حول الضوء المادي
- يهدف الضوء الفيزيائي إلى دراسة الضوء وطبيعته وخصائصه الفيزيائية والنظريات المختلفة التي طورها العلماء ، ويعتبر الضوء من أولى الظواهر الطبيعية التي جذبت انتباه العلماء والباحثين.
- الضوء نوع من الطاقة ، وهو مزيج من الموجات الكهربائية والمغناطيسية ، لأنها موجات كهرومغناطيسية ذات أطوال موجية مختلفة ، لأنها تشمل جميع الأطوال الموجية.
- لها خواص عديدة ، وتهتم الفيزياء بدراستها وتفسيرها ، ومنها التداخل ، والانعراج ، والانتشار ، والتشتت ، والانعكاس والتشتت ، والظواهر الكهروضوئية ، والاستقطاب.
مصادر الاضاءة
- هناك العديد من المصادر ، ولعل أشهرها المصادر الحرارية ، وهي أي جسم يصدر درجة حرارة معينة ، وينبعث منه نفس خصائص الطيف الضوئي ، ومن أهم المصادر الحرارية الشمس.
- ينشأ هذا الانبعاث من الشمس عند درجة حرارة تقارب 6 آلاف درجة جلفانية ، ومن مصادر حرارية وكذلك من المصابيح المتوهجة.
- هناك مصادر ضوئية كيميائية ، وهي عبارة عن إشعاع ناتج عن مواد كيميائية ، ومصادر إضاءة حيوية ، توجد في الأجسام الحية ، مثل اليراعات التي تولد الطاقة بهذه الطريقة.
- تنتج آليات الإضاءة الحيوية ، والصوتية ، والكهربائية ، والتلألؤ ثلاثي الأبعاد ، بالإضافة إلى التلألؤ وإشعاع تشيرنيكوف ، الضوء.
سرعة الضوء
- تبلغ سرعة الضوء في الفراغ 3 * 10 أس ثمانية أمتار في الثانية ، وهي سرعة ثابتة ، وعلى الرغم من اختلاف أطوال موجات الضوء إلا أنها تتطابق في السرعة.
- يُشار إلى سرعة الضوء في الفراغ بالحرف c ، ويتم تحديدها بالعلاقة c = λ ، بينما يتم الإشارة إلى سرعة الضوء في الوسط بدون فراغ بالحرف v ، وسرعة الضوء فيه هي أقل من سرعته في الفضاء.
- هذا متعلق بالاختلاف في معامل الانكسار للوسط n حيث n = c / v ، وبما أن c دائمًا أكبر من v ، فإن معامل الانكسار للوسط يكون دائمًا أكبر من n> 1.
طبيعة موجة الضوء.
- يتكون الضوء من موجات كهرومغناطيسية مختلفة ، تختلف عن أنواع الموجات المعروفة ، مثل موجات الماء ، وللموجات الضوئية العديد من الخصائص.
- لها خصائص الطول الموجي مثل الطول الموجي λ ، وهي المسافة بين قمتين في نمط الموجة ، والتردد f ، والتي يمكن تعريفها على أنها عدد الدورات لكل وحدة زمنية.
- سعة الموجة a ، وهي المسافة القصوى بين القمة وعكسها أعلى وأسفل خط نمط الموجة ، والوقت الدوري T ، هو الوقت الذي تحدث خلاله دورة كاملة واحدة.
الضوء كجسيم
- في عام 1905 ، اقترح العالم ألبرت أينشتاين نموذجًا يتصرف فيه الضوء كجسيم ، وأطلق على هذه الجسيمات فوتونات.
- حيث افترضت أن الضوء القادم من مصدر مثل المصباح ، على سبيل المثال ، يكون في شكل شعاع يتكون من عدد كبير من الفوتونات التي تسير في خط مستقيم.
- وفقًا لما قيل عن طبيعة الضوء كموجة أو كجسيم ، يمكن تحديد أن الضوء ثنائي بين الاثنين ، لأنه يتصرف كموجة في بعض الحالات ، بينما في حالات أخرى يتصرف مثل الجسيم. .
خصائص الضوء
1- الحيود والانتشار
- يسمى انتشار الضوء في خط مستقيم الانعراج ، ويحدث هذا الانعراج لأن الضوء يتصرف مثل الموجة.
- تستخدم خاصية الانعراج في دراسة ألوان شعاع الضوء ، وهذا مفيد في تطوير التلسكوبات التي تستخدم في أبحاث الفضاء والتي تساعد على معرفة المواد التي تتكون منها النجوم.
2- انعكاس الضوء
- يمكن تعريف انعكاس الضوء على أنه ارتداد أشعة الضوء عند اصطدامها بسطح ، حيث ينعكس جزء من شعاع الضوء ، بينما يتم امتصاص جزء آخر ، ويتم تنفيذ جزء مكونًا ظاهرة الانكسار.
