تحقیق در مورد پرتوهای الکترومغناطیس و نحوه مشاهده آنها

با امواج الکترومغناطیسی آشنا شوید!

تحقیق در مورد پرتوهای الکترومغناطیس

الکترومغناطیس چیست؟

الکترومغناطیس (به انگلیسی: Electromagnetism) شاخه‌ای از علم فیزیک است که به مطالعهٔ پدیده‌های الکتریکی و مغناطیسی و ارتباط این دو با هم می‌پردازد. از طرفی یکی از چهار نیروی بنیادی طبیعت است (سه نیروی دیگر نیروی هسته‌ای قوی، نیروی هسته‌ای ضعیف و گرانش هستند).

در نظریهٔ الکترومغناطیس این نیروها به‌وسیلهٔ میدان‌های الکترومغناطیسی توصیف می‌شوند. الکترومغناطیس توصیفگر بیشتر پدیده‌هایی‌ست (به جز گرانش) که در زندگی روزمره اتفاق می‌افتد. الکترومغناطیس همچنین نیرویی‌ست که الکترون‌ها و پروتون‌ها را در داخل اتم‌ها پیش هم نگه می‌دارد. درحقیقت حامل همهٔ نیروهای درون مولکولی، نیروی الکترومغناطیسی است.

نیروی الکترومغناطیسی به دو صورت نیروی الکتریکی و نیروی مغناطیسی بروز می‌کند که این دو جنبه‌های مختلف از یک چیز (نیروی الکترومغناطیسی) هستند و از این رو ذاتاً یه یکدیگر مربوط اند. تغییر میدان الکتریکی تولید میدان مغناطیسی و برعکس تغییر میدان مغناطیسی تولید میدان الکتریکی می‌کند.

این اثر به نام القای الکترومغناطیسی شناخته شده است و اساس کار ژنراتورهای الکتریکی، موتورهای القایی و ترانسفورمرها می‌باشد. میدان‌های الکتریکی عامل چند پدیدهٔ الکتریکی معمول مانند پتانسیل الکتریکی (مانند ولتاژ باتری) و جریان الکتریکی (مانند جریان برق) و میدان‌های مغناطیسی عامل نیروی مربوط با آهنرباها هستند. در الکترودینامیک کوانتومی، نیروی الکترومغناطیسی بین ذرات باردار را می‌توان از طریق روش نمودارهای فاینمن محاسبه کرد که در آن تصور می‌شود که ذرات پیام‌رسان به نام فوتن مجازی بین ذرات باردار مبادله می‌شود.

تعریف امواج الکترومغناطیس

پرتوهای الکترومغناطیس یک رده از امواج است که دارای مشخصات زیر است:

  • امواج (پرتو های) الکترومغناطیسی دارای ماهیت و سرعت یکسان هستند و فقط از لحاظ فرکانس ، یا طول موج باهم تفاوت دارند
  • در طیف امواج الکترومغناطیس هیچ شکافی وجود ندارد. یعنی هر فرکانس دلخواه را می‌توانیم تولید کنیم.
  • برای مقیاسهای بسامد یا طول موج ، هیچ حد بالا یا پائین تعیین شده‌ای وجود ندارد.
  • از جمله منابع زمینی امواج الکترومغناطیسی می‌توان به امواج دستگاه رله تلفن ، چراغهای روشنایی و نظایر آن اشاره کرد.
  • این امواج برای انتشار خود نیاز به محیط مادی ندارند.
  • قسمت عمده این فیزیک امواج دارای منبع فرازمینی هستند.
  • امواج الکترومغناطیسی جزو امواج عرضی هستند.

گستره پرتوهای الکترومغناطیس

امواج الکترومغناطیسی از طولانی‌ترین موج رادیویی ، با طول موج‌های معادل چندین کیلومتر ، شروع شده پس از گذر از موج رادیویی متوسط و کوتاه تا نواحی کهموج ، فروسرخ و مرئی امتداد می‌یابد. بعد از ناحیه مرئی فرابنفش قرار دارد که خود منتهی به نواحی اشعه ایکس ، اشعه گاما و اشعه کیهانی می‌شود. نموداری از این طیف که در آن نواحی قراردادی طیفی نشان داده می‌شوند در شکل آمده است که این تقسیم بندی‌ها جز برای ناحیه دقیقا تعریف شده مرئی لزوما اختیاری‌اند.

