اتواع چشم و عدسی و انواع بیماری ها
ادامه مطلب........

حدود نصف درس فیزیک

بیماریهای چشم


مقدمه

بینایی مهمترین حس آدمی است زیرا بیش از 80 درصد اطلاعاتی که از محیط اطراف حاصل می‌آوریم از راه چشم است. چشم انسان اندامی کروی به قطر 5/2 سانتیمتر است که بوسیله تعدادی رباط در حدقه استخوانی آویزان است. شش ماهیچه بیرونی حرکت کرده چشم را به عهده دارند غده اشکی بطور مرتب سطح جلویی چشم را مرطوب نگه می‌دارد اعصاب و رگهای خونی چشم و بافت چربی و بافت پیوندی قسمتهای دیگر حدقه چشم است پلکها روی چشم را می‌پوشانند و یک سیستم مجرایی بطور مداوم ترشحات غدد اشکی را به درون حفره بینی می‌ریزد. برخی بیماریهای مهم چشم عبارتند از: گل مژه التهاب غده چربی کنار مژه‌های چشم است. برآمدگی قرمز دردناکی در کنار پلک ظاهر و به زودی به جوش چرکین تبدیل می شود. بسیاری از طریق تماس دست یا حوله آلوده با چشم حاصل می آید.

ورم ملتحمه

 

پرده پیوندی که سطح داخلی پلکها را فرا گرفته است ملتحمه نام دارد این پرده به علت عفونت یا در نتیجه حساسیت قرمز و متورم شده با خارش همراه می‌شود گاهی ورم ملتحمه در فصل معینی مثلا بهار عود می‌کند دلیلش آن است که چشم شخص نسبت به بعضی بوها یا دانه گرده گلها حساس است این بیماری که ملتحمه بهاره نام دارد ممکن است سالها ادامه یابد اما بالاخره پس از طی دوره خود بهبود می‌یابد. ملتحمه عفونی در نتیجه ورود میکروب به پرده ملتحمه پدید می‌آید. در این صورت دستهای آلوده ، استفاده از حوله افراد دیگر و انتشار ترشحات اشک افراد مبتلا می‌توانند میکروب را به چشم انتقال دهند.

شب کوری

وقتی مقدار ویتامین A در شدت در بدن کم می‌شود عارضه‌ای به نام شب کوری پدید می‌آید در این حال شخص در نور کم قادر به دیدن نیست زیرا ماده ریتینال کافی در سلولهای استوانه‌ای وجود ندارد.

کورنگی

 

             

آیا می توانید اعداد بالا را بخوانید ؟

کورنگی عارضه‌ای است که جنبه ارثی دارد و در آن شخص یک یا چند رنگ ویژه را نمی‌بیند علت این است که پروتئین موجود در یک یا هر سه نوع مخروطی به درستی عمل نمی‌کند.


آستیگماتیسم


هرگاه‌ ابیراهی کروی و کما برای یک عدسی اصلاح شود (حالت آپلانتیک) ولی عدسی قادر نباشد که تصویر شیئی که ‌از محور فاصله دارد را بطور واضح نمایان کند، به عبارتی تصویر مبهم نمایان سازد، گفته می‌شود که عدسی دچار آستیگماتیسم (Astigmatism) شده ‌است. تصاویر مبهم حاصل از آن را تصاویر آستیگماتیکی می‌نامند. با افزایش فاصله خارج از محور جسم و افزایش دهانه سطح شکستی آستیگماتیسم افزایش می‌یابد.

 

                                  

                                                 

 



 

تصویر


دید کلی

بسیاری از افراد به همراه نزدیک بینی درجاتی از آستیگماتیسم یا حالت بیضی بودن قرنیه را دارند. آستیگماتیسم وقتی ایجاد می‏شود که قرنیه شبیه مقطعی از توپ بیس‏بال است تا توپ بسکتبال. در نتیجه تصاویر بدلیل انکسار نامساوی در قسمتهای مختلف قرنیه کاملا بر روی شبکیه متمرکز نمی‏شوند و تصاویر چه دور و چه نزدیک تار می‏شوند. بنابراین افرادی که دچار درجات بالایی از آستیگماتیسم هستند نه تنها همانند افراد نزدیک ‏بین اشیای دور را تار می‏بینند، بلکه اشیای نزدیک را هم تار می‏بینند. بنابرین آستیگماتیسم هم به تنهایی و نیز همراه با نزدیک بینی یا دوربینی می‌تواند دیده ‌شود.

آستیگماتیسم از چه چیزی ناشی می‌شود؟

هنگامی‌ که نور از یک نقطه خارج از محور به سطح عدسی برخورد می‌کند، تولید یک دسته پرتو مماسی 'tt و یک دسته پرتو کمانی 'ss می‌کند. چون این دو دسته پرتو عمود برهم ، باعث کانونی شدن پرتوها در فواصل مختلف از عدسی می‌شوند، دو تصویر که به ترتیب با T و S برای صفحات مماسی و کمانی نشان داده شده‌اند، تصاویر خطی خواهند بود. بین T و S کانون دایره‌ای خواهد بود که به نام دایره با کمترین ماتی خوانده می‌شود. مکان هندسی تصاویر خطی T و S برای نقاط مختلف جسم سطوح سهموی خواهد بود.

مقدار آستیگماتیسم

جدایی بین دو سطح در امتداد هر پرتو اصلی از یک جسم نقطه‌ای معیاری از مقدار آسیگماتیسم را برای این جسم بدست می‌دهد که با مربع فاصله ‌از محور نوری متناسب می‌باشد. اندازه‏ گیری آستیگماتیسم بر اساس دیوپتر است. آستیگماتیسم بصورت زیر طبقه بندی می‌شود:

  • آستیگماتیسم خفیف: کمتر از یک دیوپتر
  • آستیگماتیسم متوسط: یک تا دو دیوپتر
  • آستیگماتیسم شدید: دو تا سه دیوپتر
  • آستیگماتیسم بسیار شدید: بیش از سه دیوپتر




تصویر




انواع آسیگماتیسم

آستیگماتیسم انواع مختلفی دارد و می‏تواند به تنهایی، همراه با نزدیک بینی یا دوربینی وجود داشته باشد.

آستیگماتیسم مثبت

هرگاه سطح تصویر خطی T ناشی از پرتو مماسی در سمت چپ تصویر خطی S ناشی از پرتو عمودی باشد، آستیگماتیسم را مثبت می‌نامند.

آستیگماتیسم منفی

هرگاه تصویر خطی T ناشی از پرتو مماسی در سمت راست سطح تصویر خطی ناشی از پرتو عمودی بیافتد، آستیگماتیسم را منفی می‌نامند.

چگونه می‌توان دستگاهی ساخت که فاقد آستیگماتیسم باشد؟

آستیگماتیسم با فاصله کانونی متناسب است و با تغییر شکل بهبود بسیار اندکی می‌یابد. با آنکه یک عدسی دوتایی مماس مرکب از یک عدسی مثبت و یک عدسی منفی دارای آستیگماتیسم چشم‌ گیری است، ورود یک قطعه دیگر متشکل از یک بند یا یک عدسی می‌تواند آن را بسیار کاهش دهد. با فاصله گذاری مناسب مابین هر یک از عدسی‌های هر سیستم اپتیکی و یا با مکان‌یابی مناسب برای روزنه (دیافراگم) اگر بکار آید، می‌توان انحنای سطوح تصویری آستیگماتیک را بطور محسوسی تغییر داد. بعد از اصلاح آستیگماتیسم دو سطح سهموی T و S روی هم می‌افتند که به ‌این سطح پتزوال گفته می‌شود.

