ما هو الضوء الفيزيائي؟

ما هو الضوء الفيزيائي اهتم العلماء والباحثون بدراسة الضوء لعدة قرون لما له من أهمية كبيرة. في هذا المقال سنتحدث عن الضوء الفيزيائي ومصادر الضوء وسرعته وخصائصه المختلفة وكذلك الموجة والموجة. طبيعة الجسيمات.

حول الضوء المادي

يهدف الضوء الفيزيائي إلى دراسة الضوء وطبيعته وخصائصه الفيزيائية بالإضافة إلى النظريات المختلفة التي طورها العلماء، ويعتبر الضوء من أولى الظواهر الطبيعية التي تجذب انتباه العلماء والباحثين.
الضوء نوع من الطاقة عبارة عن مزيج من الموجات الكهربائية والمغناطيسية، وهو عبارة عن موجات كهرومغناطيسية ذات أطوال موجية مختلفة لأنها تشمل جميع الأطوال الموجية.
لها العديد من الخصائص، وتهتم الفيزياء بدراستها وتفسيرها، وتشمل هذه الخصائص التداخل، والحيود، والانتشار، والتشتت، والانعكاس والتشتت، والظاهرة الكهروضوئية، والاستقطاب.

شاهد أيضاً: إنجازات العلماء في سرعة الضوء وكيفية قياسها

مصادر الاضاءة

مصادره كثيرة، ولعل أشهرها المصادر الحرارية، وهي أي جسم يصدر درجة حرارة معينة ويصدر نفس خصائص الطيف الضوئي، ومن أهم مصادر الحرارة الشمس.
يظهر هذا الانبعاث من الشمس عند درجة حرارة جلفانية تبلغ حوالي 6000 درجة، ومن مصادر الحرارة – أيضًا من المصابيح المتوهجة.
هناك مصادر كيميائية، وهي إشعاع ينتج عن مواد كيميائية، وهناك تلألؤ بيولوجي، يحدث في الكائنات الحية، مثل البرق، الذي ينتج الطاقة بهذه الطريقة.
هناك أيضًا آليات تلألؤ بيولوجي، صوتي، كهربائي، وتلامس ضوئي، بالإضافة إلى إشعاع الفلاش و Cherenkov، التي تعمل على إنتاج الضوء.

سرعة الضوء

سرعة الضوء في الفراغ هي 3 * 10 مرفوعة إلى قوة ثمانية أمتار في الثانية، وهي سرعة ثابتة، وعلى الرغم من اختلاف أطوال موجات الضوء، إلا أنهم يتفقون في السرعة.
يُشار إلى سرعة الضوء في الفراغ بالحرف c، والذي يتم تحديده من العلاقة c = λ، بينما يتم تمثيل سرعة الضوء في البيئات الأخرى غير الفراغ بالحرف v، وسرعة الضوء فيه 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 دائمًا أكبر من n> 1.

طبيعة موجة الضوء

يتكون الضوء من عدة موجات كهرومغناطيسية تختلف عن أنواع الموجات المعروفة مثل موجات الماء، وللموجات الضوئية العديد من الخصائص.
إنها سمة من سمات الأطوال الموجية مثل الطول الموجي λ، وهي المسافة بين قمتين من نموذج الموجة، والتردد f، والتي يمكن تعريفها على أنها عدد الدورات التي تحدث لكل وحدة زمنية.
سعة الموجة A هي أقصى مسافة بين قمة وقاع خط الموجة المقابلة لها، والفترة T هي الوقت الذي يستغرقه حدوث دورة كاملة.

الضوء كجسيم

في عام 1905، اقترح العالم ألبرت أينشتاين نموذجًا يتصرف فيه الضوء كجسيم، وأطلق على هذه الجسيمات فوتونات.
حيث افترض أن الضوء القادم من مصدر مثل المصباح الكهربائي، على سبيل المثال، كان على شكل شعاع يتكون من عدد كبير من الفوتونات التي تسير في خط مستقيم.
وفقًا لطبيعة الضوء كموجة أو جسيم أعلاه، يمكن تحديد أن الضوء ثنائي بينهما، لأنه في بعض الظروف يتصرف كموجة وفي ظروف أخرى كجسيم.

خصائص الضوء

1- الحيود والانتشار

يسمى انتشار الضوء في خط مستقيم الانعراج، وهذا الانعراج يرجع إلى حقيقة أن الضوء يتصرف مثل الموجة.
يستخدم الانعراج لدراسة ألوان أشعة الضوء، ويفيد في بناء التلسكوبات المستخدمة في استكشاف الفضاء للتعرف على المواد التي تتكون منها النجوم.

