تاریخچه پیدایش الکترومغناطیس
مبدا علم الکتریسیته به مشاهده معروف تالس ملطی (Thales of Miletus) در ۶۰۰ سال قبل از میلاد بر می‌گردد. در آن زمان تالس متوجه شد که یک تکه کهربای مالش داده شده خرده‌های کاغذ را می‌رباید. از طرف دیگر مبدأ علم مغناطیس به مشاهده این واقعیت برمی‌گردد که بعضی از سنگها (یعنی سنگهای ماگنتیت) بطور طبیعی آهن را جذب می‌کند. این دو علم تا سال ۱۱۹۹ – ۱۸۲۰ به موازات هم تکامل می‌یافتند.

در سال ۱۱۹۹-۱۸۲۰ هانس کریستان اورستد (۱۷۷۷ – ۱۸۵۱) مشاهده کرد که جریان الکتریکی در یک سیستم می‌تواند عقربه قطب نمای مغناطیسی را تحت تأثیر قرار دهد. بدین ترتیب الکترومغناطیس به عنوان یک علم مطرح شد. این علم جدید توسط بسیاری از پژوهشگران که مهمترین آنان مایکل فاراده بود تکامل بیشتری یافت.
جیمز کلرک ماکسول قوانین الکترومغناطیس را به شکلی که امروزه می‌شناسیم ، در آورد. این قوانین که معادلات ماکسول نامیده می‌شوند، همان نقشی را در الکترومغناطیس دارند که قوانین حرکت و گرانش در مکانیک دارا هستند.

پیشگامان علم الکترومغناطیس
اگر چه تنفیق الکتریسیته و مغناطیس توسط ماکسول بیشتر مبتنی بر کار پیشینیانش بود. اما خود او نیز سهم عمده ای در آن داشت. ماکسول نتیجه گرفت که ماهیت نور ، الکترومغناطیسی است و سرعت آن را میتوان با اندازه گیریهای صرفا الکتریکی و مغناطیس تایین کرد. از اینرو اپتیک و الکترومغناطیس رابطه نزدیکی پیدا کردند. تکامل الکترومغناطیس کلاسیک به ماکسول ختم نشد.
فیزیکدان انگلیسی الیور هوی ساید (Oliver Heaviside) و بویژه فیزیکدان هلندی اچ . آ . لورنتس (H.A.Lorentz) در پالایش نظریه ماکسول مشارکت اساسی داشتند. هاینریش هرتز (Heinrich Hertz) بیست سال و اندی پس از آنکه ماکسول نظریه خود را مطرح کرد، گام موثری به جلو برداشت. وی امواج ماکسولی الکترومغناطیسی را ، از نوعی که اکنون امواج کوتاه رادیویی می‌نامیم، در آزمایشگاه تولید کرد. مارکونی و دیگران کاربرد عملی امواج الکترومغناطیسی ماکسول و هرتز را مورد استفاده قرار دادند.

تقسیم بندی کلی الکترومغناطیس
• الکترومغناطیس کلاسیک: در حالت کلی الکترومغناطیس در ابعاد بزرگ و سرعتهای پایین را می‌توان الکترومغناطیس کلاسیک نامید. بدنه اصلی و منبای الکترومغناطیس کلاسیک همان معادلات ماکسول می‌باشد. و در الکترومغناطیس کلاسیک مباحثی مانند القای الکتریکی مدارات الکترونیکی ، و ساختار وسایل الکترونیکی از قبیل مقاومت و خازن و نحوه اتصال آنها در مدار و قوانین حاکم بر آنها مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد.

• الکترومغناطیس کوانتومی: الکترومغناطیس ابعاد بسیار ریز و کوچک و سرعتهای بالا را میتوان الکترومغناطیس کوانتومی نامید. در اینجا مباحثی مانند تئوری میدانها ، الکترودینامیک کوانتومی ، نظریه ریسمان و موارد دیگر وجود دارد.
الکترومغناطیس امروزی
امروزه الکترومغناطیس از دو جهت مورد توجه است. یکی در سطح کاربردهای مهندسی ، که در آن معادلات ماکسول عموما در حل تعداد زیادی از مسایل علمی مورد استفاده قرار می‌گیرند و دیگری در سطح مبانی نظری. در این سطح چندان تلاش مداومی برای گسترش دامنه آن وجود دارد که الکترومغناطیس حالت ویژه‌ای از یک نظریه عمومی‌تر جلوه می‌کند.
این نظریه عمومی‌تری از نظریه‌های ، مثلا گرانش و مکانیک کوانتومی را نیز در بر می‌گیرد. پرداختن به این نظریه کلی هنوز به نتیجه نهایی نرسیده است. یکی دیگر از کاربردهای الکترومغناطیس که امروزه بیشتر مورد توجه قرار گرفته است، الکترومغناطیس و ساخت جنگ افزارهای الکترومغناطیسی مانند بمب الکترومغناطیسی است.
گستره الکترومغناطیس

از آنجا که الکترومغناطیس یک علم بسیار وسیع و دامنه‌دار است و نیز با علوم دیگر مانند اپتیک ، کوانتوم و … ارتباط بسیار نزدیک دارد. لذا تعیین مرز و محدوده برای الکترومغناطیس کار دشواری است. اما می‌توان گفت که بشر امروزی زندگی خود را مدیون الکترومغناطیس است. بعنوان یک مورد می‌توان به کارآفرینی الکترومغناطیس اشاره کرد.
به عبارت دیگر صنعتی شدن و استفاده از الکتریسیته ، شغلهایی برای مردمی که از آموزش و پرورش کمتری برخوردارند، ایجاد کرده است. ارتباطات الکتریکی ، حمل و نقل سریع با استفاده از قطارهای مغناطیسی ، انواع وسایل خانگی مانند تلویزیون ، رادیو و … ، تأمین روشنایی با استفاده از جریان الکتریکی و صدها مورد دیگر را می‌توان به عنوان گستره علم الکترومغناطیس در زندگی بشر عنوان کرد.

دید کلی
در مکانیک کلاسیک و ترمودینامیک تلاش ما بر این است که کوتاهترین وجمع و جورترین معادلات یا قوانین را که یک موضع را تا حد امکان به طور کامل تعریف می‌کنند معرفی کنیم. در مکانیک به قوانین حرکت نیوتن و قوانین وابسته به آنها ، مانند قانون گرانش نیوتن، و در ترمودینامیک به سه قانون اساسی ترمودینامیک رسیدیم. در مورد الکترومغناطیس ، معادلات ماکسول به عنوان مبنا تعریف می‌شود. به عبارت دیگر می‌توان گفت که معادلات ماکسول توصیف کاملی از الکترو‌مغناطیس به دست می‌دهد و علاوه برآن اپتیک را به صورت جزء مکمل الکترومغناطیس پایه گذاری می‌کند. به ویژه این معادلات به ما امکان خواهد داد تا ثابت کنیم که سرعت نور در فضای آزاد طبق رابطه (C=1/√μ۰ ε۰) به کمیتهای صرفا الکتریکی و مغناطیسی مربوط می‌شود.
یکی از نتایج بسیار مهم معادلات ماکسول ، مفهوم طیف الکترومغناطیسی است که حاصل کشف تجربی موج رادیویی است. قسمت عمده فیزیک امواج الکترومغناطیسی را از چشمه‌های ماورای زمین دریافت می‌کنیم و در واقع همه آگاهیهای که درباره جهان داریم از این طریق به ما می‌رسد. بدیهی است که فیزیک امواج الکترو مغناطیسی خارج از زمین در گسترده نور مرئی از آغاز خلقت بشر مشاهده شده‌اند.

