امواج الکترومغناطیسی

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 می کنند 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 می شود. به عبارت دیگر می توان گفت که معادلات ماکسول توصیف کاملی از الکترو مغناطیس به دست می دهد و علاوه برآن اپتیک را به صورت جزء مکمل الکترومغناطیس پایه گذاری می کند. به ویژه این معادلات به ما امکان خواهد داد تا ثابت کنیم که سرعت نور در فضای آزاد طبق رابطه (C=۱/۰۰) به کمیتهای صرفا الکتریکی و مغناطیسی مربوط می شود.

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 چشمه های ماورای زمین دریافت می کنیم و در واقع همه آگاهیهای که درباره جهان داریم از این طریق به ما می رسد. بدیهی است که فیزیک امواج الکترو مغناطیسی خارج از زمین در گسترده نور مرئی از آغاز خلقت بشر مشاهده شده اند.

تعریف فیزیک امواج الکترومغناطیسی

فیزیک امواج الکترو مغناطیسی یک رده از فیزیک امواج است که دارای مشخصات زیر است.

امواج الکترو مغناطیسی 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 را می توانیم تولید کنیم.

برای مقیاس های بسامد یا طول موج ، هیچ حد بالا یا پائین تعیین شده ای وجود ندارد.

از جمله منابع زمینی فیزیک امواج الکترومغناطیسی می توان به فیزیک امواج دستگاه رله تلفن ، چراغ های 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 طولانی ترین موج رادیویی ، با طول موج های معادل چندین کیلومتر ، شروع شده پس از گذر از موج رادیویی متوسط و کوتاه تا نواحی کهموج ، فروسرخ و مرئی امتداد می یابد. بعد از ناحیه مرئی فرابنفش قرار دارد که خود منتهی به نواحی اشعه ایکس ، اشعه گاما و پرتوی کیهانی می شود. نموداری از این طیف که در آن نواحی قراردادی طیفی نشان داده می شوند در شکل آمده است که این تقسیم بندی ها جز برای ناحیه دقیقا تعریف شده مرئی لزوما اختیاری اند.

یکاهای معروف فیزیک امواج الکترومغناطیسی

طول موج به تناسب مورد ، برحسب متر و همچنین میکرون یا میکرومتر m ، واحد آنگستروم A و واحد ایکس XU نشان داده می شود.

با به کار بردن متر به عنوان واحد طول ، طول موج های 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 ۱۰۰۲.۰۶۰ بود. این واحد اکنون دقیقا معادل ۱۰ ۱۰ یا m ۱۰ ۱۳ تعریف شده است.

علی رغم طبقه بندی عمومی تابش با طول موج ، کمیت مهم از نظر ساختار اتمی و مولکولی فرکانس <=c/vacvac=c/v جایگزین شود. مولفین مختلف واحدهای مختلفی را برای عدد موجی مانند ، K و به کار می برند که همگی یکسان اند، در این بحث علامت انتخاب شده است، زیرا امکان اشتباه آن با خود و یا سایر ثابت ها کم است.

واحد عدد موجی یک بر سانتیمتر است که گاهی کایزر (K) نامیده می شود. 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 کمیت ها واحد فرکانس یعنی MHz را به کار می برند(MHz ۲۹.۹۷۹=mk ۱ ).

انرژی موج را بر حسب واحد الکترون ولت ( ev ) بیان می کنند که انرژی های فوتونی خیلی بالا ( مربوط به طول موج های خیلی کوتاه ) یک الکترون ولت معادل ۱.۶x۱۰ ۱۹J است.

طیف نمایی و فیزیک امواج الکترومغناطیسی

ناحیه مرئی یا نور مرئی ( ۴۰۰۰ ۷۵۰۰ آنگستروم ) توسط نواحی فروسرخ از طرف طول موج های بلند ، فرابنفش از طرف طول موج های کوتاه ، محصور شده است. معمولا این نواحی به قسمت های فروسرخ و فرابنفش دور و نزدیک ، با محدوده هایی به ترتیب در حدود ۳۰ میکرومتر و ۲۰۰۰ آنگستروم تقسیم می شوند که نواحی مزبور دارای شفافیت نوری برای موادی شفاف از جمله منشورها و عدسی ها می باشند.

تا این اواخر ناحیه مرئی متشکل از فروسرخ تا فرابنفش نور توسط گاف هایی از نواحی رادیویی و اشعه ایکس سوا می شدند که در آنها بر انگیزش و آشکارسازی تابش با طول موج های متناسب ممکن نبوده است. اختراع رادار در سال های 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 موج های بلندتر توسعه می دادند. این دو ناحیه هم اکنون ابعاد کوچکتر از میلیمتر روی هم می افتند.

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 می رسند. تشخیص بین پرتو نوری و پرتو ایکس ، در ناحیه پوشش فوق الذکر بر منشا خطوط طیفی مبتنی است.

طیف نمایی نوری با گذار های الکترونهای خارجی یا ظرفیتی و طیف نمایی اشعه ایکس با گذارهای الکترون های داخلی مربوط می کند. طیف های نوری ، طول موج های خیلی کوتاه از الکترون های خارجی عناصری با درجه یونش بسیار بالا به وجود می آیند.

کاربرد های فیزیک امواج الکترومغناطیسی

کاربردهای فیزیک امواج الکترومغناطیسی در مخابرات :

از این جمله می توان فیبر نوری ، دستگاه رله تلفن ، موجبرها ، ماهواره و... اشاره کرد.

کاربرد های فیزیک امواج الکترو مغناطیسی 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 برشکاری های لیزری ، قطار الکترو مغناطیسی و صندلی مغناطیسی و...

کاربردهای فیزیک امواج الکترومغناطیسی در اخترشناسی :

با مطاله طیف الکترومغناطیسی گسیل شده از جو می توان به ساختار اجرام آسمانی پی برد.