أبرز اساسيات الضوء وخصائصه

نتحدث اليوم عن اساسيات الضوء، خاصة وأن الضوء هو أحد أهم أساسيات الحياة على وجه الأرض، ومصدر رئيسي للبقاء فيها، حيث تعد الشمس هي المصدر الأول لظهور الضوء على كوكب الأرض إلى جانب أنها مصدر مهم للدفء، فعندما نقول كلمة الضوء نعني بها مصدر الحياة على الأرض، ولا يقتصر دور الضوء فقط على الأبصار وأنه يمكننا من رؤية كافة الموجودات التي تحيط بنا، ولكن تمتد فائدة الضوء إلى أبعد من ذلك، حين توصل العلماء أن الضوء هو السبيل الأول لعملية البناء الضوئي التي تعد مصدر مهم وأول لغذاء النبات، كما النبات هو المصدر الأول للغذاء بشكل عام على وجه الأرض سواء للحيوان أو للإنسان وفيما يلي عبر موقع مفاهيم نتعرف على المزيد عن عالم الضوء وأساسياته وطبيعة تكوينه.

للنشر

واتس اب شارك غرد شارك

جدول المحتويات

• ما هو الضوء؟
• اساسيات الضوء
• كيف تطورت الإضاءة مع الإنسان؟
• خصائص الضوء
• ما هي أنواع الضوء؟
• كيف يتم توليد الضوء؟
  • المصابيح المتوهجة
  • مصابيح تفريغ الغاز
  • الألواح الكهروضوئية
• كيف استطاع علماء الفيزياء والكيمياء الاستفادة من ضوء الشمس

ما هو الضوء؟

أشار العلماء أن الضوء هو طاقة لها إشعاع كهرومغناطيسي، حيث يتراوح طول الموجة في تلك الطاقة ما بين 400 إلى 700 نانومتر، ويتكون الضوء بين الأشعة الحمراء والأشعة البنفسجية، والإنسان له القدرة على رؤية الأشعة الحمراء التي بلغ طولها الموجي نحو 1050 نانومتر.

اساسيات الضوء

• منذ وجود الإنسان على سطح كوكب الأرض كان المصدر الوحيد للضوء هو الشمس وذلك خلال فترة النهار، ولكن عندما تغيب الشمس كان يعتمد الإنسان على النار كمصدر ثاني للضوء حتى يتمكن من رؤية ما حوله وذلك خلال الليل، الذي كان يصعب فيه رؤية أي شيء.
• وفي ذلك الوقت كان يبدو العالم بالنسبة للإنسان كما لو أنه مصاب بالعمى، لذا كان يبدأ بإشعال النار حتى ينير الوسط من حوله، والجدير بالذكر أن مصدر الإضاءة التي تتمثل في النار لا تتساوى مع الإضاءة التي تنبعث من الشمس إلا أنها كانت حلاً وسطاً حتى ينبسط الضوء في الكون من جديد خلال فترة الليل.
• فكان الضوء من خلال النار بمثابة الطعام لدى الإنسان وكذلك للكائن الحي بوجه عام فمثلاً عندما يعتمد الكائن الحي على كوكب الأرض على الماء والطعام كمقوم من مقومات الحياة، أيضاً تعتمد النباتات على الضوء والماء وفي حالة غياب أحدهما قد يكون ذلك سبب في موت النبات والقضاء على نموه.

كيف تطورت الإضاءة مع الإنسان؟

تمكن الإنسان أن يتطوربمعرفة اساسيات الضوء بشكل كبير فبدأ بصناعة المصابيح التي تعتمد على إشعال الشموع بداخلها، والمصابيح التي تعمل بالنار ويحيط بها الزجاج حتى لا تنطفئ بسهولة بمرور تيار الهواء من حولها، وكانت تلك المصابيح هي المصدر الوحيد للإنارة والضوء في المنازل وكان يعتمد عليها الإنسان بعد غياب الشمس.

خصائص الضوء

في ضوء الحديث عن اساسيات الضوء نذكر ايضا بعض الخواص الأساسية التي نلاحظ العديد منها خلال تفاصيل يومنا ومنها:

خاصية كيميائية

• والتي تحدث عند تغيير أسطح المواد الكيميائية أثناء امتصاصها للضوء.

الانعكاس

• يحدث الانعكاس نتيجة سقوط الضوء فوق سطح لامع أو أملس، وفي تلك الأثناء يتم انعكاس الضوء بنفس الدرجة والزاوية التي سقط خلالها.

التشتت

• يحدث تشتت الضوء بسبب اختلاف الطول الموجي لبعض أجزاء الضوء.
• على سبيل المثال يحدث ذلك أثناء مرور الضوء عبر المنشور الثلاثي الذي يخرج لنا سبعة أطياف من الضوء، تتراوح ما بين اللون الأحمر والبنفسجي وهي ما يسمى ظاهرة ألوان الطيف السبعة، حيث يكون أقل معامل الانكسار الضوء هو اللون الأحمر وأعلى معامل انكسار هو اللون البنفسجي.

الامتصاص

• عندما يمر الضوء من مادة شفافة، يؤدي ذلك إلى تلاشي جزء كبير منه وبالتالي يخرج على هيئة طاقة حرارية.

