امواج الکترو مغناطیس

در این قسمت درمورد امواج الکترو مغناطیس توضیح می دهیم . نور معمولی ( رنگ هائی که می بینیم ) , اشعه های گاما و… تا امواج رادیوئی همه جزئی از خانواده امواج الکترو مغناطیس می باشند .

۱- از نور تا امواج الکترومغناطیس

از زمان های پیش ماهیت نور برای بشر یک معما بود . دانشمندان و بزرگان بسیاری در مورد نور تحقیق کرده ولی نتوانستند از ماهیت و کارکرد نور سر در بیاورند . بعدها نه تنها نظریه های مختلفی در مورد نور و ماهیت نور  همچنین سرعت و چگونگی انتشار نور منتشر شد بلکه دانشمندان پی بردند که آن چیزی که ما اکنون به عنوان نور مرئی می شناسیم و با چشمان خود می بینیم در واقع گسترده بسیار کوچکی از یک طیف عظیم می باشد که منشاء الکتریکی و مغناطیسی دارند و امروزه به عنوان امواج الکترومغناطیس می شناسیم .
امواج الکترومغناطیس  امواجی هستند که از تبدیل میدان های مغناطیسی به الکتریکی و برعکس بوجود می آیند و همه به سرعت نور (۰۰۰ر۳۰۰ کیلومتر در ثانیه ) منتشر می شوند و طبق آن چه که انشتین کشف کرد بالاترین سرعت در طبیعت می باشد. یعنی یک اندازه حدی است که هیچ چیز نمی تواند از آن گذر کند .
در مورد نور و ماهیت آن در بخش های بعدی توضیحات مفصل می دهیم  .

۱) نظریات مختلف در باب ماهیت نور

در مورد ماهیت نور نظریات مختلفی ابراز شده است که در اینجا به آنها اشاره ای مختصر می کنیم .
۱-۱) ذره ای بودن نور (نظریه نیوتن ): نیوتن دانشمند مشهور انگلیسی یکی از کسانی بود که برای اولین بار عنوان کرد نور از ذرات بسیار ریزی ساخته شده که “ فوتون “ نام دارند و به خط مستقیم حرکت می کند .
یکی از دلائلی که نیوتن در این باره آورده و مثال هائی که در رساله خودش نوشته بوجود آمدن سایه است .
۲-۱) نظریه موجی بودن نور (هویگنس) : کریستیان هویگنس ( دانشمند هلندی ۱۶۲۹ تا ۱۷۹۵ ) هم عصر نیوتن اعتقاد داشت نور نه از ذره , بلکه از موج ساخته شده است . او براساس مطالعه قوانین بازتاب و شکست همچنین پدیده تداخل و پراش نور و… پدیده هائی مانند این به این نتیجه رسید که نور نمی تواند از ذره بوجود آمده باشد و از موج تشکیل شده است .
۳-۱) نظریه مکملی : طبق این نظریه هم نیوتن درست می گفت هم هویگنس معنی این گفته این است که نور هم می تواند ماهیت ذره ای داشته باشد هم ماهیت موجی , بسیاری از پدیده های در ارتباط با نور را می توان به خاصیت ذره ای بودن نور نسبت داد و تعدادی را به موجی بودن نور یعنی نور رفتار دوگانه دارد . بعضی وقت ها ذره ای رفتار می کند و گاهی اوقات موجی
۴-۱) کشف ماکسول : سرانجام ماکسول دانشمند بزرگ انگلیسی نشان داد آنچه ما به عنوان نور می شناسیم در واقع قسمت کوچکی است از طیف وسیع است که به نام امواج الکترو مغناطیس می شناسیم .
۵-۱) نظریه کونتومی بودن نور : طبق نظریه کونتوم و نسبیت که در قرن بیستم توسط انشتین و پلانک تدوین شد , انرژی الکترو مغناطیسی کوانتیده است، یعنی جذب یا نشر انرژی میدان الکترو مغناطیسی به مقدارهای گسسته‌ای به نام “فوتون” انجام می‌‌گیرد.

۲) ماکسول

جیمز کلرک ماکسول (به انگلیسی: James Clerk Maxwell)دانشمند بزرگ انگلیسی (متولد۱۳ژوئن ۱۸۳۱– وفات ۵ نوامبر ۱۸۷۹)بنیانگزار نظریه الکترومغناطیس می باشد .
او در سال ۱۸۵۴ تحصیلات خود را به پایان رساند و نظریه الکترو مغناطیس خود را کامل کرده و فرمول بندی ریاضی  این معادلات به نام خود او معادلات ماکسول نامیده شد.و ماکسول کاشف امواج الکترو مغناطیس نامیده می شود .

شکل شماره  ۱ – جیمز کلرک ماکسول بنیانگزار نظریه الکترو مغناطیس

۳) میدان در فیزیک

قبل از این که در مورد امواج الکترو مغناطیس توضیح دهیم باید در مورد میدان هم توضیح دهیم .
نیروهای حاکم بر طبیعت به وسیله میدان نیروهای خود را اعمال می کنند . این نیروها عبارتند از :
نیروی هسته‌ای ضعیف، نیروی هسته‌ای قوی، الکترومغناطیس( تشکیل شده از نیروهای الکتریکی و مغناطیسی که امروزه اعتقاد بر این است که در واقع یک نیرو هستند ) و گرانش
این نیروها ,فضائی را تحت تاثیر قرار می دهند(در اون حجم از فضا اثر می کنند) که میدان نامیده می شوند .

