طبيعة الضوء ونظرياته المختلفة، يعتبر الضوء من أهم أنواع الطاقة، وله العديد من الخصائص والنظريات، وفي هذا المقال سنناقش الضوء وطبيعته والنظرية المختلفة الأخرى لهذا التي ابتكرها العلماء.
عن الضوء
- هي نوع من الطاقة، وتتكون من موجات كهرومغناطيسية، وهي مزيج من الطاقة الكهربائية والطاقة المغناطيسية، وتشمل جميع الأطوال الموجية.
- يعتبر العالم المسلم الحسن بن الهيثم أصل علم الضوء، حيث وضع قوانينه الأساسية، وسرعة الضوء في الفراغ حوالي 3 * 10 مرفوعة بقوة ثمانية أمتار في الثانية. . .
- وله العديد من الخصائص الموجية والكمية والهندسية والفيزيائية، وأشهرها التشتت والحيود والانعكاس والانكسار والتداخل والاستقطاب، وللضوء خصائص جسيمية.
انظر أيضًا: ما الفرق بين الضوء والضوء؟
طبيعة الضوء
- يتكون الضوء من موجات لها خصائصها الخاصة، ويمكن أن تختلف عن موجات الماء، ويمكن تمثيل موجته كشعاع يمثله خط مستقيم ويظهر اتجاهه.
- توجد أسهم تشير إلى أعلى وأسفل الخط المستقيم وكذلك متعامدة عليه، والتي تعتبر المجال الكهربائي للموجة، وهذه الأسهم ذات أطوال مختلفة.
- موجة الضوء لها العديد من العوامل التي تميزها،
1- الطول الموجي
والتي يُرمز إليها بالرمز λ، وهي المسافة من أعلى الموجة إلى الطرف الأمامي للخط المستقيم لنموذج الموجة.
2- التردد و
هذا هو عدد المرات التي تكمل فيها دورة واحدة في الثانية، والسعة أ، وهي أقصى مسافة للرأس أو عكسها لأعلى ولأسفل في خط مستقيم.
3- الفترة الدورية ت
هذا هو الوقت المستغرق لإكمال دورة كاملة، وسرعة التمدد هي المسافة التي تقطعها الموجة في ثانية واحدة، ويمكن حساب سرعة الضوء باستخدام المعادلة التالية ج = λ. F
الفوتونات
- قام العالم الألماني ألبرت أينشتاين بنمذجة عندما يتصرف الضوء كجسيم، في عام 1905 م، وسميت جسيمات الضوء بالفوتونات.
- المسار الذي يسلكه الفوتون في نموذج أينشتاين هو شعاع الضوء، وعندما يتم تشغيل المصباح لإرسال شعاع من الضوء، يتكون هذا الشعاع من عدد كبير من الفوتونات.
- ينتقل كل فوتون في خط مستقيم، ومن خلال هذين النموذجين يمكن للبعض أن يفكر فيما إذا كان الضوء موجة أو جسيمًا، لذا فإن الإجابة على ذلك هي أنه يتصرف في بعض التجارب كموجة.
- بينما يتصرف في تجارب أخرى كجسيم، ويكون للضوء سرعة عندما ينتقل في فراغ، وبالتالي فهو يختلف عن الموجات الأخرى التي تتغير سرعتها.
- تعد سرعة الضوء أحد أسس نظرية النسبية لأينشتاين، وعندما يضرب الضوء ذرات مادة تعطلها، ينتقل بنفس سرعة تلك الذرات.
الطيف الكهرومغناطيسي المرئي
- يتكون الطيف المرئي من عدد من الموجات الكهرومغناطيسية، وتختلف ألوان الطيف المرئي، وهي سبعة ألوان: الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والنيلي والأزرق والبنفسجي.
- كل لون من ألوان الطيف له طول موجي مختلف، بينما سرعة كل موجة ثابتة، وهي سرعة الضوء في الفراغ، ويتكون الطيف المرئي من جزء صغير من طيف الموجات الكهرومغناطيسية.
- يتراوح الطول الموجي للضوء عادة من 400 نانومتر، وهو الطول الموجي للأشعة فوق البنفسجية، إلى 700 نانومتر، وهو الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء.
نظريات الضوء
1- نظرية الجسيمات الضوئية
- هذه النظرية اقترحها العالم الفرنسي بيير جاسندي، وفضل العالم الإنجليزي إسحاق نيوتن، ودرسها، واعتقد أن الضوء يتكون من جسيمات مثل جسيمات المادة، ويأتي من المصدر في جميع الاتجاهات.
- وذكر أن من سمات الموجة ظهور شكل الموجة على شكل تموجات، بينما ينتقل الضوء في خط مستقيم، واعتقد أن الضوء ينبعث من الجسيمات الكروية والدقيقة، وله انتظام كبير جدًا. . السرعة التي تختلف حسب الوسيط.
- وذكر أيضًا أن الموجة الضوئية تتميز بمرونة مثالية، أي عندما تصطدم بسطح عاكس، تكون زاوية وصولها هي نفسها زاوية انعكاسها، وهي مماثلة للتصادم بمرونة مثالية. كرة بسطح أملس.