رفع آستیگماتیسم در چشم

در برخی از سیستمهای اپتیکی به ‌انضمام چشم ، حتی پرتوهای نزدیک به محور هم دچار آستیگماتیسم می‌شوند، زیرا سطح عدسی کروی نیست و بنابراین دارای قدرتهای مختلف در جهات مختلف است، وضعیت به گونه‌ای است که یک عدسی استوانه‌ای در تماس با یک عدسی کروی ساخته شده باشد. در مورد سیستمهای روئیتی یک متخصص چشم پزشکی آستیگماتیسم چشم را بوسیله عینکهایی که قدرت اضافی عدسی استوانه‌ای را با کاهش توان عدسی در آن جهت جبران می‌کنند، اصلاح می‌کند. در سایر موارد آستیگماتیسم می‌تواند سودمند باشد و عمدا در سیستم طراحی می‌شوند تا نشانه‌ای برای یک موضع آشکارساز نسبت به کانون تولید کند. سیستمهایی که در برگیرنده قدرتهای استوانه‌ای هستند، سیستمهای آن آمورفیک (نابی‌ریخت) نامیده می‌شوند. افراد اصلاح شده به علت بزرگنمایی یا کوچکنمایی محوری ایجاد شده اشیاء واقع در میدان بینایی را کشیده‌تر خواهند دید.


نزدیک بینی چشم
 
نزدیک بینی یکی از معایب چشم است که فرد مبتلا به آن قادر به تشخیص اشیا دور نخواهد بود.


نزدیک بینی یکی از معایب چشم است که فرد مبتلا به آن قادر به تشخیص اشیا دور نخواهد بود.



دید کلی

نزدیک بینی یکی از عیوب انکساری چشم است که بیشترین شیوع آن در آسیا می‌باشد، یعنی آسیاییها بیشتر از دیگر کشورها در معرض ابتلا به نزدیک بینی هستند و خانمها بیشتر از آقایان دچار نزدیک بینی می‌شوند. بیش از 25% افراد جهان دچار درجاتی از نزدیک بینی هستند (تقریبا 15 میلیون ایرانی). میوپی واژه پزشکی برای نزدیک بینی است. اگر قرنیه نسبت به اندازه چشم انحنای بیشتری داشته باشد یا اندازه چشم نسبت به انحنای قرنیه بیشتر از حد معمول باشد نزدیک‏ بینی ایجاد می‏گردد.


در نتیجه نور وارده به چشم بصورت دقیق بر روی
شبکیه متمرکز نمی‏شود و وضوح تصاویر کاهش می‏یابد. واژه نزدیک بینی بدین معناست که شما می‌توانید اشیای نزدیک را واضحتر از اشیای دور ببینید. البته اشیای نزدیک در فاصله متناسب با نمره چشم واضح دیده می‏شود. برای جلوگیری از نزدیک بینی ، دانشمندان تحقیقات زیادی را انجام داده‌اند، اما هنوز یک روش کاملا قطعی برای پیشگیری ارائه نگردیده و گفته می‌شود که عامل وراثت همچنان علت اصلی است. نزدیک بینی با افزایش سن تا حدود 20 سالگی همچنان رو به افزایش است.

علت افزایش نزدیک بینی معمولا رشد جسمی فرد می‌باشد، تا کنون ثابت نشده است که مطالعه در سنین کودکی ، مطالعه طولانی ، مطالعه در شب ، تماشای تلویزیون از نزدیک و یا استفاده از
عینک نامناسب باعث ایجاد نزدیک بینی گردد. بدین ترتیب که با افزایش رشد ، چشم فرد نیز بزرگ شده و با افزایش طول قدامی خلفی آن ، نزدیک بینی افزایش می‌یابد، البته این تنها دلیل نیست و دلایل متعددی وجود دارد.

 

                                                          

دلایل نزدیک بینی

  • افزایش طول قدامی خلفی چشم : به عبارت ساده‌تر بزرگ بودن کره چشم. کاهش و افزایش 1 میلیمتر در این طول سبب ایجاد 3 دیوپتر تغییر در نمره چشم می‌شود.
  • زیاد بودن قدرت انکساری اجزا اپتیکی چشم : مثلا کاهش شعاع انحنای قرنیه ، بطوری که کاهش و افزایش 1 میلیمتر در شعاع انحنای قرنیه موجب ایجاد 6 دیوپتر تغییر نمره چشم می‌شود.
  • افزایش ضریب شکست اجزا اپتیکی چشم : مثلا بالا رفتن ضریب شکست عدسی از بیماری قند (دیابت)، به همین علت است که افراد مبتلا به قند خون در اوایل بیماری دچار نزدیک بینی می‌گردند.
  • تطابق بیش از حد (اسپاسم تطابقی) : در این حالت تطابق بیش از حد موجب نزدیک بینی می‌شود، با وجود اینکه تمام اجزا چشم در حالت طبیعی هستند. (نزدیک بینی کاذب)

انواع نزدیک بینی

نزدیک بینی انحنایی

ناشی از غیر طبیعی بودن وراثتی بودن قرنیه و یا عدسی چشم می‌باشد، نزدیک بینی کاذب که عامل آن اسپاسم عضله مژگانی است که با تطابق بیش از حد همراه است (نزدیک بینی مصنوعی یا به سبب مطالعه ، استرس ، ضربه ، درمانهایی از قبیل استفاده از قطره‌های چشم منقبض کننده مردمک ضد آب سیاه و سولفامیدها).

نزدیک بینی ضریبی

در موارد کاتاراکت تازه شروع شده مشاهده می‌شود و درآن کدر شدن لایه‌ای ، با افزایش ضریب شکست در هسته عدسی چشم همراه است.

نزدیک بینی موقعیتی

ناشی از نوعی جابجای چشم به سمت قرنیه می‌باشد.

علائم نزدیک بینی

  • اولین و مهمترین علامت نزدیک بینی کاهش بینایی در نگاه دور می‌باشد. افراد نزدیک بین بر حسب مقدار نزدیک بینی خود دچار کاهش بینایی می‌شوند. این افراد در بینایی نزدیک خود تقریبا مشکلی ندارند، البته اگر مقدار آن کم باشد.
  • علامت دیگر نزدیک بینی تنگ کردن شکاف پلکی و یا جمع کردن پلکها می‌باشد. با این کار نزدیک بینها می‌توانند اندکی بینایی خود را بهبود بخشند.
  • از علائم دیگر نزدیک بینی ، فوتوفوبیا (ترس از نور) می‌باشد. این علامت بیشتر به علت گشاد بودن مردمک افراد نزدیک بین می‌باشد. دید در شب برای همه یکسان است، اما در مورد نزدیک بینها دید در شب اندکی کاهش می‌یابد.
  • علائم دیگر نزدیک بینی بر روی شبکیه چشم ایجاد می‌گردد که در معاینات افتالموسکوپیک قابل مشاهده است. از جمله کشیدگی پرده شبکیه ، شبکیه پوست ببری ، بزرگ شدن اپتیک دیسک و ایجاد قوس نزدیک بینی.

پیشگیری از بروز نزدیک بینی

  • از کار طولانی با فاصله کم بخصوص در شرایط نامساعد محیطی پرهیز شود.
  • تشویق به انجام کارهای عملی که نیاز به مطالعه مستمر نداشته باشد.
  • تشویق شخص به فعالیتهای ورزشی شدید فاقد خشونت.
  • تجویز تغذیه دوره‌ای با مواد ویتامین دار مانند کارتن و مواد ضد سیانوزی برای افزایش حساسیت شبکیه.
  • کنترل دوره‌ای رشد تا پایان مرحله بلوغ.
  • در اولین موقعیت توصیه بر بکار گیری عدسیهای تماس‌دار است. این راه کار از محاسن متعدد و مهمی برخوردار است.

