تفاعل الضوء مع المادة

كيف يتفاعل الضوء مع المادة

الضوء هو مظهر من مظاهر القوة الكهرومغناطيسية، حيث تتكون المادة من جسيمات مشحونة بسبب طبيعة الذرات، حيث يتكون الذرات من نواة موجبة الشحنة محاطة بالإلكترونات المتحركة

تتحرك نوى الجزيئات بالإضافة إلى حركتها الدورانية، وبالتالي فإن هناك شحنات كهربائية في حالة حركة، وكلما تحركت هذه الشحنات، تغيرت القوى الكهرومغناطيسية بمرور الوقت

الضوء هو مجال كهرومغناطيسي يتأرجح، ولكن الضوء أيضا جسيم يسمى جسيمه بالفوتونات ويحمل كل فوتون حزمة من الطاقة تتناسب مع التردد، ويمكن للمادة أن تمتص الطاقة من الفوتون.

لن يتم امتصاص الضوء من قِبَل المادة إلا إذا تطابقت طاقة الفوتون مع طاقة الجزيئات، ويمكن استخدام التأثير الكهروضوئي كمثال على ذلك، وتُعَد تردد العتبة خاصية مميزة للمعدن، حيث تعتمد على مستوى طاقة معين للإلكترونات يرتبط بهوية المعدن

وبالتالي، يمكن استخدام تفاعل الضوء والمادة لتحديد الهوية. عندما يمر الضوء من وسط ذو كثافة أقل إلى وسط ذو كثافة أعلى، يتباطأ سرعة الضوء، مما يسبب انحناءه ويعرف بقانون سنل. بالإضافة إلى ذلك، تنحرف الأطوال الموجية المختلفة داخل الضوء الأبيض بكميات مختلفة

وهذا يعني أن الضوء الأبيض، الذي يتألف من عدة ألوان بأطوال موجية مختلفة، يتم تشتيته بحيث تظهر كل هذه الألوان على حدة.

تتأثر التفاعلات بين الضوء والمادة نتيجة لتذبذب مجال كهرومغناطيسي يتفاعل بشكل مترنح مع الجسيمات المشحونة في المادة

غالبًا ما تكون الإلكترونات مترابطة، ويمكن ملاحظة هذه الظاهرة إما عن طريق التغيرات في الضوء الناتج عن المادة، مثل الامتصاص أو الانبعاث في مجالات ضوئية جديدة، أو عن طريق التغيرات التي يسببها الضوء في المادة، مثل التأين والكيمياء الضوئية

طرق تفاعل الضوء مع المادة

الانعكاس

يحدث الانعكاس الضوئي عندما يرتد الضوء عن سطح لا يمكن للضوء المرور من خلاله، ويمكن أن يكون الانعكاس منتظمًا أو منتشرًا.

عندما يكون السطح لامعا جدا مثل المرآة، فإن الضوء المنعكس يشكل صورة واضحة جدا، ويعرف هذا بالانعكاس المنتظم أو المرآوي. وعندما ينعكس الضوء من سطح خشن، تتم انعكاسات الضوء في اتجاهات متعددة، مما يؤدي إلى عدم تشكل صورة واضحة، وهذا ما يعرف بالانعكاس المنتشر.

الانتقال

يحدث انتقال الضوء عندما يمر الضوء خلال المادة، وأثناء انتقاله، قد يمر مباشرة أو قد ينكسر أو يتشتت، وعندما ينكسر الضوء، يتغير اتجاهه عندما يمر إلى وسط جديد ويتغير سرعته، وهذا من خصائص الضوء.

يحدث التشتت عندما يصطدم الضوء بجزيئات صغيرة من المادة وينتشر في جميع الاتجاهات.

الامتصاص

يمكن للضوء نقل طاقته إلى مادة معينة بدلاً من أن ينعكس عنها أو ينتقل من خلالها، ويطلق على هذه العملية اسم الامتصاص. عند امتصاص الضوء، تزيد الطاقة المضافة من درجة حرارة المادة

على سبيل المثال، إذا كنت تركب سيارة جلست تحت الشمس طوال اليوم، فقد تكون المقاعد والأجزاء الأخرى من داخل السيارة ساخنة للغاية بحيث لا يمكن لمسها، خاصة إذا كانت الأجزاء الداخلية سوداء أو ذات لون داكن، لأن الألوان الداكنة تمتص معظم ضوء الشمس الذي يصيبها.

