فرمت فایل: ورد –Word و قابل ویرایش

تعداد صفحات: 68

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 1873 یعنی درست 6 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 1870 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 1905 ، یعنی تقریبا 200 سال بعد از اعلام قوانین حرکت نیوتن و در حدود 40 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 (0 یا 180 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 (90 یا 270 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/2 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/2 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