تصحیح عیب انکساری

  • برای کودک و فرد بالغ باید کامل باشد، بخصوص و بدون استثنا باید بصورت مستمر از عینک استفاده شود.
  • برای شخص بالغ: تجویز همواره یک راه حل میانی است، در اصل نوعی ایجاد تعادل بین نیازهای روزمره زندگی است که نیازمند تیزبینی بهینه می‌باشند (مثل رانندگی در شب).

نزدیک بینی شدید

تصحیح کامل بندرت برای شخص قابل تحمل است، به همین دلیل اکثر متخصصان کمتر از حد را توصیه می‌کنند.

ضخامت بارز لبه

می‌توان این شکل را با بکار گیری حلقه‌های کم قطر و انتخاب اشکالی معمولی و گوشه‌های گرد کم کرد. در صورتی که نتوان ضخامت لبه را کم کرد، آنرا به حلقه‌های ضخیم و تیره رنگ که به طرف داخل ادامه دارند تصویر مخفی می‌سازند و یا اینکه از تکنیکهای ویژه بیزته کردن اتوماتیک استفاده می‌شود.

وزن بیش از اندازه

برای مقابله با آن می‌توان از عدسیهایی از جنس پلاستیک و یا قابهای کوچک استفاده نمود.

عیوب ظاهری

یک دلیل آن بازتابهایی به شکل دوایر هم مرکز است که در لبه خارجی عدسی بیشتر مشهود است و به آنها حلقه‌های نزدیک بینی می‌گویند. دلیل دیگر قطع شدن پروفیل صورت در پشت عینک است که به دلیل اثر کوچک کنندگی عدسی منفی است.

چند راه حل فنی برای رفع موارد بالا

  • استفاده از شیشه هایی با ضریب شکست بالا: مثلا شیشه‌هایی از نوع تیتانییوم یا لانتونیوم که هر دو از نوع فلینت سنگین می‌باشد. قادر به کاهش انحنا و ضخامت لبه می‌باشد ولی معایب این عدسیها افزایش اجتناب ناپذیری بازتاب و پخش رنگ است که موجب تشکیل هاله‌های قزح سان می‌شود.
  • عدسیهای غیر کروی: این نوع عدسیها از هندسه خاصی برخوردارند، به این ترتیب که در یکی از سطوح انحنا ثابت نبوده و مقطع آن از نوع مخروطی دورانی بیضوی ، هذلولی و سهمی می‌باشد.

درمان نزدیک بینی

  • عینک: برای اصلاح دید افراد نزدیک بین از عدسی واگرا استفاده می‌شود، زیرا در نزدیک بینی توان عدسی چشم که از نوع همگرا است، از چشم سالم بیشتر بوده، لذا فاصله کانونی آن کمتر از فاصله کانونی چشم سالم است. پس تصویر اجسام واقع در فاصله دور جلوی شبکیه ، داخل کره چشم ، تشکیل می‌شود. چون توان عدسی واگرا منفی است، پس نمره عینک شخص نزدیک بین که همان توان عدسی است، منفی خواهد بود. همچنین چشم افرادی که نزدیک بین هستند، از پشت عینک ریز دیده می‌شود.
  • لنز : استفاده از لنز بجای عینک علاوه بر اینکه سبب زیبایی می‌شود، مانع از افزایش نزدیک بینی می‌گردد. البته این مقدار زیاد نیست و بسیار جزئی است.

 

                          

  • جراحی لیزری: جراحی لیزری بعد از سن 20 سالگی ممکن است، چون تغییرات نزدیک بینی مربوط به سن تثبیت شده است و برای نزدیک بینیهای متوسط (6 تا 10 دیوپتر) و شدید (بیشتر از 10 دیوپتر) بکار می‌رود.


دوربینی چشم
 
در دوربینی Hyperopia عکس نزدیک بینی عامل کم بودن انحناء قرنیه یا کوچک بودن طول کره چشم است و امواج نورانی در نقطه‌ای پشت شبکیه متمرکز می‌گردد. این افراد دور را تار و نزدیک را تارتر می‌بینند. دوربینی با عدسیهای همگرا (مثبت) اصلاح می‌شود و افراد اصلاح شده درجاتی از بزرگ بینی را تجربه خواهند کرد.

 

                             


دید کلی

شایعترین نوع عیب انکساری دوربینی است، فرد مبتلا به این عیب در دیدن اشیاء دور مشکلی ندارد، بلکه اشیا نزدیک را بطور واضح نمی‌بیند. لازم به یادآروی است که تمام انسانها بایستی دوربین به دنیا بیایند تا به تدریج در حین مراحل رشد و افزایش طول قدامی خلفی چشم این مقدار دوربینی از بین برود. این مقدار حدود 2 تا 3 دیوپتر است. با افزایش رشد و بزرگ شدن کره چشم مقدار دوربینی از بین رفته و چشم به حالت طبیعی باز می‌گردد، اما اگر بچه‌ای بدون دوربینی متولد شود در طی مراحل رشد چشم وی نزدیک بین خواهد شد.

انواع دوربینی و علت آن

دوربینی ساده

معمولا به علت کاهش قدرت دیوپتر یک چشم و یا بعلت کاهش طول قدامی خلفی چشم و یا کاهش ضریب شکست اجزا اپتیکی چشم ایجاد می‌گردد.

دوربینی پاتولوژیک

معمولا به صورت مادرزادی در شکل یک عارضه ظاهر می‌گردد، مثلا فقدان عدسی در چشم (آفاکیا) جابجایی عدسی ، تغییرات شکل و انحنای سطح انکساری.

دوربینی Fanctional

این نوع دوربینی به علت فلج عضلات مژگانی و فقدان نیروی تطابق در چشم ایجاد می‌شود. به علت اینکه در دوربینی پرتوهای نور موازی در پشت شبکیه چشم کانونی می‌گردند. لذا به کمک عمل تطابق می‌توان مقداری از دوربینی را جبران کرد، این مقدار دوربینی را اصطلاحا دوربینی ارادی می‌گویند. مقداری از دوربینی که با کمک تطابق برطرف نمی‌گردد، اصطلاحا دوربینی مطلق نامیده می‌شود.

اگر مقدار تطابق بیمار برای از بین بردن دوربینی ارادی را در نظر نگیریم مقدار دوربینی موجود را دوربینی آشکار می‌نامند. با بکار بردن قطره‌های فلج کننده عضلات مژگانی مقدار دوربینی بیشتری حاصل می گردد (به اندازه 1 دیوپتر) که آنرا دوربینی منفی گویند. در حالیکه در افراد طبیعی و نزدیک‌ بین برای مشاهده فواصل دور نیازی به تطابق نمی‌باشد، افراد دوربین بطور دائم دارای تلاش تطابقی هستند که در نمره‌های کم موفق به از بین بردن دوربینی خود می‌گردند و در نمره‌های زیاد به علت عدم توانایی تطابق در از بین بردن دوربینی ، علائم دوربینی بوجود می‌آید. با افزایش سن تلاش تطابقی کاهش می‌یابد و نهایتا بین دوربینی آشکار و دوربینی مطلق اختلافی مشاهده نمی‌شود.

