تفاعل الضوء مع المادة

كيف يتفاعل الضوء مع المادة

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

تتحرك نوى الجزيئات أيضًا فيما يتعلق ببعضها البعض، بمعنى آخر ، هذه شحنات في حالة حركة ، وفي كل مرة تتحرك الشحنات ستكون هناك قوة كهرومغناطيسية ستتغير بمرور الوقت

اذ ان الضوء مجال كهرومغناطيسي يتأرجح و لكن الضوء أيضًا جسيم يسمى جسيمه ب

الفوتونات

و يحمل كل فوتون حزمة من الطاقة تتناسب مع التردد، و يمكن للمادة أن تمتص الطاقة من الفوتون.

لن تمتص المادة الضوء إلا إذا كانت طاقة الفوتون تتطابق مع طاقة الجزيئات، اذ ان التأثير الكهروضوئي هو أحد الأمثلة، و ان  تردد العتبة هو خاصية مميزة للمعدن حيث يتعلق ذلك بمستوى طاقة معين للإلكترونات يعتمد على هوية المعدن

و بالتالي يمكن استخدام التفاعل بين الضوء و المادة لتحديد الهوية و عندما يمر الضوء من وسط أقل كثافة إلى وسط أكثر كثافة تتباطأ سرعة الضوء، و هذا يسبب لها الانحناء و يدعى

قانون سنل

، كما ان الأطوال الموجية المختلفة داخل الضوء الأبيض تنحرف بكميات مختلفة

و هذا يعني أن الضوء الأبيض ، المكون من عدة ألوان بأطوال موجية مختلفة ، منتشر بحيث يظهر كل من هذه الألوان منفصلاً.

لذلك تكون التفاعلات بين الضوء و المادة نتيجة لتذبذب مجال كهرومغناطيسي يتفاعل رنينًا مع الجسيمات المشحونة في المادة

و غالبًا ما تكون الإلكترونات مرتبطة، اذ نلاحظ هذه العمليات إما من خلال التغييرات في الضوء الناجم عن المادة ، مثل امتصاص أو انبعاث مجالات ضوئية جديدة ، أو من خلال التغييرات التي يسببها الضوء في المادة ، مثل التأين و الكيمياء الضوئية[1]

طرق تفاعل الضوء مع المادة

الانعكاس

يحدث انعكاس الضوء عندما يرتد الضوء عن سطح لا يمكنه المرور من خلاله، قد يكون الانعكاس منتظمًا أو منتشرًا.

إذا كان السطح أملسًا جدًا ، مثل المرآة ، فإن الضوء المنعكس يشكل صورة واضحة جدًا، وهذا ما يسمى بالانعكاس المنتظم أو المرآوي ، اذ عندما ينعكس الضوء من سطح خشن ، تنعكس موجات الضوء في اتجاهات مختلفة ، لذلك لا تتشكل صورة واضحة، و هذا ما يسمى انعكاس منتشر.

الانتقال

يحدث انتقال الضوء عندما يمر الضوء عبر المادة، و أثناء انتقال الضوء ، قد يمر مباشرة عبر المادة أو قد ينكسر أو يتشتت أثناء مروره، و عندما ينكسر الضوء ، فإنه يغير اتجاهه عندما يمر إلى وسط جديد و يغير سرعته و هذا من

خصائص الضوء

.

يحدث التشتت عندما يصطدم الضوء بجزيئات صغيرة من المادة و ينتشر في كل الاتجاهات.

