طیف و طول موج الکترومغناطیسی چیست؟

موج:

به هر آشفتگی در محیط که در فضا یا فضازمان منتشر می‌شود و اغلب حامل انرژی است موج می‌گویند. اگر این آشفتگی در میدان‌های الکترومغناطیسی باشد، آن را موج الکترومغناطیسی می‌نامند. در امواج الکترومغناطیسی میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی به طور عمود بر یکدیگر نوسان می‌کنند و با سرعت نور انتشار پیدا می‌کنند. نور و امواج رادیویی از این نوع هستند.

 

امواج مکانیکی نوعی از امواج هستند که فقط در یک محیط مادی منتشر می‌شوند. انتشار این گونه امواج به دلیل نیروهای داخلی در محیط در اثر تغییر شکل ایجاد شده (آشفتگی) می‌باشد. این نیروها تمایل به بازگرداندن محیط به حالت اولیه را دارند. بعضی از انواع امواج مکانیکی امواج صوت، امواج زلزله و امواج آب است.


موج‌ها به دو دسته امواج طولی و امواج عرضی تقسیم می‌شوند. در امواج طولی، سرعت انتشار موج موازی با حرکت نوسانی آن است، در حالی که، در امواج عرضی این سرعت عمود بر آن است. امواج الکترو مغناطیسی از نوع امواج عرضی هستند.

موج الکترومغناطیس:


تعاریف:

توافق بر روی یک تعریف واحد برای واژه موج چیزی است که امکان ندارد. یک ارتعاش یا لرزش (ویبراسیون) را می‌توان به صورت یک حرکت به عقب و جلو پیرامون نقطهٔ m در اطراف یک مقدار مرجع تعریف نمود. با وجود این، تعریف مشخصات کافی برای موج که باعث کیفیت بخشیدن به آن می‌شود موضوعی قابل انعطاف است. این اصطلاح اغلب به طور ذاتی به صورت انتقال نوسانات در فضا مطرح می‌شود که با حرکت شی که فضا را پر کرده یا اشغال نموده در ارتباط نیست. در یک موج انرژی یک ارتعاش عبارتست ازانرژی شی که دارد از منبع به فرم یک اغتشاش و نوسان در داخل محیطی که آن را احاطه کرده یا در پیرامون آن است دور می‌شود (هال 1980). با وجود این، این حرکت در مورد یک موج ساکن و ایستاده، مسئله برانگیز است. برای مثال، یک موج روی یک طناب یا نخ که انرژی در آن به طور مساوی در هر دو جهت منتشر می‌شود یا برای امواج الکترومغناطیسی یا امواج نوری در خلا، جاییکه مفهوم محیط واسطه‌ای دیگر قابل کاربرد نیست. به خاطر چنین دلایلی نظریهٔ موج بیان کننده یک شاخه خاص از فیزیک است، که به خواص موج مستقل از آنکه منشا فیزیکی آن چه چیزی باشد وابسته‌است (استراوسکی و پتاپو،1999). این خاصیت منحصر بفرد که با مستقل بودن از منشا فیزیکی و با تکیه بسیار روی منشا در موقعی که یک مورد خاص از یک فرآیند موجی را در نظر می‌گیریم همراه می‌گردد.

