کاربردهای نور در فناوری: از ارتباطات تا پزشکی
نور چیست و چگونه سفر میکند؟
نور شکلی از انرژی است که به صورت امواج الکترومغناطیسی حرکت میکند. این امواج میتوانند در خلا (فضای خلأ) نیز حرکت کنند، دقیقاً مانند نوری که از خورشید به زمین میرسد. سرعت نور در خلا بسیار زیاد و حدود 300,000 کیلومتر بر ثانیه است. نور مرئی که ما با چشمان خود میبینیم، تنها بخش کوچکی از طیف گسترده امواج الکترومغناطیسی است. این طیف شامل امواج رادیویی، مایکروویو، مادون قرمز، نور مرئی، فرابنفش، اشعه ایکس و اشعه گاما میشود.
یک ویژگی بسیار مهم نور که پایه بسیاری از فناوریهاست، بازتاب و شکست است. وقتی نور به آینه برخورد میکند، بازتاب مییابد. وقتی از هوا وارد آب میشود، مسیر آن تغییر میکند که به این پدیده شکست میگویند. این خاصیت است که به ما اجازه میدهد عدسی عینک یا دوربین را بسازیم.
فیبر نوری: بزرگراه اطلاعات جهان
فیبر نوری یکی از مهمترین اختراعات بشر است که ارتباطات را متحول کرده است. این فناوری از توانایی نور برای حرکت در یک مسیر طولانی و باریک با کمترین اتلاف انرژی استفاده میکند. یک فیبر نوری از رشتههای بسیار نازک شیشه یا پلاستیک خالص ساخته شده است.
نحوه کار آن بر اساس پدیده بازتاب داخلی کلی است. وقتی نور با زاویه خاصی به دیواره داخلی این رشتهها برخورد میکند، مانند این است که در یک لوله سر میخورد و به طور مکرر از دیوارهها بازتاب میشود تا به انتهای مسیر برسد. دادهها—مانند صدا، متن یا ویدیو—به صورت پالسهای نوری روشن و خاموش (1 و 0) کدگذاری شده و با سرعت باورنکردنی درون این فیبرها سفر میکنند.
| فناوری | سرعت انتقال داده (تقریبی) | کاربرد اصلی |
|---|---|---|
| فیبر نوری | 1 گیگابیت بر ثانیه تا 100+ ترابیت بر ثانیه | اینترنت پرسرعت، شبکههای مخابراتی بینشهری و بینالمللی |
| کابل مسی (DSL) | 1 تا 100 مگابیت بر ثانیه | اینترنت خانگی با سرعت متوسط |
| Wi-Fi (نسل 6) | حداکثر 9.6 گیگابیت بر ثانیه | اتصال بیسیم دستگاهها در محدوده کوتاه |
لیزر: پرتو نور متمرکز و پرانرژی
لیزر[1] مخفف عبارت تقویت نور توسط گسیل القایی تابش است. برخلاف نور معمولی که پراکنده است، نور لیزر بسیار متمرکز، منظم و تکرنگ است. این ویژگیها باعث شده لیزر در زمینههای بیشماری کاربرد داشته باشد.
از لیزرهای کمتوان در دستگاههای روزمره مانند چاپگرها، پویشگرهای بارکد و نشانگرهای لیزری (پوینتر) استفاده میشود. لیزرهای پرانرژی نیز در صنعت برای برش فلزات و جوشکاری دقیق، در پزشکی برای انجام جراحیهای ظریف بدون خونریزی زیاد و حتی در سیستمهای دفاعی به کار میروند. DVD و پخش کننده بلوریها نیز با استفاده از یک پرتو لیزر اطلاعات ذخیره شده روی دیسکها را میخوانند.
انرژی خورشیدی: نیروگاهی به وسعت آسمان
سلولهای خورشیدی یا فتوولتائیک[2]، انرژی نور خورشید را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند. این سلولها معمولاً از جنس سیلیکون هستند. وقتی فوتونهای نور خورشید به این سلولها برخورد میکنند، الکترونها را به حرکت درمیآورند و این حرکت الکترونها در نهایت جریان الکتریسیته تولید میکند.
این فناوری یک منبع انرژی پاک و تجدیدپذیر است که به کاهش تکیه بر سوختهای فسیلی و آلودگی کمک میکند. امروزه پنلهای خورشیدی را روی پشت بام خانهها، ماشینحسابها، چراغهای خیابانی و حتی فضاپیماها میبینیم.
کاربرد نور در پزشکی و سلامت
نور در علم پزشکی نیز نجاتبخش بوده است. اندوسکوپی[3] یکی از این کاربردهاست. در این روش، یک لوله نازک و انعطافپذیر مجهز به یک دوربین کوچک و منبع نور (اغلب فیبر نوری) وارد بدن بیمار میشود تا پزشکان بتوانند داخل اندامها را بدون نیاز به جراحیهای بزرگ ببینند و بیماری را تشخیص دهند.
از نور فرابنفش (UV) برای ضدعفونی کردن وسایل و آب استفاده میشود، زیرا میتواند DNA باکتریها و ویروسها را از بین ببرد. نوردرمانی نیز برای درمان بیماریهای پوستی مانند پسوریازیس یا حتی افسردگی فصلی به کار میرود.
سنجش از راه دور و سنسورهای نوری
سنسورهای نوری که به نور حساس هستند، در همه جا حضور دارند. سنسورهایی که در تلفن همراه شما هستند، هنگام مکالمه، با تشخیص نزدیک شدن گوشتان به صفحه، صفحه نمایش را خاموش میکنند تا از تماسهای تصادفی جلوگیری شود. چراغهای راهنمایی که به طور خودکار در شب روشن میشوند، اغلب از یک سنسور نوری استفاده میکنند که شدت نور محیط را اندازهگیری میکند.
در مقیاس بزرگتر، ماهوارهها با استفاده از سنجش از راه دور نوری، از زمین عکسبرداری میکنند. این تصاویر برای پیشبینی آبوهوا، نظارت بر محصولات کشاورزی، مطالعه تغییرات آبوهوایی و حتی کشف منابع جدید زیرزمینی استفاده میشوند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاورقی
[1]لیزر (Laser): مخفف Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. به معنای تقویت نور توسط گسیل القایی تابش.
[2]فتوولتائیک (Photovoltaic): به معنای تولید الکتریسیته از نور. Photo به معنای نور و Voltaic مربوط به نام الساندرو ولتا، پیشگای در مطالعه الکتریسیته است.
[3]اندوسکوپی (Endoscopy): روشی برای مشاهده داخل بدن. Endo به معنای داخل و scopy به معنای مشاهده یا بررسی است.
UV: مخفف Ultraviolet (فرابنفش). نوعی تابش الکترومغناطیسی با فرکانس higher than نور مرئی اما پایینتر از اشعه ایکس.
