الضوء وأهميته وخطورته و إستخدماته في مجالات مختلفة

(جمع: ضوء) هو إشعاع كهرومغناطيسي مرئي للعين البشرية ، وهو المسؤول عن الرؤية. يتراوح الطول الموجي للضوء من 400 نانومتر (نانومتر) أو 400 × 10 م إلى 700 نانومتر بين الأشعة تحت الحمراء (الموجة الأطول) والأشعة فوق البنفسجية (الموجة الأقصر). لا تمثل هذه الأرقام الحد المطلق للرؤية البشرية ، ولكن النطاق التقريبي الذي يمكن لمعظم الناس رؤيته بوضوح في معظم الحالات. يتراوح مدى الطول الموجي المقدر لمصادر الضوء المرئي المختلفة من نطاق ضيق (420 إلى 680)  إلى أوسع نطاق (380 إلى 800) نانومتر.  في ظل الظروف المثالية ، يمكن للبشر رؤية الأشعة تحت الحمراء بطول موجة لا يقل عن 1050 نانومتر ، ويمكن للأطفال والشباب رؤية الأشعة فوق البنفسجية بين 310 و 313 نانومتر.

الخصائص الأساسية للضوء المرئي هي الشدة واتجاه الانتشار والتردد أو الطول الموجي والطيف والاستقطاب ، وتقدر سرعته في الفراغ بـ (299.792.458 م / ث) وهو أحد الثوابت الأساسية للطبيعة.

 

مثل جميع أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي (EMR) ، ينبعث الضوء المرئي ويمتص في “حزم” صغيرة تسمى الفوتونات ، والتي يمكن دراستها كجسيمات أو موجات. هذه الخاصية تسمى ازدواجية موجة-جسيم. تسمى دراسة الضوء البصريات وهي مجال بحث مهم في الفيزياء الحديثة.

في الفيزياء ، تُستخدم كلمة ضوء أحيانًا للإشارة إلى الإشعاع الكهرومغناطيسي بأي طول موجي ، سواء كان مرئيًا أم لا. هذا المقال يعتمد على الضوء المرئي.

 

 

يتكون الضوء الأبيض من طيف معقد من ألوان مختلفة.

 

تاريخ

 

إسحاق نيوتن.

طرح الإغريق القدماء بعض النظريات في مجال الضوء ، فتحت آفاقًا للبحث ، لكن معظمها كان نظريًا ، ولم توفر الفرصة لإجراء بحث عملي في هذا الجانب المهم إلا من قبل بعض العلماء المسلمين بقيادة العصور الوسطى. حسن بن هيثم.

ابرز مساهمة الحسن بن الهيثم (354-430 هـ ، 965-1039م) في الكتاب البصري هو اكتشاف طبيعة ووظيفة الضوء ، حالة القمر ، قوس قزح ، المرآة المكافئة ، المرآة الكروية. ، كسوف الشمس والظل. استفاد من معرفته بالبصريات وعمله الغزير روجر بيكون وبولندا ويتلو وليوناردو دافنشي وجون كيبلر. تمت ترجمة أعماله المقابلة إلى اللاتينية أكثر من خمس مرات ، حيث أكد أن الضوء لا علاقة له باللون ، ولأول مرة حلل عملية الرؤية والضوء الذي اعتقد أسلافه أنه ينبعث من العين. ورأيناهم الجثث فقال ابن هيثم:

 

“إنها تنبعث من كل نقطة من الجسد وتصل إلى العينين ، وتنقل صور الأشياء إليها وإلى المخ”.

كان ابن الهيثم مهتمًا جدًا بالعدسات ، وقال إنه عندما يدرس الانكسار والانعكاس ، فإن تكبير العدسات يعتمد على تحدبها.

 