مثال: آکوستیک از اوپتیک متمایز می‌گردد. به این صورت که امواج صوتی دارای منشا مکانیکی، بیشتر از امواج الکترومغناطیسی در موقع انتقال انرژی لرزشی یا ارتعاشی به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شوند. مفاهیمی از قبیل جرم، گشتاور، اینرسی، یا خاصیت کشسانی (ارتجاعی) موقع شرح دادن آکوستیک بسیار مهم هستند. (برخلاف اوپتیک هنگام بررسی فرآیندهای موجی). این تفاوت در منشا باعث ایجاد مشخصات موجی خاص متفاوت از محیطی که با آن سر و کار داریم می‌شود . (به عنوان مثال، در موارد مربوط به هوا: فشار تابش موج‌های تلاطمی و... . در موارد جامد(اجسام صلب): امواج نور، تجزیه نور و ...) خواص دیگر، اگر چه آنها هم معمولاً از طریق منشا مشخص می‌شوند، ممکن است به تمام امواج تعمیم داده شود. به عنوان مثال، با توجه به آنهایی که بر اساس منشا مکانیکی پایه گذاری شده اندمی توان اغتشاشاتی در فضابرای امواج آکوستیک بر حسب زمان انجام داد اگر وفقط اگر وسیله مورد بحث بسیار سخت و یا بسیار نرم و انعطاف پذیر نباشد . اگر تمام اجزای تشکیل دهنده وسیله به صورت محکم به یکدیگر متصل شده باشند، تمام اجزای آن به شکل یک جسم واحد و بدون هیچ گونه تاخیری در انتقال نوسان، به ارتعاش در می‌آیند. که در این صورت هیچ حرکت موجی نخواهیم داشت. از سوی دیگر، اگر تمامی اجزا مستقل از یکدیگر بودند، هیچ انتقال ارتعاشی وجود نداشت. عبارات مذکور در بالا با فرض آنکه موج به هیچ منشا نیاز نداشته باشد بی معنی خواهد بود، اگر چه آنهاویژگی که از خود بروز می‌دهندمستقل از منشا آنها باشد: در طول یک موج، فاز یک ارتعاش (مکان و موقعیتی که در داخل سیکل نوسان اشغال کرده ) برای نقاط مجاور متفاوت می‌با شد و علت آن نیز این است که نوسان در زمان‌های متمایز به این نقاط می‌رسد. به صورت مشابه، پردازش فرآیندهای موج که از مطالعه درباره پدیده‌های موجی با سرچشمه‌هایی متفاوت با سر چشمه امواج صوتی حاصل می‌شود می‌تواند برای فهم هر چه بیشتر پدیده‌های صوتی بسیار با اهمیت باشد. یک مثال مناسب از این نمونه، قاعده تداخل یانگ می‌باشد ( یانگ،1802 ) این اصل برای اولین بار در تحقیقات یانگ پیرامون نور مطرح شد و هنوز نیز می‌تواند مطابق تعدادی از مفاهیم خاص دیگر ( برای مثال، پخش شدن صوت توسط صدا ) موضوعی پژوهشی در مطالعه صوت باشد.

 

ویژگی‌ها:

امواج متناوب توسط فاکتورهای اوج (بالاترین نقاط در امواج) و پایین‌ترین نقاط توصیف می‌شوند و البته ممکن است گاهی بر اساس طولی یا عرضی طبقه بندی گردند. امواج عرضی به امواجی اطلاق می‌شود که دارای ارتعاش‌هایی عمود بر جهت و انتشار موج باشند. مانند امواج طناب و امواج الکترومغناطیسی. امواج طولی دسته‌ای از امواج هستندکه در جریان انتشار موج دارای نوسانات موازی هستند مانند بیشتر امواج صوتی. زمانی یک شی بر روی موج یک آبگیر به بالا و پایین برود، حرکت بر روی یک مسیر دوار را تجربه می‌کند زیرا این امواج، امواج عرضی یا سینوسی نمی‌با شند.

A=در آب‌های عمیق

B=در آب‌های کم عمق

1=عبور موج

2=اوج

3=افت

ریز موج‌ها روی سطح برکه در حقیقت ترکیب طولی و عرضی امواج هستند. بنابراین نقاط روی سطح، مسیر دایره‌ای را دنبال می‌کنند ونقاطی که روی سطح قرار می‌گیرنداز این مسیر دایره‌ای تبعیت می‌کنند.تمام امواج می‌توانند موارد زیر را تجربه کنند:

موج مستقیم از طریق برخورد با سطح منعکس کننده تغییر می‌یابند = انعکاس

موج مستقیم از طریق مداخله یک شی جدید تغییر می‌یا بند = انعکاس

خم شدن امواج مانند تاثیر متقابل آنها در برابر موانعی است که در مسیرشان وجود دارد = پراش بیشترین شناخت طول موج روی حالت پرش شی است.

موقعیت دو موج که با هم برخورد می‌کنند =تداخل

موجی که با بسامد شکسته می‌شود = انتشار

حرکات موج نوری در مسیر مستقیم – خطوط انتشار

یک موج اگر بتواند فقط در مسیر مستقیم نوسان کند دوگانگی می‌یابد. دوگانگی عرضی موج حاکی از نوسان مستقیم آن است و عمود برجهت حرکت است. امواج طولی مانند امواج صوتی دوگانگی بروز نمی‌دهند زیرا این امواج نوسان مستقیم در طول حرکت دارند و با فیلتر پولازیزه گر پولاریزه می‌شوند.

مثال: امواج سطح اقیانوس که با صخره‌ها برخورد می‌کنند. امواج سطح اقیانوس که پرتلاطم هستند در میان آب منتشر می‌شوند. امواج رادیو یی، ریز موج‌ها، مادون قرمز، امواج مرئی، فرابنفش، پرتو x و پرتو گاما از پرتو افکنی پرتوهای الکترومغناطیسی ساخته شده‌اند. در این شرایط انتشار بدون وجود محیط در میان خلأ ممکن است. این امواج الکترومغناطیس در 299 و 792 و 458 متر بر ثانیه در خلأ حرکت می‌کنند.

