محول الطول والمسافة محول الكتلة محول قياسات حجم المنتجات السائبة والمنتجات الغذائية محول المساحة محول الحجم ووحدات القياس في وصفات الطهي محول درجة الحرارة محول الضغط والإجهاد الميكانيكي ومعامل يونغ محول الطاقة والعمل محول الطاقة محول القوة محول الزمن محول السرعة الخطي محول الزاوية المسطحة الكفاءة الحرارية وكفاءة استهلاك الوقود محول الأرقام في أنظمة الأعداد المختلفة محول وحدات قياس كمية المعلومات أسعار العملات الملابس النسائية ومقاسات الأحذية الملابس الرجالية ومقاسات الأحذية السرعة الزاوية وتحويل تردد الدوران محول التسارع محول التسارع الزاوي محول الكثافة محول الحجم المحدد محول عزم القصور الذاتي محول عزم القوة محول عزم الدوران محول الحرارة النوعية للاحتراق (بالكتلة) كثافة الطاقة والحرارة النوعية للاحتراق المحول (بالحجم) محول فرق درجة الحرارة معامل محول التمدد الحراري محول المقاومة الحرارية محول التوصيل الحراري محول السعة الحرارية المحددة محول التعرض للطاقة والإشعاع الحراري محول طاقة التدفق الحراري محول معامل نقل الحرارة محول معدل التدفق الحجمي محول معدل التدفق الشامل محول معدل التدفق المولي محول كثافة التدفق الشامل محول التركيز المولي تركيز الكتلة في المحلول محول ديناميكي (مطلق) محول اللزوجة محول اللزوجة الحركية محول التوتر السطحي محول نفاذية البخار محول كثافة تدفق بخار الماء محول مستوى الصوت محول حساسية الميكروفون محول مستوى ضغط الصوت (SPL) محول مستوى ضغط الصوت مع مرجع محدد محول النصوع الضغط محول شدة الإضاءة محول الإضاءة رسومات الكمبيوتر محول الدقة التردد و محول الطول الموجي قوة الديوبتر والطول البؤري قوة الديوبتر وتكبير العدسة (×) محول الشحنة الكهربائية محول كثافة الشحنة الخطية محول كثافة الشحنة السطحية محول كثافة الشحنة الحجمية محول التيار الكهربائي محول كثافة التيار الخطي محول كثافة التيار السطحي محول قوة المجال الكهربائي محول الجهد الكهروستاتيكي محول المقاومة الكهربائية محول المقاومة الكهربائية محول الموصلية الكهربائية محول الموصلية الكهربائية السعة الكهربائية محول الحث محول قياس الأسلاك الأمريكية المستويات في dBm (dBm أو dBm)، dBV (dBV)، واط، إلخ. الوحدات محول القوة المغناطيسية محول قوة المجال المغناطيسي محول التدفق المغناطيسي محول الحث المغناطيسي الإشعاع. الإشعاع المؤين الممتص محول معدل الجرعة النشاط الإشعاعي. محول الاضمحلال الإشعاعي Radiation. محول جرعة التعرض للإشعاع. محول الجرعة الممتصة محول البادئة العشرية نقل البيانات محول وحدة الطباعة ومعالجة الصور محول وحدة حجم الأخشاب حساب الكتلة المولية جدول D. I. Mendeleev الدوري للعناصر الكيميائية

القيمة البدائية

القيمة المحولة

هيرتز إكساهيرتز بيتاهيرتز تيراهيرتز جيجاهيرتز كيلوهرتز هكتوهرتز ديكاهرتز ديسيهيرتز ميليهيرتز ميكروهرتز نانوهيرتز بيكوهيرتز فيمتوهرتز أتوهيرتز دورات في الثانية الطول الموجي في أجهزة قياس الطول الموجي في بيتاميترات الطول الموجي في تيرامتر الطول الموجي في كيلومترات الطول الموجي في هكتومترات موجات في ديسيمترات الطول الموجي في متر الطول الموجي في ديسيمترات الطول الموجي بالسنتيمتر الطول الموجي بالملليمتر الطول الموجي بالميكرومتر الطول الموجي كومبتون للإلكترون الطول الموجي كومبتون للبروتون الطول الموجي لنيوترون دورة في الثانية دورة في الدقيقة دورة في الساعة دورة في اليوم

حرارة نوعية

المزيد عن التردد والطول الموجي

معلومات عامة

تكرار

التردد هو الكمية التي تقيس عدد مرات تكرار عملية دورية معينة. في الفيزياء، يستخدم التردد لوصف خصائص العمليات الموجية. تردد الموجة هو عدد الدورات الكاملة لعملية الموجة لكل وحدة زمنية. وحدة التردد في SI هي هيرتز (هرتز). هيرتز واحد يساوي اهتزاز واحد في الثانية.

الطول الموجي

هناك العديد من أنواع الموجات المختلفة في الطبيعة، بدءًا من أمواج البحر التي تحركها الرياح وحتى الموجات الكهرومغناطيسية. تعتمد خصائص الموجات الكهرومغناطيسية على الطول الموجي. وتنقسم هذه الموجات إلى عدة أنواع:

• أشعة غامابأطوال موجية تصل إلى 0.01 نانومتر.
• الأشعة السينيةمع الطول الموجي - من 0.01 نانومتر إلى 10 نانومتر.
• أمواج نطاق الأشعة فوق البنفسجيةوالتي يتراوح طولها من 10 إلى 380 نانومتر. فهي غير مرئية للعين البشرية.
• ضوء في الجزء المرئي من الطيفبطول موجي 380-700 نانومتر.
• غير مرئية للناس الأشعة تحت الحمراءبأطوال موجية من 700 نانومتر إلى 1 ملم.
• وتتبع موجات الأشعة تحت الحمراء الميكروويفبأطوال موجية من 1 ملم إلى 1 متر.
• الأطول - موجات الراديو. طولها يبدأ من 1 متر.

هذه المقالة هي عن الإشعاع الكهرومغناطيسي، وخاصة الضوء. سنناقش فيه كيفية تأثير الطول الموجي والتردد على الضوء، بما في ذلك الطيف المرئي والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء.

الاشعاع الكهرومغناطيسي

الإشعاع الكهرومغناطيسي هو طاقة تتشابه خصائصها مع خصائص الموجات والجسيمات. وتسمى هذه الميزة ازدواجية الموجة والجسيم. تتكون الموجات الكهرومغناطيسية من موجة مغناطيسية وموجة كهربائية عمودية عليها.

طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي هي نتيجة لحركة الجسيمات التي تسمى الفوتونات. كلما زاد تردد الإشعاع، زاد نشاطه، وزاد الضرر الذي يمكن أن يسببه لخلايا وأنسجة الكائنات الحية. ويحدث هذا لأنه كلما زاد تردد الإشعاع، زادت الطاقة التي يحملها. تتيح لهم الطاقة الأكبر تغيير التركيب الجزيئي للمواد التي تعمل عليها. وهذا هو السبب في أن الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما ضارة جدًا بالحيوانات والنباتات. ويوجد جزء كبير من هذا الإشعاع في الفضاء. وهو موجود أيضًا على الأرض، على الرغم من أن طبقة الأوزون الموجودة في الغلاف الجوي المحيط بالأرض تحجب معظمها.