تعریف فیزیک امواج الکترومغناطیسی

فیزیک امواج الکترو مغناطیسی یک رده از فیزیک امواج است که دارای مشخصات زیر است.
• امواج الکترو مغتاطیسی دارای ماهیت و سرعت یکسان هستند و فقط از لحاظ فرکانس ، یا طول موج با هم تفاوت دارند
• در طیف فیزیک امواج الکترو مغناطیس هیچ شکافی وجود ندارد. یعنی هر فرکانس دلخواه را می‌توانیم تولید کنیم.
• برای مقیاس‌های بسامد یا طول موج ، هیچ حد بالا یا پائین تعیین شده ای وجود ندارد.
• از جمله منابع زمینی فیزیک امواج الکترومغناطیسی می‌توان به فیزیک امواج دستگاه رله تلفن ، چراغ‌های روشنایی و نظایر آن اشاره کرد.

• این فیزیک امواج برای انتشار خود نیاز به محیط مادی ندارند.
• قسمت عمده این فیزیک امواج دارای منبع فرازمینی هستند.
• فیزیک امواج الکترومغناطیسی جزو امواج عرضی هستند.
گستره فیزیک امواج الکترومغناطیسی
فیزیک 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 پرتوی 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.
یکاهای معروف فیزیک امواج الکترومغناطیسی
• طول موج λ بنا به تناسب مورد ، برحسب متر و همچنین میکرون یا میکرومتر μm ، واحد آنگستروم A و واحد ایکس XU نشان داده می‌شود.
• با به کار بردن متر به عنوان واحد طول ، طول موج‌های نوری بایستی بنا به تناسب برحسب ، nm سنجیده شوند، ولی هنوز آنگستروم یک واحد رسمی بوده و به عنوان متداول ترین واحد در طیف نمایی به کار برده می شود.
• واحد XU ابتدا به شکل مستقل طوری تعریف شده بود که رابطه آن با آنگستروم به صورت ۱A=XU 1002.060 بود. این واحد اکنون دقیقا معادل ۱۰-۱۰ یا m 10-13 تعریف شده است.
• علی رغم طبقه بندی عمومی تابش با طول موج ، کمیت مهم از نظر ساختار اتمی و مولکولی فرکانس <ν=c/λvacvac=c/v جایگزین شود. مولفین مختلف واحدهای مختلفی را برای عدد موجی مانند ΄ν ، K و δ به کار می‌برند که همگی یکسان‌اند، در این بحث علامت δ انتخاب شده است، زیرا امکان اشتباه آن با خود ν و یا سایر ثابت ها کم است.

• واحد عدد موجی یک بر سانتیمتر است که گاهی کایزر (K) نامیده می‌شود. واحد کوچکتر آن میلی کایزر است که ( mk ) واحد مناسبی برای ساختار فوق ریز و کارهای مربوط به عرض خطی است. هر چند که متخصصین طیف نمایی فرکانس رادیویی برای این قبیل کمیت‌ها واحد فرکانس یعنی MHz را به کار می‌برند(MHz 29.979=mk 1 ).
• انرژی موج را بر حسب واحد الکترون ولت ( ev ) بیان می‌کنند که انرژی‌های فوتونی خیلی بالا ( مربوط به طول موج‌های خیلی کوتاه ) یک الکترون ولت معادل ۱٫۶×۱۰-۱۹J است.
طیف نمایی و فیزیک امواج الکترومغناطیسی
• ناحیه مرئی یا نور مرئی ( ۴۰۰۰-۷۵۰۰ آنگستروم ) توسط نواحی فروسرخ از طرف طول موج‌های بلند ، فرابنفش از طرف طول موج‌های کوتاه ، محصور شده است. معمولا این نواحی به قسمت های فروسرخ و فرابنفش دور و نزدیک ، با محدوده‌هایی به ترتیب در حدود ۳۰ میکرومتر و ۲۰۰۰ آنگستروم تقسیم می‌شوند که نواحی مزبور دارای شفافیت نوری برای موادی شفاف از جمله منشورها و عدسی‌ها می‌باشند.
• تا این اواخر ناحیه مرئی متشکل از فروسرخ تا فرابنفش نور توسط گاف‌هایی از نواحی رادیویی و اشعه ایکس سوا می‌شدند که در آنها بر انگیزش و آشکارسازی تابش با طول موج‌های متناسب ممکن نبوده است. اختراع رادار در سال‌های جنگ ( ۴۵- ۱۹۳۸ ) راه ورود به نواحی فیزیک امواج خیلی کوتاه رادیویی یا کهموج را باز کرد، در حالی که در همان زمان طیف شناسان فروسرخ دامنه فعالیت خود را تا به نواحی طول موج‌های بلندتر توسعه می‌دادند. این دو ناحیه هم اکنون ابعاد کوچکتر از میلیمتر روی هم می‌افتند.

• گاف طول موج کوتاه ، به خاطر جالب بودنش برای متخصصین فیزیک پلاسما و اختر فیزیک به خوبی پر شده است. هم اکنون حدود طیف نمایی نوری به زیر ۲ آنگستروم رسیده است در حالی که مرز پرتوهای ایکس نرم تا ۵۰ آنگستروم می‌رسند. تشخیص بین پرتو نوری و پرتو ایکس ، در ناحیه پوشش فوق الذکر بر منشا خطوط طیفی مبتنی است.
• طیف نمایی نوری با گذار‌های الکترونهای خارجی یا ظرفیتی و طیف نمایی اشعه ایکس با گذارهای الکترون‌های داخلی مربوط می‌کند. طیف‌های نوری ، طول موج‌های خیلی کوتاه از الکترون‌های خارجی عناصری با درجه یونش بسیار بالا به وجود می‌آیند.
کاربرد‌های فیزیک امواج الکترومغناطیسی
• کاربردهای فیزیک امواج الکترومغناطیسی در مخابرات :
• از این جمله می‌توان فیبر نوری ، دستگاه رله تلفن ، موجبرها ، ماهواره و… اشاره کرد.
• کاربرد‌های فیزیک امواج الکترو‌مغناطیسی در نظامی :
• مانند بمب الکترومغناطیسی ، انواع رادار ، ردیابهای موشک و…
• کاربردهای فیزیک امواج الکترو مغناطیسی در پزشکی :
• از قبیل عکسبرداری مغناطیسی ، رادیولوژی ، سونوگرافی با لیزر ، کاربرد اشعه ایکس و گاما در فیزیک پزشکی و…
• کاربردهای فیزیک امواج الکترومغناطیسی در صنعت :
• انواع برشکاری‌های لیزری ، قطار الکترو‌مغناطیسی و صندلی مغناطیسی و…
• کاربردهای فیزیک امواج الکترومغناطیسی در اخترشناسی : با مطاله طیف الکترومغناطیسی گسیل شده از جو می‌توان به ساختار اجرام آسمانی پی‌برد.
طیف الکترومغناطیسی (بیناب الکترو مغناطیس)
تابش الکترو مغناطیس در زندگی:

در مبحث اپتیک بیشتر بررسی ها در ناحیه نور مرئی است در صورتیکه نور در داخل طیف الکترو مغناطیسی جا گرفته و خواص و محاسبات آن تمام گسترده طول موجی را شامل می شود امّا در الکترومغناطیس شاید تا به حال پرتو های ایکس (X) ، پرتوهای گاما (γ) ، پرتو های کیهانی ، موج رادیویی ، امواج تلویزیونی ، امواج ماکرو ویو و…به گوشتان خورده است. در چ

نین حالتی می خواهید بدانیدکه ….
• اشعه ایکس چی هست؟
• مکانیزم عمل عکس برداری ها و رادیو لوژی چیست؟

• با تابش ایکس و گاما و …چگونه عکس می گیرند؟
• چرا فقط عکس استخوانها می افتد؟
• اموج رادیویی چیست و سرعت آن چقدر است؟
• فرستنده و گیرنده رادیویی چگونه کار می کنند و یا ساخته می شوند؟
• انتقال نور و تصویر در امواج تلویزیونی مشاهده و دریافت تصویر از آن چگونه صورت می گیرد؟
• ماهواره ها چگونه کار می کنند؟
• برای چه پشت بام آنتن گذاشته ایم ؟ و هزاران پدیده دیگر…….
کاربرد و بررسی طول موج های مختلف طیف الکترومغناطیسی:

در حالت کلی بایستی چگونگی بازتاب ها و شکست ها از مرز های مختلف هادی ها و عایق ها و مواد قطبی و مواد غیر قطبی و….و چگونگی عبور تابش از آزمایش‌های مربوط به هوا و روش های تمرکز پرتو ها ، روش های انتشار و چگونگی انتشار و ماهیت امواج الکترو مغناطیسی و چگونه تولید می شوند و قوانین حاکم بر آن را بدانیم.
امّا باید بدانیم در تمام ناحیه الکترو مغناطیسی تمامی دستگاه ها نمی توانند، کارایی خوبی داشته باشند. و اکثر سیستم های کاربردی محدود به ناحیه خاصی از این گسترده طول موجی می باشند. مثلا سیستم رادیو فقط ناحیه موج رادیویی را پوشش می دهد .
دوربین های مادون قرمز برای این ناحیه ساخته شده اند و برخی ناسازگاری هایی از قبیل اینکه ناحیه پرتو ایکس هیج ماده ای با توان شکست ثابت برای ساختن عدسی وجود ندارد زیرا اشعه ایکس از شیشه نمی تواند عبور کند بر خلاف نور مرئی که راحت عبور می کند لذا برای هر نوع تمرکز و تصویر در گستره اشعه ایکس از آینه استفاده می کنند.

نحوه تولید امواج الکترو مغناطیسی:
جسم سیاه که با نظریه مکانیک کوانتومی توضیح داده می شود تمام ناحیه طول موجی بیناب الکترو مغناطیسی راتولید می کند«نشر) و بر عکس کلیه طول موج هایش را جذب می کند اکثر لامپ ها ی تخلیه الکتریکی ناحیه خاصی را ایجاد می کند.
مواد رادیواکتیو با تشعشع هسته ای پرتوهای ایکس و پرتوهای گاما را شامل هستند.تحریکات اتمی بیشتر ناحیه مرئی را شامل می شوند. تحریکات داخلی اتمی به پرتو های ایکس منجر می شوند رشته های تنگستن برای نورهای مرئی مناسبند.

 گسسته گسیل (نشر) می کندوقتی نور حاصل از لامپ هیدروژن را به یک منشور منتقل نماییم خطوط طیفی اتم هیدروژن به طول موج های اصلی خود تجزیه می گردد و با رنگ های مختلف نمایان می گردد. اصطلاح خط طیفی به خاطر پایداری طول موج های خاص تولید آن طول موج های اصلی در هر گستره طول موجی به نور های آن سیستم استفاده شده است.
لامپ سدیم:چراغ های خیابان نیز از آن است طیف زرد رنگی دارد که گسیل اصلی آْن در دو طول موج ۵۸۹ و ۵۹۰ نانو متر صورت می گیرد طیف اتم هیدروژن نه تنها از تحریک اتمی آن مشاهده شده که خطوط طیفی گسسته ای دارد و برخی رنگ ها از قبیل (نیلی و سبز و زرد و آبی و ….) را شامل می شود بوسیله طیف خورشید نیز دیده می شود.
این خطوط توسط دانشمندان خورشید شناسی از جمله جوزف فرانهوفر(Joseph Von Fraungofer) با حروف الفبا علامت گذاری شده اند،مثلا خط D سدیم و….
با اختراع ««لیزر ))(Laser)، اکنون وجود دارند که می توان خروجی های قوی در یک طول موج منفرد تولید کنند.ما در طبیعت طیف گسسته، منفرد نداریم مثلا برای نور زرد یک گستره طول موجی حدودآ ۰٫۶ نانومتر داریم.
چشمه های طبیعی:

• خورشید و ستارگان که ناحیه مرئی را پوشش می دهند.
• مواد رادیواکتیو طبیعی ( گسیلنده پرتوهای ایکس و گاما) مانند کبالت (Co- 60)و اورانیوم(U-137) و … که ناحیه ایکس و گاما را شامل می شوند.
• پرتو های کیهانی که از فضای یونسفر خارج ازجو زمین می آیند.
• پرتو های مادون قرمز و فرو سرخ و ماورای بنفش که از خورشید و ستارگان ایجاد می کردند.
• برخی مولکولهای ویژه دو ساختاری یا چند ساختاری که ناحیه های لیزری و میزری را دارند، مانند آمونیاک، یاقوت و ….
چشمه های مصنوعی:
• انواع لامپ ها که مکانیزم های قوس های الکتریکی و تخلیه های الکتریکی و … را دارند مانند لامپ فلاش ،لامپ سدیم و …
• کاواک های جسم سیاه : شاید تا به حال دیده باشید که وقتی آهن را گرم می کنیم ازخود نور تابش می کند.
• لیزر ها که از موادفعالی مانند یاقوت (نئودنیوم یق ND:YAG) و… که در طیف های گسترده یا طول موج های منفردبصورت پالسی یا گسترده ساخته می شوند.
• میزرها(Masers) که ناحیه طول موجی ماکروویو را می پوشانند. مانند میزرهای آمونیاک و…
سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی
سرعت انشار امواج به محیط بستگی دارد. در یک محیط، هر چشمه موج، امواجی را منتشر می کند که سرعت همه آن ها ثابت و یکسان است. اما اگر یک موج از محیطی به محیط دیگر منتقل شود، سرعت آن تغییر می کند. اما دامنه، فرکانس(بسامد) و دوره موج ثابت می ماند و این خواص تنها به منبع موج بستگی دارد.
در امواج میکانیکی هر چه محیط غلیظ تر باشد، سرعت انتشار موج بیشتر خواهد بود، زیرا امواج

میکانیکی بر اثر ارتعاش ذرات محیط مادی در محیط منتشر می شوند، و هر چه محیط متراکم تر و چگالتر باشد، ذرات به یکدیگر بیشتر به هم نزدیک می باشند و درنتیجه انتشار موج سریعتر صورت می گیرد.
اما سرعت امواج الکترومغناطیسی در خلاء ثابت است و برابر با ۸^۱۰×۳ متر بر ثانیه. سرعت این امواج در محیط غلیظ تر کاهش می یابد.
موج رادیویی
نگاه اجمالی
انسان بیش از ۱۰۰ سال است که با امواج الکترومغناطیسی آشناست و امروز از آنها به طور وسیعی در زندگی خود استفاده می‌کند و این فیزیک امواج در یک میدان مغناطیسی و یک میدان الکتریکی عمود بر هم بوجود آمده‌اند. ویژگی بارزشان که آنها را متمایز ساخته این است که برای سیر نیاز به محیط‌ هادی ندارد. و در خلا به راحتی حرکت می‌کنند. فیزیک امواج رادیویی نیز دسته‌ای از این فیزیک امواج هستند.
ماهیت فیزیک امواج رادیویی
هر اتم از الکترون و نوترون تشکیل شده است. نوترون و پروتون در مرکز قرار گرفته‌اند و هسته اتم را تشکیل می‌دهند و الکترونها اطراف هسته می‌چرخند. هسته بعضی از اتم‌ها به دلیل پروتونهای آنها خنثی می‌شود. دارای حرکت وضعی هستند. یعنی به دور محور خود می‌چرخند. این نوع حرکت را حرکت اسپنی می‌گویند، که ویژگیهای طبیعی هسته‌ها است. همچنین هسته به دلیل وجود پروتون دارای بار مثبت هست و از هر ذره بارداری که حرکت داشته باشد‌، فیزیک امواج الکترومغناطیس تابش می‌شود.
بطور کلی فیزیک امواج ، از جمله فیزیک امواج الکترومغناطیسی دارای فرکانس هستند. در اینجا فرکانس به معنی تعداد نوسانهای میدان الکتریکی یا مغناطیسی در واحد زمان از هر نقطه از فضا است. اگر نیروی محرکی را با فرکانس یکسان با فرکانس طبیعی نوسانگر بکار ببریم دامنه حرکت نوسانی یعنی حداکثر فاصله‌ای تا نقطه‌ای از موج از مرکز تعادل می‌گیرد افزایش می‌یابد، که این پدیده را تشدید می‌گویند.

نحوه برخورد فیزیک امواج رادیویی با بافتها
در بیشتر اجسام مانند بافت نرم هسته‌ها دارای راستای دوقطبی تصادفی هستند‌، در نتیجه برآیند کلی موجها به دلیل اینکه همدیگر را خنثی می‌کنند صفر است. ولی اگر میدان مغناطیسی در اطراف نمونه ایجاد کنیم، بخشی از اتمهای H که انرژی کمتری دارند در راستای میدان و عده‌ای دیگر که انرژی بیشتر دارند‌، در خلاف راستای میدان قرار می‌گیرند. در اثر ایجاد این میدان H یا هر هسته فعال تشدید مغناطیسی دارای حرکت انتقالی نیز می‌شود و در راستای یک دایره با زاویه نسب

میدان بستگی دارد.
هرچقدر میدان مغناطیسی قویتر باشد، بسامد چرخش انتقالی افزایش می‌یابد. بسامد چرخش هسته دارای حرکت اسپینی را حول میدان بزرگتر ، بسامد لارمور می‌گویند. با محاسبه فرکانس لارمو ، می‌توان نسبتی به نام نسبت ژیرومغناطیسی را محاسبه کرد. که آنرا با «γ» نشان می‌دهند. هر هسته دارای نسبت ژیرومغناطیسی ویژه خود است و با کمک آن می‌توان نوع هسته را تعیین کرد. این نسبت برای اتم H وقتی در میدان مغناطیسی یک تسلا قرار می‌گیرد. برابر ۴۲٫۵۷ است.
امواج RF در فیزیک امواج رادیویی
با ایجاد یک میدان مغناطیسی رادیو فرکانسی (امواج RF در گستره فیزیک امواج الکترومغناطیسی است) قوی تمام هسته‌ها را در راستای آن قرار دهیم. در RF برای ایجاد تصویر مطلوب باید به گونه‌ای باشد که زاویه انحراف راستای حرکت از حالت و پایه برابر ۹۰ درجه شود. اگر فرکانس میدان با فرکانس لارمور هسته یکی باشد پدیده تشدید رخ می‌دهد. این حالت را برانگیختگی هسته می‌گویند. وقتی که میدان قطع می شود پروتونها که انرژی دریافت کرده به تراز انرژی بالاتر رفته بوده ، انرژی خود را به صورت فیزیک امواج RF و به مقدار ناچیزی هم به صورت گرما از دست می‌دهند.
آسایش فیزیک امواج RF

میزان انرژی جذب شده توسط هسته به شدت RF در مدت زمان اعمال موج RF بستگی دارد. و میزان انرژی که پروتون به اطراف می‌فرستد به هسته و ترکیبات شیمیایی مواد اطراف مربوط می‌شود. این پدیده از دست دادن انرژی و بازگشت به حالت پایه را آسایش و زمان لازم برای رسیدن به حالت پایه را زمان آسایش می‌گویند. پدیده آسایش یا از دست دادن انرژی به صورت فیزیک امواج RF به دو صورت روی می‌دهد. یا موج روی بافت اثر می‌گذارد، که به آن آسایش اسپین شبکه یا آسایش طولی می‌گویند و با T2 نشان می‌دهند و T1 اسپین خود مولکول یا مولکولهای دیگر اثر می‌گذارد. که به آن آسایش اسپین شبکه یا آسایش عرضی می‌گویند و با T2 نشان می‌دهند. و به عبارت دیگر T1 مدت زمانی است که طول می‌کشد تا پروتون به انرژی اولیه‌اش برسد. و T2 مدت زمانی است که طول می کشد تا دامنه موج RF ضعیف شود و از بین برود

اطلاعات اولیه
دو سیم کوچک را به تیغه مرتعش طوری محکم می‌‌کنیم که وقتی در فاصله‌ای از سطح آب به تیغه فشار می‌‌آوریم، هر دو بطور هم زمان به سطح آب بخورند. در این صورت دو موج دایره‌ای با طول موج یکسان بدست می‌‌آید که از دو مرکز منتشر می‌‌شوند و در تشتک آب باهم ترکیب می‌‌شوند. ناحیه‌هایی در روی سطح آب بوجود می‌‌آید که در آن ارتعاشها قوی هستند و در نواحی دیگر ارتعاشها از بین می‌‌روند. چنین نواحی متناوب را نقش تداخلی گفته و پدیده برهمنهی امواج را که منجر به چنین نقشی می‌‌شود، تداخل می‌‌گویند.
تشریح تداخل با استفاده از روابط ریاضی

دو موج با دامنه و فرکانس یکسان در نظر بگیرید که هر دو با سرعت یکسان در جهت مثبت محور xها حرکت می‌‌کنند و بین آنها اختلاف فازی به اندازه Ф وجود دارد. معادلات این دو موج را می‌‌توان بصورت زیر نوشت:
(y1 = ym Sin (kx – ωt

(y2 = ym Sin (kx – ωt – Ф

در روابط فوق k عدد موج ، ω فرکانس زاویه‌ای ، ym دامنه و Ф اختلاف فاز بین دو موج است. حال اگر این دو موج باهم ترکیب شوند، موج برآیند با فرض برقرار بودن اصل برهمنهش به صورت زیر خواهد بود:
{y = y1 + y2 = ym{sin (kx – ωt – Ф) + sin (kx – ωt

این موج برآیند ، موج جدیدی است که همان فرکانس دو موج اولیه را دارد، ولی دامنه‌اش برابر:

ym cos Ф/۲
است.
تداخل سازنده و ویرانگر
اگر Ф یعنی اختلاف فاز بین دو موج اولیه ، صفر باشد، در این صورت دو موج در همه جا همفاز هستند، یعنی بالاترین و پائین‌ترین نقاط دو موج بر هم منطبق هستند. در این حالت اصطلاحا گفته می‌‌شود که امواج بطور سازنده باهم تداخل کرده‌اند. در این حالت دامنه موج برآیند بیشترین مقدار ، یعنی دو برابر دامنه هر یک از امواج اولیه به تنهایی است. از طرف دیگر ، اگر Ф = ۰ باشد، در این صورت دامنه موج برآیند صفر خواهد بود. در این حالت بالاترین نقطه یک موج دقیقا بر پائین‌ترین نقطه موج دیگر منطبق می‌‌شود و اصطلاحا گفته می‌‌شود که تداخل ویرانگر اتفاق افتاده است.
شرط ایجاد تداخل پایدار
اگر بطور اختیاری فاز یکی از چشمه‌ها را تغییر دهیم، در این صورت در هر نقطه دو ارتعاش به تناوب یکسان و متفاوت می‌‌شوند و محل ماکزیممها (نقاط تداخل سازنده) ثابت نمی‌‌ماند. همچنین اگر دوره تناوب دو موج مختلف باشد، در هر نقطه سطح تقویت ارتعاشها به تضعیف تبدیل و سپس ارتعاشها دوباره تقویت می‌‌شوند و همین طور تا آخر ادامه پیدا می‌‌کند. هر قدر اختلاف دوره تناوب بیشتر و یا آهنگ تغییر فاز یکی از ارتعاشها زیادتر باشد، ماکزیممها محلشان را سریعتر تغییر می‌‌دهند.
وقتی از نقش تداخلی صحبت می‌‌کنیم، منظور نقشی یک در میان از ماکزیممها و مینیممهای پایدار و مستقل از زمان است. این نقش پایدار فقط وقتی ظاهر می‌‌شود که امواج بر هم نهاده شده ، دارای دوره تناوب یکسان بوده و در هر نقطه ثابت اختلاف ثابت باشد. این قبیل امواج را امواج همدوس می‌‌گویند. در نتیجه تداخل پایدار فقط به شرطی مشاهده می‌‌شود که امواج همدوس باشند.
شرایط عملی تداخل

در عمل اثرهای تداخلی از قطار موجهایی حاصل می‌‌شوند که از یک چشمه (یا از چشمه‌هایی که بین فازهای آنها رابطه ثابتی وجود دارد) بیرون می‌‌آیند، ولی تا نقطه تداخل ، مسیرهای متفاوتی را می‌‌پیمایند. اختلاف فاز Ф بین امواجی را که به یک نقطه می‌‌رسند، می‌‌توان با تعیین اختلاف مسیرهایی که این موجها از چشمه تا نقطه تداخل می‌‌پیمایند، محاسبه کرد. هرگاه اختلاف مسیر مضرب درستی از طول موج (به صورت nλ که n عدد طبیعی است) باشد، دو موج بطور سازنده باهم تداخل می‌‌کنند، ولی اگر اختلاف مسیر مضرب کسری از طول موج λ باشد (مثل {λ/۲ ، λ/۳ و غیره)، در این صورت امواج بطور ویرانگر با هم تداخل می‌‌کنند.
به بیان دیگر ، می‌‌توان گفت که ماکزیممهای نقش تداخلی ایجاد شده توسط دو چشمه‌ای که بطور همفاز ارتعاش می‌‌کنند، در نقاطی مشاهده می‌‌شوند که اختلاف راه برابر با مقدار صحیحی از طول موج (یا به عبارت دیگر مقدار زوجی از نصف طول موج) باشد و مینیممها در نقاطی قرار می‌‌گیرند که در آنها اختلاف راه برابر مقدار فردی از نصف طول موج باشد. اگر دو موج ناهمدوس بر هم‌ نهاده شوند، شدت‌ها فقط به هم افزوده می‌‌شوند، بطوری که افزوده شدن موج دوم در هر نقطه منجر به افزایش شدت موج به مقداری برابر با شدت موج دوم می‌‌شود. بنابراین ماکزیمم یا مینیممی مشاهده نمی‌‌شود.
تداخل امواج صوتی
پدیده تداخل نیز ، مانند پراش ، در هر پدیده موجی ، بدون توجه به طبیعت امواج ، مشاهده می‌‌شود. قواعد مربوط به امواج صوتی نیز به همان صورتی است که قبلا اشاره شد. فرض کنید دو دیاپازون یکسان که صدای آنها همنوا است، روی یک تخته که بتواند حول یک محوری بچرخد، محکم شده است. اگر دیاپازونها به ارتعاش در آیند (مثلا با آرشه ویولن) و تخته به آرامی گردانده شود، نواحی صدای تقویت شده و تضعیف شده نسبت به ناظر حرکت خواهند کرد و ناظر متناوبا صدای بلند و صدای بسیار ضعیف خواهند شنید.
البته این مسئله را در زندگی روزمره خود بارها مشاهده می‌‌کنیم. به عنوان مثال ، اگر ظهر بلندگوهای یک مسجد در حال پخش اذان باشند و ما در طول یک مسیر پیاده راه برویم، ملاحظه می‌‌کنیم که در بعضی از نقاط صدا را به وضوح می‌‌شنویم، ولی در بعضی از نقاط ، صدای ضعیفی شنیده می‌‌شود.

تداخل امواج نوری

آزمایشهای بسیاری برای نشان دادن تداخل در مورد امواج نوری انجام شده است که از جمله می‌‌توان به آزمایش دو شکاف یانگ اشاره کرد. به عنوان مثال ، فرض کنید که از یک چشمه نوری ، امواج نورانی بر روی صفحه‌ای که دو سوراخ سیاه بسیار کوچک روی آن قرار دارد که اندازه آنها قابل مقایسه با طول موج چشمه نور است، می‌تابد. در این صورت پرتوهای نوری بعد از خروج از دو شکاف با هم تداخل می‌‌کنند. اگر در فاصله معینی از صفحه ، یک پرده قرار دهیم، نقشهای تداخلی به صورت نقاط تاریک و روشن در روی پرده ظاهر می‌‌شوند. نقاط روشن ، نشان دهنده تداخل سازنده هستند و نقاط تاریک ، تداخل ویرانگر را نشان می‌‌دهند.

نگاه اجمالی
جیمز کلرک ماکسول (James Clerk Maxwell) ، که در سال کشف قانون القای فاراده به دنیا آمد ، بیشتر عمر کوتاه اما پر بار ، خود را در راه تدوین مبانی نظری کشف‌های تجربی فاراده صرف کرد. و به این ترتیب توانست معادلات احساسی خود را که بعد او تحسین همگان را برانگیخت، ابداع کند. بطوری که انیشتین با دو شکافی زیاد در معادلات ماکسول ، به نظریه نسبت رهنمون شد. انیشتین بزرگترین تحسین کننده ماکسول ، درباره او نوشت: “احساسات او را در لحظه‌ای تصویر کنید که معادلات دیفرانسیل فرمولبندی می‌شد. توسط می برایش ثابت کردند که میدانهای الکترومغناطیسی به صورت امواج قطبیده و با سرعت نور منتشر می‌شوند.”

شباهت معادلات ماکسول با معادلات دیگر
در مطالعه مکانیک کلاسیک و ترمودینامیک به یک سری قوانین و معادلات برخورد می‌کنیم که تا حد امکان یک موضوع را بطور کامل بیان می‌کنند. مثلا در مکانیک کلاسیک قوانین حرکت نیوتن نقش کلیدی بازی می‌کنند، به گونه‌ای که تشریح حرکت بدون استفاده از این قوانین عملا غیر ممکن است. در ترمودینامیک نیز سه قانون اساسی وجود دارند که همواره بحث‌های ترمودینامیک پیرامون این قوانین صورت می‌گیرد.

اغراق نکرده‌ایم که اگر بگوییم کلیه مباحث الکترومغناطیس کلاسیک بر اساس معادلات ماکسول صورت می‌گیرند. البته معادلات دیگری مانند معادله مربوط به شدت میدان الکتریکی و موارد دیگر نیز وجود دارند، اما همه این کمیتها باید به گونه‌ای تعیین شوند که معادلات ماکسول را ارضا کنند، یعنی جهت امتحان درست یا غلط بودن محاسبه یک کمیت مانند میدان الکترکی یا میدان مغناطیسی کافی است، کمیت مورد نظر در معادلات ماکسول قرار دهیم، اگر در این معادلات صدق کرد، نتیجه محاسبه درست بوده ، در غیر این صورت نتیجه محاسبه غلط خواهد بود.

تاریخچه
ماکسول نظریه الکترومغناطیس خود را در کتابی تحت عنوان “رساله‌ای درباره الکتریسته و مغناطیس” که در سال ۱۸۷۳ یعنی درست ۶ سال قبل از نوشتن ، انتشار یافت، ارائه داد. اولیور هوی ساید (Oliver Heaviside) ، که به عنوان فردی بسیار خود آموخته و تلگرافچی بیکار شده شهرت داشت، نظریه الکترومغناطیس را در سالهای ۱۸۷۰ بخوبی فرا گرفته بود و همان اوست که نظریه ماکسول را در قالب چهار معادله‌ای که امروزه می‌شناسیم، در آورده است.
مقایسه قوانین حرکت نیوتن با قوانین ماکسول
گفتیم که معادلات ماکسول ، در الکترومغناطیس همان اهمیتی را دارد که قوانین حرکت نیوتن در مکانیک کلاسیک دارند. اما میان این دو تفاوت فاحشی وجود دارد. انیشتین نظریه نسبیت خود را در سال ۱۹۰۵ ، یعنی تقریبا ۲۰۰ سال بعد از اعلام قوانین حرکت نیوتن و در حدود ۴۰ سال بعد از معرفی معادلات ماکسول ارائه داد. همانگونه که معرفی شده است، در حالتهایی که سرعت اجسام نزدیک سرعت نور می‌شود، باید قوانین نیوتن بطور جدی تصحیح شوند، اما در این حالتها لزومی ندارد که تغییری در معادلات ماکسول داده شود، این معادلات با نظریه نسبیت خاص کاملا سازگار است. در واقع ، نظریه انیشتین از تفکر عمیق و دقیق او در باره معادلات الکترومغناطیس ماکسول نشات گرفته است.

تشریح معادلات ماکسول
• معادله اول که می‌توان آنرا قانون گاوس در الکتریسته نیز نامید، بیان می‌کند که میدان الکتریکی با مقدار باری آن میدان را ایجاد می‌کند، رابطه مستقیم دارد.
• معادله دوم که می‌توان آنرا قانون گاوس در مغناطیس نام نهاد، بیان می‌کند، که تک‌قطب مغناطیسی وجود ندارد. یعنی بر خلاف بارهای مثبت و منفی که می‌توانند جدا از هم وجود داشته باشند، هرگز نمی‌توانیم دو قطب مغناطیسی (به عنوان مثال قطبهای یک آهنربا) را از هم جدا کنیم.

• معادله سوم که به قانون القای فارادی معروف است، بیان می‌کند که اگر میدان مغناطیسی (جدا از نظر تعداد یا از نظر جهت) تغییر کند، میدان الکتریکی در مدار القای می‌شود که به آن میدان الکتریکی القایی می‌گویند.
• معادله چهارم که به عنوان قانون آمپر نیز معروف است، بیان می‌کند که میدان مغناطیسی می‌تواند در نتیجه یک میدان الکتریکی متغیر و یا یک جریان الکتریکی متغیر ایجاد کرد.
قطبش(نور و موج)

مقد مه

نور یک نوع تابش الکترومغناطیسی است که از ترکیب دو میدان الکتریکی و مغناطیسی تشکیل یافته ا ست.تابش الکترومغناطیسی شامل میدان الکتریکی متغیر با زمان و میدان مغناطیسی متغیر با زمان میباشد که این دو میدان بر هم عمودند و موج درامتداد عمود برهر دوی آنها انتشار می یابد.

هر تک موج الکترومغناطیسی یک میدان الکتریکی ویک میدان مغناطیسی مشخص دارد ولی از آنجا که نور خالص وجود ندارد که فقط شامل یک طول موج باشد(ما همواره با گروه موج روبرو هستیم) لذا با میدانهای الکتریکی ومغناطیسی درجهتهای مختلف مواجه خواهیم بود.

میدان الکتریکی نور بزرگتر از میدان مغناطیسی آن میباشد وبیشتر خصوصیاتی که میدان الکتریکی دارد میدان مغناطیسی هم از آن تبعیت می کند و نیز چشم ما به میدان الکتریکی حساس است، از این رو ما در مبحث نور اغلب با میدان الکتریکی نور سر و کار داریم.

تعریف قطبش

میدان های الکتریکی امواج تشکیل دهنده به صورت اتفاقی در هر جهتی قرار می گیرند، لذا احتمال وجود میدان الکتریکی درتمام جهات یکسان خواهد بود.حال در مواردی لازم است که میدان الکتریکی را فقط در جهت خاصی داشته باشیم بنابراین باید به طریقی در جهات دیگر میدان را حذف کنیم وفقط آن یک جهت مورد نظر را داشته باشیم، این عمل قطبش نام دارد.البته بحث قطبش را در مورد عایق ها تحت عنوان قطبش عایق ها دنبال خواهیم کرد.

نوری که عمل قطبش را روی آن انجام داده ایم، نور قطبیده و وسیله ای که این عمل را با آن انجام داده ایم، قطبشگر نور می نامند.

انواع قطبش
قطبش را از لحاظ منحنیی که نوک پیکان میدان الکتریکی در صفحه مختصات رسم می کند و اختلاف فازی که دو مؤلفه ارتعاشی میدان الکتریکی باهم دارند، به دو دسته عمده تقسم می کنند که عبارتند از:
قطبش خطی ـ قطبش بیضیوار

 

قطبش خطی
اختلاف فاز بین مؤلفه های ارتعاشی میدان برابر (۰ یا ۱۸۰ درجه) می باشد و ارتعاش روی یک خط راست صورت می گیرد.و از ترکیب قطبش های دایروی راستگرد و چپگرد بوجود می آیند.
این نوع قطبش به نوبه خودش به لحاظ منحنی فضایی اش بصورت زیر دسته بندی می گردد:
• افقی
• عمودی
• مایل
قطبش بیضیوار
در حالت کلی اختلاف فاز بین مؤلفه های ارتعاشی در قطبش بیضیوار هر زاویه ای می تواند باشد که ترکیب دو ارتعاش، منحنی بیضی به خود می گیرد این قطبش نیز به نوبه خودش بصورت زیر دسته بندی می گردد:
• قطبش دایروی:در طبیعت فقط این نوع قطبش را داریم که مؤلفه های ارتعاشیش عمود بر هم هستند و دامنه های ارتعاشات باهم برابرند و به لحاظ اختلاف فاز (۹۰ یا ۲۷۰ درجه) به دو دسته قطبش دایروی راستگرد و قطبش دایروی چپ گرد تقسیم می شوند.
• قطبش بیضوی:از ترکیب مناسب قطبش های دایروی راستگرد و چپگرد بوجود می آید که مؤلفه های ارتعاشیش عمودبرهم هستند و بر خلاف قطبش دایروی دامنه ارتعاشات برابر ندارد وبه لحاظ اختلاف فازی که دارند به دو دسته قطبش بیضوی راستگرد و قطبش بیضوی چپ گرد تقسیم می شوند.
قطبش دایروی
علوم طبیعت > فیزیک > الکتریسیته م مغناطیس > الکترومغناطیس
علوم طبیعت > فیزیک > الکتریسیته م مغناطیس > امواج
علوم طبیعت > فیزیک > اپتیک > اپتیک موجی

________________________________________

قطبش دایروی نوعی قطبش بیضیوار است که مؤلفه‌های ارتعاشی آن بر هم عمود بوده و دامنه ارتعاشات آنها باهم برابر باشند.

نگاه اجمالی
میدان الکتریکی کمیتی برداری است ، بنابراین مجموع میدان‌های الکتریکی از قواعد جمع برداری تبعیت می‌کند. به عنوان مثال اگر دو میدان الکتریکی در نظر بگیریم که در دو امتداد عمود بر هم ارتعاش می‌کنند. همچنین فرض می‌کنیم که این دو به طور همفاز نوسان کنند. ( در نوسان همفاز دو موج ، بیشنه دامنه برای هر دو موج در یک زمان اتفاق می‌افتد) این دو ارتعاش با هم ترکیب شده و امواج قطبیده خطی دیگری را تشکیل خواهند داد.

اما اگر میدانهای اولیه دارای اختلاف فاز π/۲ باشند، یعنی مقدار بیشینه دامنه یک

میدان با مقدار صفر میدان موج دیگر همزمان باشد، میدان الکتریکی برآیند، در طی یک چرخه کامل به شکل بیضی خواهد بود و نتیجه ترکیب ، نور قطبیده بیضوی نامیده می‌شود. حال اگر دامنه میدانهای اولیه یکسان باشند، این بیضی به یک دایره تبدیل خواهد شد و نام قطبش دایروی به خود خواهد گرفت.
مکانیزم قطبش دایروی
دو موج قطبیده خطی در نظر می‌گیریم که در یک جهت منتشر می‌شوند ولی راستای انتشار آنها بر یکدیگر عمود است.

(E1 = xa1Cos(Kz – ωt

(E2 = ya2Cos(Kz – ωt + θ

در رابطه فوق a1 ، a2 دامنه امواج ، x12 بردارهای یکانی واحد و θ ثابت فازی است.

• اگر ثابت فازی مضرب صحیحی از π باشد، برآیند دو موج، قطبش خطی خواهد داشت، که بردار الکتریکی آن در راستایی متفاوت با راستای میدان دو موج نوسان می‌کند.
• اگر ثابت فازی مضرب صحیحی از π نباشد، در حالت کلی بردار میدان الکتریکی در راستای خط راست نوسان نمی‌کند.
• اگر ثابت فازی مضرب فردی از π/۲ بوده و دامنه‌های میدانهای اولیه یکسان باشد، در اینصورت هرگاه تغییرات زمانی بردار میدان برآیند را در نظر بگیریم، ملاحظه می‌کنیم که نوک بردار میدان الکتریکی بر محیط دایره‌ای به شعاع دامنه میدان اولیه می‌چرخد. ( چون معادله موج برآیند نشان دهنده معادله دایره است) این موج برآیند یک موج قطبیده دایروی خواهد بود که می‌توان با چرخاندن انتهای یک ریسمان کشیده شده روی محیط یک دایره فرضی، آن را به طور عملی مشاهده کرد.

در حالیکه در موج قطبیده بیضوی ، در هر نقطه خاص مقدار و جهت میدان الکتریکی تغییر می‌کند. در حالت خاص دو موج قطبیده دایرو‌ی ، مقدار بدون تغییر باقی می‌ماند ولی جهت میدان با فرکانس زاویه‌ای ω تغییر می‌کند. در مورد موج قطبیده خطی ، بر خلاف موج قطبیده دایرو‌ی ، راستای میدان تغییر نمی‌کند بلکه اندازه میدان با فرکانس زاویه‌ای موج حول مقدار صفر نوسان می‌کند.

انواع قطبش دایروی
اگر اختلاف فاز بین موئلفه‌های قطبش، در قطبش دایروی ۳π/۲ یا π/۲ باشد. در این صورت دو نوع قطبش دایروی خواهیم داشت.

• قطبش دایروی راستگرد: وقتی در جهت عکس انتشار موج به آن نگاه شود ( جهت انتشار عمود بر صفحه بطرف خارج باشد ) و جهت چرخش میدان الکتریکی در جهت حرکت عقربه‌های ساعت دیده شود، قطبش را قطبش دایروی راستگرد می‌گویند. در این نوع قطبش اختلاف فاز برابر ۳π/۲ است.

• قطبش دایروی چپگرد: اگر اختلاف فاز بین مؤلفه‌های قطبش ، برابر π/۲ باشد، در اینصورت بردار میدان الکتریکی در خلاف جهت حرکت عقربه‌های ساعت خواهد چرخید. (باز راستای انتشار در جهت عمود بر صفحه و بطرف خارج است) بنابر قرار داد چنین قطبشی را دایروی چپگرد می‌گویند
قطبش خطی
علوم طبیعت > فیزیک > الکتریسیته م مغناطیس > الکترومغناطیس
علوم طبیعت > فیزیک > اپتیک > اپتیک موجی

________________________________________

در قطبش خطی میدان الکتریکی (یا میدان مغناطیسی) موج ، در امتداد یک خط راست نوسان می‌کند، لذا باید اختلاف فاز بین مولفه‌های ارتعاش میدان ۰ یا ۱۸۰ درجه باشد. یعنی در این نوع قطبش ، موقعیت بردار میدان الکتریکی موج ، زمانی که دامنه موج) از یک مقدار بیشینه در یک جهت به یک بیشینه در جهت دیگر نوسان می‌کند، تغییر نمی‌یابد. به عبارت دیگر ، در موج پلاریزه خطی راستای میدان تغییر نمی‌کند، کمیت متغیر اندازه میدان الکتریکی است که با فرکانس زاویه‌ای موج حول مقدار صفر نوسان می‌کند.

مقدمه
برای تفهیم بهتر قطبش خطی نور از مثال زیر کمک می‌گیریم:

هرگاه یک سر طنابی را به بالا و پایین حرکت دهیم، موج عرضی ایجاد می‌شود و هر نقطه از ریسمان یک نوسان سینوسی روی خط مستقیم انجام می‌دهد، لذا این موج را موج پلاریزه خطی می‌گویند، از آنجا که نوسان طناب در یک صفحه واقع است، آن را موج پلاریزه تخت نیز می‌نامند. جابجایی این موج با رابطه (x( z ، t ) = a cos ( kz – ωt + φ نشان داده می‌شود که درآن ، x جابجایی (درامتداد ارتعاش) ، z امتداد انتشار ، a دامنه و (φ) ثابت فاز می‌باشد. این رابطه نشان می‌دهد که جابجایی در هر لحظه یک منحنی کسینوسی خواهد بود. حال یک شکاف باریک و بلند در مسیر طناب قرار می‌دهیم.

 

• اگر طول شکاف در امتداد ارتعاش طناب باشد، در این صورت طناب از داخل شکاف عبور کرده ، در طرف د یگر با همان دامنه به مسیر خود ادامه می‌دهد.
• اگر طول شکاف بر امتداد ارتعاش طناب عمود باشد، تقریبا چیزی به طرف دیگر شکاف عبور داده نمی‌شود.
• اگر طول شکاف با امتداد ارتعاش زاویه دیگری بسازد، دامنه موج عبوری تغییر خواهد کرد. علت این امر آن است که شکاف فقط مؤلفه‌ای از جابجایی را از خود عبور می‌دهد که در امتداد طول شکاف باشد.

لازم به ذکر است که اگر موج طولی در امتداد طناب انتشار می‌یافت، دامنه موج عبوری در همه جهتهای شکاف یکسان بود. بنابراین تغییر دامنه موج عبوری با تغییر امتداد شکاف ، ناشی از عرضی بودن موج است.

مفهوم قطبش خطی نور
• می‌دانیم که نور (امواج الکترومغناطیسی) از ترکیب میدانهای الکتریکی و مغناطیسی تشکیل می‌شود. این دو میدان در راستای عمود بر هم ارتعاش می‌کنند و راستای ارتعاش هر دو بر راستای انتشار موج عمود است. لذا امواج نوری ، امواجی عرضی هستند. انجام آزمایش فوق ، در مورد نور ماهیت عرضی بودن موجهای نوری را ثابت می‌کند.
• حال نوسان طناب را که نمونه‌ای از قطبش خطی بود، در مورد نور غیر پلاریزه بسط می‌دهیم. هرگاه صفحه ارتعاش موج به صورت تصادفی در فاصله زمانهای بسیار کوتاه عوض شود، موج را موج غیر پلاریزه گویند. یعنی در این موج ، میدان الکتریکی (یا مغناطیسی) در تمام جهات ارتعاش می‌کند.
• اگر موج غیر پلاریزه‌ای روی شکافی فرود آید، چون میدان الکتریکی در همه جهات مؤلفه دارد، لذا امتداد ارتعاشی که در راستای طول شکاف قرار دارد، از شکاف عبور خواهد کرد و بدین ترتیب در طرف دیگر شکاف میدان الکتریکی فقط یک مؤلفه خواهد داشت، یعنی نور عبوری پلاریزه خواهد بود.
• در این مورد شکاف در هر جهتی قرار بگیرد، مؤلفه مربوط به آن امتداد عبور خواهد کرد و همواره موج عبوری وجود خواهد داشت. پس چرخش شکاف بر دامنه موج عبوری تاثیر نخواهد گذاشت. ولی صفحه پلاریزاسیون موج عبور کرده ، به امتداد شکاف بستگی دارد. در اینجا این شکاف به عنوان پلاریزور عمل می‌کند.

• اگر باریکه قطبیده عبوری از شکاف فوق را روی شکاف دیگری فرود آوریم، در این صورت تنها موقعی موج عبوری با همان دامنه را خواهیم داشت که امتداد طول شکاف دوم در امتداد ارتعاش موج پلاریزه باشد. پس با چرخاندن شکاف دوم ، در دامنه عبوری تغییر حاصل می‌شود و گفته می‌شود که شکاف دوم به عنوان آنالیزور عمل می‌کند.
پلاروید
پلاروید ماده پلاستیک مانندی است که برای تولید نور قطبیده استفاده می‌شود و ساختمانی مانند شکافهای فوق دارد که در هر زاویه‌ای در مقابل نور غیر قطبیده قرار بگیرد، نور عبوری قطبیده‌ای حاصل خواهد کرد. حال مانند مسئله شکاف مذکور ، در مسیر نور قطبیده حاصل از پلاروید ، پلاروید دیگری قرار می‌دهیم.

• اگر دو پلاروید در یک امتداد قرار بگیرند، نور عبوری از پلاروید دوم تغییری نخواهد داشت.
• زمانی که پلاروید دوم عمود بر پلاروید اول قرار گیرد، هیچ نوری عبور نخواهد کرد و تاریکی حاصل خواهد شد.
• اگر پلاروید دوم را حول خط عمود بر سطح آن بچرخانیم، دامنه نور عبوری تغییر خواهد کرد.

پس شدت نور عبوری به امتداد نسبی دو پلاروید بستگی دارد. در این حالت هم، پلاروید اولی به منزله پلاریزور بوده و باریکه عبوری پلاریزه خطی خواهد بود و پلاروید دومی در مقام آنالیزور عمل می‌کند. در چرخش پلاروید اول به جای پلاروید دوم نیز پدیده‌های فوق مشاهده خواهد شد.

انواع قطبش خطی
• قطبش خطی افقی: اگر امتداد ارتعاش میدان الکتریکی موج، روی صفحه افقی واقع باشد، قطبش خطی را قطبش خطی افقی می نامند.
• قطبش خطی عمودی: اگر امتداد ارتعاش میدان الکتریکی موج، روی صفحه قائم قرار داشته باشد، قطبش خطی را قطبش خطی عمودی می نامند.