 ۴) تبدیل میدان مغناطیسی و الکتریکی به یکدیگر

تحقیقات دانشمندان در اواخر قرن ۱۸و در طی قرن ۱۹نشان داد که بر سیم حامل جریان برق در میدان مغناطیسی نیرو وارد می شود و همچنین در اطراف سیم حامل جریان برق میدان مغناطیسی بوجود می آید .
ماکسول با انجام آزمایشهائی نشان داد که از تعغیر میدان الکتریکی میدان مغناطیسی بوجود می آید و همچنین از تعغیر میدان مغناطیسی میدان الکتریکی بوجود می آید.بنابراین اگر منبع تولید یک میدان مغناطیسی یک میدان الکتریکی درحال تعغیر باشد(مانند میدان حاصل از برق متناوب)این تبدیل شدن میدان الکتریکی به مغناطیسی می تواند با سرعت بسیار زیادی(که بعدا معلوم شد همان سرعت نور است)درفضا تا بی نهایت ادامه داشته باشد( به صورت یک موج به جلو حرکت می کند) و بهیچ عنوان به منبع اولیه تولید میدان وابسته نباشد .
تئوری امواج الکترو مغناطیس را ماکسول پیش بینی و سپس “هاینریش هرتز “ آن را با آزمایش به اثبات رساند .
ماکسول و هرتز راهی جدیدی در فیزیک و تکنولوژی باز کردند . کارها و نتیجه آزمایشات ماکسول نه تنها پرده از ماهیت نور برداشت بلکه راهی را در اختیار دیگر دانشمندان و مخترعان (مانند مارکونی مخترع رادیو ) قرار داد که بتوانند پیام های صوتی و تصویری را به اقصی نقاط زمین و فضا با سرعت نور گسیل کنند و منشاء اختراع دستگاه های بیشماری همچون : رادیو , تلویزیون , بی سیم و… دستگاه های دیگر کنترل از راه دور و… شد .
کشف امواج رادیوئی و طیف های مختلف امواج الکترومغناطیس نتیچه کارهای ماکسول و هرتز می باشد .

۲- همه تابش های الکترو مغناطیس

تا اینجا دانستیم که امواج الکترو مغناطیس طیف گسترده ای هستند که از ریز ترین طول موج ها در حد هسته اتم تا بزرگترین طول موج ها در حد ابعاد گیتی را شامل می شود در اینجا توضیح مختصر راجع به تک تک تابش های الکترو مغناطیس داده و در بخش های بعد هر کدام را جداگانه مورد بررسی قرار می دهیم . به طور خلاصه تابش های الکترومغناطیس ( یعنی امواجی که از تبدیل مبدان الکتریکی به مغناطیسی بوحود می آیند )به ۸ گروه (در بعضی منابع ۷ گروه یا ۹ تا ۱۰ گروه معرفی شده ) تقسیم بندی می شوند .
۱) اشعه گاما
۲) اشعه ایکس
۳) اشعه ماوراء بنفش
۴) نور مرئی
۵) اشعه مادون قرمز
۶) امواج تراهرتز
۷) امواج ماکرو
۸) امواج رادیوئی
نکته : یکی از مهمترین ویژگی های امواج الکترومغناطیس این است که برای حرکت به محیط مادی نیازی ندارند بنابراین براحتی در فضای تهی و بین ستاره ای حرکت می کنند .

۱) اشعه گاما

در بین امواج الکترومغناطیس پرتو گاما دارای کوچکترین طول موج است و همچنان که بعدا شرح خواهیم داد هرچه طول موج کمتر باشد فرکانس بیشتر  است و انرژی موج هم بیشتر می باشد از طرفی بعلت کوچک بودن طول موج قدرت نفوذ پذیری بسیار بالائی دارد و براحتی از داخل بدن انسان عبور کرده و می تواند سوختگی های عمیقی ایجاد کرده , باعث تخریب DNA و بافت سلولی شده و منجر به جهش های ژنتیکی خطرناک و انواع سرطان ها شود . در نتیجه برای سلامتی بسیار زیانبار و خطرناک است .
اشعه گاما در سال ۱۹۰۰توسط پل ویلارد دانشمند فرانسوی هنگام کار بر روی رادیوم کشف شد . ماری کوری دانشمند معروف لهستانی هم بخاطر کار کردن روی رادیم ( که ماده رادیو اکتیو قوی است و اشعه های خطرناک گاما و ایکس ساطع می کند ) درگذشت .
یک دیواره سربی به ضخامت ۹ میلیمتر و همچنین هوا به ضخامت ۲۵ متر شدت این اشعه را نصف می کند , لایه ۱۵سانتیمتری بتن و یا ۲۵سانتیمتری خاک می تواند جلو این اشعه را کامل بگیرد .  
اشعه گاما از واپاشی هسته عناصر رادیو اکتیو  و همچنین انفجارات هسته ای تولید می شود .
با همه زیان های اشعه گاما از آن در درمان سرطان و رادیو تراپی (درمان به وسیلهٔ اشعه گاما را رادیوتراپی می‌نامند) همچنین برای ضد عفونی کردن هم اشعه گاما بهترین گزینه می باشد .
 همچنین در صنعت نفت برای تشخیص ترکیدگی لوله های گاز و نفت و… هم استفاده های زیادی دارد .
اشعه گاما ابعادی در حد هسته اتم دارد و توسط هسته اتم تولید می شود .