الإشعاع الكهرومغناطيسي والغلاف الجوي

يسمح الغلاف الجوي للأرض بمرور الإشعاع الكهرومغناطيسي فقط بتردد معين. معظم أشعة جاما والأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية وبعض الأشعة تحت الحمراء وموجات الراديو الطويلة يحجبها الغلاف الجوي للأرض. يمتصهم الجو ولا يسمح لهم بالمرور أكثر. تنعكس بعض الموجات الكهرومغناطيسية، وخاصة إشعاع الموجات القصيرة، من طبقة الأيونوسفير. جميع الإشعاعات الأخرى تصل إلى سطح الأرض. يوجد إشعاع في الطبقات العليا من الغلاف الجوي، أي أبعد عن سطح الأرض، منه في الطبقات السفلية. لذلك، كلما ارتفعت إلى أعلى، كلما زادت خطورة تواجد الكائنات الحية هناك بدون بدلات واقية.

يسمح الغلاف الجوي لكمية صغيرة من الأشعة فوق البنفسجية بالوصول إلى الأرض، وهي ضارة بالجلد. بسبب الأشعة فوق البنفسجية يتعرض الناس لحروق الشمس ويمكن أن يصابوا بسرطان الجلد. ومن ناحية أخرى، فإن بعض الأشعة التي ينقلها الغلاف الجوي تكون مفيدة. على سبيل المثال، تُستخدم الأشعة تحت الحمراء التي تصل إلى سطح الأرض في علم الفلك - حيث تراقب التلسكوبات العاملة بالأشعة تحت الحمراء الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من الأجسام الفلكية. كلما كنت أعلى من سطح الأرض، كلما زادت الأشعة تحت الحمراء، ولهذا السبب غالبًا ما يتم تركيب التلسكوبات على قمم الجبال والارتفاعات الأخرى. في بعض الأحيان يتم إرسالها إلى الفضاء لتحسين رؤية الأشعة تحت الحمراء.

العلاقة بين التردد والطول الموجي

التردد والطول الموجي يتناسبان عكسيا مع بعضهما البعض. وهذا يعني أنه كلما زاد الطول الموجي، انخفض التردد، والعكس صحيح. من السهل أن نتخيل: إذا كان تردد تذبذب عملية الموجة مرتفعا، فإن الوقت بين التذبذبات يكون أقصر بكثير من الموجات التي يكون تردد تذبذبها أقل. إذا تخيلت موجة على الرسم البياني، فإن المسافة بين قمتها ستكون أصغر، وكلما زادت التذبذبات التي تحدثها في فترة زمنية معينة.

لتحديد سرعة انتشار الموجة في وسط ما، من الضروري ضرب تردد الموجة في طولها. تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ دائمًا بنفس السرعة. وتعرف هذه السرعة بسرعة الضوء. وتساوي 299 792 458 مترًا في الثانية.

ضوء

الضوء المرئي عبارة عن موجات كهرومغناطيسية لها تردد وطول موجي يحددان لونها.

الطول الموجي واللون

أقصر طول موجي للضوء المرئي هو 380 نانومتر. وهو اللون البنفسجي، يليه الأزرق فالسماوي، ثم الأخضر فالأصفر فالبرتقالي وأخيراً الأحمر. يتكون الضوء الأبيض من جميع الألوان في وقت واحد، أي أن الأجسام البيضاء تعكس جميع الألوان. ويمكن رؤية ذلك باستخدام المنشور. ينكسر الضوء الداخل إليه ويرتب في شريط من الألوان بنفس التسلسل كما في قوس قزح. هذا التسلسل يبدأ من الألوان ذات الطول الموجي الأقصر إلى الأطول. يسمى اعتماد سرعة انتشار الضوء في المادة على الطول الموجي بالتشتت.

يتم تشكيل قوس قزح بطريقة مماثلة. قطرات الماء المنتشرة في الغلاف الجوي بعد المطر تتصرف بنفس طريقة المنشور وتكسر كل موجة. تعد ألوان قوس قزح مهمة جدًا لدرجة أن العديد من اللغات لديها أساليب تقوية، أي تقنية لتذكر ألوان قوس قزح بسيطة جدًا لدرجة أنه حتى الأطفال يمكنهم تذكرها. يعرف العديد من الأطفال الذين يتحدثون الروسية أن "كل صياد يريد أن يعرف أين يجلس الدراج". يبتكر بعض الأشخاص أساليب استذكار خاصة بهم، وهذا تمرين مفيد بشكل خاص للأطفال، لأنه من خلال ابتكار طريقتهم الخاصة لتذكر ألوان قوس قزح، سوف يتذكرونها بشكل أسرع.

الضوء الذي تكون العين البشرية أكثر حساسية له هو الضوء الأخضر، ويبلغ طوله الموجي 555 نانومتر في البيئات المضيئة و505 نانومتر في الشفق والظلام. لا تستطيع جميع الحيوانات تمييز الألوان. القطط، على سبيل المثال، ليس لديها رؤية ملونة متطورة. ومن ناحية أخرى، ترى بعض الحيوانات الألوان أفضل بكثير من البشر. على سبيل المثال، ترى بعض الأنواع الضوء فوق البنفسجي والأشعة تحت الحمراء.

انعكاس الضوء

يتم تحديد لون الجسم من خلال الطول الموجي للضوء المنعكس من سطحه. تعكس الأجسام البيضاء جميع موجات الطيف المرئي، بينما الأجسام السوداء، على العكس من ذلك، تمتص جميع الموجات ولا تعكس شيئًا.

الماس هو أحد المواد الطبيعية ذات معامل التشتت العالي. يعكس الماس المعالج بشكل صحيح الضوء من كل من الوجوه الخارجية والداخلية، مما يؤدي إلى انكساره، تمامًا مثل المنشور. ومن المهم أن ينعكس معظم هذا الضوء إلى الأعلى باتجاه العين، وليس إلى الأسفل مثلاً داخل الإطار حيث لا يكون مرئياً. ونظرًا لتشتتها العالي، يلمع الماس بشكل جميل جدًا في الشمس وتحت الضوء الاصطناعي. قطع الزجاج بنفس الطريقة التي يلمع بها الماس أيضًا، ولكن ليس بنفس القدر. وذلك لأن الماس، بسبب تركيبه الكيميائي، يعكس الضوء بشكل أفضل بكثير من الزجاج. تعتبر الزوايا المستخدمة عند قطع الماس ذات أهمية قصوى لأن الزوايا الحادة جدًا أو المنفرجة جدًا إما تمنع الضوء من الانعكاس على الجدران الداخلية أو تعكس الضوء إلى الترصيع، كما هو موضح في الرسم التوضيحي.

التحليل الطيفي

يُستخدم أحيانًا التحليل الطيفي أو التحليل الطيفي لتحديد التركيب الكيميائي للمادة. تعتبر هذه الطريقة جيدة بشكل خاص إذا لم يكن من الممكن إجراء التحليل الكيميائي للمادة من خلال العمل معها مباشرة، على سبيل المثال، عند تحديد التركيب الكيميائي للنجوم. بمعرفة الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يمتصه الجسم، يمكن تحديد مكوناته. يحدد مطياف الامتصاص، وهو أحد فروع التحليل الطيفي، كمية الإشعاع التي يمتصها الجسم. يمكن إجراء مثل هذا التحليل عن بعد، لذلك غالبا ما يستخدم في علم الفلك، وكذلك في العمل مع المواد السامة والخطرة.