- وفيما يتعلق بخاصية الانكسار، أوضح أنه عندما يخترق الضوء وسائط ذات كثافات مختلفة، مثل الزجاج، فإنه ينكسر داخل تلك الوسيلة وينحرف عن مساره.
- عندما ينتقل الضوء من الهواء إلى الماء، ولأن كثافة الماء أقل من كثافة الهواء، تنحرف الجسيمات إلى أسفل، وتقترب الجسيمات من السطح بين الوسطين بشكل عمودي.
- وهو ما يؤدي إلى سرعة أعلى، مما يعني أن سرعة الضوء في وسط ذي كثافة أعلى تزداد عنه في الوسط ذي الكثافة المنخفضة، وهو عكس الثبات – على سرعة الضوء في الفراغ.
- أدى هذا التناقض إلى فشل نظرية نيوتن في تفسير ظاهرة الحيود والاستقطاب والتداخل.
2- النظرية الكهرومغناطيسية
- اكتشف العالم الاسكتلندي ماكسويل أن الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية، وتعرف سرعتها بسرعة الضوء، أي أنها تحتوي على طاقة.
- عندما تكون الموجة ثابتة، يمكن أن تخلق الشحنات الكهربائية مجالًا كهربائيًا حولها، بينما تخلق مجالًا مغناطيسيًا حولها عندما تتحرك.
- وفقًا لقانون Ampere، يتم إنشاء مجال مغناطيسي أيضًا عند حدوث تغيير في المجال الكهربائي، ووفقًا لقانون فاراداي، يتم إنشاء مجال كهربائي عند حدوث تغيير في المجال المغناطيسي.
- هذا هو تكوين الموجة الكهرومغناطيسية للضوء، لأنها نتيجة لشحنة كهربائية متذبذبة في الفضاء، مما ينتج عنه مجال كهرومغناطيسي، يتكون من مجال كهربائي ومجال مغناطيسي.
- وهذا المجال يتغير، ويتحرك بسرعة تساوي السرعة العادية للضوء.
- بينما يمكن التعبير عن شدة الضوء على أنها شدة الموجة الكهرومغناطيسية، وهي مقدار الطاقة المنقولة لكل وحدة مساحة، لكل وحدة زمنية، وعموديًا على اتجاه انتشار الموجة.
3- نظرية النسبية العامة
- درس العالم الألماني ماكس بلانك الطاقة الإشعاعية القادمة من الأجسام الساخنة، وصاغ قانونًا لها E = hf، حيث E هي الطاقة، و f تردد، و h ثابت بلانك.
- ينبعث الضوء على شكل فوتونات، وقد وضع العالم أينشتاين اقتراحًا بناءً على فرضية بلانك، وهي أن الطاقة الضوئية تنتشر في فراغ على شكل حزم من الفوتونات، والتي يمكن أن تنبعث على شكل دفعات أو كم.
- كما اقترح أن الضوء، عندما يمر عبر فراغ، يتصرف مثل جسيم، فوتون، وهذا يتعارض مع مبدأ نظرية الموجة للضوء.
- لكن بعد فترة، أيد أينشتاين فكرة نظرية الموجة، وعارض فكرة أن الضوء يعمل كجسيم.
- طور العالم الفرنسي دي برولي مبدأ مهمًا للغاية، في عام 1924 م، ينص على أن للضوء خاصيتان.
- حيث تعمل كموجة في ظل ظروف معينة، وتتوافق مع النظرية التي أنشأها ماكسويل، وتشرح ظاهرة انعكاس الضوء وانكساره وانحرافه وتداخله واستقطابه.
- كما أنه يعمل كجسيم، وفوتون، في ظل ظروف أخرى، وفقًا للنظريات التي طورها أينشتاين وماكسويل، ويشرح تفاعل الضوء مع المواد، وكذلك ظاهرة كومبتون، وما إلى ذلك.
أنظر أيضا: دراسة نظرية انعكاس الضوء في المرايا
4- نظرية الموجة الكمومية
- إذا تم نقل الطاقة في شكل حركة موجية، فيجب أن يكون هناك وسيط تنتقل من خلاله عبر تذبذب جزيئاتها، وتؤثر الجزيئات على الجزيئات المجاورة، كما أنها تتأرجح.
- يعتبر انتقال طاقة الأمواج داخل المادة، مثل انتقال الصوت عبر جزيئات الهواء أو الماء، وفكرة الأثير التي تم اختراعها هي مثال على عملية الانتقال هذه، ولكن للضوء.
- لكن وفقًا للنظرية الكهرومغناطيسية، لا يحتاج الضوء إلى وسيط للسفر، فهو يسافر في فراغ، بسرعة ثابتة.
- وفقًا لنفس النظرية، تنتج الموجة الكهرومغناطيسية من تغيير مجالين متوافقين من نفس التردد، أحد هذين المجالين كهربائي والآخر مغناطيسي.
راجع أيضًا: موضوع انعكاس الضوء
في نهاية هذا المقال عن طبيعة الضوء ونظرياته المختلفة، سنتحدث عن الضوء، وطبيعته من حيث الموجة أو الجسيم أو كليهما، كما نتحدث عن الفوتونات، والنظريات المختلفة التي يستخدمها العلماء. طرح للضوء.