2- انعكاس الضوء

يمكن تعريف انعكاس الضوء على أنه ارتداد أشعة الضوء عند اصطدامها بسطح ما، حيث ينعكس جزء من شعاع الضوء ويمتص جزء آخر ويمر جزء من خلال تشكل ظاهرة الانكسار.
عندما يصل شعاع إلى سطح عاكس بزاوية سقوط غير متعامدة عليه، فإنه ينعكس بزاوية تساوي زاوية السقوط، وتُقاس الزاوية على طول خط عمودي على السطح.
يتم حساب شدة الحزمة المنعكسة باستخدام قانون مقارنة مؤشرات الانكسار للوسيطتين، وظاهرة الانعكاس لها العديد من المزايا، ومن تطبيقات الانعكاس الشائعة إنتاج منشور مثلثي.
وكذلك إنتاج الألياف الضوئية التي تستخدم في مجالات الاتصال مثل الإنترنت، حيث تعمل على نقل المعلومات بسرعة كبيرة، كما أنها تستخدم في المجال الطبي.

3- انكسار الضوء

يمكن تعريف ظاهرة انكسار الضوء على أنها التغيير في مسار شعاع الضوء عندما يمر عبر وسيطين مختلفين الشدة. إذا مرت أشعة الضوء من وسط شفاف إلى آخر، يحدث انكسار للضوء.
يوضح ما يسمى بقوانين Snell-Descartes كيفية حساب زاوية الانكسار باستخدام 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 تظهر حزمة كهرومغناطيسية على سطح معدني، مما يؤدي إلى إطلاق الإلكترونات على هذا السطح.
يتم تحديد ذلك لأن الإلكترونات المتصلة بالذرات السطحية تمتص بعضًا من طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي، مما يتسبب في اكتساب الإلكترونات للطاقة الحرارية وإطلاقها.
لا تعتمد طاقة الإلكترونات المحررة على شدة الإشعاع، في حين أنها تعتمد على الطول الموجي للإشعاع، بينما تزيد شدة الإشعاع من عدد الإلكترونات المنبعثة.
وأوضح ألبرت أينشتاين أن الضوء يتكون من كمات منفصلة للطاقة تسمى الفوتونات، ولكل فوتون طاقة تساوي E = hv، حيث h هو ثابت بلانك و v هو التردد.

أنظر أيضا: ما هو الفرق بين الضوء والضوء؟

استخدام الضوء

للضوء مزايا عديدة في مختلف القطاعات الصناعية منها:

يستخدم الضوء فوق البنفسجي في عملية تطهير الأجسام ويستخدم أيضًا في تصنيع التلسكوبات المستخدمة لاستكشاف الفضاء وتحديد النجوم.
تستخدم الأشعة السينية في الأشعة.
تستخدم موجات الراديو في أجهزة الاتصال.
تُستخدم الألياف الضوئية، التي أساسها الانعكاس الكامل للضوء، في الطب وفي مجال الاتصال في إنتاج كابلات نقل المعلومات.
تستخدم أشعة جاما في صناعة قضبان الوقود في محطات الطاقة النووية.
تستخدم أفران الميكروويف في أفران الميكروويف لطهي الطعام.

النظرية العامة لنسبية الضوء

درس العالم بلانك الطاقة المشعة المنبعثة من الأجسام الساخنة مثل الشمس، وقام بحساب هذه الطاقة وفقًا للقانون E = hf، وتتكون الأشعة الضوئية من عدة فوتونات.
استفادت هذه الفرضية بشكل كبير العالم ألبرت أينشتاين، الذي قام بناءً على هذه الفرضية بتطوير اقتراح بأن 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 يعارض فكرة الضوء كجسيم ويدعم فكرة نظرية الموجة.
بعد ذلك، في عام 1924، طور العالم دي برولي مبدأ قال إن الضوء يتصرف بخصائص مزدوجة، لأنه في بعض الظروف يتصرف كموجة وتحت ظروف أخرى كجسيم.
وبالتالي، فإن سلوك الضوء كموجة يتوافق مع نظرية ماكسويل وبالتالي يساعد في تفسير ظاهرة الانعكاس والانكسار وخصائص أخرى.
وفي الوقت نفسه، تتفق نظريات ماكسويل وأينشتاين مع سلوك الضوء كجسيم (الفوتون) وبالتالي تساعد في تفسير ظاهرة كومبتون، ظاهرة تفاعل الضوء مع المادة، إلخ.

انظر أيضًا: التحقيق في نظرية انعكاس الضوء في المرايا

في نهاية هذا المقال حول ما هو الضوء الفيزيائي، سنتحدث عن الضوء الفيزيائي، المصادر المختلفة للضوء، سرعته، خصائصه المختلفة، الظاهرة الكهروضوئية، نظرية النسبية للضوء وبعض تطبيقاته. .