۲) اشعه ایکس

اشعه ایکس یا پرتو رونتگن به افتخار  , ویلهلم کنراد رونتگن (به آلمانی: Wilhelm Conrad Röntgen) فیزیکدان آلمانی و کاشف اشعه ایکس ,که اولین جایزه نوبل فیزیک را در سال ۱۹۰۱ به دست آورد. به نام او اشعه رونتگن خوانده شد . ولی نام اشعه X ( به معنی ناشناخته ) توسط خود رونتگن روی آن گذاشته شد .
اشعه ایکس دومین گروه از خانواده  امواج الکترومغناطیس می باشد . که با طول موج ۱ تا ۱۰ نانومتر (هر نانومتر یک میلونیم میلیمتر است ) کوچکترین طول موج و در نتیجه بالاترین فرکانس را بعد از گاما دارد .
تابش پرتو ایکس هم مانند گاما خطرناک است (البته نه به اندازه گاما ) با این حال قرار گرفتن طولانی در معرض اشعه ایکس می تواند باعث ایجاد انواع سرطان ها و جهش های ژنتیکی شود .
یکی از خواص جذاب اشعه ایکس این است که از همه لایه ها و بافت های بدن بجز استخوان عبور می کند ( البته از فلز هم عبور نمی کند ) این مانند آن است که اگر بدن انسان در معرض اشعه ایکس قرار گیرد همه اندام ها بجز استخوان برای آن شفاف هستند بنابراین می توان با عبور  اشعه ایکس از بدن و تابیدن به فیلم عکاسی تصویری دقیق از استخوان ها گرفت . این یکی از مهمترین استفاده اشعه ایکس در تشخیص انواع شکستگی ها و صدمات بافت های استخوانی می باشد (اثری که همه کمابیش با آن آشنا هستند )
علاوه بر عکسبرداری و رادیولوژی از اشعه ایکس هم مانند گاما , در درمان سرطان و مبارزه با تومورهای بدخیم استفاده گسترده ای می شود .
بجز این در بازرسی فرودگاه ها و … مراکز حساس برای بازرسی چمدان ها و.. آن ها را از زیر اشعه ایکس عبور می دهند . در صنعت هم  کاربرد بسیار گسترده ای دارد .
برای تولید اشعه ایکس یک لوله تحت خلا(داخل آن خلا کامل باشد)برداشته و الکترون ها با سرعت بالا از کاتد( قطب منفی) خارج شده و به آند که از آلیاژهای تنگستن می باشد برخورد کرده و اشعه ایکس تولید می شود .  


 شکل شماره ۲ – دستگاه تولید اشعه ایکس

 شکل شماره ۳- اولین عکس رادیولوژی عکس گرفته شده از همسر رونتگن در سال ۱۸۹۶

 ۳) ماوراء بنفش

اشعه ماوراء بنفش یا فرا بنفش (به انگلیسی: Ultraviolet) یا به اختصار ,UV یکی از امواج الکترو مغناطیس می باشد که بین اشعه ایکس و نور مرئی قرار دارد یعنی انرژی آن کمتر از اشعه ایکس ولی بیشتر از نور مرئی می باشد . با این وجود انرژی و نفوذ پذیری آن بقدری زیاد می باشد که می تواند از لایه های پوست عبور کرده و منجر به جهش های ژنتیکی و ایجاد سرطان های پیشرفته پوست بشود . همچنین می تواند سبب آب مروارید و صدمه به سیستم ایمنی شده و برای رشد گیاهان هم بشدت زیانبار است . ولی لایه ازن که در جو زمین وجود دارد تا حدود ۹۹ درصد اشعه فرا بنفش , بخصوص طیف هائی که زیانبارتر هستند می گیرد .
(برای آشنائی در مورد لایه ازن و نقش آن در جلوگیری از ورود اشعه فرا بنفش به بخش هوا و جو از همین سایت مراجعه کنید )
مقاله هوا و جو بزودی منتشر می شود . و به محض انتشار لینک آن روی سایت قرار داده می شود .