بعد ابن الهيثم ، بعد حوالي سبعة قرون ، لم يظهر عالم موثوق به حتى القرن السابع عشر. في عام 1666 ، اكتشف العالم البريطاني السير إسحاق اكتشف العالم البريطاني السير إسحاق نيوتن أن الضوء الأبيض يتكون من جميع الألوان ، ووجد أن استخدام المنشور يمكن أن يفصل كل لون في الضوء الأبيض. طور نيوتن نظرية مفادها أن الضوء يتكون من أجسام صغيرة تتحرك في خط مستقيم في الفراغ ، وأطلق على هذه النظرية اسم نظرية الجسيمات الضوئية [موضع شك]. بينما كان نيوتن يطور نظريته عن الضوء ، قال الفيزيائي والفلكي الهولندي كريستيان هيغنز أن الضوء يتكون من موجات. اقترح نظريته الموجية لشرح طبيعة الضوء. يبدو أن هاتين النظريتين تتعارضان تمامًا مع نظرية الجسيمات الخفيفة ونظرية الموجة ، وقد ظل العلماء يتجادلون منذ ما يقرب من 100 عام. في بداية القرن التاسع عشر ، شرح الفيزيائي البريطاني توماس يونغ ظاهرة تداخل الضوء وأوضح أن نوعين من الضوء سيلغيان بعضهما البعض في ظل ظروف معينة. تتصرف موجات الماء بنفس الطريقة ، ولكن نظرًا لصعوبة فهم كيفية حدوث التداخل بين الجسيمات ، يقبل معظم العلماء تجربة يانغ كدليل على نظرية الموجة الضوئية.

طبيعة الضوء

في القرن التاسع عشر ، اعتقد العلماء أن الضوء موجة تنتقل مثل الماء. أصبحت نظرية موجات الضوء شائعة ؛ لأنها تسمح للعلماء بشرح ظاهرة التداخلات ، وهي خطوط فاتحة ومظلمة حصل عليها العلماء من تجارب الضوء. إذا كان الضوء نوعًا من الموجات ، فما هي هذه الموجات؟ يسهل تفسير موجات الماء لأنها تعبر السطح بينما يتحرك الماء نفسه لأعلى ولأسفل. بالنسبة للعلماء في القرن التاسع عشر ، بدا الضوء مختلفًا عن موجات الماء لأنه ينتقل من الشمس والنجوم الأخرى إلى الأرض في الفضاء. لقد افترضوا أن موجات الضوء يجب أن تمر عبر المادة ، تمامًا كما تمر موجات الماء عبر الماء. يطلق العلماء على هذه المادة الأثير ، على الرغم من أنهم لم يعثروا على أي دليل على وجود هذه المادة. في نهاية القرن التاسع عشر ، خلص العلماء إلى أن الموجات الضوئية تتكون من مناطق تسمى المجالات أو المجالات الكهربائية والمغناطيسية.

 

يبدأ نموذج الموجة الضوئية البسيط بشعاع (خط مستقيم) يوضح اتجاه انتشار الضوء. يمثل السهم القصير العمودي (الزاوية اليمنى) على طول الشعاع المجال الكهربائي. تشير بعض الأسهم إلى أعلى من الشعاع ، بينما يشير البعض الآخر إلى أسفل من الشعاع. لديهم أطوال مختلفة ، وبالتالي فإن النمط العام للأسهم مموج ، والأسهم التي تمثل المجال المغناطيسي مموجة أيضًا ، لكن هذه الأسهم بزوايا قائمة على الأسهم التي تمثل المجال الكهربائي. هذا النمط يمر عبر الشعاع وهو خفيف جدًا. أثبتت التجارب في أوائل القرن العشرين أن العلماء تخلوا أخيرًا عن فكرة الأثير. لقد أدركوا أنه كنمط منتظم للمجالات الكهربائية والمغناطيسية ، يمكن لموجات الضوء أن تنتقل عبر الفضاء.

 

 

موجة التغيير في المجال الكهربائي E متعامدة مع الموجة B للتغير في المجال المغناطيسي. تنتشر الموجة في الاتجاه k عموديًا على مستوى الحقلين المتحركين (أي من اليسار إلى اليمين)

تتميز خصائص الموجات الكهرومغناطيسية عمومًا بالعوامل التالية:

 

الطول الموجي (λ): مسافة الخط المستقيم من القمة إلى القمة.

التردد (و): عدد المرات التي تمر فيها قمة الموجة عبر نقطة ثابتة في الثانية.

السعة (أ): هي المسافة القصوى إلى القمة أو القاع (نقطة الشعاع المنخفضة).

الفاصل الزمني (T): الوقت اللازم لاثنين من القمم أو القيعان للمرور عبر نقطة ثابتة في الفضاء.

سرعة الانتشار: المسافة التي تقطعها الموجة في ثانية واحدة أثناء عملية الانتشار.