- عندما يصطدم شعاع بسطح عاكس بزاوية وصول معينة ، وليست متعامدة عليه ، فإنه ينعكس بزاوية تساوي زاوية الوصول ، وتقاس الزاوية بالخط العمودي على السطح. يتم حساب شدة الشعاع المنعكس عن طريق قانون المقارنة بين مؤشرات الانكسار لكلا الوسطين ، ولظاهرة الانعكاس العديد من الفوائد ، ومن تطبيقات الانعكاس الكلي تصنيع المنشور الثلاثي.
- يتم أيضًا تصنيع الألياف الضوئية ، والتي تُستخدم في مجالات الاتصال مثل الإنترنت ، حيث إنها تنقل المعلومات بسرعة عالية ، وتستخدم أيضًا في المجال الطبي.
3- انكسار الضوء
- يمكن تعريف ظاهرة انكسار الضوء على أنها تغيير في مسار شعاع الضوء عندما يمر عبر وسيطين مختلفين الكثافة.
- يوضح قانونان يسمى Snell-Descartes كيفية حساب زاوية الانكسار ، من خلال العلاقة ، حيث n1 هو معامل الانكسار للوسيط الأول ، و n2 هو معامل الانكسار للوسيط الثاني.
- يتضح من العلاقة أنه كلما ارتفع معامل الانكسار ، قلت زاوية الانكسار والعكس صحيح.
4- الظاهرة الكهروضوئية
- تحدث هذه الظاهرة عندما تسقط حزمة كهرومغناطيسية على سطح المعدن ، مما يتسبب في إطلاق الإلكترونات على السطح المذكور.
- يتم تحديد ذلك لأن الإلكترونات المتصلة بالذرات السطحية تمتص جزءًا من طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي ، مما يتسبب في اكتساب الإلكترونات للطاقة الحرارية وإطلاقها.
- لا تعتمد طاقة الإلكترونات المحررة على شدة الإشعاع ، بينما تعتمد على الطول الموجي للإشعاع ، بينما تزيد شدة الإشعاع من عدد الإلكترونات المحررة.
- وأوضح العالم ألبرت أينشتاين أن الضوء يتكون من كميات منفصلة من الطاقة تسمى الفوتونات ، ولكل فوتون طاقة تساوي E = hv ، حيث h هو ثابت بلانك و v هو التردد.
استخدامات الضوء
للضوء فوائد عديدة في مختلف المجالات الصناعية منها:
- يستخدم الضوء فوق البنفسجي لتطهير الأشياء ويستخدم أيضًا في التلسكوبات المستخدمة في أبحاث الفضاء وتحديد النجوم.
- تستخدم الأشعة السينية في الأشعة.
- تستخدم موجات الراديو في أجهزة الاتصال.
- تستخدم الألياف الضوئية ، التي يعتمد عملها على الانعكاس الكلي للضوء ، في مجال الطب ، وفي تصنيع كابلات نقل المعلومات في مجال الاتصالات.
- تستخدم أشعة جاما في صناعة قضبان الوقود في محطات الطاقة النووية.
- تستخدم أفران الميكروويف في صناعة أجهزة الميكروويف لطهي الطعام.
النظرية العامة لنسبية الضوء.
- درس العالم بلانك الطاقة المشعة المنبعثة من الأجسام الساخنة مثل الشمس ، وحساب هذه الطاقة وفقًا للقانون E = hf ، وتتكون الأشعة الضوئية من عدة فوتونات.
- استفاد العالم ألبرت أينشتاين من هذه الفرضية بشكل كبير ، حيث قدم اقتراحًا بناءً على هذه الفرضية ، وهي أن الضوء ينتشر في فراغ على شكل العديد من الفوتونات.
- اقترح أن الضوء يتصرف مثل الجسيم (الفوتون) في الفراغ ، لكن هذا يتعارض مع نظرية موجات الضوء ، ثم عارض فكرة سلوك الضوء كجسيم ، وأيد فكرة نظرية الموجة. .
- ثم صاغ العالم دي برولي ، في عام 1924 م ، مبدأً ذكر فيه أن الضوء يتصرف بجودة مزدوجة ، لأنه يتصرف مثل الموجة في بعض الظروف ويتصرف مثل الجسيمات في ظروف أخرى.
- لذلك ، فإن سلوك الضوء كموجة يتوافق مع نظرية ماكسويل للعالم ، وبالتالي يساعد في تفسير ظاهرة الانعكاس والانكسار وخصائص أخرى.
- بينما تتفق نظريات ماكسويل وأينشتاين مع سلوك الضوء كجسيم (الفوتون) ، وبالتالي تساعد في تفسير ظاهرة كومبتون ، ظاهرة تفاعل الضوء مع المواد ، من بين أمور أخرى.