یوهان ویلهم (دانشمند آلمانی ) در سال ۱۸۰۱ متوجه شد املاح نقره در مقابل نور مستقیم آفتاب تعغیر رنگ داده و تیره می شوند . در آن زمان او این اثر را بدلیل وجود پرتوی ( اشعه ) نامرئی در نور خورشید دانست که آن را پرتو شیمیائی نامید . 
نکته : باید توجه کرد ۳ نوع اشعه فرا بنفش وجود دارد که به ترتیب با نام های “UVA” ( فرا بنفش نزدیک ) , “UVB” ( فرا بنفش متوسط ) و ”UVC” ( فرا بنفش دور ) نامیده می شوند. طول موج “فرا بنفش نزدیک” به طول موج اشعه بنفش نزدیکتر و کم خطرتر و نوع” فرا بنفش دور “ به اشعه ایکس نزدیکتر و بسیار خطرناک تر است .
بیش از ۹۹درصد طیف خطرناک اشعه فرابنفش توسط لایه ازن و همچنین اکسیژن هوا جذب می شود و تنها نوع کم خطر تر آن به زمین می رسد .
با این وجود بسیاری از جانوران و گیاهان مشاهده شده که مقاومت نسبتا بالائی در مقابل اشعه فرا بنفش دارند. بسیاری از جانوران از جمله بعضی از حشرات (مانند زنبور عسل) خزندگان و پرندگان قادر به دیدن بعضی از طیف های فرابنفش هستند . نظر به این که طیف فرا بنفش در همسایگی نور مرئی قرار دارد تفکیک طول موج آن از طیف مرئی ( اولین اشعه طیف مرئی اشعه بنفش است ) به قدرت بینائی و تفکیک رنگ ,چشمان انسان ها مربوط می شود نظربه این که قدرت بینائی افراد مختلف تفاوت دارد . تعیین مرز بین اشعه “فرابنفش “ و “ اشعه بنفش “ در منابع مختلف به صورت متفاوت , از ۳۷۵نانومتر تا ۴۰۰نانومتر ( هر نانومتر یک میلونیم میلیمتر یا یک میلیاردیم متر است ) تعریف شده است . یعنی بعضی انسان ها بین ۳۷۵نانومتر تا ۴۰۰نانومتر را هم به عنوان نور مرئی ( طیف نزدیک به بنفش ) می بینند .
با وجود زیان های اشعه فرا بنفش فوائد بسیار زیادی نیز برای بشر دارد که در اینجا به آن اشاره می کنیم .
۱) از فرا بنفش برای ضد عفونی کردن مواد مختلف از آب گرفته تا لوازم پزشکی و صنعتی استفاده می کنند .
۲)  از جمله اثرات سودمند قرا گرفتن در معرض اشعه فرابنفش (طیف کم خطر که توسط لایه ازن و اکسیژن هوا جذب نمی شود ) جذب ویتامین D می باشد که این ویتامین D  نقش بسیار مهمی در جلوگیری از سرطان و پوکی استخوان و… بیماری های دیگر در این رابطه دارد .  
۳) از تکنولوژی که توسط اشعه فرا بنفش بدست آمده جهت ساخت تلسکوپ هائی برای عکس برداری از خورشید و ستارگان دور و نزدیک استفاده می شود که می تواند تصاویر خیره کننده ای ثبت کند .

۴) نور مرئی

آنچه ما به عنوان نور مرئی می شناسیم طیف بسیار کوچک ولی بسیار مهم امواج الکترو مغناطیس می باشد و از این رو در گروه جداگانه ای طبقه بندی شده که چشمان ما می تواند آنها را ببیند . در واقع نه تنها اشعه هائی که با طیف های مرئی ساطع می شوند می توانیم ببینیم بلکه رنگ هائی که در زندگی و جهان می بینیم از اشیائی ساطع می شود که بیشتر آن طول موج ها را ساطع می کنند .
مکانیزم بینائی یک مکانیزم پیچیده می باشد که هنوز همه ابعاد آن شناخته نشده است. این به کارکرد چشم و تفسیری که مغز از بینائی دارد مربوط می شود . بنابراین رنگ هائی که به این صورت ( از بنفش تا قرمز ) می بینیم به قدرت دریافت این طول موج ها توسط سلول های شبکیه چشم تا تفسیری که مغز درمورد این سگنال ها ( سیگنال هائی که توسط عصب بینائی به مغز ارسال می شود ) مربوط می شود .
در مورد “ نور و بینائی “ در یک بخش جداگانه  به طور مفصل توضیح خواهیم داد .
محدوده بینائی در افراد مختلف تفاوت جزئی با هم دارند به طوری که طول موج طیف بینائی نزدیک (نزدیک به فرا بنفش ) بین ۳۷۵ تا ۴۰۰ نانومتر و در طیف نزدیک به مادون قرمز بین ۷۵۰ تا ۸۰۰ نانومتر متغیر است .
یک نکته عجیب در مورد بینائی این است که ممکن است هر شخص رنگ ها را به صورت و شکلی ببیند که بکلی با دیدن بقیه متفاوت باشد و هیچ راهی هم فعلا برای تشخیص این امر وجود ندارد . ولی چون اسامی رنگ ها را از کودکی از روی رنگ اشیا و… می بینیم این مسئله را نمی توان تشخیص داد (مثلا ما رنگ سبز را از روی رنگ برگ درختان و رنگ قرمز را از روی رنگ خون  می شناسیم ) بنابراین حتی اگر کسی رنگ سبز را شبیه قرمز و قرمز را شبیه آبی ببیند باز هم در تعریف آنچه دیده با دیگران اختلافی نمی تواند داشته باشد .
اما چرا چشمان ما تنها این طیف ( اشعه های بنفش تا قرمز ) را می تواند ببیند . دلیل آن واضح است . خورشید ستاره ای با دمای سطحی ۶۰۰۰ درجه بیشترین تابشهائی که گسیل می کند در محدوده فرابنفش و نور مرئی و مادون قرمز است . فرابنفش که توسط لایه های جو جذب شده و درصد بسیار کمی به زمین می رسد و مادون قرمز هم به مصرف گرم کردن جو زمین و سطح زمین می رسد و تنها طیف مرئی می ماند که توسط اشیا جذب و پراکنده شده و در سطح زمین بیشترین مقدار را دارد ( بیش از ۹۰ درصد )  علاوه بر این توانائی جذب امواج الکترومغناطیس به اندازه چشمان ما و توانائی آن نیز بستگی دارد به گونه ای که اگر قرار بود ما امواج رادیوئی موج بلند را ببینیم قطر چشمان ما باید به بیش از ۱۵ متر می رسید .