احسب سرعة الضوء في الفراغ (ج):

{\ displaystyle c = \ lambda \ cdot {f}}

 

الفوتون

اقترح الفيزيائي الألماني ألبرت أينشتاين نموذجًا للضوء في عام 1905 ، وهو مفيد مثل نموذج الموجة. في بعض التجارب ، يتصرف الضوء كما لو كان جسيمًا ، وهذا النوع من الجسيمات يسمى الآن الفوتون. في نموذج أينشتاين ، الضوء هو المسار الذي تسلكه الفوتونات. على سبيل المثال ، عندما يشع المصباح شعاعًا من الضوء عبر غرفة مظلمة ، يتكون الشعاع من عدد كبير من الفوتونات ، وينتقل كل فوتون في خط مستقيم. هل الضوء موجة أم جسيم؟ من الواضح أن هذين النموذجين لا يمكن أن يكونا معًا لأن هذين النموذجين مختلفان تمامًا. أفضل إجابة هي أن الضوء ليس هذا ولا ذاك. في بعض التجارب ، يتصرف الضوء كما لو كان موجة ، بينما في تجارب أخرى ، يتصرف كما لو كان جسيمًا. على عكس الأنواع الأخرى من الموجات ، فإن الضوء في الفراغ له سرعة واحدة فقط ، وهي أقصى سرعة ممكنة لأي شيء. العلماء لا يفهمون إلا هذه الحقيقة. حقيقة أن الضوء في الفراغ له سرعة هي أحد أسس نظرية النسبية لأينشتاين.

عندما يدخل الضوء إلى مادة ما ، فإنه يصطدم بالذرات ويدمر عمليتها ، لكنه ينتقل بين ذرة وأخرى بسرعة عادية.

الطيف المرئي والكهرومغناطيسي

المجال الكهرومغناطيسي

يمكن تعريف هذا النطاق من الطيف الكهرومغناطيسي بأنه الطيف الذي يمكن أن يؤثر على العين ويجعلها تدرك الرؤية ، ويبدأ الطيف المرئي من اللون الأرجواني وينتهي باللون الأحمر. نظرًا لأن حساسية العين تتغير مع الطول الموجي للضوء المستقبَل ، فيمكنها التمييز بين الألوان المختلفة. تكون حساسية العين أكبر عند الطول الموجي بين الأخضر والأصفر. يُقاس الطول الموجي للضوء بوحدات صغيرة جدًا ، مثل ميكرومتر ونانومتر وأنجستروم.

يمكن ملاحظة الاختلاف في الطول الموجي بالعين ، ثم تحويله إلى دماغ من خلال اللون الأحمر. ولدى الأحمر أطول موجة طول موجية 700 نانومتر ، والأرجواني له أقصر طول موجي ، ويبلغ طوله الموجي حوالي 400 نانومتر. فيما بينها ، مثل البرتقالي والأخضر والأزرق.

تسمى أطوال موجات الطيف الكهرومغناطيسي خارج مجال رؤية العين بالأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء. يمكن لبعض الحيوانات ، مثل النحل ، رؤية بعض الأطوال الموجية الطويلة.

يمكن أن يؤدي تعرض الجلد للأشعة فوق البنفسجية لفترات طويلة إلى حروق الشمس أو سرطان الجلد ، وقد يؤدي نقص التعرض إلى نقص فيتامين (د).

 

خواص الضوء

انكسار الضوء

 

يوضح الشكل توهين الضوء الذي يمر عبر المنشور.

 

 

أمثلة على انكسار الضوء. عندما تدخل القش إلى السائل عبر الهواء ، فإنها تنحني بسبب انكسار الضوء.

 

الانكسار هو التغير في اتجاه الموجة أثناء انتقالها من وسط إلى آخر. عندما تنتقل الموجة من وسيط إلى وسيط آخر بسرعة مختلفة للضوء عند زاوية معينة ، فإن الموجة تنكسر (تنحني). في الواقع ، بدا أن القش الموجود في كوب من الماء ينكسر على سطح الماء. لأن سرعة الضوء في الماء أقل من سرعة الهواء. عندما يمر الضوء بطول موجة معين من وسيط إلى آخر ، فإن مقدار الانحناء يعتمد على قانون الانكسار (قانون سنيل) بين الوسيطتين عند هذا الطول الموجي. تم اكتشاف قانون الانكسار من خلال حساب المثلثات. إنها دالة الجيب لزاوية السقوط وزاوية الانكسار:

 

{\ displaystyle n_ {1} \ sin \ theta _ {1} = n_ {2} \ sin \ theta _ {2}} n_1 \ sin \ theta_1 = n_2 \ sin \ theta_2

حيث {\ displaystyle \ theta _ {1}} \ theta_1 هي الزاوية بين الشعاع وسطح السطح الأول ، و {\ displaystyle \ theta _ {2}} \ theta_2 هي الزاوية بين الشعاع وسطح السطح الأول القيمة المتوسطة الثانية للزاوية المضمنة n1 و n2 هي معامل الانكسار ، n = 1 في الفراغ ، n> 1 في المواد الشفافة.

