אלקטרוניקה ומחשבים
אלקומפ
מערכות תקשורת no image

פורסם ב9 לינואר, 2010 | על ידי גיא רומבאוט

2

קרינה אלקטרומגנטית

קרינה אלקטרומגנטית היא התפשטות של פוטונים במרחב. פוטונים הם הנושאים את האנרגיה (הכוח האלקטרומגנטי) והם בעלי תכונות של חלקיק אך גם של גל. תופעה זו נקראת "דואליות האור", או ניתן לכנות אותם "דו-פרצופיים" – במקרים מסוימים הם מתנהגים כגל ובמקרים אחרים כחלקיק. עד היום מתקשה המדע להסביר את התופעה וקיימות לכך מספר תיאוריות (למשל תיאורית העולמות המרובים). קרינה אלקטרומגנטית מקיפה אותנו בכל שעות היום – החל מאור שמש, אור מלאכותי ואף אור שאיננו נראה לעין האנושית. לדוגמא, נוכל לערוך ניסוי פשוט ולקחת מצלמה רגילה (גם הפשוטה ביותר) ושלט של טלוויזיה או מזגן הפולטים אינפרא אדום (בעלי IR LED בקדמת השלט), ללחוץ על כפתור מסוים בשלט ולכוון את קדמת השלט לעינית המצלמה. תוכלו להבחין באור לבן-סגול במצלמה – אור שלא ניתן היה להבחין בו בעין אנושית עד כה. כאמור אור זה נקרא אינפרא אדום, אך הוא איננו הבודד בספקטרום (תחום ספקטראלי) האור הבלתי נראה ומתווספים אליו גלי רדיו, UV, X-Ray ועוד רבים.

spectrum

מאחר ופוטונים הם האחראים לתופעת הקרינה האלקטרומגנטית ומאחר והם גם בעלי תכונות גליות – הרי שיש להם תדר, אורך גל ואמפליטודה המאפיינים את הגל. תדר הינו מספר המחזורים לשנייה. כלומר, מספר הפעמים שהתופעה (תנודה) חזרה על עצמה במשך שנייה אחת. נניח וניקח חבל ונמתח אותו כאשר בקצהו האחד הוא מקובע ובקצהו האחר ניצור גלים בעזרת הרמת והורדת היד – התדר הינו מספר ההרמות וההורדות בשנייה אחת. לעומת זאת האמפליטודה (משרעת) היא העוצמה או "גובה" הגל ואורך הגל הוא המרחק בין שתי פסגות של גל (המכונים peaks), כפי שניתן לראות באיור הבא:

waves

הקשר בין התדר לאורך הגל נתון במשוואה הבאה:
clip_image002[4]
f הוא התדר והוא נמדד בהרץ (Hz) –
למדא (clip_image004[4]) הינו אורך הגל והוא נמדד במטרים.
C הינו מהירות האור בריק (בתווך שאינו ריק המהירות קטנה יותר וזאת עפ"י הנוסחא
clip_image006[4]  כאשר n הינו מקדם החומר וv הינו המהירות באותו החומר – תווך)

הקשר בין התדר לאנרגית הפוטון:
clip_image008[4]
e הינו אנרגיית הפוטון (ארג)
h הינו מספר קבוע (נקרא קבוע פלאנק)
ממשוואה זו ניתן להסיק כי האנרגיה של הפוטונים תלויה רק בתדר (הרי ש-h מספר קבוע). כמו כן, או באורך הגל בהתאמה כאשר נשנה את הנוסחא באמצעות הצבה מתמטית פשוטה:
clip_image010[4]
יש לשים לב כי גם המהירות באותו התווך קבועה (במידה והתווך הוא ריק המהירות שווה למהירות האור וגודלה קבוע – 299,792.5 מטר לשנייה).

לאור זאת, ניתן לומר כי ככל שהתדר גדול יותר, האנרגיה גדולה יותר (קשר ישר) או כי ככל שאורך הגל גדול יותר, האנרגיה קטנה יותר (הרי שהתדר קטן יותר).

באמצעות טריגונומטריה ניתן למצוא את הקשר בין האמפליטודה לתדר ושאר מרכיבי הגל, אומנם לא אפרט על כך אך אציין כי ככל שהאמפליטודה גדולה יותר, כמות הפוטונים גדולה יותר (וכך גם האנרגיה המצטברת של כל הפוטונים יחדיו כאלומת אור – או קבוצת פוטונים תהיה גדולה יותר). לדוגמא, פנס עם אור בהיר (עם עוצמה חזקה יותר), משדר (פולט) יותר פוטונים. יש לציין כי כאשר העוצמה גדולה יותר אין זה בהכרח מעיד על האנרגיה של פוטון בודד – כפי שאמרנו, רק התדר או אורך הגל משפיעים על אנרגית הפוטון. טענה זו ניתנת להוכחה באמצעות שבשבת העשויה מחומר קל מאוד והנמצאת בשפופרת ריק – כאשר נאיר באמצעות אלומת אור על השפופרת, פוטונים יפגעו בשבשבת ויגרמו לסיבובה, ככל שיפגעו יותר פוטונים השבשבת תסתובב מהר יותר. אולם, אם נשתמש בתדר גבוה יותר וכמות הפוטונים תהיה זהה, מהירות סיבוב השבשבת לא תשתנה.

radiometer

תגיות: , , ,

אודות המחבר



2 תגובות לקרינה אלקטרומגנטית

  1. נתנאל הגיב\ה:

    תמציתי וברור. מה שלומדים במשך חודש בשיעורי פיזיקה בתיכון סיכמת בעמוד אחד.

    מעולה! תודה!

  2. מירה הגיב\ה:

    מאמר מעולה. המון תודה

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

תגי HTML מותרים: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

חזרה לראש הדף ↑