تحديد وجود الإشعاع الكهرومغناطيسي

الضوء المرئي، مثل كل الإشعاع الكهرومغناطيسي، هو طاقة. كلما زادت الطاقة المنبعثة، أصبح من الأسهل قياس هذا الإشعاع. وتتناقص كمية الطاقة المنبعثة مع زيادة الطول الموجي. الرؤية ممكنة على وجه التحديد لأن الناس والحيوانات يتعرفون على هذه الطاقة ويشعرون بالفرق بين الإشعاع بأطوال موجية مختلفة. تنظر العين إلى الإشعاع الكهرومغناطيسي ذو الأطوال المختلفة على أنه ألوان مختلفة. وفقًا لهذا المبدأ، لا تعمل عيون الحيوانات والبشر فحسب، بل تعمل أيضًا التقنيات التي ابتكرها البشر لمعالجة الإشعاع الكهرومغناطيسي.

ضوء مرئي

يرى الناس والحيوانات نطاقًا واسعًا من الإشعاع الكهرومغناطيسي. على سبيل المثال، يتفاعل معظم الناس والحيوانات مع ذلك ضوء مرئيوتستجيب بعض الحيوانات أيضًا للأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء. القدرة على تمييز الألوان غير موجودة في جميع الحيوانات - فبعضها يرى فقط الفرق بين الأسطح الفاتحة والداكنة. يحدد دماغنا اللون بهذه الطريقة: تدخل فوتونات الإشعاع الكهرومغناطيسي العين إلى شبكية العين، وتمر عبرها، وتثير المخاريط، ومستقبلات العين الضوئية. ونتيجة لذلك، تنتقل الإشارة عبر الجهاز العصبي إلى الدماغ. بالإضافة إلى المخاريط، تحتوي العيون أيضًا على مستقبلات ضوئية وقضبان أخرى، لكنها غير قادرة على تمييز الألوان. والغرض منها هو تحديد سطوع وشدة الضوء.

عادة ما يكون هناك عدة أنواع من المخاريط في العين. لدى البشر ثلاثة أنواع، كل منها يمتص فوتونات الضوء ضمن أطوال موجية معينة. عند امتصاصها، يحدث تفاعل كيميائي، ونتيجة لذلك يتم إرسال نبضات عصبية بمعلومات حول الطول الموجي إلى الدماغ. تتم معالجة هذه الإشارات بواسطة القشرة البصرية للدماغ. هذه هي منطقة الدماغ المسؤولة عن إدراك الصوت. كل نوع من المخاريط مسؤول عن أطوال موجية ذات طول معين فقط، لذلك للحصول على صورة كاملة للون، يتم جمع المعلومات الواردة من جميع المخاريط معًا.

بعض الحيوانات لديها أنواع من المخاريط أكثر من البشر. على سبيل المثال، تحتوي بعض أنواع الأسماك والطيور على أربعة إلى خمسة أنواع. ومن المثير للاهتمام أن إناث بعض الحيوانات لديها أنواع من المخاريط أكثر من الذكور. بعض الطيور، مثل طيور النورس، التي تصطاد فرائسها في الماء أو على سطحه، تحتوي على قطرات زيت صفراء أو حمراء داخل مخاريطها تعمل كمرشح. وهذا يساعدهم على رؤية المزيد من الألوان. تم تصميم عيون الزواحف بطريقة مماثلة.

ضوء الأشعة تحت الحمراء

الثعابين، على عكس البشر، ليس لديها مستقبلات بصرية فحسب، بل لديها أيضًا أعضاء حسية تستجيب لها الأشعة تحت الحمراء. أنها تمتص طاقة الأشعة تحت الحمراء، أي أنها تتفاعل مع الحرارة. تستجيب بعض الأجهزة، مثل أجهزة الرؤية الليلية، أيضًا للحرارة الناتجة عن باعث الأشعة تحت الحمراء. وتستخدم هذه الأجهزة من قبل الجيش، وكذلك لضمان سلامة وأمن المباني والأراضي. الحيوانات التي ترى الأشعة تحت الحمراء، والأجهزة التي يمكنها التعرف عليها، لا ترى فقط الأشياء الموجودة في مجال رؤيتها في الوقت الحالي، ولكن أيضًا آثار الأشياء أو الحيوانات أو الأشخاص الذين كانوا هناك من قبل، إذا لم يمر وقت طويل . الكثير من الوقت. على سبيل المثال، يمكن للثعابين معرفة ما إذا كانت القوارض تحفر حفرة في الأرض، ويمكن لضباط الشرطة الذين يستخدمون أجهزة الرؤية الليلية معرفة ما إذا كان الدليل على جريمة، مثل المال أو المخدرات أو أي شيء آخر، قد تم إخفاؤه مؤخرًا في الأرض . وتستخدم أجهزة تسجيل الأشعة تحت الحمراء في التلسكوبات، وكذلك لفحص الحاويات والكاميرات للتأكد من عدم وجود تسربات. بمساعدتهم، يمكن رؤية موقع تسرب الحرارة بوضوح. في الطب، يتم استخدام صور الأشعة تحت الحمراء لأغراض التشخيص. في تاريخ الفن - تحديد ما تم تصويره تحت الطبقة العليا من الطلاء. تستخدم أجهزة الرؤية الليلية لحماية المباني.

ضوء الأشعة فوق البنفسجية

ترى بعض الأسماك ضوء الأشعة فوق البنفسجية. تحتوي عيونهم على صبغة حساسة للأشعة فوق البنفسجية. يحتوي جلد السمك على مناطق تعكس الأشعة فوق البنفسجية، غير مرئية للإنسان والحيوانات الأخرى - والتي غالبا ما تستخدم في مملكة الحيوان لتحديد جنس الحيوانات، وكذلك لأغراض اجتماعية. كما ترى بعض الطيور الأشعة فوق البنفسجية. هذه المهارة مهمة بشكل خاص خلال موسم التزاوج، عندما تبحث الطيور عن شركاء محتملين. كما أن أسطح بعض النباتات تعكس الأشعة فوق البنفسجية بشكل جيد، والقدرة على رؤيتها تساعد في العثور على الغذاء. وبالإضافة إلى الأسماك والطيور، ترى بعض الزواحف الضوء فوق البنفسجي، مثل السلاحف والسحالي والإغوانا الخضراء (موضحة).

العين البشرية، مثل عيون الحيوانات، تمتص الضوء فوق البنفسجي ولكنها لا تستطيع معالجته. أما عند الإنسان فهو يدمر الخلايا الموجودة في العين، وخاصة في القرنية والعدسة. وهذا بدوره يسبب أمراضًا مختلفة وحتى العمى. على الرغم من أن الأشعة فوق البنفسجية ضارة بالرؤية، إلا أن البشر والحيوانات يحتاجون إلى كميات صغيرة لإنتاج فيتامين د. تُستخدم الأشعة فوق البنفسجية، مثل الأشعة تحت الحمراء، في العديد من الصناعات، على سبيل المثال في الطب للتطهير، وفي علم الفلك لمراقبة النجوم والأجسام الأخرى وفي الكيمياء لتصلب المواد السائلة، وكذلك للتصور، أي لإنشاء مخططات لتوزيع المواد في مساحة معينة. وبمساعدة الأشعة فوق البنفسجية، يتم اكتشاف الأوراق النقدية والتصاريح المزيفة إذا كانت تحتوي على أحرف مطبوعة عليها بحبر خاص يمكن التعرف عليها باستخدام الأشعة فوق البنفسجية. في حالة تزوير المستندات، لا يساعد مصباح الأشعة فوق البنفسجية دائمًا، نظرًا لأن المجرمين يستخدمون أحيانًا المستند الحقيقي ويستبدلون الصورة أو المعلومات الأخرى الموجودة عليه، بحيث تبقى علامة مصباح الأشعة فوق البنفسجية. هناك أيضًا العديد من الاستخدامات الأخرى للضوء فوق البنفسجي.