خاصية كهروضوئية

• تحدث تلك الخاصية أثناء سقوط إشعاع كهرومغناطيسي على سطح المعدن، مما يؤدي إلى تحرير بعض إلكترونات هذا المعدن.

خاصية الانتشار والحيود

• تحدث تلك الخاصية أثناء نفاذ الضوء من فتحة ضيقة للغاية، ثم ينتشر إلى الجهة الأخرى.

خاصية التداخل

• حيث أن لكل موجة ضوئية قمة وقاع، وبالتالي في حالة التقاء موجه مع أخرى يحدث خاصية التداخل فيما بينهما.

ما هي أنواع الضوء؟

على كوكب الأرض تتنوع وتختلف مصادر وأنواع الضوء بشكل كبير وتتمثل فيما يلي:

• المصادر الطبيعية، التي تتمثل في الشمس والنجوم والقمر والنار.
• مصادر حيوانية تتمثل في بعض الخنافس والحشرات التي تصدر ضوء طبيعي.
• مصادر الصناعية التي ابتكرها الإنسان مثل الوقود والمصابيح.

كيف يتم توليد الضوء؟

بعد أن كان الإنسان قديماً يعتمد على المصادر الطبيعية لإمداد بالضوء مثل أشعة الشمس أو النار أو ضوء القمر، كرس الكثير من العلماء بعد ذلك جهودهم في ابتكار تقنيات حديثة إنتاج أو توليد الضوء أشهرهم، العالم توماس اديسون وهو أول من اخترع المصباح الكهربائي الذي يعمل على إنتاج وتوليد الضوء، فلم يتمكن في البداية من إنتاج الضوء من أول تجربة ولكنه أجرى الآلاف من التجارب التي لم تنجح أيضاً، حتى قيل عنه أنه فاشل، ولكن بعد إصرار كبير نجح في تحقيق هدفه واستطاع اختراع أول مصباح عرفته البشرية، يعمل على توليد الضوء.

وكان هذا المصباح سريع التلف إلا أنه بعد ذلك توالت الكثير من تجارب العلماء حول توليد الضوء وتعددت أنواع المصابيح التي استخدمت في تلك العملية ومنها:

المصابيح المتوهجة

• كان ضوء تلك المصابيح هو الأكثر شيوعاً فكان يتوفر في كافة المنازل، وايضاً كان يوجد في ضوء السيارات والكشافات اليدوية وكان هذا النوع من الضوء يقدر بالكمية المنبعثة من الطاقة الكهربية المستهلكة والتي تكون في الغالب يتراوح قدرتها ما بين 40 إلى 150 واط.

مصابيح تفريغ الغاز

كان يتم توليد الضوء من خلال مرور الكهرباء في الغاز تحت ضغط معين مما يساعد المصابيح على إنتاج الضوء، ومن أمثلة هذا النوع:

• ضوء مصابيح النيون.
• مصابيح الصوديوم منخفضة الضغط.
• مصابيح الزئبق.
• مصابيح الهاليد الفلزية التي كانت تنتج الضوء من خلال بعض المواد الكيميائية بالإضافة إلى غاز الهيدروجين.

الألواح الكهروضوئية

• كانت عبارة عن بعض الطبقات من المواد الفسفورية توضع بين طلاء شفاف وصفائح معدنية، مما ينتج عنها ضوء فسفوري متوهج، وذلك أثناء مرور التيار الكهربائي في تلك الألواح، مما يعمل على توليد الضوء ومن أهم مميزات تلك المصابيح أن استهلاكها للطاقة منخفض للغاية.

كيف استطاع علماء الفيزياء والكيمياء الاستفادة من ضوء الشمس

تمكن العلماء من تكريس جهودهم في العلم للاستفادة من اساسيات الضوء الذي ينبعث من الشمس خلال فترة النهار، فعملوا على تخزين ذلك الضوء بطرق كيميائية وخضعت للعديد من التجارب الفيزيائية و المعادلات المختلفة حتى يتمكنوا من الاستفادة منها بشكل كبير قدر المستطاع، ومن أبرز جهود العلماء في ذلك:

• تمكن العلماء من معرفة أنواع الأشعة التي تنبعث من الشمس، وتم تقسيم تلك الاشعة إلى أشعة حمراء واشعة بنفسجية وأشعة أخرى فوق البنفسجية، وأشعة تحت البنفسجية، وبالتالي مكنهم ذلك من معرفة الأشعة الضارة والأشعة النافعة.
• أيضاً قاموا بتحويل الضوء إلى طاقة كهربائية وكان في بادئ الأمر يتم ذلك باستخدام بعض الأدوات البسيطة، مثل المصابيح الضوئية، والمصابيح التي كانت تعمل عن طريق النار، فمثلاً في البداية كانت تعمل تلك المصابيح باستخدام الغاز لكي تضيء، ولكن تطور الأمر بعد ذلك حتى استخدمت عن طريق توصيلها بالكهرباء حتى تتحول إلى طاقة ضوئية.
• لم توقف العلم عند ذلك ولكن اخترع العلماء الإنارة في الشوارع في كل مكان خلال فترة الليل، وأصبح هناك الكثير من اللمبات الكهربائية التي تعمل بشكل أوتوماتيكي من خلال إشعال الزر الذي يوصل الكهرباء إليها فيرسل لها طاقة ضوئية تجعلها تنير من جديد.