الامتصاص

قد ينقل الضوء طاقته إلى مادة بدلاً من أن ينعكس أو ينتقل بواسطة المادة، و هذا ما يسمى الامتصاص، عندما يتم امتصاص الضوء ، تزيد الطاقة المضافة من درجة حرارة المادة

مثلا إذا كنت تركب سيارة كانت جالسة في الشمس طوال اليوم ، فقد تكون المقاعد و الأجزاء الأخرى من داخل السيارة ساخنة للغاية بحيث لا يمكن لمسها ، خاصة إذا كانت سوداء أو داكنة اللون. ذلك لأن الألوان الداكنة تمتص معظم ضوء الشمس الذي يصيبها.[2]

تصنيف المادة من حيث تفاعلها مع الضوء

المادة هي الأشياء الملموسة التي تحيط بالإنسان مثل الماء و الهواء و الأشياء غير الحية و الكائنات الحية ، على عكس المفاهيم المجردة والأخلاقية

مثل: التفكير أو المشاعر و ما في حكمها ، و التي لا تعتبر مادية ، و كل مادة لها خصائص تميزها عن غيرها ، و تتفاعل مع بعضها البعض بطريقة منسقة للحفاظ على توازن النظام البيئي

توجد المادة حول البشر بأشكال عديدة ، مثل: العناصر ، و هي بسيطة في التركيب ، مثل الأكسجين و الهيدروجين و المواد المركبة من أكثر من عنصر من خلال تفاعل كيميائي

كما توجد مواد مختلطة و هجينة تتكون من أكثر من مادة دون تفاعل بينها ، على سبيل المثال: الماء الذي يحتوي على أملاح ذائبة ممزوجة به ، و المادة لها خصائص فيزيائية و كيميائية وغيرها:

المادة الشفافة

هي المادة التي تنقل الضوء دون تشتيته، تشمل الأمثلة على المواد الشفافة الهواء و المياه العذبة و الزجاج الشفاف، اذ يمكنك أن ترى بوضوح من خلال الأشياء الشفافة ، مثل الأجزاء العلوية من النافذة ، لأن كل الضوء الذي يصطدم بها يمر عبر الجانب الآخر.

المادة نصف الشفافة

هي مادة تنقل الضوء و لكنها تشتت الضوء أثناء مروره، اذ يمر الضوء من خلال الأجسام الشفافة و لكن لا يمكنك الرؤية بوضوح من خلالها لأن الضوء ينتشر في كل الاتجاهات، مثلا الألواح الزجاجية المتجمدة في أسفل النافذة نصف شفافة.

المادة المظلمة

هي المادة التي لا تسمح بمرور أي ضوء، قد تكون المادة غير شفافة لأنها تمتص الضوء أو تعكس الضوء أو تقوم بمزيج من الاثنين معًا.

أمثلة على الأشياء المعتمة هي تلك المصنوعة من الخشب ، مثل المصاريع في الشكل ، اذ تمتص المصاريع معظم الضوء الذي يضربها و تعكس فقط أطوال موجية قليلة من الضوء المرئي[3]

ما هي الطبيعة المزدوجة للضوء

تتمثل الطبيعة المزدوجة للضوء في أن الضوء له خصائص مادة أو جسيم ، و في نفس الوقت له خصائص الموجة المستعرضة ، حيث أنه موجة كهرومغناطيسية و لها طول موجي و تردد محددان و تتكون من الفوتونات

مما يعني أنه يمكننا القول أن الضوء عبارة عن موجة و لكن لها خصائص فيزيائية، و من الجدير بالذكر أن للإلكترون أيضًا طبيعة مزدوجة ، حيث أنه جسيم فيزيائي و له خصائص موجية.

و بما أن ظواهر التداخل و الحيود و الاستقطاب تؤكد

الطبيعة الموجية للضوء

، فقد بدأ العلماء يقترحون أن للضوء طبيعة مزدوجة،  هذا يعني أن الفوتونات تتصرف في وقت واحد كموجات و جسيمات.

يبدو أن الطبيعة المزدوجة ليست هي التي توقف الضوء، في عام 1924 م ، طور العالم دي بروجلي فرضيته الشهيرة التي سميت باسمه. وفقًا لهذه الفرضية ، فإن كل جسيم متحرك يصاحب مجال موجة، و أثبتت التجارب العلمية هذه الفرضية و تسمى الموجات التي تصاحب الجسيمات المتحركة بالموجات.[4]