 

انواع موج:

صوت یک موج مکانیکی است که در میان هوا، مایعات و جامدات منتشر می‌شود. موج ترافیک (یعنی انتشار متفاوت و متراکم وسایل نقلیه و ...) که می‌تواند به عنوان مدلی از امواج سینماتیک باشد. مانند اولین طرح آقای .J.Mلایت هیل. امواج لرزه‌ای در زمین به صورت برشی S و طولی P می‌باشند که در سطح زمین و بین لایه‌ها به موجهای لاو L و رایلی R هم تبدیل می‌شوند. امواج گرانشی که عبارتند از نوسانات و بالا و پایین شدن در انحنای زمان -فضا که به وسیله اصل عمومی نسبیت پیش بینی شده‌است .این امواج چند بعدی هستند و به طور تجربی مشاهده می‌شوند.

امواج ساکن: در گردش سیالات اتفاق می‌افتند و از طریق تأثیر کرولیز ذخیره می‌شوند.

 

توصیف ریاضی:

یک موج با دامنه ثابت است.

شکل و نمایشی از یک موج (منحنی آبی رنگ که خیلی سریع تغییر می‌کند) و پوشش آن (منحنی قرمزکه با سرعت آهسته تری تغییر می‌کند)

به عقیده ریاضیدانان ساده‌ترین یا اساسی‌ترین موج، امواج هارمونیک سینوسی است که آن را با f(x,t) = Asin(ωt − kx)), توصیف می‌کند. که A دامنه موج است یعنی بیشترین مقدار بی نظمی در طول نوسان موج (بیشترین فاصله از بلندترین نقطه اوج تا تعادل در یک نمونه کامل، یعنی ماکزیمم مسافت قایم بین مبدأ و موج.) واحد دامنه به نوع موج بستگی دارد. موج‌هایی که روی طناب هستند دامنه شان به صورت یک بعد بیان می‌شود. امواج صوتی مانند فشار (پاسکال) و امواج الکترومغناطیس مانند دامنه‌ای از میدان الکتریکی (ولت / متر)بیان می‌شوند. دامنه ممکن است ثابت باشد (در این شرایط موج یا cw هست یا موج ثابت) یا ممکن است با زمان و موقعیت تغییر کند. فرم متغیر دامنه، موج پوششی نامیده می‌شود.

طول موج ( اشاره به λ) مسافت بین دو قله متوالی (یا یک فرورفتگی و برجستگی) است. معمولاً واحد آن متر است و همچنین با نانومتربرای طیف الکترومغناطیس بخش نوری بیان می‌شود. یک تعداد موج K می‌تواند با طول موج به هم ربط داده شود. امواج را می‌توان به وسیله حرکت هارمونیک نشان داد. دوره T، زمان برای یک نوسان کامل موج است.

بسامد f (که با ν نشان می‌دهند) تعداد دوره‌هایی است که در واحد زمان انجام می‌دهند (برای مثال یک ثانیه) و آن با هرتز اندازه گیری می‌شود.

    بسامد ودوره عکس یکدیگرند.

بسامد زاویه‌ای ω بیان کننده بسامد از نظر رادیان است و بستگی به بسامد دارد. بسامد زاویه‌ای با بسامد از طریق رابطه زیر ارتباط دارد:

دو نوع سرعت وجود دارد که امواج را به هم پیوند می‌دهد. اولین سرعت سرعت انتشار موج است که توسط

بیان می‌شود و دومین، سرعت گروهی است که سرعت متغیری در شکل‌های متنوع موج ایجاد می‌کند. این سرعت می‌تواند به موج منتقل شود. و با فرمول زیر ارائه می‌شود:

معادله موج:

معادله دیفرنسیال موج به صورت زیر نوشته می‌شود.

در اینجا c سرعت انتشار موج می‌باشد. جواب این معادله (در حالت یک‌بعدی) به صورت زیر است (A دامنه موج است.):

 kعدد موج، ω سرعت زاویه‌ای، λ طول موج، φ فاز، T دوره تناوب و f بسامد حرکت نوسانی نام دارند.

