נגישות
headline
Error processing SSI file




המודל הגלי של האור


האור כגל אלקטרומגנטי

בשנת 1888 גילה המדען הגרמני היינריך הרץ את הגלים האלקטרומגנטיים כשהצליח לגרום באופן אלחוטי לניצוץ חשמלי להיווצר בין אלקטרודות חשמל ממרחק של כשני מטרים.

ג'וליאנו מרקוני, המדען האיטלקי, היה בין החוקרים שהבינו את הפוטנציאל הגלום בגילוי זה וניצל אותו לבניית מכשיר הרדיו האלחוטי הראשון בשנת 1895, ששלח אותות אלקטרומגנטיים למרחקים גדולים. ארבע שנים לאחר-מכן נחנך קו הטלגרף האלחוטי הראשון בין אנגליה וצרפת מטעם חברה שהקים. שנתיים מאוחר יותר נחנך גם קו הטלגרף הראשון בין אנגליה וארה"ב.

מאז גלי רדיו ממלאים את האוויר שלנו בשידורים שהלכו ורבו עם המצאת הרדיו, המצאת הטלוויזיה והמצאת הטלפון הסלולרי.

גלי רדיו הם רק סוג אחד של גלים אלקטרומגנטיים. למעשה הם תחום צר של תדרים מכל ספקטרום התדרים של הגלים האלקטרומגנטיים.

אז מהו גל אלקטרומגנטי? ובמה הוא שונה מגלים אחרים המוכרים לנו?

הגלים המוכרים לנו סביבנו, כמו גלי מים וגלי קול הם גלים מכאניים. גל מכאני הוא גל שנדרש לו תווך פיזי כדי להתפשט. גל מכאני מרעיד את האטומים שבתוך התווך וכך מתקדם ומתפשט בצורה גלית בו. מסיבה זו ללא תווך שהוא יכול ליצור בו הפרעה מכאנית אין הגל המכאני יכול לנוע ולהתפשט.

גל אלקטרומגנטי אינו זקוק לתווך כדי להתפשט. גל אלקטרומגנטי יכול לנוע גם בריק. גל אלקטרומגנטי מורכב משדה חשמלי המתחלף באופן מחזורי הרמוני ומשדה מגנטי המתחלף גם הוא באופן מחזורי הרמוני. שני השדות הללו קשורים אחד בשני, הרי ידוע לנו מחשמל ומגנטיות ששדה חשמלי מתחלף יוצר השראה מגנטית ולחילופין, שדה מגנטי מתחלף יוצר השראה חשמלית. בגל האלקטרומגנטי שני השדות הללו ניצבים זה לזה וניצבים יחד לכיוון התנועה של הגל. הגל האלקטרומגנטי הוא אם כן גל רוחבי, שמעביר הלאה את השינויים המחזוריים בעוצמת השדה החשמלי ובעוצמת השדה המגנטי. מהירות ההתקדמות של הגל האלקטרומגנטי בריק היא 300,000 ק"מ בשנייה בקירוב.

מאפייני הגל האלקטרומגנטי הם תדירות השינוי של שני השדות שלו המסומנת באות f, או לחילופין אורך הגל λ, וגובה המשרעת של עוצמת האנרגיה בו.

תחום התדרים האפשריים לגל האלקטרומגנטי הוא רחב מאוד ונע בין מספר מחזורים לשנייה אחת ועד למספר העצום של 1020 מחזורים בשנייה. תחום תדרים אפשרי רחב זה מכונה בשם ספקטרום הגלים האלקטרומגנטיים.

ומה הקשר בין גל אלקטרומגנטי ובין אור?

היה זה ג'יימס קלארק מאקסוול הסקוטי שהצהיר עוד בשנת 1864 שהאור הנראה לעין האנושית הוא רק תחום צר מאוד בתוך ספקטרום רחב של גלים אלקטרומגנטיים. בכך הוגדר האור הנראה כגל הנושא בחובו שינוי בשדה חשמלי ובשדה מגנטי. קולטנים בעין קולטים שינויים אלו בקרינה הפוגעת בהם ומעבירים את תדר השינויים הללו למוח. המוח מפענח את התדר, כאמור רק תחום צר מאוד מתחום התדרים – תחום האור הנראה, ומתרגם אותו לצבע שאנו מכירים.

עוד טען מאקסוול שגלי האור הנראה הם רק אוסף תדרים בתוך ספקטרום רחב של תדרי גלים אלקטרומגנטיים. בספקטרום זה נמצאת גם קרינת החום ולמעשה עוד קרינות בתדרים שונים שטרם היו מוכרות. בכך ניבא מאקסוול את קיומם של גלי הרדיו שהרץ גילה שנים לאחר-מכן, כמו גם את קיומם של קרינות אחרות כמו קרינת רנטגן, קרינת גמא, גלי מיקרו ועוד.

כל סוגי הקרינות הללו, טען מאקסוול, נעות במהירות קבועה בריק השווה בקירוב ל- 300,000 מטר לשנייה – היא מהירות האור.

תרומתו הגדולה של מאקסוול למדע היא מעבר להכרה בגלים האלקטרומגנטיים ובכך שהאור הנראה הוא חלק מהם. בעזרת ארבע משוואות, שהפכו למפורסמות והנושאות את שמו, תמצת מאקסוול את הקשר הקיים בין השדה החשמלי ובין השדה המגנטי. מתוך משוואות אלו, הכתובות בשפה מתמטית פשוטה, נובעים החוקים המוכרים לנו מתורת החשמל והמגנטיות: חוק גאוס, חוק גאוס למגנטיות, חוק ההשראה של פרדיי וחוק אמפר.

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - קרינה וחומר | קרינה וחומר - המודל הגלי של האור : ניסוי תומאס יאנג | סריג של m סדקים | האור כגל אלקטרומגנטי | ספקטרום הגלים האלקטרומגנטיים | השפעת האטמוספרה על קרינת גלי רדיו | הקרינה הקוסמית וקרינת השמש | קיטוב אור | תוצא דופלר | סיכום ]