علائم دوربینی

  • کاهش بینایی ، سردرد بخصوص در ناحیه‌ای پشت سر و گاهی سردرد در ناحیه پیشانی و گیجگاهی ، (اشک ریزش ، قرمزی چشم ، فتوفوبیا (خوف النور) خستگی چشم و خستگی عمومی بدن ، چشمان ریز (به علت کوچک بودن عمق اتاق قدامی گلوکوم یا آب سیاه)
  • در برخی مواقع به علت ایجاد بلفاریت (شوره زدن مژه‌های پلک) ، گل مژه و حتی شالازیون شور
  • کاهش بینایی نزدیک در هنگام مطالعه یا انجام کارهای نزدیک از علائم دوربینی است. در بعضی افراد دوربین مشاهده می‌شود که در حین کار نزدیک هر از چند گاهی چشم خود را بمدت چند دقیقه بسته و آنرا ماساژ داده و سپس بکار خود ادامه می‌دهند.

درمان دوربینی

  1. عینک: برای اصلاح دید افراد دوربین از عدسی همگرا استفاده می‌شود، زیرا توان چشم افراد دوربین از چشم سالم کمتر است. لذا فاصله کانونی عدسی چشم دوربین بیشتر از چشم سالم بوده و تصویر اجسام پشت شبکیه می‌افتد. نمره عینک افراد دوربین که همان توان عدسی همگرا است، مثبت است و چشم افرادی از پشت عینک درشت دیده می‌شود.
  2. لنز: یک وسیله اپتیکی برای بر طرف کردن ضعفی چشم است و اولین بار در سال 1887 با استفاده از لایه نازک شیشه شفاف برای محافظت از قرنیه چشم پیشنهاد شد. لنز معادل عینک است و مزایایی نسبت به عینک دارد. چرا که برخی مواقع تصحیح آستیگماتیسم نامنظم با عینک ممکن نیست. یا اینکه چون لنز با چشم حرکت می‌کند مانع ایجاد آستیگماتیسم مایل می‌گردد و از نظر زیبایی هم بسیار رضایت بخش است.
  3. جراحی: در این روش اپی‌تلیوم قرنیه برداشته می‌شود و بعد از اعمال انرژی لیزر دوباره سرجای خودش گذاشته می‌شود.


تنبلی چشم
 
 
تنبلی چشم یا آمبلوپی (Amblyopia) که در حدود 3% از افراد دیده می شود زمانی رخ می‌دهد که چشم در دوره کودکی دید طبیعی پیدا نکند. این اختلال که معمولا در یک چشم دیده می شود بدلیل اختلال دید چشم تنبل بر اثر عوامل مختلف نظیر عیوب انکساری (دوربینی ، نزدیک بینی یا آستیگماتیسم) ، انحراف چشم (لوچی یا استرابیسم) ، و یا عدم شفافیت مسیر بینایی ناشی از عواملی نظیر آب مروارید ، کدورت قرنیه ، و یا افتادگی پلک رخ می‌دهد. عدم وضوح تصویر در چشم بیمار و بهتر بودن تصویر ایجاد شده در چشم سالم سبب می‌شود تا مغز بین دو چشم، چشم سالم را برای دیدن انتخاب کند و در واقع مسیر ارسال تصویر از چشم بیمار به مغز را مسدود و یا اصطلاحاً دید چشم بیمار را "خاموش" کند.
 
 
                                    
 

دید کلی

چشمان برخی کودکان ، با آنکه سالم به نظر می‌رسند اما از سلامتی و دید کافی برخوردار نیستند. رشد و تکامل مرکز بینایی در مغز از دوران جنینی تا حدود ده سالگی ادامه دارد، اما حداکثر سرعت رشد آن تا سه سالگی است. نتیجه تکامل دستگاه بینایی ، در این دوران ، دید واضح و کامل است. در این مدت ، بخصوص در سه سال اول زندگی ، هر عاملی که باعث اشکال دید ، در یک یا هر دو چشم کودک شود، رشد و تکامل دستگاه بینایی را متوقف می‌سازد و در نتیجه باعث کاهش میزان بینایی طفل می‌شود. معنی این سخن آن است که امکان دارد چشمی را که از نظر ظاهر کاملا طبیعی است از بینایی کامل و طبیعی برخوردار نباشد.

در صورتی که اشکال دید کودک ، قبل از پنج سالگی درمان شود، حتی اگر چشم در این مدت تنبل شده باشد با درمان ، بینایی کامل بدست می‌آید. پس از پنج سالگی ، هر چه درمان چشم تنبل بیشتر به عقب بیافتد، احتمال بدست آوردن بینایی کامل کمتر می‌شود. بطوری که پس از هفت تا ده سالگی ، درمان هیچ تاثیری در بینایی نخواهد داشت.

شرح بیماری

آمبلیوپی نوعی کاهش بینایی است که در آن نمی‌توان در چشم و یا در راههای عصبی بینایی هیچگونه عیب ارگانیک (ساختمانی) واضحی برای آن یافت ودر واقع از مواردی است که نه مریض چیزی می‌بیند و نه دکتر در چشم مریض چیزی می‌بیند از نقطه نظر بالینی زمانی تشخیص آمبلیوپی مسجل می‌گردد که حتی با بهترین تصحیح انکساری نیز نتوان ، دید بیمار را افزایش داد و در روی تابلوی اسنلن حداقل دو ردیف اختلاف دید وجود داشته باشد. در اینجا می‌توانیم بگوییم چشمی که دید کمتری دارد دچار آمبلیوپی است با شرط اینکه در ته چشم نیز نتوان هیچگونه ضایعه ارگانیکی که مسئول کاهش بینایی باشد، یافت نمود. 
 
 
                             

علائم تنبلی چشم

این اختلال معمولاً در سنین زیر 6 سال ایجاد شده و اغلب توسط والدین ، معلمان و یا پزشک کشف می‌شود. در سنینی که کودک قادر به بیان مشکلات خود می‌باشد ممکن است از ضعف بینایی ، خستگی چشم و یا سردرد شکایت داشته باشد. اما در اغلب موارد کودک شکایتی ندارد و ممکن است علایم بیماریهای مسبب تنبلی چشم نظیر انحراف چشم و کدورتهای مسیر بینایی مثل آب مروارید و کدورت قرنیه منجر به تشخیص شوند. ولی زمانی که تنبلی چشم ناشی از عیوب انکساری باشد تشخیص آن مشکل است زیرا کودکان به راحتی توسط چشم دیگر می‌بینند و کمبود دید در چشم بیمار را جبران می‌کنند. به همین دلیل والدین و معلمان باید به وضعیت دید کودکان توجه ویژه‌ای داشته باشند.

 

                                           


عوامل ایجاد کننده تنبلی چشم

  • در نزدیک بینی ، دوربینی و آستیگماتیسم ، اگر دید هر دو چشم بسیار کم باشد، هر دو چشم و اگر تفاوت بین آنها زیاد باشد، چشم ضعیفتر نمی‌تواند تصویر واضحی از اشیاء دریافت کند و دچار تنبلی می‌شود. لوچی یا انحراف چشم نیز می‌تواند باعث دو بینی شده در نتیجه تصویر واضحی روی شبکیه تشکیل نشود. بدین ترتیب مغز بتدریج برای حذف دو بینی ، تصویر چشم منحرف را حذف کرده و تنبلی چشم ایجاد خواهد شد.

  • کودکان کم سن و سال ، با مشاهده و درک اشیاء نزدیک ، بیش از اشیاء دور سر و کار دارند. اگر یک چشم نزدیک بین و دیگری دوربین باشد، کودک چشم نزدیک بین را برای بینایی ترجیح می‌دهد، بنابرین چشم دوربین مورد استفاده قرار می‌گیرد و تنبلی پیدا می‌کند. این نوع اختلال اصطلاحا آنیزومتروپی نام دارد. حالت اخیر حتی ممکن است باعث تنبلی هر دو چشم شود.