معادله موج یک معادله دیفرانسیلی است که در هر زمان، تحول موج هارمونیک را توصیف می‌کند . معادله موج فرم متفاوتی دارد و تا اندازه‌ای بستگی به این دارد که موج چگونه منتقل می‌شود و معمولاً از طریق حرکت به دست می‌آید. توجه به دامنه موج یعنی حر کت پایین طناب در طول محورx و متغیر u(که معمولاً وابسته         به x وt )            معادله موج در سه بعد است که با فرمول زیر بیان می‌شود.

   که     به صورت معادله لاپلاسی می‌باشد.

سرعت v هم به شکل موج و هم به محیطی که موج از طریق آن منتقل می‌شود بستگی دارد . یک راه حل کلی برای معادله موج در یک بعد تو سط دی–آلبرت داده شده‌است. که به این صورت است:

این راه حل را می‌توان به صورت دو پالس که در جهات مخالف حرکت می‌کنند( F در جهت x و G در خلاف جهت x)در نظر گرفت. اگر مادر معادله بالابه جای x ، xوy وz جایگزین کنیم آن وقت ما انتشار موج در سه بعد را تو صیف می‌کنیم. معادله شرودینگر رفتار موج گونه ذرات را در مکانیک توصیف می‌کند. راه حل‌هایی برای این معادله، عبارتند از توابع موجی که می‌توانند به شرح سرانجام احتمالی ذرات بپردازند . موج ساده یا متحرک که گاهی موج پیش رو نیز نامیده می‌شود، اختلالی است که با دو عامل زمان t و مسافت z تغییر می‌کند. که با فرمول زیر ارائه می‌شود.

جایی که (A(z,t پوشش دامنه‌ای که برای موج داریم و K تعداد موج و φ نمایانگر فاز موج است. سرعت فاز vp این موج توسط      نشان داده می‌شود. ( λ نمایانگر طول موج است)

 

امواج ایستاده:

موج ایستاده در وضعیت ساکن،نقاط قرمز نمایانگر گره‌های موج هستند. موج ایستاده که با عنوان موج ساکن نیز شناخته می‌شود موجی است که در وضعیت ثابت باقی می‌ماند. این پدیده زمانی اتفاق می‌افتد که وسیله‌ای در مسیری خلاف جهت موج در حرکت باشد و یا این موج می‌تواند در نتیجه تداخل دو موج از دو سوی متفاوت ایجاد شود. مجموع دو موج منتشر شده از سوی مقابل هم (با دامنه و بسامد یکسان) یک موج ایستاده را به وجود می‌آورد. به طور عادی، موج ایستاده زمانی تولید می‌شود که انتشار موج دورتر از مانع باشد. بنابراین، علت انعکاس موج وجود یک موج مخالف است. به عنوان مثال، زمانی که تار ویولن جابه جا می‌شود امواج طولی منتشر می‌شوند تا جایی که تار در جایش محکم قرار گیرد. بالاتر از جایی که موج بر می‌گردد در خرک و مهره دو موج در فاز مخالف هم هستند و یکدیگر را دفع می‌کنند در نتیجه یک گره تولید می‌شود. در وسط راه، بین دو گره یک شکم تولید می‌شود جایی که دو موج از سوی مقابل هم منتشر می‌شوند موج‌ها روی هم افزایش می‌یابند و عضو بیشینه می‌شوند و به طور معمول انرژی برای انتشار موج نمی‌ماند.

از نگاه دیگر:

لرزش طبیعی اکوسیتیک، تشدید کننده هلم هولتز و دریچه لوله صوتی. انتشار میان طناب

سرعت موج در حال حرکت در امتداد یک تار مرتعش شونده به طور مستقیم متناسب با ریشه دوم کشش تار به چگالی خطی (μ)است:


طول موج:

به فاصله بین دو قله متوالی موج (یا بین هر دو نقطه تکراری موج که شکل یکسان دارند) گفته می‌شود و آن را با λ نشان می‌دهند. برای دو موجی که دارای سرعت یکسان باشند، موجی که دارای فرکانس بالاتری است طول موج کوتاه‌تر دارد و موجی که فرکانس پایین‌تری دارد، طول موج بلندتری دارد.

