آکاایران: بیگ بنگ: ماکسول، هرتز و چند دانشمند دیگر، پایه های این نظریه را که نور، موج الکترومغناطیسی است، استحکام بخشیدند. پدیده هایی نظیر تداخل، پراش و قطبش، ماهیت موجی نور را تأیید کردند.

به گزارش آکاایران:

طیف نور چیست

فوتون ها | الکترون ها و اتم ها – قسمت اول

الکترون ها و اتم ها – قسمت اول -آکااتم

آکاایران: فوتون ها، الکترون ها و اتم ها – قسمت اول

اما پدیده های بسیاری، از آن جمله گسیل و جذب تابش الکترومغناطیسی جنبه های کاملاً متفاوتی از ماهیت نور نشان دادند. معلوم شد که انرژی یک موج الکترومغناطیسی، کوانتیده است و به صورت بسته های شبه ذره با انرژی مشخص، موسوم به فوتون یا کوانتومی، گسیل یا جدب می شوند. انرژی یک فوتون منفرد، متناسب با بسامد تابش است.

انرژی های مربوط به حرکت های درون اتم نیز کوانتید ه اند و برای نوع مشخصی از اتم های منفرد، نمی توانند هر مقدار دلخواه را داشته باشند و فقط به صورت مقادیر ناپیوسته ای موسوم به ترازهای انرژی، امکان بروز دارند. دو ایده ی فوتون و ترازهای انرژی، درک ما را از مشاهدات متعدد و گوناگونی که فهم آن ها بدون تکیه بر این ایده ها بسیار دشوار می نمودند، بسیار آسان کرد. در بین این مشاهدات، می توان از

گسیل و جذب طول موج های مشخص توسط عناصر گازی شکل، گسیل الکترون از سطحی که نور بر آن می تابد، کار لیزرها و تولید و پراکندگی پرتو ایکس نام برد. با بررسی ترازهای انرژی و فوتون ها، به آستانه ی مکانیک کوانتومی می رسیم که پدید آورنده ی تغییرات مهمی در دیدگاه های ما از ماهیت امواج الکترومغناطیسی و خود ماده است.

فوتون ها | الکترون ها و اتم ها – قسمت اول

قوانین اپتیک کلاسیک

اما سوال این است که نور چگونه تولید می شود؟ هانریش هرتس، امواج الکترومغناطیسی را با ایجاد تشدید در مدار (L-C) به وجود آورد. وی بسامدهایی در حدود ۱۰ به توان ۸ هرتز ایجاد کرد. در حالی که بسامد نور مرئی در حدود ۱۰ به توان ۱۵ هرتز و به مراتب بالاتر از بیشترین بسامدهای قابل وصول در مدار های الکترونیکی است. در اواخر قرن نوزدهم، بعضی از فیزیک دانان به این باور رسیدند که برای تولید امواج در این گستره ی بسامد، باید بارهای الکتریکی درون اتمی به ارتعاش در آیند. اما برپایه ی این باورها نتوانستند بعضی از داده های آزمایشی را تفسیر کنند. در سال های آغازین دهه ی ۱۹۰۰ تفسیر سه فرایند در نظر فیزیک دانان دشوار بود:

  • چگونگی پیدایش طیف های خطی
  • اثر فوتو الکتریک
  • تولید پرتوهای ایکس

به طور خلاصه در مورد طیف خطی باید گفت که می توان به کمک یک منشور یا توری پراش، یک باریکه ی نور را به طیف های آن تجزیه کرد. اگر چشمه ی نور، یک جسم جامد مثلاً یک رشته ی لامپ و یا یک مایع باشد، طیف پیوسته است. و نوری شامل همه ی طیف ها از آن گسیل می شود. اما اگر نور از تخلیه ی بار الکتریکی در یک گاز مثلاً در لامپ های نئونی یا داغ شدن نمک قابل تبخیر نظیر نمک طعام در یک شعله به دست آید، فقط چند رنگ به صورت خط های باریک و جدا از یکدیگر ظاهر می شوند. هر یک از این خطوط رنگین تصویری از شکاف دستگاه طیف سنج است که با زاویه ی معینی منحرف شده اند. این زاویه ی انحراف، تابع طول موج نور است. طیفی که به این صورت به دست می آید، طیف خطی نامیده می شود. و هر خط به یک طول موج مشخص تعلق دارد.