  • اشکالات مادرزادی در ساختمان چشم ، مانند آب مروارید و پایین افتادگی پلک باعث می‌شود که چشم نتواند تصویر واضحی از اشیاء دریافت کند و بتدریج دچار تنبلی شود. در مورد کاتاراکت بهترین درمان عمل جراحی است که اگر پس از تولد تا سه ماهگی هرچه سریعتر صورت بگیرد، نتیجه بهتری خواهد داشت. اما پس از سه ماهگی نتیجه چندان رضایت بخش نخواهد بود.

پیشگیری

تنبلی چشم نوعی اختلال بینایی است که اگر به موقع تشخیص داده و درمان نشود، فرد را از یک چشم بسیار کم بینا یا نابینا می‌کند و با تشخیص به موقع ، به راحتی و کاملا قابل درمان است. اما تنها راه پیشگیری از تنبلی چشم تشخیص بموقع عوامل ایجاد کننده آن است و چون بسیاری از این عوامل برای خانواده‌ها ناشناخته است، چشم همه کودکان باید حداقل سه بار قبل از دبستان در زمانهای مختلف معاینه شود. همچنین اگر کودکی انحراف چشم دارد، والدین باید به محض تشخیص ، او را نزد متخصص برده و تحت درمان قرار دهند.

درمان

درمان تنبلی چشم معمولاً بصورت بستن چشم سالم و وادار کردن مغز به دیدن با چشم تنبل است. این درمان ممکن است هفته‌ها و یا حتی ماهها طول بکشد که البته چشم سالم باید به تناوب باز شود. در مواردی که تنبلی ناشی از عیوب انکساری است تجویز عینک یا لنز سبب وضوح تصویر در چشم معیوب و درمان تنبلی خواهد شد. مواردی نیز که تنبلی ناشی از انحراف چشم است با جراحی و اصلاح انحراف قابل درمان است. نکته‌ای که باید به آن توجه داشت این است که مسیرهای بینایی تا سنین 8 تا 10 سالگی تکامل می‌یابند و درمان تنبلی چشم بعد از این سنین امکان پذیر نیست. بنابراین در صورتیکه چشم تنبل در سنین پایین درمان نشود بعد از سن 10 سالگی در اکثر موارد هیچ درمانی نخواهد داشت و ممکن است منجر به از دست رفتن شدید دید در یک چشم شود.

  • گاهی اوقات مدت درمات چند سال است. در این صورت والدین طفل باید استقامت ، پشتکار و حوصله لازم را داشته باشند و از رفت و آمد نزد متخصص و سایر مشکلات جنبی آن خسته نشوند.
  • اگر متخصص توصیه کرد چشم کودک را ببندید، طبق دستور او عمل کنید و چشم کودک را کمتر یا بیشتر از زمان تعیین شده نبندید.
  • در صورت تشخیص تنبلی چشم ، حتما تا پایان ده سالگی پیگیر وضعیت بینایی و تغییرات عیوب انکساری کودک باشید.
  • برای جلوگیری از تنبلی چشم، کودک باید بعد از تولد در زایشگاه توسط متخصص کودکان و در سنین 3 تا 4 ماهگی و 2 تا 3سالگی توسط چشم پزشک معاینه شود.

 

                    


پیر چشمی
 
کاهش قدرت تطابق که با افزایش سن برای تمامی افراد عارض می‌شود پیرچشمی یا پرسبیوپی (Presbyopia) نام دارد. که بصورت کاهش توانایی چشم در رؤیت اشیاء نزدیک است.
 

img/daneshnameh_up/2/2d/presbyopia.jpg
img/daneshnameh_up/c/cb/presbyopia1.jpg
 

دید کلی

همه ما در جامعه مشاهده می‌کنیم که افراد مسن برای دیدن اشیاء نزدیک از عینک استفاده می‌کنند. تحقیقات زیاد نشان می‌دهد که شروع پیر چشمی به عوامل مختلفی مثل نژاد ، شرایط آب و هوایی ، تغذیه و عوامل فیزیولوژیک فرد بستگی دارد. بطوری که پیر چشمی در کشورهای اروپایی در سنین 45 تا 50 سالگی اتفاق می‌افتد، در حالیکه در کشورهایی مثل هند ، عربستان ، کوبا در سنین 40 سالگی اتفاق می‌افتد و یا این که سیاه پوستان زودتر از سفید پوستان دچار پیر چشمی می‌شوند.

طبق تحقیقاتی که در خصوص شروع سنین پیر چشمی در شهر تهران به عمل آمده ، این سن 37.5 سالگی مطرح شده ، فردی که عادت دارد اشیاء را دورتر از چشم نگه دارد، دیرتر پیر چشم می‌شود و برعکس شخصی که اشیاء را نزدیکتر به چشم نگه می‌دارد، زودتر پیر چشمی می‌گیرد. داشتن دستان بلند و یا کوتاه در این زمینه موثر است. فردی که مبتلا به
دوربینی است، زودتر پیر چشم می‌گردد و هر چه مقدار دوربینی وی بیشتر باشد پیر چشمی زودتر است. در مورد اینکه آیا می‌توان از پیرچشمی جلوگیری کرد و یا آن را به تعویق انداخت، بایستی گفته شود که تاکنون به این سوال پاسخ مشخص داده نشده و تحقیقات تاکنون نتوانسته است راه حلی را پیشنهاد نماید.

 

img/daneshnameh_up/f/f5/spectaclep.jpg

 


دلیل بروز پیر چشمی

یکی از دلایل عمده پیر چشمی سخت شدن پوسته عدسی چشم (اسکروزیس) می‌باشد، در اینحالت عضلات مژگانی قادر نیستند که انحنای لازم را برای عدسی بوجود بیاورند، ضمنا خود این عضلات نیز با افزایش سن دچار اسکروزیس می‌گردند. بطور کلی یک سری تغییرات در بدن به علت افزایش سن ایجاد می‌گردد که غیر قابل برگشت می‌باشد و پیرچشمی یکی از این تغییرات است، پیرچشمی مساله نگران کننده‌ای نیست و براحتی قابل درمان است، منظور از درمان همان اصلاح است.

علائم پیر چشمی

  • کاهش بینایی نزدیک یکی از مهمترین علائم پیر چشمی است. در این حالت افراد برای رؤیت شیء نزدیک و یافتن مورد مطالعه ، سعی می‌کنند که سر خود را عقب‌تر ببرند و یا اینکه شیء یا کتاب را دورتر از چشم نگاه دارند و بدین وسیله مقداری از تاری دید نزدیک را برطرف نمایند. در هنگامی که روشنایی کافی نباشد، بخصوص در هنگام عصر که مردمک چشم بازتر می‌گردد، این مشکل افزایش پیدا می‌کند.
  • از علائم دیگر این که فرد پیر چشم خطوط ریز کتاب و یا متن مورد مطالعه را نمی‌تواند واضح ببیند و تلاش برای واضح دیدن منجر به ایجاد علائمی مثل خستگی چشم ، سردرد ، بخصوص در ناحیه پشت سر ، اشک ریزی ، سوزش چشم و چشم درد می‌گردد. یکی از رایج ترین شکایت خانمهای مبتلا به پیرچشمی در مراجعه به پزشک عدم توانایی آنها در سوزن نخ کردن است.

اصلاح پیرچشمی

درمان پیرچشمی براحتی توسط یک عدسی محدب صورت می‌گیرد، نظر به اینکه نقطه نزدیک در افراد پیر چشم از چشم دور شدن است، به کمک یک عدسی همگرا می‌توان آنرا براحتی بجای اول خود برگرداند. لذا یکی از مواردی که درمان بسیار موفقیت آمیزی دارد، درمان پیرچشمی است، بطوری که فرد پیر چشم وقتی که عینک مناسب را دریافت می‌کند، ملاحظه می‌کند که بطور شگفت انگیزی بینایی خود را باز یافته است. در حالیکه طبق تصورات خود فکر کرده است که به علت پیری بینایی وی کاهش یافته و غیر قابل برگشت است.