طول موج در موج الکترومغناطیسی:

در موج الکترومغناطیسی طول موج مشخص کننده رنگ موج است. با تعیین رنگ، انرژی و طول موج می‌توان یک موج را نسبت به دیگر موج‌ها سنجید. به عنوان مثال طول موج‌های کوتاه در طیف مرئی در ناحیه بین آبی و فوق بنفش قرار می‌گیرد در حالیکه رنگ قرمز دارای طول موج‌های بلندتری می‌باشد. فاصله بین این قله‌های موج آن چنان کوچک است که واحد آن را نانومتر (ده به توان منفی نه) یا میکرون (ده به توان منفی شش) قرار داده اند. تابش الکترومغناطیسی طیف طولانی از طول موج‌های بلند رادیویی تا طول موج‌های کوتاه پرتو ایکس را شامل می‌شود. چون شکل موج با سرعت ثابت c پیش می‌رود، فاصله یک طول موج را در زمان یک دوره تناوب طی می‌کند. هرموج علاوه بر طول موج دارای یک فرکانس میباشد که با واحدهایی مثل(hz,mhz,ghz,khz,thz)اندازه گیری میشود.

تابش الکترومغناطیسی:

تابش الکترومغناطیسی یا انرژی الکترومغناطیسی بر اساس تئوری موجی، نوعی موج است که در فضا انتشار می‌یابد و از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی ساخته شده‌است. این میدان‌ها در حال انتشار بر یکدیگر و بر جهت پیشروی موج عمود هستند.

گاهی به تابش الکترومغناطیسی نور می‌گویند، ولی باید توجه داشت که نور مرئی فقط بخشی از گسترهٔ امواج الکترومغناطیسی است. امواج الکترومغناطیسی بر حسب بسامدشان به نام‌های گوناگونی خوانده می‌شوند: امواج رادیویی، ریزموج، فروسرخ (مادون قرمز)، نور مرئی، فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما. این نام‌ها به ترتیب افزایش بسامد مرتب شده‌اند.

 

ماهیت فیزیکی:

امواج الکترومغناطیسی را نخستین بار ماکسول پیش‌بینی کرد و سپس هاینریش هرتز آن را با آزمایش به اثبات رساند. ماکسول پس از تکمیل نظریهٔ الکترومغناطیس، از معادلات این نظریه شکلی از معادلهٔ موج را به دست آورد و بنابراین نشان داد که میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی هم می‌توانند رفتاری موج‌گونه داشته باشند. سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی از معادلات ماکسول درست برابر با سرعت نور به دست می‌آمد، و ماکسول نتیجه گرفت که نور هم باید نوعی موج الکترومغناطیسی باشد.

طبق معادلات ماکسول، میدان الکتریکی متغیر با زمان باعث ایجاد میدان مغناطیسی می‌شود و برعکس. بنابراین اگر یک میدان الکتریکی متغیر میدان مغناطیسی بسازد، میدان مغناطیسی نیز میدان الکتریکی متغیر می‌سازد و این گونه موج الکترومغناطیسی ساخته می‌شود و پیش می‌رود.

نظریهٔ کوانتومی برهم‌کنش بین تابش الکترومغناطیسی و ماده را نظریهٔ الکترودینامیک کوانتومی توصیف می‌کند.

تابش خورشید و زمین:

خورشید، این راکتور گرما-هسته‌ای بزرگ، در سرتاسر طیف الکترومغناطیسی تابش می‌کند. از پرتوهای x و پرتوهای کیهانی گرفته تا موج‌های رادیویی به طول موج‌هایی تا 15m یا بیشتر. اما چون سطح آن داغ است (۶۰۰۰ سانتیگراد)، بیشتر انرژی آن در طول موج‌های نسبتاً کوتاه (فرابنفش، مرئی و فروسرخ نزدیک) است و مقدار بیشینه تابش در طول موج نزدیک به ۰٫۵ میکرومتر گسیل می‌شود. علاوه بر این، پرتوهای فروسرخ خورشید نیز برای ما منبع گرما بشمار می‌آیند.

با بهره‌گیری از فرمول‌های تابش پلانک، پی می‌بریم که انرژی گسیل شده از جسمی با دمایی برابر با دمای زمین نیز باید در محدوده فروسرخ باشد و طول موج‌های بارز این تابش نیز تقریباً در محدوده 10 میکرومتر متمرکز است.

از آنجا که زمین همواره در حالت شبه ترازمندی است، درمی‌یابیم به همان اندازه که از خورشید انرژی دریافت می‌کند، با تابش LW به فضا انرژی از دست می‌دهد. به این ترتیب، مناسب‌ترین شرایط برای زیست موجودات زنده در این کره خاکی فراهم می‌شود.

طیف الکترومغناطیسی:

امواج الکترومغناطیسی بر حسب بسامدشان به نام‌های گوناگونی خوانده می‌شوند: امواج رادیویی، ریزموج، فروسرخ (مادون قرمز)، نور مرئی، فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما. این نام‌ها به ترتیب افزایش بسامد مرتب شده‌اند.

