منبع نور: از خورشید تا لامپ ال‌ای‌دی
نور چیست و چگونه تولید می‌شود؟
نور شکلی از انرژی است که می‌تواند در فضا حرکت کند و به چشم ما برسد تا حس بینایی را ایجاد نماید. اما این انرژی چگونه به وجود می‌آید؟ پاسخ در دنیای ذرات بسیار ریز به نام اتم نهفته است. هر اتم از یک هسته و الکترون‌هایی تشکیل شده که به دور آن می‌چرخند. هنگامی که به یک اتم انرژی می‌دهیم (مثلاً با حرارت یا الکتریسیته)، الکترون‌های آن به سطح انرژی بالاتری می‌روند. وقتی این الکترون‌ها به سطح انرژی اولیه خود بازمی‌گردند، انرژی اضافی خود را به صورت یک بسته یا کوانتوم نور به نام فوتون آزاد می‌کنند. به این فرآیند گسیل نور می‌گویند.
انواع اصلی منابع نور
منابع نور را می‌توان به دو دسته کلی تقسیم کرد: طبیعی و مصنوعی. هر کدام ویژگی‌های منحصر به فرد خود را دارند.
| نوع منبع | مثال‌ها | مزایا | معایب |
|---|---|---|---|
| طبیعی | خورشید، ستارگان، آتش‌فشان، رعد و برق | قدرتمند، رایگان، طیف نوری کامل | غیرقابل کنترل، وابسته به مکان و زمان |
| مصنوعی گرمایی | لامپ رشتهای، شمع، چراغ نفتی | ارزان، تولید نور گرم | بازدهی بسیار پایین، مصرف انرژی بالا |
| مصنوعی تخلیه‌ای | لامپ فلورسنت (مهتابی)، لامپ نئون | بازدهی بهتر از لامپ‌های رشتهای | حاوی مواد سمی (جیوه)، نور سرد |
| مصنوعی حالت جامد (LED) | لامپ‌های ال‌ای‌دی، صفحه‌ی موبایل | بازدهی بسیار بالا، عمر طولانی، قابل کنترل | هزینه اولیه نسبتاً بالاتر |
طیف نوری: راز رنگین‌کمان
نوری که از خورشید یا یک لامپ ساطع می‌شود، در واقع ترکیبی از رنگ‌های مختلف است. اگر این نور از یک منشور عبور داده شود، به رنگ‌های تشکیل‌دهنده‌اش تجزیه می‌شود. این نوار رنگی را طیف نوری می‌نامند. طیف نور مرئی از بنفش (با کوتاه‌ترین طول موج و بیشترین انرژی) تا قرمز (با بلندترین طول موج و کمترین انرژی) ادامه دارد. رابطه بین انرژی یک فوتون (E) و طول موج آن (λ) توسط معادله معروف پلانک تعریف می‌شود:
$ E = \dfrac{h c}{\lambda} $
که در آن h ثابت پلانک و c سرعت نور در خلا است. این معادله به سادگی نشان می‌دهد که هرچه طول موج نور کوتاه‌تر باشد، انرژی فوتون آن بیشتر است. به همین دلیل است که نور فرابنفش که طول موجی کوتاه‌تر از نور مرئی دارد، می‌تواند به پوست آسیب برساند.
نور در خدمت بشر: از روشنایی تا فناوری
کاربرد نور فراتر از روشن کردن فضای اتاق‌هایمان است. درک خواص نور منجر به اختراعات و فناوری‌های شگفت‌انگیزی شده است.
- فیبر نوری: از پرتوهای نور برای انتقال اطلاعات با سرعت بسیار بالا (مثلاً اینترنت) استفاده می‌کند. نور در داخل رشته‌های شیشه‌ای نازک با پدیده بازتاب داخلی کلی به دام می‌افتد و مسیرهای طولانی را می‌پیماید.
- لیزر: نوع خاصی از نور است که در آن تمام فوتون‌ها هم‌فاز و هم‌رنگ هستند. این ویژگی باعث می‌شود پرتو لیزر بسیار متمرکز و پرانرژی شود. از لیزر در جراحی، جوشکاری، خواندن بارکد و دستگاه‌های DVD استفاده می‌شود.
- سلول خورشیدی: این صفحات، انرژی فوتون‌های نور خورشید را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند که نمونه‌ای عالی از استفاده از یک منبع نور طبیعی برای تولید انرژی پاک است.
- عکاسی و سینما: اساس تمام هنرهای مبتنی بر تصویر، ثبت نور بر روی یک سطح حساس به نور (مانند سنسور دوربین یا فیلم) است.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
پاسخ: خیر. نور مرئی فقط بخش کوچکی از طیف الکترومغناطیس[۱] را تشکیل می‌دهد. امواج رادیویی، مایکروویو، فروسرخ، فرابنفش، اشعه ایکس و اشعه گاما همگی فرم‌های نور هستند اما چشمان ما قادر به دیدن آن‌ها نیست.
پاسخ: لامپ رشتهای بیشتر انرژی برق را به جای نور، به گرما تبدیل می‌کند (بازدهی حدود 5%). اما لامپ LED بازدهی بسیار بالاتری دارد (حدود 80-90%) و در نتیجه برای تولید میزان نور یکسان، انرژی بسیار کمتری مصرف می‌کند که باعث صرفه‌جویی در هزینه و محافظت از محیط زیست می‌شود.
پاسخ: ادراک نور در حیوانات بسیار متنوع است. بسیاری از حشرات مانند زنبورها می‌توانند نور فرابنفش را ببینند که به آن‌ها در یافتن شهد گل‌ها کمک می‌کند. برخی مارها دارای اندام‌های حسی هستند که نور فروسرخ (گرما) ساطع شده از طعمه‌های خود را تشخیص می‌دهند.
پاورقی
1طیف الکترومغناطیس (Electromagnetic Spectrum): محدوده کامل تمام فرکانس‌هایتابش احتمالی الکترومغناطیس، از امواج رادیویی با فرکانس بسیار پایین تا پرتوهای گاما با فرکانس بسیار بالا. نور مرئی بخش کوچکی از این طیف وسیع است.
2LED (Light Emitting Diode): دیود ساطع‌کننده نور. یک منبع نور حالت جامد که در آن نور از طریق حرکت الکترون‌ها در یک ماده نیمه‌هادی تولید می‌شود.