 

تعتمد معظم قوانين الانكسار على العلاقة بين زاوية شعاع الضوء في الهواء وزاويته في وسط مثل الزجاج أو الكوارتز (الكوارتز) أو البلاستيك. بالإضافة إلى ذلك ، فإن ألوان الضوء المختلفة لها درجات مختلفة من الانكسار لأن لها أطوال موجية مختلفة وترددات ثابتة. بسبب هذه الخاصية البصرية ، ينقسم الضوء إلى ألوان الطيف السبعة. المنشور يعمل وفقًا لهذا المبدأ. تستخدم الخصائص الانكسارية للعدسة للتحكم في الضوء لتغيير حجم الصورة ووضوحها. تشمل الأمثلة المكبرات والنظارات والعدسات اللاصقة والمجاهر والتلسكوبات الانكسارية.

 

تداخل

في معظم الحالات ، يتم تعريف الضوء على أنه موجة ذات قمم وقيعان. عندما تمر موجتان من الضوء عبر نفس النقطة ، فإنهما تتداخلان مع بعضهما البعض ، لذا فإنهما يجمعان ويطرحان من بعضهما البعض. افترض أنه عندما تمر قمة موجة عبر نقطة ما ، فإنها تعبر قمة موجة أخرى في نفس الوقت. القمتان هما اجتماع قمة مهم. تسمى هذه العملية التداخل البناء ، وهي تنتج ضوءًا أكثر من أي موجة مفردة. على العكس من ذلك ، إذا افترضنا أنه عندما تمر قمة موجة عبر نقطة وتمر عبرها قاع لموجة أخرى ، فإن القاع سيقلل من ارتفاع القمة ويجعل النقطة غير شفافة. هذه العملية تسمى التداخل المدمر.

 

يعد وجود ظواهر التداخل التي تسبب سطوع الضوء أو تعتيمه أحد أقوى الحجج التي تدعم نظرية موجات الضوء. تنتج جميع أنواع الموجات أنماط تداخل بناءة ومدمرة عند المرور عبر فتحتين صغيرتين متجاورتين.

 

في أوائل القرن التاسع عشر ، أثبت العالم البريطاني توماس يونغ ذلك في تجربته الشهيرة حول تقلب الضوء ، أي إرسال شعاع من الضوء عبر فتحتين ضيقتين. يصل الضوء من الفتحتين إلى الشاشة. إذا كانت طبيعة الضوء غير متموجة ، فإنها تظهر على الشاشة كنقطتين مضيئتين مضيئتين ، تخرج كل منهما من ثقب واحد ، ولكن الحقيقة هي أنه عندما يخرج الضوء من كل ثقب ، فإنه يتفاعل مع الآخر ، وينتشر الضوء معًا. الشاشة مليئة بالخطوط الفاتحة والداكنة تسمى خطوط. عندما تصل الموجتان إلى القمة والقمة ، تتشكل أهداب لامعة لخلق تداخل بناء. تتشكل الأطراف غير الشفافة عندما تصل موجتان إلى القمم والقيعان لإنتاج تداخل مدمر.

 

الحيود والانتشار

 

ظل الكرة الزجاجية.

واحدة  من أكثر خصائص العين المجردة وضوحًا أن الضوء ينتقل في خط مستقيم ، وهو ما يسمى الانعراج. يحدث الانعراج والتداخل بسبب حقيقة أن الضوء يتصرف مثل الموجات. عندما تمر موجة ضوئية عبر فتحة صغيرة ، أو تحيط بجسيم صغير ، أو تمر عبر حافة ، فإنها تنتشر قليلاً. يمكن أن تنتشر موجات الماء أيضًا ، لكن الثقوب والأشياء التي تسبب الانتشار يجب أن تكون أكبر من موجات الضوء. قد يكون حيود الضوء مزعجًا. لنفترض أنك حاولت مراقبة جسيم صغير جدًا باستخدام مجهر عالي الكفاءة. كلما زاد التكبير ، كلما اقترب الجسم ، ستظهر حواف الجسم ضبابية أكثر. كل حافة غير واضحة لأن الضوء ينكسر أثناء مروره عبر الحافة للوصول إلى العين.