از فرکانس ۳۰ اگزا هرتز تا ۳۰۰ اگزا هرتز را اشعه گاما مینامند.

از فرکانس ۳ اگزا هرتز تا ۳۰ اگزا هرتز را اشعه ایکس سخت (HX) مینامند.

از فرکانس ۳۰ پتا هرتز تا ۳ اگزا هرتز را اشعه ایکس نرم (SX) مینامند.

از فرکانس ۳ پتا هرتز تا ۳۳ پتا هرتز را اشعه فرا بنفش دور (EUV) مینامند.

از فرکانس ۷۵۰ ترا هرتز تا ۳ پتا هرتز را اشعه فرا بنفش نزدیک (NUV) مینامند.

از فرکانس ۴۰۰ ترا هرتز تا ۷۵۰ ترا هرتز را نور مرئی مینامند.

از فرکانس ۲۱۴ ترا هرتز تا ۴۰۰ ترا هرتز را فروسرخ نزدیک (NIR) مینامند.

از فرکانس ۱۰۰ ترا هرتز تا ۲۱۴ ترا هرتز را موج کوتاه فروسرخ (SIR) مینامند.

از فرکانس ۳۷٫۵ ترا هرتز تا ۱۰۰ ترا هرتز را موج متوسط فروسرخ (MIR) مینامند.

از فرکانس ۲۰ ترا هرتز تا ۳۷٫۵ ترا هرتز را موج بلند فروسرخ (HIR) مینامند.

از فرکانس ۳۰۰ گیگا هرتز تا ۲۰ ترا هرتز را فروسرخ بسیار دور (FIR) مینامند.

از فرکانس ۳۰ گیگا هرتز تا ۳۰۰ گیگا هرتز را بسامد مافوق بالا (EHF) مینامند.(ریزموج)

از فرکانس ۳ گیگا هرتز تا ۳۰ گیگا هرتز را بسامد بسیار بالا (SHF) مینامند.(ریزموج)

از فرکانس ۳۰۰ مگا هرتز تا ۳ گیگا هرتز را بسامد فرابالا (UHF) مینامند.(ریزموج)

از فرکانس ۳۰ مگا هرتز تا ۳۰۰ مگا هرتز را بسامد خیلی بالا (VHF) مینامند.

از فرکانس ۳ مگا هرتز تا ۳۰ مگا هرتز را بسامد بالا (HF) مینامند.

از فرکانس ۳۰۰ کیلو هرتز تا ۳ مگا هرتز را بسامد متوسط (MF) مینامند.

از فرکانس ۳۰ کیلو هرتز تا ۳۰۰ کیلو هرتز را بسامد پایین (LF) مینامند.

از فرکانس ۳ کیلو هرتز تا ۳۰ کیلو هرتز را بسامد خیلی پایین (VLF) مینامند.

از فرکانس ۳۰۰ هرتز تا ۳ کیلو هرتز را بسامد در حد صوت (VF) مینامند.

از فرکانس ۳۰ هرتز تا ۳۰۰ هرتز را بسامد بسیار پایین (ELF) مینامند.

نکته1) هرتز:

هرتز یکای سنجش بسامد در سیستم آحاد SI است و برابر است با cycle/s و یا s-1. ‫این واحد به یاد فیزیکدان آلمانی هاینریش هرتز، هرتز نامیده شده است.

 HZ(هرتز) = 100 یا 1

kHz (کیلوهرتز) = 103

MHz (مگاهرتز) = 106

GHz (گیگاهرتز) = 109

THz (تراهرتز) = 1012

PHz (پتاهرتز) = 1015

EHz (اگزاهرتز) = 1018

ZHz (زتاهرتز) = 1021

YHz (یُتاهرتز) = 1024


نکته2)بسامد:


بَسامَد، تَواتُر یا فرکانس (به انگلیسی: frequency) به اندازه‌گیری تعداد دفعاتی گویند که یک رویداد تناوبی در واحد زمان اتفاق می‌افتد. برای محاسبه بسامد باید یک بازه زمانی را مشخص کرده، تعداد رخ دادن یک رویداد را در آن بازه زمانی شمرده و سپس این شماره را بر مدت آن بازه زمانی تقسیم کرد. راه دیگر محاسبه بسامد، اندازه‌گیری زمان میان دو رویداد پیاپی (تناوب) و سپس اندازه‌گیری بسامد به عنوان وارونه این زمان است: رابطه بسامد به این گونه‌است:

   در این فرمول T همان تناوب است.