 

 شکل شماره ۴ – طول موج و فرکانس پرتوهای طیف مرئی 

 شکل شماره ۵ – نمودار طیف مرئی (به اندازه هر طیف در نمودار دقت کنید )

 نکته ۱: هیچ مرز مشخصی بین این طیف ها وجود ندارد این به قدرت تفکیک رنگ در چشم افراد برمی گردد . چشمان انسان می تواند تا حدود یک میلون رنگ را از هم تفکیک کند ولی این هم در افراد مختلف متفاوت است .
نکته ۲ : در بیشتر منابع طول موج نور بنفش از ۳۷۵ شروع می شود همچنین نور قرمز تا ۷۵۰ می باشد ولی چون قابلیت چشم بعضی ها طول موج تا ۴۰۰ نانومتر را هم در محدوده بینائی دارد , و از طرفی بعضی افراد طول موج تا ۸۰۰ نانومتر را هم در محدوده بینائی دارند .
ما طیف مرئی را بین ۴۰۰ ( اشعه بنفش ) تا ۸۰۰ ( اشعه قرمز ) گرفتیم و گرنه متوسط آن همان ( ۳۷۵ تا ۷۵۰ می باشد )

 ۵) مادون قرمز

طیف بعدی که از دایره بینائی ما خارج می شوند اشعه مادون قرمز می باشد که خود به چند قسمت (حداقل سه قسمت ) تقسیم می شود . با توجه به این که امواج “فرو سرخ “در مجاورت و همسایگی “امواج سرخ “ قرار دارند که آن هم همانطور که گفتیم به قابلیت چشمان انسان ها بستگی دارد و با توجه به آن که در بعضی منابع آخرین موج فرو سرخ را در همسایگی امواج “ماکرو “ در نظر می گیرند ولی دربعضی منابع بین امواج فرو سرخ و ماکرو “ امواج ترا هرتز “ در نظر می گیرند. تعیین محدوده “امواج فروسرخ”  پیچیدگی مربوط به خودش را دارد . در اینجا ما این محدوده را ۸۰۰ نانومتر (در همسایگی اشعه قرمز ) و ۱/ میلیمتر ( در همسایگی اشعه تراهرتز ) در نظر می گیریم . بنابراین امواج فرو سرخ را به سه دسته تقسیم می کنیم :
۱- فروسرخ نزدیک :  طول موج بین ۸۰۰ نانومتر تا ۳ میکرومتر ( هر میکرومتر یک هزارم میلیمتر می باشد )
۲- فرو سرخ متوسط : طول موج بین ۳ میکرومتر تا ۲۰ میکرومتر می باشد .
۳- فرو سرخ دور : طول موج بین ۲۰ میکرومتر تا ۱۰۰ میکرو متر ( ۱/ میلی متر )
یکی از مهمترین خصوصیات امواج مادون قرمز این است که در برخورد با اجسام جذب شده و موجب گرم شدن آنها می گردد . یکی از مهمترین پرتوهائی که از خورشید به زمین می رسد اشعه های مادون قرمز می باشد که در روی زمین جذب اتمسفر و سطح زمین شده و به گرما تبدیل می شود . بیشتر گرمائی که از خورشید دریافت می کنیم توسط پرتوهای فرو سرخ انجام می شود . علاوه بر این همه اجسامی که درجه حرارت آنها از درجه حرارت محیط اطرافشان بیشتر است این گرما را به صورت فروسرخ ( مادون قرمز) به اطراف پراکنده می کنند . لازم نیست که جسم بسیار داغ و پر حرارت باشد بلکه اگر اندکی هم از محیط اطراف خود گرم تر باشد این گرمای اضافه را به صورت مادون قرمز به اطراف خود منتقل می کند . بنابراین منابع تولید پرتوهای مادون قرمز در طبیعت بسیار زیادند . از آتشی که روشن می کنیم تا حتی بدن ما و جانوران خون گرم و….
همین مسئله که بدن ما و جانوران پرتوهای فرو سرخ ارسال می کند و این پرتوها برای چشمان ما نامرئی هستند باعث ساخت نوعی دوربین دید در شب می شود که با جمع آوری اشعه مادون قرمز و تبدیل آن به اشعه مرئی می توان اشیا و بخصوص انسان ها را درشب مشاهده کرد و این در مناطق جنگی کاربرد نظامی گسترده ای دارد .  
نظر به این که موشک های تهاجمی و هواپیماهای دشمن همه با موتورهای حرارتی کار می کنندو مقدار زیادی گرما را به وسیله اشعه مادون قرمز پراکنده می کنند.موشک های پدافندی و تهاجمی ساخته شده  , که با استفاده از دوربین مادون قرمز حرارت را دنبال کرده و خود را به موشک و هواپیمای دشمن رسانده و آن را منهدم می کند .
در صنعت و تکنولوژی برای دستگاه هائی مانند کنترل تلویزیون و دستگاه های صوتی و تصویری نظر به این که طیف ارسالی باید نامرئی بوده و همچنین بعلت زیان ها و انرژی بالا نمی توان از طیف اشعه فرا بنفش و ایکس و… استفاده کرد مناسب ترین گزینه اشعه مادون قرمز می باشد .
همچنین در پزشکی و علوم دیگر نیز از اشعه مادون قرمز استفاده زیادی می شود .
اگر چه چشمان ما قادر به دریافت اشعه مادون قرمز نیست ولی بعضی جانوران مانند مارها گیرنده های مادون قرمز دارند ( این گیرنده ها در بالای سر مارها قرار دارند ) که می توانند رد جوندگانی همانند موش و سایر شکارها را در تاریکی شب گرفته و آنها را براحتی شکار کنند . 