نظر به اینکه تجویز عینک نزدیک برای افراد مسن به عوامل متعددی بستگی دارد، لذا مهارت فرد تجویز کننده در حصول یک بینایی مناسب برای فرد پیر چشم بسیار موثر است. فاصله کاری یا شغل فرد ، عادت فرد در حین کار یا مطالعه و در نظر گرفتن وضعیت انکساری چشم فرد ، در این تجویز بسیار مؤثر است. لذا عینک نزدیک همه افراد یکسان نمی‌باشد، از نظر سنی می‌توان گفت که افراد مسن در سنین مساوی تقریبا نمرات نزدیک به همی دارند.

پیرچشمی در افراد عینکی

فردی که مبتلا به دوربینی است، زودتر پیر چشم می‌گردد و هر چه مقدار دوربینی وی بیشتر باشد پیرچشمی زودتر اتفاق می‌افتد. و افراد نزدیک بین یا پیرچشم نمی‌شوند و یا خیلی دیرتر پیرچشم می‌شوند. این بیماری بگونه‌ای هست که در نتیجه آن افراد با دید طبیعی (بدون ضعف چشم) احتیاج به عینک مطالعه پیدا می‏کنند و افراد نزدیک بین یا دوربین احتیاج به دو عینک یکی برای دور و یکی برای نزدیک یا عینک دو دید (عینک بایفوکال) پیدا می‏کنند.

یک مزیت نزدیک بینی کمتر از 3 دیوپتر این است که این افراد بعد از شروع پیرچشمی می‏توانند عینک دور خود را بردارند و قادر به خواندن بدون عینک ‏باشند. بعد از انجام جراحی لیزری برای
اصلاح نزدیک بینی ، این توانایی از دست خواهد رفت، چرا که این افراد همانند سایر افراد طبیعی نیاز به عینک مطالعه خواهند داشت. اما افراد با نزدیک بینی متوسط و شدید پس از شروع پیرچشمی علاوه بر عینک دور نیاز به عینک مطالعه هم خواهند داشت و در واقع مزیتی نسبت به افراد طبیعی ندارند. لیزر تاثیری بر روی قدرت متمرکز کننده عدسی چشم نداشته و بنابراین نمی‏تواند پیرچشمی را درمان کند.

 

                       

 

+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | 2 نظر

ساختمان چشم

 
  • مردمک چشم که دیافراگم دهانه چشم است، یک دیافراگم قابل کنترل است. در واقع یک دهانه اتوماتیک است که می تواند بسته به شدت نور ، قطرش را بین 2 تا 8 میلی متر تغییر دهد. زمانی که شدت نور زیاد است، برای اینکه نور کمی به داخل چشم برسد، قطر مردمک 2میلی متر می باشد.

  • عدسی چشم از تعداد بسیار زیادی دیوپتر تشکیل یافته است که ضریب شکست آنها از مرکز نوری عدسی به طرف کناره ها ، به طور مرتب در حال کاهش است تا به دیوپتر خارجی می‌رسد.
  • در کناره های عدسی ماهیچه های مژگانی وجود دارد که ضخامت عدسی به کمک آنها ، برای مشاهده اجسام دور و نزدیک ، تنظیم می شود.

  • درون چشم شامل مایعی به ناممایع زجاجیه است.
  • شبکیه چشم که صفحه حساس به نور است از سلولهای استوانه ای و مخروطی شکل تشکیل یافته است که حساسیت آنها در تمام سطح شبکیه یکسان نیست.

  • حساسترین قسمت شبکیه به نور ، لکه زرد چشم است و این نقطه محل تلاقی محور اصلی سیستم چشم با شبکیه می باشد. در واقع وقتی به یک جسم با دقت نگاه می کنیم، می خواهیم تصویر جسم را بر روی لکه زرد بیندازیم.

 

                                  

 

نحوه تشکیل تصویر در چشم

  • قطر سلولهای مخروطی و استوانه ای در حدود 4.5 میکرون است. هر کدام از این سلولها به منزله یک فتودیود می باشند. وقتی نور بر روی این سلولها می افتد، آنها را تبدیل به الکتریسیته می کند و از طریق اعصاب چشم ، الکتریسیته تولید شده روی سلولهای چشم ، به مغز منتقل می‌شود و بینایی شکل می‌گیرد. چشم قادر به رویت تمام اجسام دور و نزدیک و در سطوح مختلف می‌باشد.

  • رویت واضح اجسام در چشم به علت ساختار چشم و تطابق در چشم و تحرک چشم می‌باشد. این سه عامل باعث می‌شوند که چشم منطقه وسیعی را در فاصله های مختلف واضح ببیند.
  • اگر جسم را از بینهایت تا فاصله 15 متری بیاوریم، در تمامی این حالات تصویر جسم بر روی یک سلول از شبکیه درچشم می افتد و آن جسم برای چشم به منزله یک نقطه خواهد بود.

تطابق در چشم

عدسی چشم یک عدسی اتوماتیک است، بدین معنی که می تواند با تغییر دادن شعاع انحنای دیوپترهای تشکیل دهنده چشم ، فاصله کانونی خود را تغییر دهد. تنظیم فاصله کانونی در چشم و واضح کردن تصویر بر روی شبکیه ، عمل تطابق نام دارد. این عمل از 15 متر که حداکثر رویت می‌باشد تا 15 سانتی متر که حداقل رویت می‌باشد، انجام می‌گیرد.

تحرک چشم

اگر مخروطی را درنظر بگیریم که راس آن بر روی لکه زرد چشم است، زاویه ای که تحت آن می توانیم اجسام را ببینیم، 50 دقیقه است. زاویه دید چشم در حالت معمولی 60 درجه است. اگر حرکت چشم در کاسه خودش را هم اضافه کنیم چشم می تواند زاویه‌ای حدود 160 درجه را به طور همزمان رویت کند.


عدسی چشم

ساختمان عدسی

عدسی عضوی است محدب الطرفین ، قابل انعطاف، بدون رگ و شفاف با قطر 9 میلیمتر و ضخامت 4 میلیمتر که ما بین مایع زلالیه و زجاجیه چشم قرار دارد. و توسط زنولها به شیارهای بین جسم مژگانی اتصال دارد. عدسی فرد بالغ دارای سه بخش کپسول، پوشش جلویی و ماده عدسی است. کپسول غشای پایه قابل انعطاف و سختی است که کل عدسی را می‌پوشاند فقط سطح جلویی عدسی به وسیله پوشش مکعبی پوشانیده شده است.

استوای عدسی، سلولهای مکعبی استوانه‌ای می‌شوند از حالت عمودی به حالت موازی با سطح عدسی در می‌آیند و رشته‌های عدسی را می‌سازند این رشته‌ها به شکل دوایر متحدالمرکز در پیرامون یک هسته مرکزی، عمود بر مردمک قرار می‌گیرند. رشته‌های پیر بدون هسته‌اند و رشته‌های جوان در استوای عدسی ساخته می‌شوند هر رشته یک منشور شش ضلعی بطول 7-10 میلیمتر است که تمامی قطر عدسی را طی می‌کنند. کپسول عدسی کمی از جدار
مویرگ نفوذ‌پذیرتر است. عدسی حاوی 65% آب ، 35% پروتئین ، پتاسیم ، اسید اسکوربیک ، گلوتاتیون اکسید و احیاء و ... می‌باشد. عدسی بدون رگ و عصب است و مواد غذایی را از زلالیه می‌گیرد. سلولهای اپی‌تلیال استوانه‌ای عدسی در تمام عمر تکثیر می‌شوند و فیبرهای مسن‌تر به داخل هسته عدسی می‌روند.