من ناحية أخرى ، إذا استخدمنا جهازًا يسمى محزوز الحيود ، فيمكن استخدام الحيود لدراسة لون الحزمة. يحتوي الأخدود على آلاف الثقوب الصغيرة لتزويدنا بالضوء. يختلف مقدار الانعراج لكل لون في الضوء اختلافًا طفيفًا ، وتشتت اللون كبير جدًا بحيث يمكننا رؤية كل لون. تُستخدم حواجز الانعراج في التلسكوبات لفصل الألوان في الضوء عن النجوم ، مما يسمح للعلماء بدراسة المواد التي تتكون منها النجوم.

 

 

إنعكاس وتشتت

انعكاس الكنز للأسماك في الحوض.

 

عندما يصطدم الضوء بجسم ما ، تحتفظ مادة الجسم بالطاقة ثم تنبعث من جديد في جميع الاتجاهات ، وتسمى هذه الظاهرة بالانعكاس. ومع ذلك ، فإن السطح الأملس بصريًا بسبب التداخل المدمر سيفقد معظم الضوء ، لكنه يتشتت بنفس زاوية التأثير. ومن الأمثلة على هذا التأثير المرايا والأسطح المصقولة (مثل الكروم) ومياه النهر (لأن قاعها أسود).

 

الاستقطاب

المستقطب المتحرك أمام شاشة الجهاز اللوحي. تبعث شاشة LCD ضوءًا مستقطبًا ، بزاوية 45 درجة عموديًا ، وفي هذا الوقت يكون محور المستقطب عموديًا على الضوء المستقطب المنبعث من الشاشة (المستقطب أسود). عندما يكون موازياً لاستقطاب الشاشة ، يسمح المستقطب للضوء بالمرور ، ونرى بياض الشاشة.

 

يمكن ملاحظة الاستقطاب في بلورات شفافة موضوعة على التوازي ، يتم تدوير إحداها بزاوية 90 درجة ، ولا يمكن للضوء المرور خلالها.

يمكن الحصول على الضوء المستقطب عن طريق انعكاس الضوء. ينعكس الضوء جزئيًا أو كليًا بزاوية السقوط. تسمى الزاوية التي تسبب الاستقطاب الكامل زاوية بروستر أو زاوية الاستقطاب.

تحتوي العديد من النظارات الشمسية وفلاتر الكاميرا على بلورات مستقطبة للتخلص من الانعكاسات المزعجة.

 

العمل الكيميائي

يمكن للطاقة الضوئية تغيير سطح المادة كيميائيًا عن طريق امتصاص المادة. على سبيل المثال ، يغير الضوء كيميائيًا حبيبات هاليد الفضة في الفيلم بحيث يمكن تسجيل الصور عليها. يمكن للضوء القوي أن يغير الصبغات كيميائيًا إلى الأقمشة الباهتة. تخضع شبكية العين لتغيرات كيميائية بسبب الضوء ، لذلك تنتج الشبكية إشارات تتعلق بالرؤية. يعتبر الضوء عاملاً ضروريًا لعملية التمثيل الضوئي للنبات ، وهي العملية المطلوبة لإنتاج الغذاء من خلال تفاعل الضوء مع الماء وثاني أكسيد الكربون. ومن خلال تفاعل الأشعة فوق البنفسجية مع 7-ديهيدروكوليسترول تحت الجلد لتكوين فيتامين د.

 

مصدر ضوء

 

هناك العديد من مصادر الضوء. الأكثر شيوعًا هو الحرارة: جسم يصدر درجة حرارة معينة ويصدر نفس الخصائص الطيفية لإشعاع الجسم الأسود. مثال بسيط لمصدر الحرارة هو أشعة الشمس المنبعثة من الغلاف الجوي للشمس. حوالي 6000 كلفن هي ذروة المنطقة المرئية من الطيف الكهرومغناطيسي في الرسم البياني لوحدة الطول الموجي ، وحوالي 44٪ من الطاقة الشمسية يصل إلى الأرض مرئي.  مثال آخر هو المصباح المتوهج ، الذي يصدر حوالي 10٪ فقط من طاقته كضوء مرئي والباقي كضوء الأشعة تحت الحمراء. تعتبر مصادر الضوء الحراري الشائعة تاريخيًا أجسامًا صلبة تنبعث منها ضوءًا من اللهب ، ولكنها أيضًا تصدر معظم الأشعة تحت الحمراء ، مع جزء صغير منها فقط كطيف مرئي. يبلغ طيف الجسم الأسود ذروته في اتجاه الأشعة تحت الحمراء العميقة بطول موجة يبلغ 10 ميكرومتر ، وهو مناسب للأجسام الباردة نسبيًا مثل البشر. مع ارتفاع درجة حرارة الجسم ، تتحول الذروة إلى أطوال موجية أقصر ، تنتج أولاً الضوء الأحمر ، ثم الضوء الأبيض ، وأخيراً الضوء الأزرق لأن الذروة تنتقل من الجزء المرئي من الطيف إلى المجال فوق البنفسجي. يمكن رؤية هذه الألوان عند تسخين المعدن إلى درجة حرارة عالية ، لذلك نرى اللون الأحمر ثم الأبيض. عادةً ما يكون الإشعاع الحراري الأزرق غير مرئي.باستثناء النجوم ، فإن اللون الأزرق الذي نراه في اللهب الغازي أو مشاعل اللحام هو في الواقع نتيجة للانبعاثات الجزيئية ، بشكل أساسي من جذور CH (تنبعث عند طول موجي يبلغ حوالي 425 نانومتر ، غير مرئي) في النجوم أو إشعاع حراري نقي)).