عمى الألوان

بسبب عيوب الرؤية، لا يتمكن بعض الأشخاص من تمييز الألوان. تُسمى هذه المشكلة بعمى الألوان أو عمى الألوان، وقد سُميت على اسم الشخص الذي وصف خاصية الرؤية هذه لأول مرة. في بعض الأحيان لا يرى الناس الألوان إلا عند طول موجي معين، وأحيانًا لا يرون الألوان على الإطلاق. غالبًا ما يكون السبب هو وجود مستقبلات ضوئية غير متطورة أو تالفة، ولكن في بعض الحالات تكون المشكلة هي تلف المسارات العصبية مثل القشرة البصرية، حيث تتم معالجة معلومات الألوان. في كثير من الحالات، تسبب هذه الحالة إزعاجًا ومشاكل للأشخاص والحيوانات، لكن في بعض الأحيان يكون عدم القدرة على تمييز الألوان، على العكس من ذلك، ميزة. وهذا ما تؤكده حقيقة أنه على الرغم من سنوات التطور العديدة، فإن العديد من الحيوانات لم تطور رؤية الألوان. على سبيل المثال، يستطيع الأشخاص والحيوانات المصابون بعمى الألوان رؤية تمويه الحيوانات الأخرى بوضوح.

على الرغم من فوائد عمى الألوان، إلا أنه يعتبر مشكلة في المجتمع، كما أن بعض المهن تكون مغلقة أمام المصابين بعمى الألوان. وهم عادة لا يستطيعون الحصول على الحقوق الكاملة للطيران بالطائرة دون قيود. في العديد من البلدان، يوجد لدى هؤلاء الأشخاص أيضًا قيود على رخصة القيادة الخاصة بهم، وفي بعض الحالات لا يمكنهم الحصول على رخصة على الإطلاق. لذلك، لا يمكنهم دائمًا العثور على وظيفة يحتاجون فيها إلى قيادة سيارة أو طائرة أو مركبات أخرى. كما أنهم يواجهون صعوبة في العثور على وظائف تكون فيها القدرة على تحديد الألوان واستخدامها أمرًا مهمًا. على سبيل المثال، يجدون صعوبة في أن يصبحوا مصممين، أو العمل في بيئة يتم فيها استخدام اللون كإشارة (على سبيل المثال، للخطر).

يجري العمل على خلق ظروف أكثر ملاءمة للأشخاص الذين يعانون من عمى الألوان. على سبيل المثال، هناك جداول تتوافق فيها الألوان مع الإشارات، وفي بعض الدول تستخدم هذه العلامات في المؤسسات والأماكن العامة إلى جانب اللون. لا يستخدم بعض المصممين الألوان أو يحدون من استخدامها لنقل المعلومات المهمة في عملهم. بدلاً من اللون أو معه، يستخدمون السطوع والنص ووسائل أخرى لتسليط الضوء على المعلومات حتى يتمكن الأشخاص الذين يعانون من عمى الألوان من تلقي المعلومات التي ينقلها المصمم بشكل كامل. في معظم الحالات، لا يستطيع الأشخاص المصابون بعمى الألوان التمييز بين اللون الأحمر والأخضر، لذلك يستبدل المصممون أحيانًا مزيج "الأحمر = خطر، الأخضر = حسنًا" بالأحمر والأزرق. تسمح لك معظم أنظمة التشغيل أيضًا بضبط الألوان حتى يتمكن الأشخاص المصابون بعمى الألوان من رؤية كل شيء.

اللون في رؤية الآلة

تعد رؤية الكمبيوتر الملونة فرعًا سريع النمو من الذكاء الاصطناعي. حتى وقت قريب، تم تنفيذ معظم العمل في هذا المجال باستخدام صور أحادية اللون، ولكن الآن تعمل المزيد والمزيد من المختبرات العلمية على الألوان. تُستخدم أيضًا بعض الخوارزميات الخاصة بالعمل مع الصور أحادية اللون لمعالجة الصور الملونة.

طلب

تُستخدم الرؤية الحاسوبية في عدد من الصناعات، مثل التحكم في الروبوتات، والسيارات ذاتية القيادة، والمركبات الجوية بدون طيار. وهو مفيد في مجال الأمن، على سبيل المثال، للتعرف على الأشخاص والأشياء من الصور الفوتوغرافية، وللبحث في قواعد البيانات، وتتبع حركة الأشياء حسب لونها، وما إلى ذلك. يتيح تحديد موقع الأجسام المتحركة للكمبيوتر تحديد الاتجاه الذي ينظر إليه الشخص أو متابعة حركة السيارات والأشخاص والأيدي والأشياء الأخرى.

لتحديد الكائنات غير المألوفة بشكل صحيح، من المهم معرفة شكلها وخصائصها الأخرى، لكن المعلومات حول اللون ليست مهمة جدًا. عند العمل مع كائنات مألوفة، فإن اللون، على العكس من ذلك، يساعد على التعرف عليها بشكل أسرع. يعد العمل بالألوان أمرًا مريحًا أيضًا لأنه يمكن الحصول على معلومات الألوان حتى من الصور ذات الدقة المنخفضة. يتطلب التعرف على شكل الجسم، بدلاً من لونه، دقة عالية. يتيح لك العمل بالألوان بدلاً من شكل الكائن تقليل وقت معالجة الصور واستخدام موارد كمبيوتر أقل. يساعد اللون على التعرف على الأشياء التي لها نفس الشكل، ويمكن استخدامه أيضًا كإشارة أو إشارة (على سبيل المثال، اللون الأحمر هو إشارة خطر). وفي هذه الحالة لا تحتاج إلى التعرف على شكل هذه العلامة أو النص المكتوب عليها. هناك العديد من الأمثلة المثيرة للاهتمام حول استخدام رؤية الآلة الملونة على موقع YouTube.

معالجة معلومات اللون

يتم تحميل الصور التي يعالجها الكمبيوتر بواسطة المستخدمين أو يتم التقاطها بواسطة الكاميرا المدمجة. يتم إتقان عملية التصوير الرقمي وتصوير الفيديو بشكل جيد، إلا أن معالجة هذه الصور، وخاصة الملونة، تصاحبها العديد من الصعوبات، والتي لم يتم حل الكثير منها بعد. ويرجع ذلك إلى أن رؤية الألوان عند الإنسان والحيوان معقدة للغاية، وإنشاء رؤية حاسوبية مثل الرؤية البشرية ليس بالأمر السهل. تعتمد الرؤية، مثل السمع، على التكيف مع البيئة. إن إدراك الصوت لا يعتمد فقط على التردد وضغط الصوت ومدته، بل يعتمد أيضًا على وجود أو عدم وجود أصوات أخرى في البيئة. وينطبق الشيء نفسه على الرؤية - فإدراك اللون لا يعتمد فقط على التردد والطول الموجي، ولكن أيضًا على خصائص البيئة. على سبيل المثال، تؤثر ألوان الأشياء المحيطة على إدراكنا للون.