تصویر

 

عمل عدسی در چشم

عدسی (بعد از قرنیه) دومین قدرت چشم است. عدسی در پشت مردمک واقع شده است و عمل تطابق و متمرکز کردن نور بر روی شبکیه را انجام می‌دهد. در هنگام مطالعه، عدسی با تغییر انحنا خود این امکان را ایجاد می‌نماید که بتوانیم اجسام نزدیک را بخوبی ببینیم. این قابلیت از سن 45-40 سالگی به بعد، کاهش می‌یابد و بنابراین پیر چشمی عارض می‌گردد، بدین معنا که برای دید نزدیک و مطالعه نیاز به عینک جداگانه خواهد بود. هرگاه فردی به نزدیک نگاه می‌کند، انقباض عضله سیلیاری، کشش عدسی را کم می‌کند و لذا عدسی کروی‌تر شده و قدرت انکساری بیشتری پیدا می‌کند و تصویر جسم نزدیک را بر شبکیه می‌اندازد (عمل تطابق). در نگاه به دور عکس این حالت اتفاق می‌افتد. با پیر شدن و کاهش حالت ارتجاعی عدسی ، قدرت تطابق آن کاهش می‌یابد و فرد تار می‌بیند.

بیماریهای عدسی چشم

  • پیر چشمی با کاهش قدرت تطابق عدسی، باعث کاهش توانایی فرد در اجرای اعمال نزدیک می‌شود.
  • آب مروارید یا کاتاراکت که یکی از شایعترین بیماریهای چشم می‌باشد بعلت کدر شدن عدسی چشم اتفاق می‌افتد. در آب مروارید، کدورت عدسی باعث تاری دید دور و نزدیک می‌شود.
  • در رفتگی عدسی که با تاری دید شدید مشخص می‌شود.
  • همچنین کاهش تطابق عدسی چشم می‌تواند باعث عیوب انکساری چشم (دوربینی، نزدیک بینی و ...) شود. در پست بعدی به طور کامل توضیح داده شده است .


+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | يک نظر

کاربردهای عدسی

عینک

بنظر می رسد در زمان مصریها، یونانی ها و رومی های باستان هیچ گونه وسیله کمک بینایی وجود نداشته است این نظر از روی نامه یک فرد رومی که صد سال پیش از میلاد نوشته شده ودر آن تاکید دارد او بخاطر سن زیادش و اینکه دیگر نمی تواند مطالعه کند و برای اینکار باید به بردگانش متکی باشد استعفا می دهد تائید می گردد . مشهور است که تراژدی نویس رومی (Seneca )سنکا که در سال چهارم پیش از میلاد می زیسته است کتابها را با نگاه کردن از طریق یک کره شیشه ای پر آب که باعث بزرگنمایی می شده مطالعه می کرده است ( Nero ) نرو از یک زمرد که آنرا نزدیک چشمش نگه می داشته است برای تماشای جنگ گلادیاتورها استفاده می کرده است البته این دلیل کافی برای این نیست که بگوییم رومی ها از خواص لنزها اطلاعی داشته اند زیرا این احتمال وجود دارد که نرو از زمرد بخاطر رنگ سبز آن که باعث کاهش نور خورشید می شود استفاده می کرده است .

Plomy اصول کلی بزرگنمایی را شرح داده ولی لنزهایی که در آن موقع وجود داشته است برای بزرگنمایی مناسب نبوده است قدیمی ترین لنز شناخته شده در خرابه های Nineveh باستانی کشف شده که از کریستالهای سنگی جلا داده شده ساخته شده است و قطر آن یک و نیم
اینچ می باشد.
اریستوفان در کتاب ابرها از یک شیشه نام می برد که برای ایجاد سوراخهایی در پوست خشک حیوانات بکار برده می شده است و همچنین استفاده از شیشه های سوزان را برای پاک کردن نوشته از روی قرص موم ذکر می کند طبق اظهار Pliny پزشکان آنرا برای سوزاندن زخم ها استفاده می کرده اند .

در حدود سال صدم بعد از میلاد سنگ مخصوص مطالعه یا آنچه که ما آنرا به عنوان شیشه بزرگنمایی کننده می شناسیم پدیدار شد این وسیله در واقع قطعه ای از یک کره شیشه ای بود که در مقابل متن مورد مطالعه قرار داده می شد تا حروف را بزرگ نماید این وسیله راهبان پیر را قادر به مطالعه می ساخت و احتمالا این نخستین وسیله کمک بینایی بوده است .
ونیزیها یاد گرفتند که شیشه را برای ساختن این وسیله تولید نمایند و بعدها نیز لنزهایی را که بجای قرار گرفتن بر روی متن مورد مطالعه در یک فریم در مقابل چشم جای می گرفت .

بعضی وقتها گفته می شود که
چینیها عینک را دو هزار سال قبل ساخته اند ولی ظاهرا آنها تنها از این وسیله برای مراقبت از چشم ها یشان در برابر نیروهای شیطانی استفاده می کرده اند در سال 1268 Roger Bacon فیلسوف انگلیسی در کتاب Opus Majus نوشت :

اگر کسی حروف یا اشیاء ریز را از طریق یک کریستال یا شیشه یا ماده شفاف دیگر نگاه کند و آن شئی شبیه قطعه تحتانی یک کره باشد در حالیکه طرف
محدب آن بطرف چشم باشد او خواهد توانست حروف را بهتر ببیند و حروف بزرگتر بنظر خواهند آمد.بنابراین چنین وسیله ای میتواند برای همه مفید باشد و آنهایی که چشمانشان ضعیف تر می باشد خواهند توانست حروف را بهتر ببینند حتی اگر حروف خیلی کوچک باشند .

درسال 1289 در یک کتاب با عنوان Trait decon unit dela famille di popozo نوشته شده که من بقدری در اثر کهولت ناتوان شده ام که بدون وسیله ای که به نام عینک معروف است نمیتوانم بخوانم یا بنویسم . این وسیله اخیرا به افراد مسن که دچار ضعف بینایی هستند اختراع شده است و او اظهار میدارد که بیست سالی بیش نیست که هنر عینک سازی که از مفیدترین هنرهای روی زمین است کشف شده است من خودم فردی را که آنرا برای نخستین بار ساخته دیده و با او صحبت کرده ام نام نخستین ابداع کننده عینک نا شناس باقی مانده است .

نخستین تابلوی
هنری شناخته که در آن عینک بکاررفته توسط Tomaso da modena در سال 1352 ترسیم شده است او دو برادر را نشان میدهد که در حال مطالعه هستنند ویکی از آنها یک شیشه بزرگ کننده را نگه داشته و دیگری عینکی بر روی بینی خود دارد اگرچه Tomaso در این کار پیشقدم شد ولی سایر نقاشان عینک را بر روی بینی همه افراد قرار میدادند که احتمالا نشانه ای از دانش و خرد واحترام بود .
از قرن چهاردهم به بعد نقاشان چهره هایی از St. lucy را رسم کرده اند که اغلب عینک مخصوص خودش را با خود دارد .

یکی از مهمترین پیشرفتهایی که در ساخت عینک در قرن شانزدهم بوجود آمد معرفی
عدسیهای مقعر برای اصلاح نزدیک بینی بود Pop leox که خودش نزدیک بین بود از عینکهای مقعر در هنگام شکار استفاده نمد و ادعا نمود که این عینک او را قادر ساخته تا از همراهانش بهتر ببیند .