فرکانس اندازه گیری تعداد تکرار اتفاقی در واحد زمان است. برای محاسبه فرکانس بر روی یک بازه زمانی ثابت، تعداد دفعات وقوع یک حادثه را در آن بازه می شماریم و سپس این تعداد را بر طول بازه زمانی تقسیم می کنیم. پس از فیزیک دان آلمانی هاینریش رودولف هرتز، در سیستم واحدهای SI فرکانس با هرتز(Hz) اندازه گیری می‌شود. یک هرتز به این معنی است که یک واقعه یک بار بر ثانیه رخ می‌دهد.

واحدهای دیگری که برای اندازه گیری فرکانس بکار می‌روند به این شرح هستند: سیکل بر ثانیه، دور بر دقیقه (rpm). سرعت قلب توسط واحد ضربان بر دقیقه اندازه گیری می‌شود. یک روش جایگزین برای محاسبه فرکانس، اندازه گیری زمان بین دو رخداد متوالی حادثه‌ای است (دوره تناوب) و سپس محاسبه فرکانس به صورت عددی متقابل این زمان مانند زیر:

     که در آن T دوره تناوب است.

 

فرکانس امواج در اندازه گیری فرکانس صدا، امواج الکترومغناطیسی (مانند امواج رادیویی یا نور )، سیگنال‌های الکتریکی یا دیگر امواج، فرکانس بر حسب هرتز، تعداد سیکل‌های شکل موج تکراری است. اگر موج یک صدا باشد، فرکانس آن چیزی است که زیر و بمی این موج را مشخص می‌کند.

فرکانس رابطه معکوسی با مفهوم طول موج دارد. فرکانس f برابر است با سرعت v یک موج تقسیم بر طول موج لاندااست که:

در موارد خاص که امواج الکترومغناطیسی از خلا عبور می‌کنند، v=c که در آن c برابر سرعت نور در خلا است و این عبارت به صورت زیر در می‌آید:

فرکانس‌های آماری:

در علم آمار فرکانس یک واقعه برابر است با تعداد دفعات رخ دادن یک حادثه در آزمایش یا مطالعه‌ای که صورت می‌گیرد. فرکانس‌ها معمولاً به صورت گرافیکی در نمودار هیستوگرام نمایش داده می‌شوند.


امواج الکترومغناطیسی:

1) اموج‌ رادیوییRadiowaves:

موج‌های رادیویی گونه‌ای موج الکترومغناطیسی است که طول موج آن در طیف الکترومغناطیسی بلندتر از فروسرخ است.همانند دیگر موج‌های الکترومغناطیسی، موج‌های رادیویی نیز با سرعت نور حرکت می‌کنند.موج‌های رادیویی بصورت طبیعی توسط آذرخش و اجرام فلکی تولید می‌شوند.موج‌های رادیویی تولید شده بصورت مصنوعی، در سیستم‌های ارتباطاتی ثابت و متحرک، سخن‌پراکنی، رادار و دیگر سیستم‌های ناوبری، ارتباطات ماهواره‌ای، شبکه‌های رایانه‌ای و بسیاری دیگر کاربرد دارند.فرکانس‌های مختلف موج‌های رادیویی، دارای ویژگی‌های انتشار مختلفی در هواکره زمین هستند.موج‌های رادیویی بلند ممکن است بخشی از زمین را بصورت مداوم پوشش دهند.موج‌های رادیویی کوتاه نیز می‌توانند با پخش شدن بسوی یون‌کره، بازتاب شده و کل کره زمین را سیر کنند.طول موج‌های کوتاه‌تر بازتاب و خم‌شدگی بسیار کمی دارند و فقط می‌توانند در خط دید سیر کنند.


کشف و بکارگیری:

وجود موج‌های رادیویی برای نخستین بار توسط جیمز کلارک ماکسول و پس از کارهای ریاضی در سال ۱۸۶۵ پیش‌بینی شد.او در مشاهدات برقی و مغناطیسی خود متوجه ویژگی‌های موجی نور و همانندهای آن شده بود.او بعدها در معادله‌های خود مطرح ساخت که موج‌های نوری و موج‌های رادیویی، نوعی موج الکترومغناطیسی هستند که می‌توانند در فضا حرکت کنند.در سال ۱۸۸۷، هاینریش هرتز با ساخت تجربی موج‌های رادیویی در آزمایشگاه خویش، واقعی بودن سخنان ماکسول را نشان داد.از اختراع‌های دیگری که بدنبال اختراع رادیو انجام شد می‌توان به فرستادن اطلاعات از راه فضا اشاره کرد.