ومن الناحية التطورية، فإن هذا التكيف ضروري لمساعدتنا على التعود على البيئة والتوقف عن الاهتمام بالعناصر التافهة، وتوجيه اهتمامنا الكامل إلى ما يتغير في البيئة. يعد ذلك ضروريًا حتى تتمكن من ملاحظة الحيوانات المفترسة والعثور على الطعام بسهولة أكبر. في بعض الأحيان تحدث أوهام بصرية بسبب هذا التكيف. على سبيل المثال، اعتمادًا على لون الأجسام المحيطة، فإننا ندرك لون جسمين بشكل مختلف، حتى عندما يعكسان الضوء بنفس الطول الموجي. يوضح الرسم التوضيحي مثالاً على هذا الوهم البصري. يبدو المربع البني الموجود أعلى الصورة (الصف الثاني، العمود الثاني) أفتح من المربع البني الموجود أسفل الصورة (الصف الخامس، العمود الثاني). في الواقع، ألوانهم هي نفسها. وحتى مع معرفتنا بذلك، ما زلنا نعتبرها ألوانًا مختلفة. نظرًا لأن إدراكنا للألوان معقد جدًا، فمن الصعب على المبرمجين وصف كل هذه الفروق الدقيقة في خوارزميات رؤية الكمبيوتر. وعلى الرغم من هذه الصعوبات، فقد حققنا الكثير في هذا المجال.

تم تحرير مقالات محول الوحدات وتوضيحها بواسطة أناتولي زولوتكوف

هل تجد صعوبة في ترجمة وحدات القياس من لغة إلى أخرى؟ الزملاء على استعداد لمساعدتك. انشر سؤالاً في TCTermsوفي غضون دقائق قليلة سوف تتلقى إجابة.

في الفيزياء، تنتقل الطاقة الصوتية عبر موجات لها قدرة فريدة على الانتشار في أي وسط. إن التنوع والعدد الهائل من العمليات الموجية لا يسمح للعلماء بتحديد الخصائص الرئيسية للموجات، حيث يوجد من بينها أيضًا أنواع بسيطة تهتم بالطاقة. إنها فريدة من نوعها من حيث أنها يمكن أن تمتد عبر الفراغ المطلق.

التعريف 1

الطول الموجي هو مسافة محددة بين موجتين إشارة متباعدتين.

لتحديد الطول الكامل لعمليات الموجة بدقة، من الضروري في البداية قياس المسافة بين نقطتين متجاورتين من الموجتين. غالبًا ما يحدد الفيزيائيون هذه القيمة باستخدام الفجوة بين قمم الموجات القريبة من بعضها البعض.

الطول الموجي له علاقة مباشرة بتردد التيار المنبثق من الإشارة. كلما زاد ثبات عنصر معين، كلما قصر طول العملية الموجية في النهاية. ويرجع هذا الخضوع إلى الزيادة السريعة في العدد الإجمالي لتكرارات موجة الإشارة خلال فترة زمنية مع انخفاض الطول الموجي غير المستقر.

بالنسبة لموجات دي برولي يمكن حساب هذا المؤشر على النحو التالي:

$\LARGE \lambda =\frac(h)(p )$

وإذا كنت بحاجة إلى تحديد صيغة أكثر دقة للعنصر المتغير في المجال الكهرومغناطيسي أو الهواء، فيمكنك استخدام النظرية التالية، حيث

$\LARGE \lambda =\frac(c)(\nu )=\frac(299792458)(\nu )$

تستخدم هنا:

• $\lambda$ - طول الموجة نفسها؛
• $\upsilon$ - سرعة الموجة الثابتة؛
• $T$ - فترة معينة من الموجة؛
• $\nu$ - تردد التذبذبات العامة؛
• $h$ - شريط ثابت؛
• $p$ - دفعة العنصر؛
• $c$ هي سرعة الضوء.

ومن الجدير بالذكر أن فرع الفيزياء الذي يهتم بدراسة الموجات الصوتية يسمى الصوتيات. بالنسبة للناس، يعد الصوت المصدر الرئيسي للمعلومات المهمة.

التعريف 2

الصوت عبارة عن فترة موجية محددة لها أصل ميكانيكي وتنتشر في الفضاء الغازي والصلب.

لا يمكن رؤيتها، لكنها حساسة للغاية للأذن البشرية.

سرعة الموجة في الفيزياء

الشكل 2. السرعة والطول الموجي. Avtor24 - تبادل أعمال الطلاب عبر الإنترنت

تنتشر أي عملية موجية بسرعة معينة. تعتبر سرعة الموجة مؤشرا عاما لانتشار الفعل المضاد. على سبيل المثال، تشكل الضربة على نهاية قضيب معدني ضغطًا محليًا قويًا فيه، والذي سيتحرك بعد ذلك على طول الانجراف بسرعة 10 كم/ثانية تقريبًا.

ويمكن تحديد سرعة الموجة من خلال خصائص البيئة التي تحدث فيها هذه العملية. عندما تتحول موجة من فضاء إلى آخر، تتغير سرعتها بشكل كبير.

في الفيزياء، يشير الطول الموجي إلى المسافة التي يمكن أن تنتشر خلالها الموجة في زمن يساوي إجمالي فترة التذبذبات فيها.

التعريف 3

سرعة الموجة هي قيمة مطلقة وثابتة لوسط معين، تساوي حاصل ضرب سرعتها وزمن تعميمها.

وبالتالي، من أجل قياس الطول الموجي، من الضروري ضرب سرعة عملية الموجة في مرحلة تذبذباتها فيها: حيث $v$ هي سرعة موجة معينة، $T$ هي فترة التذبذبات العامة في الموجة، $\lambda$ هو طول الموجة نفسها.

تحدد هذه الصيغة العلاقة بين الطول الموجي وسرعته ومرحلته. بالنظر إلى أن الفاصل الزمني للتذبذبات في العمليات الموجية يتناسب دائمًا مع التردد، فيمكن القول بأن سرعة الموجة تساوي إنشاء طول التذبذبات فيها بتردد ثابت.

ملاحظة 1

الموجات قادرة على نقل القوة والطاقة، ولها أيضًا خصوصية، مما يساعد إحدى العمليات الموجية على عدم التأثير على اهتزازات أخرى.

ونتيجة لذلك، يمكن بسهولة أن يحدث هذان التحبيبان بالتوازي ولا يتداخلان مع بعضهما البعض.

أنواع الموجات

تنقل الموجات، من وجهة نظر فيزيائية، طاقة صوتية عامة يمكن أن توجد بسهولة في أي بيئة. ونظرًا لتنوع العمليات الموجية الموجودة، فمن المستحيل تحديدها بدقة وإبراز الخصائص الرئيسية التي تنفرد بها هذه الظاهرة.

للعملية الموجية طبيعة متعددة الأوجه في الفيزياء، منها:

• المواد الكيميائية؛
• ميكانيكي؛
• الكهرومغناطيسي؛
• موجة تدور
• الجاذبية.
• كثافة الاحتمال.

