مقدمه
امروزه می دانیم که نور یک موج الکترمغناطیسی است و بخش بسیار کوچکی از طیف الکترمغناطیسی را تشکیل می دهد. بنابراین برای شناخت نور بایستی به بررسی امواج الکترومغناطیسی پرداخت. اما از آنجاییکه مکانیک کلاسیک قادر به توضیح کامل امواج الکترومغناطیسی نیست، الزاماً بایستی به مکانیک کوانتوم مراجعه کرد. اما قبل از وارد شدن به مکانیک کوانتوم لازم است با برخی از خواص نور آشنا شد و دلیل نارسایی مکانیک کلاسیک را دانست. لذا در این فصل دانش نور را تا پیش از ارائه شدن رابطه ی مشهور پلانک بررسی می کنیم و در فصل جداگانه ای خواص امواج الکترومغناطیسی بعد از مکانیک کوانتوم و نسبیت بررسی خواهد شد.
خواص نور
نخستین مسئله ای مهم جلوه می کرد این بود که نور چیست؟ از آنجاییکه عامل دیدن بود و در تاریکی چیزی دیده نمی شد، سئوال این بود که نور چیست؟ چرا می بینیم و نور چگونه و توسط چه چیرزی تولید می شود؟ بالاخره این نظریه پیروز شد که نور توسط اجسام منیر نظیر خورشید و مشعل تولید می شود. بعد از آن مسئله انعکاس نور مورد توجه قرار گرفت و اینکه چرا برخی از اجسام بهتر از سایر اجسام نور را باز تابش می کنند؟ چرا نور از برخی اجسام عبور می کند و از برخی دیگر عبور نمی کند؟ چرا نور علاوه بر آنکه سبب دیدن است موجب گرم شدن نیز می شود؟ نور چگونه منتقل می شود؟ سرعت آن چقدر است؟ و سرانجام ماهیت نور و نحوه ی انتقال آن چیست؟
نخستین آزمایش مهم نور توسط نیوتن در سال 1666 انجام شد. وی یک دسته اشعه نور خورشید را که از شکاف باریکی وارد اتاق تاریکی شده بود، بطور مایل بر وجه یک منشور شیشه ای مثلث القاعده ای تابانید. این دسته هنگام ورود در شیشه منحرف شد و سپس هنگام خروج از وجه دوم منشور باز هم در همان جهت منحرف شد.
نیوتن دسته اشعه خارج شده را بر یک پرده سفید انداخت. وی مشاهده کرد که به جای تشکیل یک لکه سفید نور، دسته اشعه در نوار رنگینی که به ترتیب مرکب از رنگهای سرخ، نارنجی، زرد، سبز، آبی و بنفش است پراکنده شده است. نوار رنگینی را که از مولفه های نور تشکیل می شود، طیف می نامند.
نیوتن نظر داد که نور از ذرات بسیار ریز - دانه ها - تشکیل می شود که با سرعت زیاد حرکت می کند. علاوه بر آن به نظر نیوتن نور در محیط غلیظ باسرعت بیشتری حرکت می کند. اگر نظر نیوتن در مورد سرعت نور درست می بود می بایست سرعت نور در شیشه بیشتر از هوا باشد که می دانیم درست نیست.
هویگنس در سال 1690 رساله ای در شرح نظریه موجی نور منتشر کرد. طبق اصل هویگنس حرکت نور به صورت موجی است و از چشمه های نوری به تمام جهات پخش می شود. هویگنس با به کاربردن امواج اصلی و موجک های ثانوی قوانین بازتاب و شکست را تشریح کرد. هویگنس نظر داد که سرعت نور در محیط های شکست دهنده کمتر از سرعت نور در هوا است که درست است.
پیروزی نظریه موجی نور
نظریه دانه ای نیوتن هرچند بعضی از سئوالات را پاسخ می گفت، اما باز هم پرسش هایی وجود داشت که این نظریه نمی توانست برای آنها جواب قانع کننده ای ارائه دهد. مثلاً چرا ذرات نور سبز از ذرات نور زرد بیشتر منحرف می شوند؟ چرا دو دسته اشعه ی نور می توانند بدون آنکه بر هم اثر بگذارند، از هم بگذرند؟
اما بر اساس نظریه موجی هویگنس، دو دسته اشعه ی نورانی می توانند بدون آنکه مزاحمتی برای هم فراهم کنند از یکدیگر بگرند. هویگنس نمی دانست که نور موج عرضی است یا موچ طولی، و طول موج های نور مرئی را نیز نمی دانست. ولی چون نور در خلاء نیز منتشر می شود، وی مجبور شد محیط یا رسانه حاملی برای این انتشار این امواج در نظر بگیرد. هویگنس تصور می کرد که این امواج توسط اتر منتقل می شوند. به نظر وی اتر محیط و مایع خیلی سبکی است و همه جا، حتی میان ذرات ماده نیز وجود دارد.