 

تنبعث الذرات وتمتص الضوء بطاقات مختلفة. يولد نسخًا ذرية من الخيوط في طيف كل ذرة. يمكن أن يكون الانبعاث أوتوماتيكيًا ، مثل الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) ، ومصابيح تفريغ الغاز (مثل مصابيح النيون ، ومصابيح النيون ، ومصابيح بخار الزئبق ، وما إلى ذلك) واللهب (من ، على سبيل المثال ، الغاز الساخن نفسه ينبعث منه ضوء أصفر صوديوم عندما وضعت في لهب غاز)). يمكن أيضًا تحفيزه للإفراز ، كما هو الحال في الليزر أو مازر الميكروويف.

ينتج عن تباطؤ الجسيمات المشحونة (مثل الإلكترونات) إشعاع مرئي: إشعاع السيكلوترون وإشعاع السنكروترون والإشعاع النحاسي. سوف تنتج الجسيمات الأولية التي تتحرك أسرع من سرعة الضوء في الوسط إشعاع Cherenkov.

تنتج بعض المواد الكيميائية إشعاعًا مرئيًا من خلال عملية التلألؤ الضوئي. كما هو الحال في الجسم الحي ، تسمى هذه العملية التلألؤ البيولوجي. على سبيل المثال ، تبعث اليراعات الضوء بهذه الطريقة ، ويمكن للقوارب التي تبحر في الماء أن تميز العوالق ، مما يؤدي إلى توهج ضعيف. تنتج بعض المواد ضوءًا عند تعريضها للإشعاع بالطاقة يتناسب مع توزيع إلكتروناتها. هذه الظاهرة تسمى الفلورة. يتم استخدامها في مصابيح الفلورسنت. تنبعث بعض المواد من الضوء بعد فترة وجيزة من تحفيزها بإشعاع عالي الطاقة ، وهي ظاهرة تُعرف باسم الفسفرة.

يمكن تحفيز مادة الفسفور بإسقاط جزيئات دون ذرية على مادة الفوسفور. التلألؤ الكاثوليكي هو مثال على ذلك. تُستخدم هذه الآلية في مشاهدي أنبوب أشعة الكاثود.

 

هناك آليات أخرى لتوليد الضوء:

 

تلألؤ بيولوجي

الصوت والضوء

التألق الكهربائي

تلألؤ ثلاثي

فلاش

إشعاع Cherenkov

عندما يتم توسيع مفهوم الضوء ليشمل فوتونات عالية الطاقة للغاية (أشعة جاما) ، فإن آليات توليد الضوء تشمل أيضًا:

                                        

النشاط الإشعاعي

إبادة الجسيمات المضادة للجسيمات.

ملامح لجنة الإنارة الدولية بين مصدر الضوء والمزياء. مصادر الضوء هي مصادر ضوء مادية ، مثل الشمس والمصابيح ، ويشير مصطلح اللمعان إلى توزيع خاص للطاقة الطيفية. لذلك يمكن تكوين وحدة الإنارة مسبقًا ، ولكن قد لا نتمكن من توليفها في الممارسة العملية.

 

القياس

يقيس العلماء الطول الموجي للضوء بوحدات متريّة وإمبراطوريّة مختلفة. إحدى هذه الوحدات المترية المعروفة هي الميكرومتر ، والتي تساوي 0.00001 متر (10-6 م).