فوتون ها | الکترون ها و اتم ها – قسمت اول

الکترون ها و اتم ها

در اوایل قرن نوزدهم، دانشمندان کشف کردند که هر عنصر در شکل گازی خود، صاحب تعدادی خطوط مشخص طیف است. مثلاً هیدروژن تعدادی از خط طیف خاص خود را دارد و خطوط طیف سدیم با هیدروژن، کاملاً متفاوت اند. فیزیک دانان به کمک خطوط طیف، به شناسایی عناصر دست یافتند و این خطوط، به ابزار ارزشمندی در شناخت عناصر تبدیل شد. در اصل طیف یک عنصر اثر انگشت آن عنصر می باشد. برای مثال، اخترشناسان خطوط طیف بیش از صد مولکول مختلف را در فضای بین ستاره ای مشاهده کرده اند که بعضی از آنها در زمین یافت نمی شوند. طیف مشخصه ی یک اتم، به ساختار داخلی آن ارتباط دارد. اما کوشش برای فهم چگونگی این ارتباط بر اساس مکانیک کلاسیک و الکترودینامیک فیزیک خلاصه شده در سه قانون نیوتن و چهار قانون معادلات ماکسول، با موفقیت همراه نبود.

در مورد اثر فوتوالکتریک باید گفت که در مورد نور نیز رازهای کشف نشده ای وجود داشت. در سال ۱۸۸۷ میلادی، هرتس در حین آزمایش هایی در زمینه ی امواج الکترومغناطیسی، اثر فوتوالکتریک را کشف کرد. وقتی پرتو های نور به سطح یک فلز برخورد می کنند، برخی از الکترون های نزدیک به سطح، انرژی کافی برای چیرگی بر اثر جاذبه ی یون های مثبت موجود در فلز را به دست می آورده و به درون فضای مجاور فرار می کنند. تحقیقات بیشتر در این زمینه، نکات مبهمی را به وجود آورد که رفع آنها به کمک قوانین اپتیک کلاسیک ممکن نبود.

فوتون ها | الکترون ها و اتم ها – قسمت اول

تولید پرتوهای ایکس

مسئله ی حل نشده ی دیگر در زمینه ی گسیل و جذب پرتوها، تولید و پراکندگی پرتو ایکس بود که در سال ۱۸۹۵ کشف شد. این پرتوها در لوله های با ولتاژ بالای تخلیه ی الکتریکی تولید می شدند، اما معلوم نبود که آنها چرا و چگونه تولید می شوند و یا طول موج آنها که از طول موج نور مرئی به مراتب کوچک ترند، به چه عواملی بستگی دارد. از اینها پیچیده تر، وقتی این پرتوها به سطح فلز بتابند، طول موج پرتوهای پراکنده شده از سطح، بیشتر از طول موج پرتوهای تابشی اولیه هستند.

مثل اینکه نور آبی بر سطح آینه ای بتابد و بازتاب آن نور سرخ باشد. همه ی این پدیده ها و چندین پدیده ی دیگر به طور جدی به این نتیجه ختم شدند که اپتیک کلاسیک، هر چند در بیان ساختار آینه و عدسی، تداخل و قطبش و دیگر موارد موفق بود، اما با محدودیت روبه رو شد. اینک معلوم شده است که پدیده های محدود کننده ، ناشی از ماهیت کوانتومی تابش است. امواج الکترومغناطیس همراه با حفظ ماهیت موجی خود، خواص ذره ای نیز دارند. به ویژه انرژی این امواج، به صورت بسته هایی موسوم به فوتون یا کوانتوم، گسیل و جذب می شوند که متناسب با طول موج تابش اند.

ادامه دارد »»»

نویسنده اسماعیل جوکار/ آکا ایران


فوتون ها | الکترون ها و اتم ها – قسمت اول

مقاله درباره ی نور


توجه : هرگونه استفاده از این مطلب بدون ذکر نام "آکا ایران" و لینک به این مقاله غیر قانونی و از لحاظ اخلاقی غیر انسانی می باشد، لطفا به حقوق مولف احترام بگذارید.

منبع :

اثر فوتوالکتریک


شما احتمالا با جستجوی کلمات زیر وارد مقاله شده اید چنانچه مطلب مرتبط با جستجوی شما نبوده همان کلمه را در جستجوی سایت وارد کنید

دستگاه طیف سنج جذب اتمی , تناسب طول موج , طیف نور چیست

گردآوری توسط بخش مقالات فیزیک سایت آکاایران
تبلیغات