۶) امواج ترا هرتز

همانطور که گفته شد مطابق یک نوع تقسیم بندی امواجی به نام ترا هرتز را در واقع جزئی از امواج فرا سرخ ( مادون قرمز ) به نام  “مادون قرمز بسیار دور “ طبقه بندی می کنند . با این طبقه بندی طول موج امواج مادون قرمز از ۸۰۰ نانومتر تا یک میلی متر می رسد ولی اگر امواج بین ۱/ میلیمتر تا ۱ میلیمتر را به عنوان گروه جدیدی نام ببریم , از آنها به عنوان امواج “ترا هرتز” نام می بریم .
علت این که از این امواج به عنوان ترا هرتز نام می برند این است که فرکانس این امواج بین ۳ تا ۳/ ترا هرتز می باشد (ترا پسوندی است در سیستم متریک که به معنی ۱۰۱۲ یا هزار میلیارد می باشد ) رابطه بین طول موج و فرکانس را در قسمت بعد توضیح خواهیم دارد .
امواج تراهرتز در انتهای طیف مادون قرمز و قبل از شروع طیف  ریز موج یا امواج ماکرو قرار دارند در بعضی تقسیم بندی ها هم این امواج را جزئی از امواج ماکرو قرار می دهند .

جو زمین یک جاذب قدرتمند برای تابش تراهرتز در نوار جذبی خاصی از بخار آب است، بنابراین گستره تابشی تراهرتز به قدری محدود می‌شود که دیگر نمی تواند در ارتباطات راه دور مفید باشد. بنابراین برای ارتباطات راه دور و فرستادن تصاویر و صدا ( همانند امواج رادیوئی ) نمی تواند مفید باشد حداکثر بردش در جو بیش از ۱۰مترنیست .
با این حال قابل استفاده در سامانه های تصویر برداری و ساخت پهنای باند بالای شبکه بی سیم و… می باشد.

۷) امواج ریز موج ( ماکرو )

امواج ریز موج (ماکرو ) به امواجی می گویند که بعد از امواج ترا هرتز و قبل از امواج رادیوئی قرار دارد و به نوعی بین امواج مادون قرمز و رادیوئی قرار دارد . همچنان که در مورد خانواده های مختلف امواج الکترو مغناطیس گفته شد مرز دقیق بین دو گروه را نمی توان به آسانی تعریف کرد . در صورتی که امواج ترا هرتز را گروه مجزائی در نظر بگیریم طول موج امواج ریزموج می تواند از یک میلیمتر تا ۳۰ سانتیمتر باشد ولی بعضی منابع بین ۳/ میلیمتر تا ۳۰ سانتی متر هم در نظر می گیرند . در واقع گروهی هم این امواج را دامنه ای از اموج رادیوئی با طول موج کوتاه و فرکانس بالا در نظر می گیرند .
طول موج و فرکانس امواج ماکرو  آن را مناسب برای استفاده های گسترده ای کرده است که در قسمت بعد به طور مفصل شرح می دهیم .

