نور چیست

به بخش کوچکی از امواج مختلف الکترومغناطیس که در فضا حرکت می­کند نور می­گویند. طیف الکترومغناطیس دامنه بزرگی از امواج رادیویی که با طول موجی از یک متر و بیشتر تشکیل شده تا امواج ایکس-ری با طول موجی کمتر از صد نانومتر را پوشش می­دهد. بخش تابش نوری یا اصطلاحاً نور در بین امواج رادیویی و ایکس-ری روی طیف الکترومغناطیس قرار دارد که ترکیبی منحصر به فرد از پرتو، طول موج و کوانتوم را به نمایش می گذارد.

بخش­های طیف الکترومغناطیس

در طول موج های کوتاه تر و امواج ایکس-ری تابش الکترومغناطیس تمایل به ذره­ای بودن دارد، در حالی که در انتهای طیف الکترومغناطیس طول موج­های بلند رفتاری شبیه به موج دارند. در بخش مرئی با اشغال جایگاه بینابینی هر دو ویژگی رفتار موجی و رفتار ذره­ای در درجات مختلف نشان داده می­شود.

مانند تمام امواج الکترومغناطیس، امواج نوری می­توانند با هم تداخل پیدا کنند، قطبی جهت دار شوند و هنگام عبور از کناره­های اجسام، خمیدگی ایجاد کنند. این ویژگی­ها به نور اجازه می­دهد تا توسط طول موج­ها فیلتر شود یا به صورت منسجم مانند لیزر تقویت شود. در رادیومتری (تکنیک اندازه گیری تابش الکترومغناطیس) انتشار نور در جبهه امواج رادیویی به صورت پرتویی که در یک مسیر مستقیم حرکت می­کند طراحی شده است. لنزها و آینه­ها این اشعه­ها را در مسیرهای قابل پیش بینی هدایت می­کنند. اثرات موج در یک سیستم با مقایس بزرگ بسیار ناچیز هستند زیرا امواج نوری به صورت تصادفی توزیع شده و تعداد زیادی فوتون وجود دارد.

امواج ماورای بنفش، نور مرئی و نور مادون قرمز پرکاردبردترین بخش­های امواج الکترومغناطیس برای انسان هستند.

نور ماورای بنفش UV

طول موج کوتاه نور UV خواص کوانتومی بیشتری نسبت به نور مری و مادون قرمز دارد. نور ماورای بنفش براساس طول موج تابشی خود به سه بخش A، B و C تقسیم می­شود.

نور UV-A به علت این که کمترین انرژی را دارد، کم ضرر ترین و رایج ترین نوع نور UV است. نور UV-A اغلب نور سیاه نیز نامیده می­شود و به علت بی ضرر بودن نسبی آن استفاده می­شود و دارای توانایی ایجاد درخشندگی و انتشار نور مرئی در مواد فلورسنت در تاریکی است.

نور UV-B به علت داشتن انرژی کافی برای آسیب رساندن به بافت­های زیستی یا موجودات زنده و دلیل ایجاد سرطان پوست شناخته می­شود. نور UV-B به صورت کامل توسط اتمسفر جذب نمی­شود و تغییر جزئی در لایه ازن می­تواند خطر افزایش سرطان پوست را گسترش دهد.

طول موج کوتاه UV-C تقریباً به صورت کامل توسط اتمسفر جذب می­شود. وقتی فوتون­های UV-C با اتم­های اکسیژن برخورد می­کنند تبادل انرژی آن­ها باعث تشیکل ازن می­شود. نور UV-C به علت سرعت جذب بالا به ندرت در طبیعت مشاهده می­شود. لامپ­های ضد باکتریایی UV-C به علت توانایی از بین بردن باکتری­ها برای تصفیه هوا و آب استفاده می­شوند، همچنین دارای اثر تخریبی به مراتب خطرناک تر از نور UV-B می­باشد.

نور مرئی

بخشی از طیف الکترومغناطیس که توسط چشم انسان قابل مشاهده است و از محدوده 400 تا 700 نانومتر قرار دارد را نور مرئی می­گویند.

طول موج­های نور مرئی

نور شامل تمام طول موج­های الکترومغناطیس کوچکتر از 1000 نانومتر می­شود ولی چشم انسان فقط توانایی مشاهده بخش کوچکی از این تابش را به نام نور مرئی دارد. سلول­های مخروطی چشم انسان به عنوان گیرندهای نوری با طول موج­های این باند باریک تنظیم می­شوند، بخش­های دیگر امواج الکترومفناطیس دارای طول موج­های بسیار بزرگ یا خیلی کوچک و پر انرژی هستند که به علت محدودیت­های بیولوژیکی برای انسان قابل مشاهده نیستند.