يقتصر الطول الموجي للضوء في الطيف المرئي على النطاق من حوالي 0.4 ميكرومتر في اللون الأرجواني العميق إلى حوالي 0.7 ميكرومتر في اللون الأحمر العميق. تردد أي موجة يساوي نسبة سرعة الموجة إلى الطول الموجي ، وتسمى وحدة قياسها هيرتز. إذا كانت قمة الموجة تمر عبر نقطة معينة كل ثانية ، فإن تردد الموجة هو 1 هرتز. إذا مرت 100 قمة عبر نقطة قياس محددة كل ثانية ، فإن تردد الموجة هو 100 هرتز. ينتقل الضوء في الفراغ بسرعة حوالي 300 مليون متر في الثانية. نظرًا لأن الضوء المرئي له طول موجي قصير وسرعة عالية ، يكون التردد مرتفعًا. على سبيل المثال ، تردد الضوء البنفسجي يساوي 750 مليون هيرتز.

 

سرعة الضوء

على الرغم من أن الضوء يبدو وكأنه يمر عبر الغرفة في اللحظة التي يتم فيها فتح الستائر ، إلا أنه في الواقع يستغرق بعض الوقت لقطع أي مسافة. إن السرعة التي ينتقل بها الضوء عبر ذرات الفراغ لن تعطل انتقاله – هي 299،792،458 م / ث (حوالي 186،282 ميلاً في الساعة). تتحرك جميع أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي بنفس السرعة في الفراغ.

 

يعتقد علماء الفلك منذ العصور القديمة أن الضوء ينتقل بسرعة غير محدودة ، وأن أي حدث يحدث في أي مكان في الكون سيتم ملاحظته في جميع النقاط الأخرى في الكون في نفس الوقت. لكن عالم الطبيعة الإيطالي جاليليو في أوائل القرن السابع عشر صمم تجربته لقياس سرعة الضوء لحل هذه المشكلة. عندما رأى جاليليو جاليليو على جبل آخر يفتح غطاء فانوسه ، أرسل جاليليو مساعدًا إلى الجبل البعيد وأمره بفتح غطاء الفانوس. هدف جاليليو هو معرفة المسافة بين الجبلين ، ويمكنه حساب سرعة الضوء بقياس الوقت بين اللحظة التي يفتح فيها الغطاء واللحظة التي يرى فيها المصباح الثاني. على الرغم من أن منطق جاليليو كان معقولًا ، إلا أن التجربة فشلت. بسبب السرعة العالية للضوء ، لم يستطع حساب مثل هذا الوقت القصير.

 

حوالي عام 1675 ، قدم عالم الفلك الدنماركي Ole Roemer دليلاً على أن الضوء ينتقل بسرعة ثابتة (محدودة). أثناء عمله في باريس ، استخدم تلسكوبًا لرصد القمر الصناعي لكوكب المشتري ، المسمى Io. لاحظ وجود اختلاف في الفترة المدارية لـ (Io) وتمكن من حساب أن مرور الضوء عبر مدار الأرض سيستغرق 22 دقيقة . [17] تظهر ملاحظات رومر أن سرعة الضوء ثابتة عند 226000 كم / ثانية ، وهو ما يمثل 75٪ من السرعة الفعلية.

 

في أوروبا ، أجرى Hippolyte Veseau تجربة أخرى أكثر دقة لقياس سرعة الضوء في عام 1849. في عام 1849 ، أطلق Veseau شعاعًا من الضوء في مرآة على بعد عدة كيلومترات. من خلال وضع ترس دوار على مسار الضوء من مصدر الضوء إلى المرآة (والعكس صحيح) ، اكتشف Vezo أنه عند معدل دوران معين ، سيمر الضوء عبر إحدى فجوات التروس إلى المرآة ويمر من خلال التالية فجوة على الترس في طريق العودة إلى المصدر. من خلال معرفة المسافة إلى المرآة وعدد أسنان الترس والسرعة ، يمكن لـ FIZO حساب سرعة الضوء التي تساوي 313،000،000 م / ث.

في عام 1862 ، أجرى ليون فوكو تجربة باستخدام مرآة دوارة لتحديد سرعة الضوء ، وكانت النتيجة حوالي 298.000.000 م / ث.

في عام 1926 ، كرر الفيزيائي الأمريكي ألبرت ميكلسون طريقة فوكو باستخدام مرآة دوارة متقدمة لقياس الوقت الذي يستغرقه الضوء لإكمال الرحلة ذهابًا وإيابًا من جبل ويلسون إلى جبل سان أنطونيو ، كاليفورنيا. ينتج عن القياس الدقيق سرعة ضوء تساوي 299.796.000 م / ث. معدل الخطأ المحتمل في هذا الرسم البياني أقل من أربعة كيلومترات في الثانية.

