تمامی حقوق مادی و معنوی این سایت متعلق به کانون مهندسین نور میباشد .

نقشه سایت
قالب وردپرس