نظری هویگنس نیز بطور کامل رضایت بخش نبود، زیرا نمی توانست توضیح دهد که چرا سایه ی واضح تشکیل می شود، یا چرا امواج نور نمی توانند مانند امواج صوت از موانع بگذرند؟
نظریه موجی و دانه ای نور بیش از یکصد سال با هم مجادله کردند، اما نظریه دانه ای نیوتن بیشتر مورد قبول واقع شده بود، زیرا از یکطرف منطقی تر به نظر می رسید و از طرف دیگر با نام نیوتن همراه بود. با وجود این هر دو نظریه فاقد شواهد پشتوانه ای قوی بودند. تا آنکه بتدریج دلایلی بر موجی بودن نور ارائه گردید
لئونارد اویلر فکر امواج دوره ای را تکمیل کرد، همچنین دلیل رنگ های گوناگون را مربوط به تفاوت طول موج آنها دانست. و این گام بلندی بود. در سال 1800 ویلیام هرشل آزمایش بسیار ساده اما جالبی انجام داد. وی یک دسته اشعه ی نور خورشید را از منشور عبور داد و در ماورای انتهای سرخ طیف حاصل دماسنجی نصب کرد. جیوه در دما سنج بالا رفت، بدین ترتیب هرشل تابشی را کشف کرد که به تابش زیر قرمز مشهور شد.
در همین هنگام یوهان ویلهلم ریتر انتهای دیگر طیف را کشف کرد. وی دریافت که نیترات نقره که تحت تاثیر نور آبی یا بنفش به نقره ی فلزی تجزیه و رنگ آن تیره می شود، اگر در ورای طیف، در جاییکه بنفش محو می شود، نیترات نقره قرار گیرد حتی زودتر تجزیه می شود. ریتر نوری را کشف کرد که ما اکنون آن را فوق بنفش می نامیم. بدین ترتیب هرشل و ریتر از مرزهای طیف مرئی گذشتند و در قلمروهای جدید تابش پا نهادند. در این هنگام دلایل جدیدی برای موجی بودن نور توسط یانگ و فرنل ارائه گردید.
در سال 1801 توماس یانگ دست به آزمایش بسیار مهمی زد. وی یک دسه اشعه ی باریک نور را از دو سوراخ نزدیک بهم گذارانید و بر پرده ای که در عقب این سوراخ نصب کرده بود تابانید. احتمال می رفت که اگر نور از ذرات تشکیل شده باشند، محل تلاقی دو دسته اشعه ای که از سوراخها عبور کرده اند، بر روی پرده روشن تر از جاهای دیگر باشد. اما نتیجه ای که یانگ به دست آورد چیزی دیگر بود. بر روی پرده یک گروه نوارهای روشن تشکیل شده بود که هر یک به وسیله ی یک نوار تاریک از دیگری جدا می شد. این پدیده به سهولت با نظریه موجی نور توضیح داده شد.
نوار روشن نشان دهنده ی تقویت امواج یکی از دسته ها به وسیله ی امواج دسته ی دیگر است. به گفته ی دیگر، هر جا که دو موج همفاز شوند، بر یکدیگر افزوده می شوند و یکدیگر را تشدید می کنند. از طرف دیگر نوارهای تاریک نشان دهنده ی جاهایی است که امواج در فاز مقابلند، در نتیجه یکدیگر را خنثی می کنند. اگر چه یانگ بارها تاکید کرد که برداشت هایش ریشه در پژوهش های نیوتن دارد، اما به سختی مورد حمله قرار گرفت و نظریات وی خالی از هر گونه ارزش تلقی شد. با این وجود یانگ طول موج های متفاوت نور مرئی را اندازه گرفت.
فهرست
مقدمه 3
خواص نور 3
پیروزی نظریه موجی نور 4
محاسبه سرعت نور 7
نور و الکترومغناطیس 8
نیروی الکتریکی 8
الکترومغناطیس 9
طبیعت نور 11
معادلات الکترومغناطیس ماکسول و آغاز بحران 12
فیزیک نیوتنی 13
بحران فیزیک کلاسیک 15
شامل 16 صفحه word
دانلود تحقیق نور و امواج الکترومغناطیسی