تكون السرعة الفعالة للضوء في المواد الشفافة المختلفة العادية أقل مما هي عليه في الفراغ. على سبيل المثال ، تبلغ سرعة الضوء في الماء حوالي 3/4 السرعة في الفراغ ، بينما في الزجاج تبلغ ثلثي السرعة في الفراغ.

 

هناك مثال غير مسبوق لطبيعة تباطؤ الضوء في المادة. قام فريقان مستقلان من الفيزيائيين “بشلل تام” للضوء عن طريق تمرير الضوء عبر تكاثف بوز-آينشتاين للروبيديوم ، أحد الفرق من جامعة هارفارد ومعهد رولاند للعلوم في كامبريدج ، ماساتشوستس. والآخر موجود في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية وفي كامبريدج.  لذلك ، فإن الوصف العام لـ “إطفاء” الضوء في هذه التجارب يشير ببساطة إلى الضوء المخزن في حالة ذرية مثارة ثم يعاد إرساله لاحقًا كمحفز لنبضة الليزر الثانية. خلال “فترة التوقف” ، لم يعد الضوء.

 

 

سطوع

يستخدم العلماء وحدات مختلفة لقياس سطوع مصدر الضوء والطاقة في شعاع الضوء من مصدر الضوء هذا. كمية الضوء التي ينتجها أي مصدر ضوء تسمى سطوع مصدر الضوء ، والوحدة المستخدمة لقياس السطوع تسمى شمعة. لسنوات عديدة ، كان يُنظر إلى لمعان شمعة ذات حجم معين مصنوعة من زيت الحوت كوحدة قياس ثابتة وتسمى شمعة ، لكن شموع زيت الحوت لم توفر قياسًا بسيطًا ومتسقًا للضوء. تُعرَّف الشمعة الآن على أنها كمية الضوء المنبعثة من مصدر الضوء الذي ينبعث بتردد معين (540 × 1012 هرتز) وشدة إشعاع محددة (1/683 وات لكل وحدة مساحة ، تسمى ستيراديان). لا تشير شدة مصدر الضوء في الشمعة إلى سطوع الضوء عندما يصل إلى سطح كائن مثل كتاب أو طاولة. قبل أن نتمكن من قياس شدة التدفق الضوئي أو التدفق الضوئي (الضوء الساقط على سطح ما) ، يجب علينا قياس المسافة التي يقطعها الضوء عبر الفراغ بين مصدر الضوء والجسم. يمكننا قياس الضوء بوحدة تسمى لومن. لفهم كيفية قياس اللومن ، تخيل وجود مصدر ضوء في وسط تجويف كروي. هناك مساحة على السطح الداخلي للكرة تساوي مربع نصف قطر الكرة. على سبيل المثال ، إذا كان نصف القطر مترًا واحدًا وكانت شدة الضوء لمصدر الضوء شمعة واحدة ، فإن التدفق الضوئي (سرعة التدفق الضوئي) للمنطقة المغطاة هو التدفق الضوئي.

 

في النظام المتري ، يقيس المهندسون كثافة تدفق الضوء في وحدة تسمى لوكس وينتجوا كثافة تدفق ضوئي بمقدار لوكس واحد ، مما ينتج عنه ضوء ساطع على مساحة متر مربع واحد. في النظام الإمبراطوري ، يتم استخدام وحدة تسمى footcandle. بالنسبة للضوء الساطع من الدرجة الأولى الذي يسقط على مسافة قدم مربع واحد ، فإنه ينتج كثافة تدفق ضوئي من شمعة واحدة. تتناسب شدة الضوء الساقط على منطقة عكسيًا مع مربع المسافة بين مصدر الضوء والسطح. لذلك ، إذا زادت المسافة ، تقل كثافة التدفق الضوئي بمقدار مربع الزيادة ، وتسمى هذه العلاقة بقانون التربيع العكسي. إذا تلقى سطح ما 1 لوكس من الضوء على مسافة متر واحد من مصدر الضوء ثم تحرك إلى مسافة 2 متر مربع من مصدر الضوء ، فسوف يتلقى السطح () ² أو 1/4 لوكس من الضوء. يحدث هذا بسبب

قد يعجبك ايضا
نحن نستخدم ملفات تعريف الارتباط لنمنحك أفضل تجربة ممكنة على موقعنا. بالمتابعة في استخدام هذا الموقع، فإنك توافق على استخدامنا لملفات تعريف الارتباط.
قبول
سياسة الخصوصية