فاطر رسا نور طراح و مجری پروژه های فیبر نوری

نور از کجا می آید؟

شما می دانید که انرژی از یک جایی به وجود می آید و در خلاء ایجاد نمی گردد. در جهان یک مقدار ثابتی انرژی وجود دارد که نه از بین می رود و نه افزایش پیدا می کند. تنها انرژی از شکلی به شکل یا شکل های دیگر تغییر پیدا می کند. این نظریه از مفاهیم پایه قانون فیزیک به نام پایستگی انرژی است که در مورد نور هم صادق است. بنابراین سوال اینجاست که نور از کجا می آید؟ چطور می توان نور را تولید کرد؟

نور از اتم هایی بوجود می آید که دچار برانگیختگی شده باشند. وقتی اتم انرژی جذب می کند، اتفاقات زیادی می افتد. الکترون داخل آن به سطح بالاتری ارتقاء پیدا می کند و خود را از ثبات خارج می کند. به محض اینکه اتم به حالت اولیه خود باز می گردد، نوعی انرژی را تولید می کند که فوتون نامیده می شود و از همین جا نور تولید می گردد.

اتم چگونه نور تولید می کند؟

اتم ذره بسیار ریزی است که از آن همه چیز تولید می گردد. به زبان ساده، اتم مانند منظومه شمسی است که خورشید وسط قرار گرفته است و سیارات به دور آن می چرخند. اکثر جرم اتم هسته ای است که در مرکز قرار دارد و از پروتون ها و نوترون تشکیل شده است.الکترون دور پوسته هسته می گردند. الکترون هر چقدر انرژی بیشتری داشته باشد از هسته دور تر خواهد بود.

1. ابتدا اتم در حالت ثبات قرار دارد و الکترون ها در جای خود قرار دارند.
2. وقتی انرژی جذب می گردد، یک یا چند الکترون از دور هسته پراکنده شده و در سطوح بالاتر قرار می گیرند. به این اتم ها "برانگیخته" می گویند.
3. به هر حال، هر اتم بر انگیخته شده دیگر ثبات ندارد و به سرعت تلاش می کند تا به حالت ثبات باز گردد. در همین حال بازگشت به حالت عادی انرژی را در قالب فوتون به دست می دهد که همان نور است.

نور چگونه عمل می کند؟

به محض اینکه ما موضوع چگونگی جذب و رها سازی انرژی در اتم را متوجه می شویم، علم نور مسیر جدید و جذابی را پیش روی خود خواهد داشت. برای مثال به آینه دقت کنید . وقتی به آینه نگاه می کنید و صورت شما در آن منعکس می شود، چه اتفاقی می افتد؟ اتم های نقره ( یا دیگر فلزات منعکس کننده) نور ورودی را دریافت کرده و به همین دلیل انرژی آنها برانگیخته می گردند، از ثبات خارج می شوند و بنابراین فوتون های نوری را پخش می کنند که از آینه به سمت ما ارسال می گردند. در حقیقت، آینه با شما در ارسال و دریافت فوتون نوری بازی می کند و به همین ترتیب است که چهره روی آینه منعکس می گردد.

همین ایده در توضیح نحوه عملکرد دستگاه فتوکپی و پنل خورشیدی به کمک ما می آید. تا به حال دقت کرده اید پنل خورشیدی حتی در روشنایی روز هم سیاه است؟ این بدین خاطر است که نوری که به خود جذب می کند را خیلی کم بازتاب می دهد یا اصلاً بازتاب نمی دهد و تمام انرژی را به خود جذب می کند. اشیایی که سیاه هستند نور را جذب می کنند، و خیلی کم و یا اصلاً آن را بازتاب نمی دهند. در حالی که اشیاء سفید تمام نوری را که با آنها می تابد را بازتاب می دهد و خیلی کم نور جذب می کنند یا اصلاً هیچ نوری را جذب نمی کنند.

 به همین خاطر است که می گویند در روزهای گرم نباید لباس مشکی پوشید. بنابراین اگر نور تابیده شده به پنل خورشیدی بازتاب ندارد پس به کجا می رود؟ نوری که به صفحه پنل خورشیدی تابیده می شود توسط اتم های سیلیکون در سلول های خورشیدی جذب می شود. سپس به جای تولید فوتون جدید، بر اثر تاثیر فوتو الکتریک الکتریسیته تولید می کند. به عبارت دیگر، انرژی خورشیدی ورودی را گرفته با انرژی الکتریسیته تحویل می دهد.

رنگ سرد و رنگ گرم

چه چیزی باعث می شود که اتم در ابتدا انرژی را جذب کند؟ با گرم کردن اتم می توان به آن انرژی داد. اگر یک میله آهنی را در آتش قرار دهید، این آهن تا جایی داغ می گردد که به رنگ قرمز در می آید. در این صورت چه اتفاقی رخ داده است؟ الکترون های آهن به سطح بالاتری از انرژی رسیده اند و اتم آهن در حالت بی ثبات قرار گرفته است. به محض اینکه الکترون به سطح پایین تری برسد، آن انرژی که الکترون های قرمز رنگ دارد آزاد می گردد. آتش هم به همین دلیل است که از خود نور ساطع می کند.

لامپ های قدیمی نیز به همین صورت عمل می کنند. این لامپ ها با عبور الکتریسیته از چند رشته سیم بسیار نازک نور تولید می کنند و به همین خاطر است که بسیار هم داغ هستند. اتم بر انگیخته شده داخل تارهای داغ انرژی الکتریکی را دریافت و به نور تبدیل می کنند و ما با فوتون هایی که دائم در حال رها شدن هستند آنها را مشاهده می کنیم. وقتی با گرما نور تولید می کنیم، آن را فروزندگی(incandescence) می گویند.

اتم ها به شکل دیگری هم برانگیخته می شوند. لامپ های کم مصرف که فلورسانس استفاده می کنند به این دلیل مصرف انرژی پایین تری دارند که نور را از برخورد اتم ها با یکدیگر ایجاد می کنند و به همین دلیل گرمای کمتری هم تولید می کنند. در واقع نور سرد تولید می کنند برخلاف مدل قبلی که نور گرم تولید می کرد و مصرف انرژی خیلی بالایی هم داشت.

رنگ های نور

رنگ یکی از موضوع پیچیده در مورد نور است. ولی یک موضوع واضح وجود دارد: اگر ما اشیاء را به این دلیل می بینیم که نور خورشید به آنها می تابد، پس چرا رنگ تمام اشیاء یک شکل نیست؟چرا همه چیز به رنگ خورشید نیست؟ نور خورشید تنها یک رنگ نیست، رنگ سفیدی که ما می بینیم از تلفیق رنگ های مختلفی ایجاد شده است. این کشف از طریق رنگین کمان انجام شده است.

چرا گوجه قرمز است؟ وقتی نور خورشید به گوجه می تابد، قسمت قرمز رنگ نور خورشید از روی پوست گوجه بازتاب پیدا می کند و تمام رنگ های دیگر توسط گوجه جذب می شود و شما نمی توانید آن را ببینید. همین منوال در مورد یک کتاب آبی رنگ وجود دارد. در این مورد تنها بخش آبی رنگ نور خورشید را بازتاب می دهد و بقیه رنگ ها را جذب می کند.

چرا سیب زمینی به رنگ قرمز یا آبی و سبز در نمی آید؟ به این فکر کنید که اتم چگونه نور تولید می کند. وقتی نور خورشید به سیب زمینی می تابد، نور ورودی اتم های روی پوست گوجه را برانگیخته می کند. الکترون ها به سطح بالاتری از انرژی می رسند تا توانند انرژی جذب کنند اما خیلی زود به حالت قبل بر می گردند. با طی همین روند، گوجه رنگ جدیدی از نور را تولید می کند.

منبع مقاله