۸) کاربرد امواج ماکرو

کاربرد امواج ماکرو را می توان به این ترتیب شرح داد .
۱-۸) استفاده در مخابرات : مهمترین مزیتی که امواج ماکرو دارد پهنای وسیع باند آن است . در صنعت مخابرات و ارتباطات  مقدار اطلاعاتی (صدا و تصویر و… سایر اطلاعات) که می توان مخابره کرد به طور مستقیم به پهنای باند مربوط است . و امواج ماکرو این ویژگی را دارند بنابراین با استفاده از امواج ماکرو می توان امواج را متمرکز کرد و از آنتن فرستنده به آنتن تقویت کننده فرستاد و آنتن تقویت کننده درنقطه مقصد آنها را دوباره به امواج و سیگنال های مورد استفاده تبدیل کرد و استفاده می کند . بنابراین برای ارتباط نقطه به نقطه بیسیم بهترین گزینه است .
مثلا ارتباطات تلفنی از یک ایستگاه دوردست به مرکز توسط امواج ماکرو به مرکز فرستاده می شود و در آنجا مجدد به سیگنال های قابل استفاده برای ارتباط تبدیل می شود و یا برای پخش برنامه های شبکه های ماهواره ای , برنامه ها توسط یک آنتن پر قدرت زمینی به ماهواره فرستاده می شود و ماهواره این امواج را گرفته ودر طول موج های مختلف برای استفاده بخش وسیعی از کره زمین می فرستد . 
استفاده مستقیم از امواج ماکرو برای پخش مستقیم برنامه ها توسط ایستگاه های رادیوئی و تلویزیونی کاربردی ندارد , آنها برنامه های خود را روی طول موج های مختلف UHF , VHF , امواج AM و … ۤFM می فرستند زیرا هدف در این مورد تمرکز امواج روی یک نقطه نیست بلکه هدف این است که این امواج در سطح وسیع پراکنده شده و توسط گیرنده های مردم گرفته شده و مورداستفاده واقع شود.به همین دلیل فرکانس این باندها از امواج ماکرو پائین ترند.
۲-۸) استفاده در سیستم های رادار : در سیستم های رادار (چه سیستم هائی که در موشک ها و پدافند های نظامی استفاده می شود چه سیستم هائی که کنترل ترافیک پرواز و برج کنترل را عهده دار می باشند) امواج ماکرو بهترین گزینه هستند زیرا نه طول موج آنها آنقدر پائین است که بخار آب موجود در جو و مسائل آب و هوائی مانع از کارکردشان شوند و نه آنقدر بلند است که نتوان آنها را تمرکز داد . بهترین ویژگی که امواج ماکرو را مناسب این کار می کند قابلیت تمرکز دقیق می باشد بنابراین بهترین گزینه در سیستم های رادار می باشد .
۳-۸)استفاده از عکسبرداری هوائی : ویژگی تمرکز امواج ماکرو آن را مناسب برای استفاده درصنعت عکسبرداری کرده است.با استفاده از این ویژگی رادار یک هواپیما می تواند عکس های دقیقی ازسطح زمین بگیرد.
۴-۸) استفاده در صنعت آشپزی : یکی از رایج ترین استفاده های امواج ماکرو که تقریبا همه با آن آشنا هستند استفاده از این امواج در پخت و پز و گرم کردن غذا می باشد چیزی که همه به عنوان اجاق های ماکرو می شناسند . ویژگی هائی که امواج ماکرو را مناسب این کار کرده است از این قرار است :
۱) امواج ماکرو از موادی مانند شیشه وپلاستیک و کاغذ و… عبور کرده ولی از فلز عبور نمی کنند .
۲) فلزات امواج ماکرو را بازتابش می دهند (از این رو توصیه شده مواد فلزی بهیچ عنوان در ماکروفر قرار نگیرند )
۳) موادی که حاوی آب هستند اشعه ماکرو را جذب کرده و به گرما تبدیل می کنند .
این ویژگی آخر است که امواج ماکرو را مناسب برای پخت و پز قرار می دهد . بنابراین با تابش این امواج به ظرف غذا می توان بدون گرم کردن ظرف غذا مستقیما گرما را به غذا منتقل کرد و پخت و پز کرد . مدت زمان پختن غذا در اجاق ماکروفر حدود یک دهم مدت زمان پختن به طریق سنتی یعنی گرم کردن ظرف غذا می باشد .
۵-۸) سایر کاربردهای امواج ماکرو : امواج ماکرو در آژیرهای دزد گیر , در باز کن گاراژها , دوربین های کنترل سرعت بزرگراه ها و… همچنین در اختر فیزیک ستاره ای هم کاربرد بسیار گسترده ای دارند .

۹) امواج رادیوئی

به آن دسته از امواج الکترومغناطیس که طول موج هائی بیش از ۳۰ سانتیمتر تا هزاران و میلون ها کیلومتر داشته باشند امواج رادیوئی گفته می شوند و طیف بسیار گسترده ای دارند و کاربردهای مختلفی در صنعت رادیو و تلویزیون و ارتباطات و… دارند .
این اموج خود به گروه هائی مانند امواج : LF,MF,HF,VHF,UHF و… به بالا ( تا دامنه گیتی ) تقسیم می شوند .
نظر به این که یک بخش کاملا جدا در مورد امواج رادیوئی تهیه شده در اینجا راجع به آن توضیح نمی دهیم برای مطالعه در مورد امواج رادیوئی به یون سپهر و امواج رایوئی مراجعه کنید .

۳- طول موج , فرکانس  و دامنه موج

امواج الکترو مغناطیس شامل طیف های گوناگونی از اشعه گاما تا امواج بسیار بلند رادیوئی می شود . قبل از توضیح در مورد امواج رادیوئی در مورد دو اصطلاح در فیزیک باید توضیح داده شود .