حصل علماء أمريكيون قبل عامين على جائزة نوبل لاختراعهم كاشفًا فريدًا قادرًا على قياس هذه المؤشرات بدقة. اكتشف جهاز في مرصد موجات الجاذبية بالليزر موجة جاذبية لأول مرة. استغرق الأمر أكثر من مليار سنة حتى يصل هذا النوع من الموجات إلى كوكبنا. بعيدًا عن الأفق المرئي للمجرة، حدث تصادم قوي بين ثقبين أسودين، وبعد مرور مليار ونصف المليار سنة.

تعتبر الموجات الصوتية من الموجات التي يمكن للأذن البشرية إدراكها بسهولة. يتراوح نطاق هذه الترددات بين 20 هرتز و 20 كيلو هرتز تقريبًا، وتسمى العمليات الموجية ذات التردد الأقل من هذه المؤشرات بالموجات فوق الصوتية، وبتردد أكثر من 20 كيلو هرتز - الموجات فوق الصوتية. يمكن العثور على الموجات الصوتية ليس فقط في الغاز، ولكن أيضًا في السوائل وفي حالات أخرى. ومع ذلك، فإن الموجات الموجودة في الفضاء الغازي - موطننا - لها أهمية خاصة.

أنواع الموجة

تم تجهيز جميع الاهتزازات الصوتية بسعة ثابتة ومرحلة وتردد. يمكن للأصوات أن تنتقل لمسافات مختلفة تماما، ثم تنتقل في الفضاء في شكل اهتزازات ميكانيكية معينة لجزيئات مادة معينة. وتنتشر تدريجيًا، ولكن بسرعة معينة، ثم تختفي على الفور. تعتمد سرعتها بشكل مباشر على الوسط الذي توجد فيه: في الحالات السائلة والصلبة، تمتد عملية الصوت بشكل أفضل وأسرع من الهواء.

أنواع الموجات هي كما يلي:

• الجري - يتحدد بالفترة والسرعة والطول، ويتميز أيضًا بانتشار الأطوار في الزمن المكاني، اعتمادًا على التردد والوسيط؛
• الوقوف - يعني مجموع موجتين: المنعكسة والحادثة، والتي يتطلب تكوينها نفس شدة عمليات الموجة؛
• الصوت - يتميز بعامل مهم، لأنه فقط بفضل هذا النوع من الموجات يمكن للأشخاص التواصل وتلقي المعلومات اللازمة.

وبشكل عام يمكن أن نستنتج أن سبب جميع العمليات الصوتية هو الاهتزازات، وأن الانتشار المستقر للصوت يتطلب مساحة معينة؛ ومصدر هذه الظاهرة هو جسم له خاصية التذبذب والاهتزاز بالتردد الصحيح والثابت.

ومع ذلك، ليس كل جسم مادي يتحرك يمكن أن يكون مصدرًا للصوت. هناك حقيقة مثيرة للاهتمام من التاريخ وهي أن توسيع الموجات فوق الصوتية عبر مسافات شاسعة يجعل من الممكن التنبؤ بالكوارث الطبيعية بشكل أكثر دقة. والحيوانات البحرية، مثل جراد البحر أو قناديل البحر، حساسة للغاية لهذه العمليات، وبالتالي فهي قادرة على توقعها قبل أيام قليلة من بداية العاصفة والاختباء في مكان آمن. تمثل الأصوات أيضًا ترددات الاهتزاز التوافقية والمطلقة.

أثناء دراستك لهذا القسم، يرجى أن تضع في اعتبارك ذلك التقلباتيتم وصف الطبيعة الفيزيائية المختلفة من المواقف الرياضية الشائعة. من الضروري هنا أن نفهم بوضوح مفاهيم مثل التذبذب التوافقي، والطور، وفرق الطور، والسعة، والتردد، وفترة التذبذب.

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه في أي نظام تذبذب حقيقي توجد مقاومة للوسط، أي. سيتم تثبيط التذبذبات. لتوصيف تخميد التذبذبات، تم تقديم معامل التخميد وتناقص التخميد اللوغاريتمي.

إذا حدثت تذبذبات تحت تأثير قوة خارجية متغيرة بشكل دوري، فإن هذه التذبذبات تسمى قسرية. وسوف تكون غير مخمد. يعتمد مدى الاهتزازات القسرية على تردد القوة الدافعة. مع اقتراب تردد الاهتزازات القسرية من تردد التذبذبات الطبيعية، يزداد اتساع التذبذبات القسرية بشكل حاد. وتسمى هذه الظاهرة الرنين.

عند الانتقال إلى دراسة الموجات الكهرومغناطيسية، عليك أن تفهم ذلك بوضوحموجه كهرومغناطيسيةهو مجال كهرومغناطيسي ينتشر في الفضاء. أبسط نظام يصدر موجات كهرومغناطيسية هو ثنائي القطب الكهربائي. إذا تعرض ثنائي القطب لاهتزازات توافقية، فإنه يصدر موجة أحادية اللون.

جدول الصيغة: التذبذبات والأمواج

ما هي موجات الراديو

موجات الراديو هي موجات كهرومغناطيسية تنتقل عبر الفضاء بسرعة الضوء (300000 كم/ثانية). وبالمناسبة، فإن الضوء أيضًا عبارة عن موجات كهرومغناطيسية لها خصائص مشابهة لموجات الراديو (الانعكاس، والانكسار، والتوهين، وما إلى ذلك).

تحمل موجات الراديو الطاقة المنبعثة من المذبذب الكهرومغناطيسي عبر الفضاء. وتولد عندما يتغير المجال الكهربائي، على سبيل المثال، عندما يمر تيار كهربائي متناوب عبر موصل أو عندما تقفز الشرارات في الفضاء، أي. سلسلة من النبضات الحالية المتعاقبة بسرعة.

يتميز الإشعاع الكهرومغناطيسي بالتردد والطول الموجي وقوة الطاقة المنقولة. يوضح تردد الموجات الكهرومغناطيسية عدد المرات التي يتغير فيها اتجاه التيار الكهربائي في الباعث في الثانية، وبالتالي، عدد المرات التي يتغير فيها حجم المجالين الكهربائي والمغناطيسي في الثانية عند كل نقطة في الفضاء. يتم قياس التردد بالهرتز (هرتز)، وهي وحدة سميت على اسم العالم الألماني الكبير هاينريش رودولف هيرتز. 1 هرتز هو اهتزاز واحد في الثانية، 1 ميجا هرتز هو مليون ذبذبة في الثانية. ومع العلم أن سرعة الموجات الكهرومغناطيسية تساوي سرعة الضوء، يمكننا تحديد المسافة بين النقاط في الفضاء التي يكون فيها المجال الكهربائي (أو المغناطيسي) في نفس الطور. وتسمى هذه المسافة الطول الموجي. يتم حساب الطول الموجي بالأمتار باستخدام الصيغة:

أو تقريبًا
حيث f هو تردد الإشعاع الكهرومغناطيسي بالميجاهرتز.

توضح الصيغة أن، على سبيل المثال، تردد 1 ميجا هرتز يتوافق مع طول موجة تقريبًا. 300 م مع زيادة التردد يقل الطول الموجي مع انخفاض - احزر بنفسك. سنرى لاحقًا أن الطول الموجي يؤثر بشكل مباشر على طول هوائي الاتصالات اللاسلكية.

تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية بحرية عبر الهواء أو الفضاء الخارجي (الفراغ). أما إذا التقى سلك معدني أو هوائي أو أي جسم موصل آخر في طريق الموجات، فإنها تتخلى عن طاقتها إليه، وبالتالي يحدث تيار كهربائي متناوب في هذا الموصل. ولكن ليس كل الطاقة الموجية يمتصها الموصل؛ فجزء منها ينعكس عن سطحه ويعود أو يتناثر في الفضاء. وبالمناسبة، هذا هو أساس استخدام الموجات الكهرومغناطيسية في الرادار.

خاصية أخرى مفيدة للموجات الكهرومغناطيسية هي قدرتها على الانحناء حول عوائق معينة في طريقها. لكن هذا ممكن فقط عندما تكون أبعاد الجسم أصغر من الطول الموجي أو قابلة للمقارنة به. على سبيل المثال، من أجل الكشف عن طائرة، يجب أن يكون طول موجة الراديو المحددة للموقع أقل من أبعادها الهندسية (أقل من 10 أمتار). إذا كان الجسم أطول من الطول الموجي، فإنه يمكن أن يعكسه. لكنها قد لا تعكس ذلك. ولنتأمل هنا تكنولوجيا التخفي العسكرية، التي تستخدم أشكالاً هندسية، ومواد ممتصة للإشعاع، وطلاءات للحد من رؤية الأشياء لأجهزة تحديد المواقع.

تعتمد الطاقة التي تحملها الموجات الكهرومغناطيسية على قوة المولد (الباعث) والمسافة إليه. من الناحية العلمية، يبدو الأمر كما يلي: تدفق الطاقة لكل وحدة مساحة يتناسب طرديًا مع قوة الإشعاع ويتناسب عكسيًا مع مربع المسافة إلى الباعث. وهذا يعني أن نطاق الاتصال يعتمد على قوة المرسل، ولكن إلى حد أكبر بكثير على المسافة إليه.

توزيع الطيف

تشغل موجات الراديو المستخدمة في هندسة الراديو المنطقة، أو بشكل أكثر علمية، من الطيف من 10000 متر (30 كيلو هرتز) إلى 0.1 ملم (3000 جيجا هرتز). وهذا ليس سوى جزء من الطيف الواسع من الموجات الكهرومغناطيسية. تتبع موجات الراديو (ذات الطول المتناقص) الأشعة الحرارية أو الأشعة تحت الحمراء. يتبعها قسم ضيق من موجات الضوء المرئي، ثم طيف من الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما - كل هذه اهتزازات كهرومغناطيسية من نفس الطبيعة، وتختلف فقط في الطول الموجي، وبالتالي التردد.

على الرغم من أن الطيف بأكمله مقسم إلى مناطق، إلا أن الحدود بينها محددة مبدئيًا. تتبع المناطق بعضها البعض بشكل مستمر، وتنتقل إلى بعضها البعض، وفي بعض الحالات تتداخل.

بموجب الاتفاقيات الدولية، يتم تقسيم كامل نطاق موجات الراديو المستخدمة في الاتصالات الراديوية إلى نطاقات:

لكن هذه النطاقات واسعة للغاية وتنقسم بدورها إلى أقسام تشمل ما يسمى بنطاقات البث والتلفزيون، ونطاقات الأرض والطيران، والاتصالات الفضائية والبحرية، ونقل البيانات والطب، ونطاقات الرادار والملاحة الراديوية، وما إلى ذلك. . يتم تخصيص قسم خاص لكل خدمة راديوية من الطيف أو الترددات الثابتة.

تخصيص الطيف بين الخدمات المختلفة.

هذا التقسيم مربك للغاية، لذا تستخدم العديد من الخدمات مصطلحاتها "الداخلية". عادة، عند تعيين النطاقات المخصصة للاتصالات المتنقلة الأرضية، يتم استخدام الأسماء التالية:

ولا ينبغي الخلط بين الأسماء الرسمية لنطاقات التردد وأسماء الأقسام المخصصة لمختلف الخدمات. ومن الجدير بالذكر أن الشركات المصنعة الكبرى في العالم لمعدات الاتصالات الأرضية المتنقلة تنتج نماذج مصممة للعمل في هذه المناطق المحددة.

سنتحدث في المستقبل عن خصائص موجات الراديو فيما يتعلق باستخدامها في الاتصالات الراديوية المتنقلة الأرضية.

كيف تنتشر موجات الراديو

تنبعث موجات الراديو من خلال هوائي إلى الفضاء وتنتشر كطاقة مجال كهرومغناطيسي. وعلى الرغم من أن طبيعة موجات الراديو واحدة، إلا أن قدرتها على الانتشار بقوة تعتمد على الطول الموجي.

الأرض موصلة للكهرباء لموجات الراديو (وإن لم تكن جيدة جدًا). عند مرورها فوق سطح الأرض، تضعف موجات الراديو تدريجيًا. ويرجع ذلك إلى أن الموجات الكهرومغناطيسية تثير تيارات كهربائية في سطح الأرض، مما يستهلك جزءا من الطاقة. أولئك. تمتص الأرض الطاقة، وكلما زاد طول الموجة (زاد التردد).

بالإضافة إلى ذلك، تضعف طاقة الموجة أيضًا لأن الإشعاع ينتشر في جميع اتجاهات الفضاء، وبالتالي، كلما ابتعد جهاز الاستقبال عن المرسل، قل سقوط الطاقة لكل وحدة مساحة وقل دخولها إلى الهوائي.

يمكن استقبال الإرسال من محطات البث ذات الموجة الطويلة على مسافات تصل إلى عدة آلاف من الكيلومترات، وينخفض ​​مستوى الإشارة بسلاسة، دون قفزات. يمكن سماع محطات الموجات المتوسطة على مسافة آلاف الكيلومترات. أما الموجات القصيرة فتتناقص طاقتها بشكل حاد مع بعد المسافة عن المرسل. وهذا ما يفسر حقيقة أنه في فجر تطور الراديو، كانت الموجات من 1 إلى 30 كيلومترًا تستخدم بشكل أساسي للاتصالات. تعتبر الأمواج التي يقل ارتفاعها عن 100 متر بشكل عام غير مناسبة للاتصالات بعيدة المدى.

ومع ذلك، أظهرت دراسات أخرى للموجات القصيرة والفائقة القصر أنها تضعف بسرعة عندما تنتقل بالقرب من سطح الأرض. عندما يتم توجيه الإشعاع إلى أعلى، تعود الموجات القصيرة مرة أخرى.

في عام 1902، توقع عالم الرياضيات الإنجليزي أوليفر هيفيسايد والمهندس الكهربائي الأمريكي آرثر إدوين كينيلي في وقت واحد تقريبًا وجود طبقة متأينة من الهواء فوق الأرض - مرآة طبيعية تعكس الموجات الكهرومغناطيسية. هذه الطبقة كانت تسمى الأيونوسفير.

كان من المفترض أن يتيح الغلاف الأيوني للأرض زيادة نطاق انتشار الموجات الراديوية إلى مسافات تتجاوز خط البصر. تم إثبات هذا الافتراض تجريبيًا في عام 1923. حيث تم إرسال نبضات التردد الراديوي عموديًا إلى الأعلى وتم استقبال الإشارات العائدة. أتاح قياس الوقت بين إرسال واستقبال النبضات تحديد ارتفاع وعدد طبقات الانعكاس.