تصنيف المادة من حيث تفاعلها مع الضوء

تشمل المادة الأشياء الملموسة التي تحيط بالإنسان مثل الماء والهواء والأشياء غير الحية والكائنات الحية، بالتباين مع المفاهيم المجردة والأخلاقية

مثل: التفكير والمشاعر غير مادية ولكل مادة خصائص تميزها عن الأخرى، وتتفاعل هذه المواد مع بعضها البعض بطريقة منسقة للحفاظ على توازن النظام البيئي

توجد المادة حول البشر بأشكال عديدة ، مثل: العناصر الكيميائية، التي تتألف من عناصر بسيطة مثل الأكسجين والهيدروجين والمركبات التي تتكون من أكثر من عنصر وتنشأ عن طريق تفاعل كيميائي

توجد مواد مختلطة وهجينة تتكون من أكثر من مادة دون تفاعل بينها، مثل الماء الذي يحتوي على أملاح ذائبة مختلطة به، وتتميز هذه المادة بخصائص فيزيائية وكيميائية وغيرها

المادة الشفافة

تعني المادة التي تنقل الضوء دون تشتيته بمصطلح الشفافية، وتشمل الأمثلة على المواد الشفافة مثل الهواء والمياه العذبة والزجاج الشفاف، حيث يمكن رؤية الأشياء الواضحة من خلالها، مثل الأجزاء العلوية من النافذة، لأن كل الضوء الذي يصطدم بها يمر من خلالها دون تشتيت.

المادة نصف الشفافة

المادة التي تنقل الضوء ولكنها تشتته أثناء مرورها تسمى مادة مشتتة. يمر الضوء من خلال الأجسام الشفافة التي تحتوي على هذه المادة، ولكن لا يمكن رؤية الأشياء بوضوح من خلالها لأن الضوء يتشتت في كل الاتجاهات، وعلى سبيل المثال الألواح الزجاجية المعتمة في أسفل النوافذ نصف شفافة.

المادة المظلمة

المادة التي لا تسمح بمرور أي ضوء هي المادة التي تمتص الضوء أو تعكسه أو تجمع بين الاثنين، ولذلك قد تكون غير شفافة.

تشمل الأشياء المعتمة أمثلة مثل الأشياء المصنوعة من الخشب، مثل المصاريع التي تمتص معظم الضوء الذي يضربها وتعكس فقط أطوال موجية قليلة من الضوء المرئي

ما هي الطبيعة المزدوجة للضوء

تتمثل الطبيعة المزدوجة للضوء في أن الضوء يتمتع بخصائص كجسيم أو مادة، وفي نفس الوقت يتمتع بخصائص الموجة الكهرومغناطيسية، حيث يتألف من الفوتونات وله طول موجي وتردد محدد

يمكننا القول أن الضوء عبارة عن موجة، ولكنها تمتلك خصائص فيزيائية، ويجب الإشارة إلى أن الإلكترون له طبيعة مزدوجة حيث يتم تصنيفه كجسيم فيزيائي وله خصائص موجية أيضًا.

ونظرا لأن ظواهر التداخل والانحراف والتشتت تؤكد طبيعة الضوء الموجية، بدأ العلماء في اقتراح أن الضوء له طبيعة مزدوجة، وهذا يعني أن الفوتونات تتصرف في نفس الوقت كموجات وجسيمات.

يبدو أن الطبيعة المزدوجة ليست العامل الذي يمنع الضوء من الانتشار، حيث في عام 1924، قدم العالم دي بروجلي فرضيته الشهيرة التي اسميت باسمه، وفقًا لهذه الفرضية، يرافق كل جسيم متحرك مجال موجة، وقد أثبتت التجارب العلمية هذه الفرضية، وتسمى الموجات التي تصاحب الجسيمات المتحركة بالموجات.