پخش موج‌های رادیویی:

مطالعه بر روی این پدیده الکترومغناطیسی با مطالعه بر روی بازتاب، شکست، قطبش، پراش (انکسار) و جذب آن که اهمیت اساسی در مطالعه چگونگی حرکت موج‌های رادیویی در فضای آزاد و بر سطح زمین دارد، انجام گرفت.فرکانس‌های مختلف در این موج‌ها در هواکره زمین، ویژگی‌های مختلفی دارند و ساختن رادیوهایی با طول موج‌های مختلف کاربردی‌تر بنظر می‌آید.

در پزشکی:

انرژی فرکانس رادیویی (RF)، بیش از ۷۵ سال است که برای درمان‌های پزشکی بکار می‌رود.این موج‌ها بیشتر در جراحی‌های کوچک و انعقاد خون بکار می‌روند.مثلا برای درمان آپنه خواب

 

2)ریزموج یا مایکروویو Microwaves:

به امواج الکترومغناطیسی با طول موج کمتر از امواج رادیویی و بیشتر از امواج فروسرخ، ریزموج گفته می‌شود. چنین به نظر می رسد که طول موج ماکروویو با توجه به نام آن، امواجی در طیف طول موج کمتر از یک میلی متر باشند و طول موج ریزموج‌ها تقریباً بین ۱ میلی‌متر (متناظر با بسامد ۳۰۰ گیگاهرتز) تا ۳۰ سانتیمتر (متناظر با بسامد ۱ گیگاهرتز) است. البته بر روی این مرزهای این تعریف، اتفاق نظر نیست و برخی آن را از ۰٫۳ میلی‌متر در نظر می‌گیرند.

مایکروویو یا میکروویو ، از ترکیب دو واژه مایکرو یا میکرو(MICRO)، به معنی کوچک و ویو (WAVE)،به معنی موج تشکیل شده است و به معنای امواج با طول موج کوتاه و تعداد نوسانات (فرکانس) بسیار بالا می باشد. مایکروویو نوعی از امواج الکترومغناطیسی است، در واقع امواجی رادیویی با فرکانس بسیار بالا هستند. هر چه فرکانس تشعشع بالاتر رود، طول موج آن کمترمی‌شود فرکانس چنین امواجی، بین300 مگاهرتز تا چند گیگاهرتز در ثانیه می تواند باشد. برد چنین امواجی کوتاه بوده و در حد چند متر است، ولی میزان نفوذ آن ها نسبتاً بالا است. هر چه فرکانس بیشتر باشد، شدت نفوذ بیشتر ولی برد امواج، کوتاه تر می شود.

این امواج ممکن است در برخورد با یک ماده ، منعکس، منتشر یا جذب شود. مواد فلزی این امواج را کاملاً منعکس می‌کنند. اغلب مواد غیرفلزی مثل شیشه و پلاستیک امواج را از خود عبور می‌دهند و موادی که جاری آب هستند مانند غذاها و حتی انسان، انرژی این امواج را جذب می‌کنند. اگر سرعت جذب انرژی یک ماده بیش از سرعت از دست دادن آن باشد، دمای آن ماده بالا می‌رود.

امواج دارای طول موج کوتاه، هنگام برخورد به ماده، چنان موجب ارتعاش و تغییر قطب های منفی و مثبت موجود در آن می شوند که این جنبش بالای ملکول ها موجب به هم خوردن شدید آن ها و ایجاد اصطکاک در ملکول ها و در نهایت سبب گرم شدن آن ماده می شود.

کاربرد ریز موج یا مایکروویو:

امواج مایکروویو برای علوم نظامی، تعیین سرعت ماشین‌ها، برقراری ارتباطات تلفنی و تلویزیونی و همچنین درمان جراحات عضله بکار می‌روند.

ریز موج ها قسمتی از طیف الکترومغناطیسی هستند. ریز موج ها رادیویی با فرکانس خیلی بالا هستند. ریز موج ها برای برقراری ارتباط با فضاپیماها و ماهواره ها مورد استفاده نیز قرار می گیرند.

                                                     

مخابرات مایکروویو:
مخابرات مایکروویو در شبکه‌های LAN دارای استفاده محدودی هستند. اگر چه به دلیل توان بیشتر آنها، این سیستمها در شبکه‌های WAN ترجیح داده می‌شوند، برخی از مزایای این سیستمها عبارتند از:


عرض باند خیلی بالا: در مقایسه با همه تکنولوژی‌های بی‌سیم، سیستمهای ماکروویو دارای بالاترین عرض باند بوده ( به دلیل توان بالای سیستم

/ 0 نظر / 992 بازدید