وقتی طیف کامل نور مرئی از منشور عبور می­کند، طول موج­ها به رنگ­های رنگین کمان جدا می­شوند، زیرا هر رنگ طول موج متفاوتی دارد. رنگ بنفش کمترین طول موج را در محدوده 380 نانومتر و رنگ قرمز با 700 نانومتر بیشترین طول موج را دارد.

نور مرئی در برخورد با منشور

نور مادون قرمز

امواج فروسرخ بخشی از طیف الکترومغناطیس تولید شده توسط نور خورشید با طول موجی بین 700 تا 1000 نانومتر (1 میلی متر) می­باشند که طول موج آن ها بلند تر از نور مری و کوتاه تر از امواج رادیویی است.

این امواج قابل مشاهده با چشم غیر مسلح نیستند و پس از برخورد با اجسام انرژی خود را آزاد کرده که باعث گرم شدن آن­ها می­شود، نور مادون قرمز در نمودار طیف الکترومغناطیس بعد از رنگ سرخ نور مرئی قرار دارد.

نور مادون قرمز دارای کمترین میزان انرژی در هر فوتون از طول موج­های دیگر الکترومغناطیس است. به همین دلیل یک فوتون نور مادون قرمز غالباً انرژی لازم برای عبور از آستانه ردیاب کوانتومی را ندارد. مادون قرمز معمولاً با استفاده از آشکار سازهای حرارتی مانند ترموپیل (وسیله الکتریکی برای تبدیل انرژی گرمایی به الکتریکی) که تغییرات دما را به دلیل انرژی جذب شده محاسبه می­کند اندازه گیری می­شود.

تصویری از بخش­های مختلف امواج الکترومغناطیس و کاربرد آن­ها

منابع

1.کتاب  Light Measurement Handbook

2.بخش علمی سایت ناسا (https://science.nasa.gov/ems/09_visiblelight)

3. 3. American Conference of Governmental Industrial Hygienists. (1992). Threshold Limit Values and Biological Exposure Indices. (2nd printing). Cincinnati, OH: Author.
4. Ballard, S. B., Slack, E. P., & Hausmann, E. (1954). Physics Principles. New York: D. Van Nostrand Company.
5. Bartleson, C. J. & Grum, F. (Eds.). (1984). Optical Radiation Measurements: Vol. 5. Visual Measurements. Orlando, FL: Academic Press.
6. Budde, W. (1983). Optical Radiation Measurements: Vol. 4. Physical Detectors of Optical Radiation. Orlando, FL: Academic Press.
7. 7. Commission Internationale de l’Eclairage. (1985). Methods of Characterizing Illuminance Meters and Luminance Meters. [Publication #69] CIE.
8. Grum, F. & Bartleson, C. J. (Eds.). (1980). Optical Radiation Measurements: Vol. 2. Color Measurement. New York: Academic Press.
9. Grum, F. & Becherer, R. J. (1979). Optical Radiation Measurements: Vol. 1. Radiometry. San Diego: Academic Press.
10. Kingslake, R. (1965). Applied Optics and Optical Engineering. New York: Academic Press.
11. Kostkowski, H. J. (1997). Reliable Spectroradiometry. La Plata, MD: Spectroradiometry Consulting.
12. Mielenz, K. D. (Ed.). (1982). Optical Radiation Measurements: Vol. 3. Measurement of Photoluminescence. Orlando, FL: Academic Press.
13. Ohno, Y. (1997). NIST Measurement Services: Photometric Calibrations. [NIST Special Publication 250-37]. Gaithersburg, MD: NIST Optical Technology Division.
14. Rea, M. S. (Ed.). (1993). Lighting Handbook (8th ed.). New York: Illuminating Engineering Society of North America.
15. Ryer, A. D. (1996). Light Measurement Handbook [On-line] Available: http:// www.intl-light.com/handbook/
16. Ryer, D. V. (1997). Private communication.
17. Smith, W. J. (1966). Modern Optical Engineering. New York: McGraw Hill.
18. Stimon, A. (1974). Photometry and Radiometry for Engineers. New York: John Wiley & Sons.
19. Wyszecki, G. & Stiles, W. S. (1967). Color Science. New York: John Wiley & Sons.