ديد کلي
در مکانيک کلاسيک و ترموديناميک تلاش ما بر اين است که کوتاهترين وجمع و جورترين معادلات يا قوانين را که يک موضع را تا حد امکان بطور کامل تعريف مي‌کنند معرفي کنيم. در مکانيک به قوانين حرکت نيوتن و قوانين وابسته به آنها ، مانند قانون گرانش نيوتن، و در ترموديناميک به سه قانون اساسي ترموديناميک رسيديم. در مورد الکترومغناطيس ، معادلات ماکسول به عنوان مبنا تعريف مي‌شود. به عبارت ديگر مي‌توان گفت که معادلات ماکسول توصيف کاملي از الکترومغناطيس بدست مي‌دهد و علاوه برآن اپتيک را به صورت جزء مکمل الکترومغناطيس پايه گذاري مي‌کند. به ويژه اين معادلات به ما امکان خواهد داد تا ثابت کنيم که سرعت نور در فضاي آزاد طبق رابطه (C = 1/??0 ?0) به الکترومغناطيس|کميتهاي صرفا الکتريکي و مغناطيسي مربوط مي‌شود.
يکي از نتايج بسيار مهم معادلات ماکسول ، مفهوم طيف الکترومغناطيسي است که حاصل کشف تجربي موج راديويي است. قسمت عمده فيزيک امواج الکترومغناطيسي را از چشمه‌هاي ماوراي زمين دريافت مي‌کنيم و در واقع همه آگاهيهاي که درباره جهان داريم از اين طريق به ما مي‌رسد. بديهي است که فيزيک امواج الکترومغناطيسي خارج از زمين در گسترده نور مرئي از آغاز خلقت بشر مشاهده شده‌اند.
تعريف امواج الکترومغناطيسي
امواج الکترومغناطيسي يک رده از امواج است که داراي مشخصات زير است: • امواج الکترومغناطيسي داراي ماهيت و سرعت يکسان هستند و فقط از لحاظ فرکانس ، يا طول موج باهم تفاوت دارند
• در طيف امواج الکترومغناطيس هيچ شکافي وجود ندارد. يعني هر فرکانس دلخواه را مي‌توانيم توليد کنيم.
• براي مقياسهاي بسامد يا طول موج ، هيچ حد بالا يا پائين تعيين شده‌اي وجود ندارد.
• از جمله منابع زميني امواج الکترومغناطيسي مي‌توان به امواج دستگاه رله تلفن ، چراغهاي روشنايي و نظاير آن اشاره کرد.
• اين امواج براي انتشار خود نياز به محيط مادي ندارند.
• قسمت عمده اين فيزيک امواج داراي منبع فرازميني هستند.
• امواج الکترومغناطيسي جزو امواج عرضي هستند.
گستره امواج الکترومغناطيسي
امواج الکترومغناطيسي از طولاني‌ترين موج راديويي ، با طول موجهاي معادل چندين کيلومتر ، شروع شده پس از گذر از موج راديويي متوسط و کوتاه تا نواحي کهموج ، فروسرخ و مرئي امتداد مي‌يابد. بعد از ناحيه مرئي فرابنفش قرار دارد که خود منتهي به نواحي اشعه ايکس ، اشعه گاما و اشعه کيهاني مي‌شود. نموداري از اين طيف که در آن نواحي قراردادي طيفي نشان داده مي‌شوند در شکل آمده است که اين تقسيم بندي‌ها جز براي ناحيه دقيقا تعريف شده مرئي لزوما اختياري‌اند.
يکاهاي معروف فيزيک امواج الکترومغناطيسي
• طول موج ? بنا به تناسب مورد ، برحسب متر و همچنين ميکرون يا ميکرومتر ?m ، واحد آنگستروم A و واحد ايکس XU نشان داده مي‌شود.
• با بکار بردن متر به عنوان واحد طول ، طول موجهاي نوري بايستي بنا به تناسب برحسب ، nm سنجيده شوند، ولي هنوز آنگستروم يک واحد رسمي بوده و به عنوان متداول ترين واحد در طيف نمايي بکار برده مي‌شود.