انتشار الموجات الطويلة والقصيرة.

وبعد أن تنعكس عن طبقة الأيونوسفير، تعود الموجات القصيرة إلى الأرض، تاركة مئات الكيلومترات من "المنطقة الميتة" تحتها. بعد أن سافرت إلى الأيونوسفير والعودة، لا "تهدأ" الموجة، ولكنها تنعكس عن سطح الأرض وتندفع مرة أخرى إلى الأيونوسفير، حيث تنعكس مرة أخرى، وما إلى ذلك. وهكذا، ينعكس الراديو عدة مرات يمكن للموجة أن تدور حول الكرة الأرضية عدة مرات.

لقد ثبت أن ارتفاع الانعكاس يعتمد بشكل أساسي على الطول الموجي. كلما كانت الموجة أقصر، كلما ارتفع الارتفاع الذي تنعكس عليه، وبالتالي، زادت "المنطقة الميتة". وهذا الاعتماد صحيح فقط بالنسبة لجزء الموجة القصيرة من الطيف (حتى 25-30 ميجا هرتز تقريبًا). بالنسبة للأطوال الموجية الأقصر، يكون الأيونوسفير شفافًا. تخترق الموجات من خلالها وتذهب إلى الفضاء الخارجي.

يوضح الشكل أن الانعكاس لا يعتمد فقط على التردد، بل أيضًا على الوقت من اليوم. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الغلاف الأيوني يتأين بالإشعاع الشمسي ويفقد انعكاسه تدريجياً مع حلول الظلام. وتعتمد درجة التأين أيضًا على النشاط الشمسي الذي يختلف على مدار العام ومن سنة إلى أخرى في دورة مدتها سبع سنوات.

الطبقات العاكسة للأيونوسفير وانتشار الموجات القصيرة حسب التردد والوقت من اليوم.

تتمتع موجات الراديو VHF بخصائص تشبه أشعة الضوء. فهي لا تنعكس عمليا من الغلاف الأيوني، وتنحني حول سطح الأرض قليلا جدا وتنتشر داخل خط الرؤية. ولذلك، فإن نطاق الموجات الفائقة القصر قصير. ولكن هذا له ميزة أكيدة للاتصالات اللاسلكية. وبما أن الموجات في نطاق الموجات المترية (VHF) تنتشر ضمن خط البصر، فيمكن وضع محطات الراديو على مسافة تتراوح بين 150 و200 كيلومتر من بعضها البعض دون تأثير متبادل. وهذا يسمح للمحطات المجاورة بإعادة استخدام نفس التردد.

انتشار الموجات القصيرة والقصيرة للغاية.

إن خصائص موجات الراديو في نطاقي DCV و 800 MHz هي أقرب إلى أشعة الضوء وبالتالي لها خاصية أخرى مثيرة للاهتمام ومهمة. دعونا نتذكر كيف يعمل المصباح اليدوي. يتم تجميع الضوء الصادر من المصباح الكهربائي الموجود عند النقطة المحورية للعاكس في شعاع ضيق من الأشعة التي يمكن إرسالها في أي اتجاه. ويمكن فعل الشيء نفسه تقريبًا باستخدام موجات الراديو عالية التردد. ويمكن جمعها بواسطة مرايا الهوائي وإرسالها في حزم ضيقة. من المستحيل بناء مثل هذا الهوائي للموجات ذات التردد المنخفض، لأن أبعاده ستكون كبيرة جدًا (يجب أن يكون قطر المرآة أكبر بكثير من الطول الموجي).

إن إمكانية الإشعاع الموجه للموجات تجعل من الممكن زيادة كفاءة نظام الاتصالات. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الشعاع الضيق يوفر تبديدًا أقل للطاقة في الاتجاهات الجانبية، مما يسمح باستخدام أجهزة إرسال أقل قوة لتحقيق نطاق اتصال معين. يخلق الإشعاع الاتجاهي تداخلاً أقل مع أنظمة الاتصالات الأخرى التي لا تقع في نطاق الشعاع.

يمكن لاستقبال موجات الراديو أيضًا الاستفادة من الإشعاع الاتجاهي. على سبيل المثال، يعرف الكثيرون هوائيات الأقمار الصناعية المكافئة، التي تركز إشعاع جهاز إرسال الأقمار الصناعية إلى النقطة التي يتم فيها تثبيت مستشعر الاستقبال. لقد أتاح استخدام هوائيات الاستقبال الاتجاهية في علم الفلك الراديوي تحقيق العديد من الاكتشافات العلمية الأساسية. إن القدرة على تركيز موجات الراديو عالية التردد ضمنت استخدامها على نطاق واسع في الرادار، واتصالات ترحيل الراديو، والبث عبر الأقمار الصناعية، ونقل البيانات اللاسلكية، وما إلى ذلك.

طبق الأقمار الصناعية الاتجاهي المكافئ (صورة من ru.wikipedia.org).

وتجدر الإشارة إلى أنه مع انخفاض الطول الموجي، يزداد توهين وامتصاص الطاقة في الغلاف الجوي. على وجه الخصوص، يبدأ انتشار الأمواج التي يقل طولها عن 1 سم في التأثر بظواهر مثل الضباب والمطر والسحب، والتي يمكن أن تصبح عقبة خطيرة تحد من نطاق الاتصال.

لقد تعلمنا أن موجات الراديو لها خصائص انتشار مختلفة اعتمادًا على الطول الموجي، ويتم استخدام كل جزء من الطيف الراديوي حيث يتم استغلال مزاياه على أفضل وجه.

معلمة فيزيائية مهمة ضرورية لحل العديد من المشكلات في مجال الصوتيات والإلكترونيات الراديوية. ويمكن حسابه بعدة طرق، اعتمادًا على المعلمات المحددة. يكون القيام بذلك أكثر ملاءمة إذا كنت تعرف التردد أو الفترة وسرعة الانتشار.

الصيغ

الصيغة الأساسية التي تجيب على سؤال كيفية العثور على الطول الموجي من خلال التردد معروضة أدناه:

هنا l هو الطول الموجي بالأمتار، v هو سرعة انتشاره بالمتر/الثانية، u هو التردد الخطي بالهرتز.

وبما أن التكرار يرتبط بالفترة في علاقة عكسية، فيمكن كتابة التعبير السابق بشكل مختلف:

T هي فترة التذبذب بالثواني.

يمكن التعبير عن هذه المعلمة من حيث التردد الدوري وسرعة الطور:

ل = 2 بي*الخامس/ث

في هذا التعبير، w هو التردد الدوري المعبر عنه بالراديان في الثانية.

تردد الموجة خلال الطول، كما يتبين من التعبير السابق، موجود على النحو التالي:

لنفكر في موجة كهرومغناطيسية تنتشر في مادة لها n. ومن ثم يتم التعبير عن تردد الموجة بدلالة الطول بالعلاقة التالية:

وإذا انتشر في الفراغ فإن n = 1، ويكون التعبير على الشكل التالي:

في الصيغة الأخيرة، يتم التعبير عن تردد الموجة من حيث الطول باستخدام الثابت c - سرعة الضوء في الفراغ، c = 300000 كم/ثانية.