پرتوهای الکترومغناطیس و نحوه مشاهده آنها

بنا به گفته ماكسول اگر در ناحیه‌ای از فضا میدان الكتریكی تغییر كند آن گاه میدان مغناطیسی در فضا به ‌وجود می ‌آید. ماكسول از این موضوع نكته دیگری را نتیجه گرفت:

اگر میدان مغناطیسی در حال تغییر بتواند میدان الكتریكی تولید كند، آن گاه میدان الكتریكی خودش نیز در حال تغییر خواهد بود. این تغییر در میدان الكتریكی مجدداً میدان مغناطیسی تولید می‌كند كه در حال تغییر است و در نتیجه میدان الكتریكی در حال تغییر جدیدی می‌ تواند از آن حاصل شود و به همین نحو قضیه می‌ تواند ادامه داشته باشد.

هنگامی كه ماكسول با معادلاتش كار می ‌كرد، دریافت كه این فرآیند پی در پی در تغییر میدان ‌های الكتریكی و مغناطیسی می ‌تواند باعث ایجاد موجی ازمیدان ‌های الكتریكی و مغناطیسی شود كه به راحتی در فضا قابل انتشار است. ما امروزه این موج را جزء امواج الكترومغناطیس می ‌دانیم.

دو میله فلزی (كه ما به عنوان آنتن به كار می‌گیریم) را در نظر بگیرید. فرض كنید این دو میله را توسط كلیدی به دو قطب باتری وصل كنیم. به محض بسته شدن كلید میله بالایی به سرعت مثبت می‌ شود و میله ‌ای پایینی منفی می‌ گردد، براین اساس خطوط میدان الكتریكی در اطراف میله ‌ها شكل می‌ گیرد.

هنگامی كه بارها به حركت درمی ‌آیند، جریان الكتریكی حاصل می‌ شود كه جهت آن به سمت بالا است. بنابراین یك میدان مغناطیسی در اطراف آنتن حاصل می ‌گردد. خطوط میدان مغناطیسی دایره وار سیم را احاطه می ‌كنند.

کاربرد امواج الکترومغناطیسی

کاربردهای امواج الکترومغناطیسی در مخابرات: از این جمله می‌توان فیبر نوری ، دستگاه رله تلفن ، موجبرها ، ماهواره و … اشاره کرد.

کاربرد‌های امواج الکترو‌مغناطیسی در نظامی: مانند بمب الکترومغناطیسی ، انواع رادار ، ردیاب های موشک و … .

کاربردهای امواج الکترو مغناطیسی در پزشکی: از قبیل عکسبرداری مغناطیسی ، رادیولوژی ، سونوگرافی با لیزر ، کاربرد اشعه ایکس و گاما در فیزیک پزشکی و … .

کاربردهای امواج الکترومغناطیسی در صنعت: انواع برشکاریهای لیزری ، قطار الکترو‌مغناطیسی و صندلی مغناطیسی و … .

کاربردهای امواج الکترومغناطیسی در اخترشناسی: با مطاله طیف الکترومغناطیسی گسیل شده از جو می‌توان به ساختار اجرام آسمانی پی‌برد.

کاربردهای امواج الکترومغناطیسی در ارتباط تلفن بين شهري: از بعضي امواج الكترومغناطيسي براي برقراري مكالمه‌هاي تلفني بين شهرها استفاده مي شود. اين امواج بسيار بيش تر از سيم مي توانند مكالمه‌ها را برقرار كنند.

کاربردهای امواج الکترومغناطیسی درارتباط ماهواره اي: بـرخي از ايـن امواج مي تـوانند تصاوير تلـويزيوني را توسط مـاهواره‌ها بين كشورهاي مختلف انتقـال دهند ماهواره‌ها اين امواج را دريافت مي كنند و پيش از آن كه آن‌ها را براي آنتن‌هاي گيرنده درزمين ارسال كنند، تقويت مي كنند. به اين ترتيب، تمام دنيا تحت پوشش تلويزيوني زنده قرار گرفته است.

کاربردهای امواج الکترومغناطیسی در پخت وپز: در اجاق‌هاي مخصوص، نوعي از اين امواج براي پختن غذا استفاده مي شود. با اين امواج غذاهـا با سرعـت پخته مي شوند. اگرمغز و ديگر اندام‌هاي داخلي ما درمعرض اين نوع موج قرار گيرند، پخته مي شـوند. ايـن امواج را بادقت بايد به كار برد.

انواع امواج الکترومغناطیسی

امواج الکترومغناطیسی برحسب فرکانس شان طبقه بندی میشوند. انواع مختلف این امواج، کاربردها و عملکردهای مختلفی در زندگی روزمره ما دارند. مهم ترین این امواج نور مرئی است که ما را قادر به دیدن می کند:

امواج رادیویی طولانی ترین طول موج را در بین همه امواج طیف الکترومغناطیسی دارند. دامنه طول موج آنها از ۳۰٫۵ سانتی متر تا ۱٫۶ کیلومتر است. امواج رادیویی اغلب برای انتقال داده ها استفاده می شوند و برای تمام انواع کاربردها از جمله رادیو، ماهواره، رادار و شبکه های رایانه ای مورد استفاده قرار می گیرند.

امواج مایکروویو کوتاه تر از امواج رادیویی هستند و طول موج هایی دارند که با سانتی متر اندازه گیری می شود. امواج مایکروویو برای طبخ غذا، انتقال اطلاعات و نیز در رادار برای کمک به پیش بینی آب و هوا مورد استفاده قرار می گیرد. امواج مایکروویو در ارتباطات نیز مفید اند زیرا می توانند به ابرها، دود و باران کم نفوذ کنند. جهان با تابش زمینه ای امواج کیهانی پرشده که دانشمندان معتقدند سرنخی برای منشأ جهان است که انفجار بزرگ نامیده می شود.

امواج مادون قرمز بین امواج مایکروویو و نور مرئی هستند. امواج مادون قرمز گاهی اوقات به صورت مادون قرمز «نزدیک» و مادون قرمز «دور» طبقه بندی میشوند. امواج مادون قرمز نزدیک امواجی هستند که از لحاظ طول موج به نور مرئی نزدیک تر اند. اینها امواج مادون قرمزی اند که در دستگاه کنترل تلویزیون شما برای تغییر کانال ها استفاده می شوند.

امواج مادون قرمز دور از طول موج نور مرئی دور تراند. امواج مادون قرمز دور حرارتی اند و گرما بیرون می دهند. هر چیزی که گرما خارج می کند امواج مادون قرمز ساطع می کند. این شامل بدن انسان هم می شود!

طیف نور مریی طول موجی را پوشش می دهد که می تواند به وسیله چشم انسان دیده شود. طیف نور مریی طول موجی از ۳۹۰ تا ۷۰۰ نانومتر است که مربوط به فرکانس ۴۳۰ تا۷۹۰ تراهرتز است.

امواج ماوراء بنفش بعداز نورمرئی، کوتاه ترین طول موج را دارند. این اشعه ماورای بنفش خورشید است که باعث آفتاب سوختگی می شود. ما توسط لایه ازن در مقابل اشعه ماوراء بنفش خورشید محافظت می شویم. برخی از حشرات، مانند زنبور عسل، می توانند نور ماوراء بنفش را ببینند. نور ماورای بنفش به وسیله تلسکوپ های قدرتمندی مانند تلسکوپ فضایی هابل برای دیدن ستاره های دور مورد استفاده قرار می گیرد.

اشعه X طول موجی کوتاه تر از اشعه ماورای بنفش دارد. دانشمندان فکر می کنند در این نقطه از طیف الکترومغناطیسی، اشعه (یعنی همان اشعه ایکس) بیشتر به صورت ذرات اند تا امواج. اشعه X به وسیله دانشمندی آلمانی به نام ویلهم رونتگن کشف شد. اشعه x به دلیل نفوذ در بافت های نرم مانند پوست و عضله، در پزشکی برای گرفتن عکس از استخوان مورد استفاده قرار می گیرد.

همانطور که طول موج امواج الکترومغناطیسی کوتاه تر می شود، انرژی شان افزایش می یابد. اشعه گاما کوتاه ترین امواج در طیف الکترومغناطیسی هستند و در نتیجه بیشترین انرژی را دارند. اشعه گاما گاهی اوقات برای درمان سرطان و در گرفتن تصاویر دقیق و با جزئیات برای پزشکی تشخیصی استفاده می شود. اشعه ی گاما در انفجارهای هسته ای با انرژی بالا و ابرنواخترها تولید می شود.

اشتراک گذاری

جوابی بنویسید

ایمیل شما نشر نخواهد شدخانه های ضروری نشانه گذاری شده است. *

*