۱) طول موج و فرکانس و دامنه موج

امواج الکترو مغناطیس به صورت موج از منبع اصلی (چشمه) تولید شده و به سرعت نور در فضا منتشر می شوند .
۱-۱) طول موج : به فاصله بین دو قله متوالی موج , طول موج می گویند و با λ نشان می دهند .

۲-۱ ) فرکانس : به تعداد موج های تولید شده در واحد زمان فرکانس می گویند و با f نشان می دهند .
 واحد فرکانس هرتز می باشد و یک هرتز فرکانس دستگاهی است که در هر ثانیه یک موج تولید می کند .
۳-۱) دامنه موج : 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.

شکل شماره ۶ – طول موج و دامنه موج

۲) رابطه بین فرکانس و طول موج و دامنه و انرژی موج

بین طول موج و دامنه و انرژی موج روابطی حاکم است که در اینجا به صورت مختصر شرح می دهیم .
۴-۱) رابطه بین فرکانس و طول موج : رابطه بین فرکانس و طول موج به صورت معکوس است یعنی حاصل ضرب آنها ثابت و برابر سرعت نور(C) می باشد :

۵-۱) رابطه طول موج و انرژی موج : هر چه طول موج امواج الکترومغناطیس بیشتر باشد فرکانس آن کمتر و این به معنی آن است که تعداد موج کمتری در ثانیه تولید می شود بنابراین انرژی موج کمتر می شود . بنابراین امواجی که طول موج کمتری داشته باشند هم قدرت نفوذ آنها بیشتر و هم انرژی بیشتری دارند .
رابطه طول موج و فرکانس از رابطه زیر بدست می آید .

 

۳) طیف امواج الکترو مغناطیس

نوری که مشاهده می کنیم تنها طیف بسیار کوچکی از خانواده امواج الکترو مغناطیس می باشد .
امواج الکترو مغناطیس (امواجی که از تبدیل میدان های الکتریکی به مغناطیسی بوجود می آید) با سرعت نور از منشاء (چشمه تولید)خود دور می شوند. اگرچه ماهیت تولید همه آنها یکسان می باشد و تنها تفاوت در طول موج و فرکانس آنها می باشد ولی همین تفاوت به ظاهر کوچک آنها را به گروه های بسیار متفاوت تبدیل کرده است .
طول موج امواج الکترومغناطیس از ابعادی در”حداتم و مولکول “ تا ابعادی در حد صدها و هزاران کیلومتر متفاوت می باشد . شکل شماره ۷ و همچنین جدول های شماره ۱ تا ۳ این تفاوت ها را نشان می دهد .

شکل شماره ۷ – همه امواج الکترو مغناطیس

بنابراین تمام تابش های امواج الکترو مغناطیس را می توان به ۸ گروه تقسیم کرد که هر گروه خود به گروه های فرعی دیگر تقسیم می شود . این تقسیم بندی ها با توجه به نحوه کارکرد آنها در طبیعت و تکنولوژی توسط دانشمندان محاسبه و تعریف شده است .

جدول شماره ۱ –  طول موج و فرکانس امواج الکترو مغناطیس, گاما تا طیف مرئی

جدول شماره ۲ –  طول موج و فرکانس امواج الکترو مغناطیس ,فرو سرخ تا میکروموج

 

  جدول شماره ۳ –  طول موج و فرکانس امواج الکترومغناطیس  , امواج رادیوئی

 

 نکته: تعیین مرزی دقیق بین طیف های مختلف امواج الکترومغناطیس بسیار دشوار می باشد و در منابع مختلف با تفاوت هائی ذکر می شود . از این رو جدول های فوق ممکن است با بعضی منابع تفاوت هائی داشته باشد .

برای مطالعه سایر مقاله های نجومی روی شکل زیر کلیک کنید.

برای مطالعه مقاله های روانشناسی اینجا  را کلیک کنید .

عکس های طبیعت, طبیعت خوانسار , شکوفه های بهاری  , گلستان کوه ,دانلود آلبوم های کامل بهترین و زیباترین عکس ها ,آلبوم هائی با صدها عکس کیفیت بالا ,  در هیچ کجای اینترنت این عکسها را پیدا نمیکنید , عکس هابدون استفاده از تکنیک های فتوشاپ تهیه شده , کاملا طبیعی 

برای آموزش کامل و حرفه ای گوگل مپ روی شکل زیر کلیک کنید

همه جیز در مورد گوگل مپ

۱) هر گونه اظهار نظر را در فرم اظهار نظر کاربران وارد کنید .
۲) نظرات بعد از تایید مدیریت نشان داده می شود .
۳) با انتقادات و پیشنهادات سازنده خود ما را هرچه بیشتر  همراهی کنید . مدیریت از انتقادات و پیشنهادات سازنده شما استقبال میکند .
۴) هرگونه بهره برداری : کپی تمام و یا قسمتی از مطالب این سایت بدون ارجاع منبع آن ممنوع می باشد .
۵) تکثیر فایل های Pdf با ذکر منبع آزاد ولی فروش آن تحت هر عنوان و با ذکر منبع هم ممنوع می باشد

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *