close
تبلیغات در اینترنت
خرید دامنه
خواص نور
loading...

کهکشان دانش

مبانی نور در این بخش درباره ماهیت نور و برهم کنش آن با ماده صحبت می کنیم. خواص نور نوری که هر روز می بینیم تنها بخش کوچکی از کل انرژی منتشر شده توسط خورشید است که به سطح زمین برخورد می کند. نور خورشید شکلی از تابش الکترومغناطیسی است و نور مرئی که مشاهده می کنیم زیرمجموعه ای کوچک از طیف الکترومغناطیسی است که در شکل سمت چپ نشان داده شده است. طیف الکترومغناطیسی نور را به مانند یک موج توصیف می کند که دارای طول موج خاصی است. توصیف نور به عنوان موج اولین بار در اوایل سالهای 1800 پذیرفته شد، زمانی که آزمایشهای…

بازدید : 28 یکشنبه 23 ارديبهشت 1397 زمان : 12:57 نظرات ()

مبانی نور

در این بخش درباره ماهیت نور و برهم کنش آن با ماده صحبت می کنیم.

خواص نور

نوری که هر روز می بینیم تنها بخش کوچکی از کل انرژی منتشر شده توسط خورشید است که به سطح زمین برخورد می کند. نور خورشید شکلی از تابش الکترومغناطیسی است و نور مرئی که مشاهده می کنیم زیرمجموعه ای کوچک از طیف الکترومغناطیسی است که در شکل سمت چپ نشان داده شده است.

طیف الکترومغناطیسی نور را به مانند یک موج توصیف می کند که دارای طول موج خاصی است. توصیف نور به عنوان موج اولین بار در اوایل سالهای 1800 پذیرفته شد، زمانی که آزمایشهای توماس یانگ، فرانسوا آراگو و آگوستین ژان فرنل اثرات تداخل را در پرتوهای نور نشان دادند، که مشخص می کرد نور از امواج ساخته شده است. در اواخر دهه 1860 نور به عنوان بخشی از طیف الکترومغناطیسی مشاهده شد. اگرچه در اواخر دهه 1800 مشکلی با دیدگاه مبتنی بر موج درباره نور ظاهر شد، زمانی که آزمایشهای اندازه گیری طیف طول موج اشیای گرم شده را نمی شد با استفاده از معادلات نور مبتنی بر موج توضیح داد. این اختلاف با کارهای پلانک (1) در سال 1990 و اینشتین (2) در سال 1905 حل شد.

 

طیف الکترومغناطیس

 

شکل 1- طیف الکترومغناطیسی

پلانک پیشنهاد کرد که کل انرژی نور از اجزای انرژی غیر قابل تشخیص یا کوانتای انرژی تشکیل شده است. زمانی که اینشتین اثر فوتوالکتریک را بررسی می کرد (انتشار الکترونها از فلزات و نیمه رساناها هنگامیکه نور به آنها برخورد می کند)، مقادیر این اجزای انرژی کوانتومی را به درستی تشخیص داد. پلانک و اینشتین برای کارشان در این زمینه برنده جایزه نوبل فیزیک در سالهای 1918 و 1921 شدند، و بر اساس آن نور می تواند به عنوان ترکیبی از "بسته ها" یا ذرات انرژی ملاحظه شود که فوتون نامیده می شوند.

امروزه مکانیک کوانتومی هر دو دیدگاه ماهیت موجی و ذره ای نور را توضیح می دهد. در مکانیک کوانتومی، یک فوتون مانند همه ذرات دیگر مکانیک کوانتومی همچون الکترونها، پروتونها و غیره، با بیشترین دقت به عنوان "بسته موج" مجسم می شود. یک بسته موج مانند مجموعه ای از امواج توصیف می شود که می تواند به گونه ای واکنش نشان دهد که یا بصورت جایگزیده در مکان ظاهر شود (بطور مشابه مانند یک موج مربعی که از افزودن تعداد نامحدودی امواج سینوسی حاصل می شود)، یا به سادگی بطور متناوب ظاهر شود مانند یک موج. در مواردی که بسته موج بصورت مکانی جایگزیده باشد مانند یک ذره عمل می کند. بنابراین بسته به وضعیت، یک فوتون ممکن است به عنوان یک موج یا یک ذره ظاهر شود که این مفهوم "دوگانگی موج – ذره" نامیده می شود.

 

بسته موج فوتون

 

شکل 2-  فوتون انرژی بالا برای نور آبی – فوتون انرژی پایین تر برای نور قرمز – فوتون کم انرژی برای نور مادون قرمز (که باید نامرئی باشد!)

توصیف فیزیکی کامل خواص نور نیازمند آنالیز کوانتوم مکانیکی نور است، زیرا نور نوعی ذره کوانتوم مکانیکی است که فوتون نامیده می شود. برای کاربردهای فوتوولتاییک این سطح از جزییات به ندرت مورد نیاز است و بنابراین تنها چند جمله درباره ماهیت کوانتومی نور در اینجا ارائه شده است. با این حال در بعضی شرایط، (خوشبختانه سیستمهای فوتوولتاییک به ندرت با آن مواجه می شود)، نور ممکن است به گونه ای رفتار کند که به نظر می رسد بر اساس توضیحات ساده ای که اینجا ارائه شده خلاف عقل سلیم است. اصطلاح "عقل سلیم" به مشاهدات خود ما اشاره می کند و نمی توان برای مشاهده اثرات مکانیک کوانتومی به آن تکیه کرد، زیرا این اثرات تحت شرایط خارج از حیطه مشاهدات انسان رخ می دهند. برای اطلاعات بیشتر در مورد تفسیر مدرن نور لطفا به کتاب فاینمن (3) مراجعه کنید.

چندین ویژگی کلیدی از انرژی خورشیدی که به سطح زمین می رسد وجود دارد که در تعیین اینکه چگونه نور خورشید تابش شده به زمین با یک مبدل فوتوولتاییک یا هر جسم دیگری برهم کنش انجام می دهد، حیاتی است. ویژگیهای مهم انرژی خورشیدی تابشی عبارتند از:

·         محتوای طیفی نور تابشی

·         چگالی توان تابشی از خورشید

·         زاویه ای که تابش خورشیدی به یک ماژول فوتوولتاییک برخورد می کند

·         انرژی تابشی از خورشید در طول یک سال یا یک روز برای یک سطح خاص.

در پایان این فصل شما باید با چهار مفهوم فوق آشنا شده باشید.

 

یک: مکس پلانک، توزیع انرژی در طیف طبیعی

Max Planck, Distribution of energy in the normal spectrum, Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, vol. 2, pp. 237-245, 1900   

دو: آلبرت اینشتین، تولید و تبدیل نور

Albert Einstein, Generation and transformation of light, Annalen der Physik, vol. 17, 1905

سه: ریچارد فیلیپ فاینمن، الکترودینامیک کوانتومی: نظریه عجیب نور و ماده

Richard Phillips Feynman, QED : The Strange Theory of Light and Matter. 1985

QED: quantum electrodynamics

 

تابش الکترومغناطیسی: electromagnetic radiation

طیف الکترومغناطیسی: electromagnetic spectrum

توماس یانگ: Thomas Young

فرانسوا آراگو: François Arago

آگوستین ژان فرنل: Augustin Jean Fresnel

اثر فوتوالکتریک: photoelectric effect

فوتون: photon

بسته موج: wave-packet

دوگانگی موج – ذره: wave-particle duality

ماژول: module

 

سلول خورشیدی

نویسنده و مترجم: سوزی دهقان

 

کلیه مطالب کهکشان دانش توسط نویسندگان آن تهیه و ترجمه شده است.

استفاده از مطالب و تصاویر این وبلاگ بدون ذکر منبع با لینک فعال موجب پیگرد قانونی خواهد شد. 

 

کتاب فیزیک ناممکن ها توسط فیزیکدان مشهور، میچیو کاکو به نگارش درآمده است. کاکو در این کتاب به بحث در مورد سفرهای فضا – زمانی، چاله های کرم و بسیاری موارد دیگر می پردازد. با هر بحث در مورد تکنولوژیهای داستانهای علمی تخیلی، کاکو موانع تحقق این تکنولوژیها و زمان تقریبی دسترسی به آنها را توضیح می دهد. برای آشنایی بیشتر و خرید کتاب از فروشگاه مبتکران می توانید از لینک زیر استفاده کنید:

خرید کتاب فیزیک ناممکن ها


 

تبلیغات
Rozblog.com رز بلاگ - متفاوت ترين سرويس سایت ساز
اطلاعات کاربری
نام کاربری :
رمز عبور :
  • فراموشی رمز عبور؟
  • آمار سایت
  • کل مطالب : 35
  • کل نظرات : 0
  • افراد آنلاین : 1
  • تعداد اعضا : 0
  • آی پی امروز : 3
  • آی پی دیروز : 7
  • بازدید امروز : 42
  • باردید دیروز : 28
  • گوگل امروز : 0
  • گوگل دیروز : 5
  • بازدید هفته : 102
  • بازدید ماه : 604
  • بازدید سال : 604
  • بازدید کلی : 5,034