• واحد XU ابتدا به شکل مستقل طوري تعريف شده بود که رابطه آن با آنگستروم به صورت 1A = XU 1002.060بود. اين واحد اکنون دقيقا معادل 10-10 يا m 10-13 تعريف شده است.
• علي رغم طبقه بندي عمومي تابش با طول موج ، کميت مهم از نظر ساختار اتمي و مولکولي فرکانس <? = c/?vac?E = hv به اختلاف انرژي ?E بين دو حالت ساکن دستگاه مربوط است. در طول موجهاي کوتاهتر مناسب‌تر آن است که به جاي ? واحد متناسب با آن يعني عدد موجي ? = 1/?vac = c/v جايگزين شود. مؤلفين مختلف واحدهاي مختلفي را براي عدد موجي مانند ?? ، K و ? بکار مي‌برند که همگي يکسان‌اند، در اين بحث علامت ? انتخاب شده است، زيرا امکان اشتباه آن با خود ? و يا ساير ثابتها کم است.
• واحد عدد موجي يک بر سانتيمتر است که گاهي کايزر (K) ناميده مي‌شود. واحد کوچکتر آن ميلي کايزر است که (mk) واحد مناسبي براي ساختار فوق ريز و کارهاي مربوط به عرض خطي است. هر چند که متخصصين طيف نمايي فرکانس راديويي براي اين قبيل کميتها واحد فرکانس يعني MHz را بکار مي‌برند (MHz 29.979=mk 1 ).
• انرژي موج را بر حسب واحد الکترون ولت (ev) بيان مي‌کنند که انرژيهاي فوتوني خيلي بالا (مربوط به طول موجهاي خيلي کوتاه) يک الکترون ولت معادل 1.6x10-19J است.
طيف نمايي و امواج الکترومغناطيسي
• ناحيه مرئي يا نور مرئي (4000-7500 آنگستروم) توسط نواحي فروسرخ از طرف طول موجهاي بلند ، فرابنفش از طرف طول موجهاي کوتاه ، محصور شده است. معمولا اين نواحي به قسمتهاي فروسرخ و فرابنفش دور و نزديک ، با محدوده‌هايي به ترتيب در حدود 30 ميکرومتر و 2000 آنگستروم تقسيم مي‌شوند که نواحي مزبور داراي شفافيت نوري براي موادي شفاف از جمله منشورها و عدسيها مي‌باشند.
• تا اين اواخر ناحيه مرئي متشکل از فروسرخ تا فرابنفش نور توسط گافهايي از نواحي راديويي و اشعه ايکس سوا مي‌شدند که در آنها بر انگيزش و آشکار سازي تابش با طول موجهاي متناسب ممکن نبوده است. اختراع رادار در سالهاي جنگ (45 - 1938) راه ورود به نواحي امواج خيلي کوتاه راديويي يا کهموج را باز کرد، در حالي که در همان زمان طيف شناسان فروسرخ دامنه فعاليت خود را تا به نواحي طول موجهاي بلندتر توسعه مي‌دادند. اين دو ناحيه هم اکنون ابعاد کوچکتر از ميليمتر روي هم مي‌افتند.
• گاف طول موج کوتاه ، بخاطر جالب بودنش براي متخصصين فيزيک پلاسما و اختر فيزيک به خوبي پر شده است. هم اکنون حدود طيف نمايي نوري به زير 2 آنگستروم رسيده است در حالي که مرز پرتوهاي ايکس نرم تا 50 آنگستروم مي‌رسند. تشخيص بين پرتو نوري و پرتو ايکس ، در ناحيه پوشش فوق الذکر بر منشأ خطوط طيفي مبتني است.
• طيف نمايي نوري با گذارهاي الکترونهاي خارجي يا ظرفيتي و طيف نمايي اشعه ايکس با گذارهاي الکترونهاي داخلي مربوط مي‌کند. طيفهاي نوري ، طول موجهاي خيلي کوتاه از الکترونهاي خارجي عناصري با درجه يونش بسيار بالا بوجود مي‌آيند.
منبع:دانشنامه رشد
تصاوير زيبا و مرتبط با اين مقاله