نخستین
عدسیهای عینک از جنس کوارتز بودند زیرا شیشه هنوز ابداع نشده بود عدسیها بر روی فریمهایی از جنس استخوان و فلز و حتی چرم سوار می شدند . استفاده از عینک ازایتالیا به کشورهای دیگر مانند فرانسه . آلمان و اسپانیا نیز گسترش یافت در انگلستان در سال 1629 یک شرکت عینک سازی تاسیس شد در آرم آن سه عدد عینک دیده می شود وشعار اینست : امکانی جدید برای افراد مسن .

از لحظه ای که عینک اختراع شد مشکلی وجود داشت که تقریبا برای 350 سال حل نشده باقی ماند :"چگونگی قرار گرفتن عینک بر روی صورت" با تمام پیشرفتهایی که در طی سالها صورت پذ یرفت فرم عینک یکی از بهترین نمونه های ضعف مهندسی طراحی بود.
مرکز ثقل و مرکز چرخش خیلی از هم دور بودند وبنابراین امکان نگهداری عدسیها در جایگاه دلخواه وجود نداشت فریمها تا حد زیادی به بینی اتکا داشتند که از نظر اندازه شکل و سفتی در بین افراد مختلف متغیر بود و همینطور به گوش که از نظر تقارن و شکل محافظ غضروفی آن ودر میزان مویی که بین فریم و گوش وجود دارد متغیر بود .
برای این عینک لازم بود که صفحه عدسیها عمود بر محور بینایی باشد اگرچه که این امر از نظر هندسی تنها برای یک جهت نگاه امکان پذیر است( ودر سایر جهات نگاه تغییراتی در
قدرت اسفروسیلندر روی می دهد)

همچنین لازم است تا مرکز
اپتیکی هر عدسی دقیقا در مرکز هر مردمک قرار داده شود و ظاهرا این امر غیر ممکن است زیرا چشم ها دائما حرکت می کنند و انواع حرکات مختلف را نشان می دهند .
عینک سازان اسپانیایی در قرن هفدهم نوارهای
حریری را امتحان کردند که می شد آنها را به فریم متصل نمود و سپس آنرا بدور گوش حلقه زد میسیونر های ایتالیایی واسپانیایی مدلهای جدید عینک را به چین منتقل کردند چینی ها قطعاتی از سرامیک یا فلز را به جای نوارهایی که بدور گوش حلقه می شد بکار بردند این ابداع بلافاصله در همه جا منتشر شد .

در سال 1752 Jamer Ayscough در آخرین اختراع خودش عینکی با دسته های دارای لولای دوگانه را تبلیغ نمود این عینک بسرعت در همه جا انتشار یافت ودر
نقاشی ها ،کتب و کاریکاتور های این دوره بوفور یافت می شود .عدسیها از شیشه رنگی و یا شیشه ساده ساخته می شدند.

Ayscough احساس نمود که شیشه سفید اثرات خوبی بر روی چشم ندارد وبه همین دلیل شیشه های آبی و سبز را توصیه نمود .مردان وزنان اروپایی بویژه فرانسویها در مورد استفاده از عینک خیلی خویشتن داری بخرج می دادند اشراف پاریس تنها عینک را در پنهان استفاده می کردند مردم
انگلستان و فرانسه از عینک های که براحتی پنهان می شد استفاده می کردند اما در اسپانیا عینک در میان همه اقشار رایج بود زیرا مردم فکر می کردند که عینک باعث می شود آنها مهمتر وبا وقارتر بنظر آیند.

آمریکاییهای استعمار گری که مسن و یا دوربین بودند عینک را از اروپا وارد نمودند عینک اساسا مخصوص استعمارگران باسواد و صاحب نفوذی بود که نیاز به یک وسیله باارزش و گرانبها داشتند در اوایل سده هجدهم قیمت عینک در حدود 200 دلار بود .
بنیامین فرانکلین در سال 1780عینک های دو
کانونی را ابداع نمود او بعدها نوشت : من دو عدد عینک قدیمی داشتم که یکی را برای مطالعه و دیگری را برای دیدن مناظر دور بکار می بردم وقتی که در یافتم که این تغییر عینک ها برایم مشکل آفرین است من شیشه های هر دو عینک را نصف کردم ونیمی از هر کدام را در یک فریم جای دادم بدین ترتیب من همیشه از یک عینک استفاده می کنم وتنها کافیست که چشمانم را بالا یا پایین ببرم تا بتوانم هم دور و هم نزدیک را ببینم . عدسیهای عینک دو دید در نیمه نخست قرن نوزدهم پیشرفت کمی پیدا نمودند واژه دو کانونی و سه کانونی توسط Isaac Hawkins که عینک های سه کانونی را در 1827 معرفی نمود ابداع شدبین سالهای1781 و 1789 عینکهای نقره ای با دسته های لغزنده در فرانسه ساخته شد ولی گسترش عمومی آن تا قرن نوزدهم طول کشید .
Monocle که در ابتدا eye ring نامیده می شد در سال 1800 در انگلستان معرفی شد . یک جوان
اتریشی به نام Jf.Voigtlander که اپتیک را در لندن فرا گرفته بود ایده Monocle را با خود به آلمان برد او در سال 1814 شروع به ساخت Monocle در وین نمود و آنرا منتشر نمود نخستین استفاده کنندگان از مردان طبقات بالا جامعه بودند بعد از جنگ جهانی اول از اعتبار آن کاسته شد که البته بی ارتباط با ارتش آلمان نبود .
loregnete دو عدسی در یک فریم بود که استفاده کننده آنرا با یک دسته طرفی نگه می داشت یکی دیگر از ابداعات قرن هجدهم بود ( توسط یک انگلیسی به نام Adams ) فریم ودسته اغلب بطرز هنرمندانه ای تزئین می شد زیرا توسط خانمها مورد استفاده قرار می گرفت و بیشتر به عنوان یک وسیله تزئینی مورد استفاده قرار می گرفت تا یک وسیله کمک بینایی و تا پایان قرن نوزدهم همچنان رایج بود .

عینک های پنسی یا Pince-nez در دهه 1840 پدیدار گشتند ولی این در نیمه دوم قرن نوزدهم بود که تحول عمده ای در رواج این عینک ها در میان مردان و زنان بوجود آمد
در قرن نوزدهم مسئولیت انتخاب لنز صحیح برعهده مشتری بود حتی وقتی که از عینک ساز خواسته می شد که لنز صحیح را برای آنها انتخاب نماید او این کار بصورت تصادفی و اتفاقی انجام می داد .
در شروع قرن بیستم دکتر Norburne Jenkins در
ژورنال اپتیک نوشت : استفاده از عینک در خاج از خانه یک ضرورت است عینک برای خانمها چندان جذاب نیست در واقع بیشتر مردم آنرا تحمل می کنند زیرا به آنها گفته می شود که استفاده تمام وقت از آن تنها راه جلوگیری از بروز مشکلات جدی برای چشم است .

علیرغم این نوع اظهار نظر ها انواع متعددی از عینک و لوازم اپتیکی در دسترس بودند و در محلهای عمومی مورد استفاده قرار می گرفتند عینک های دارای شیشه های گرد بزرگ و با فریم هایی از لاک لاک پشت در سال 1914 رایج گشتند .

اکنون زمانی فرا رسیده بود که انسان بجای اینکه از داشتن عینک خجالت زده باشد واقعا از داشتن آن احساس غرور کند عینک های بزرگ مدور و عینک های پنسی در قرن بیستم نیز مورد استفاده قرار گرفتند در دهه سی تاکید زیادی برروی مدل عینک می شد وانواع مختلفی از فریم های عینک در دسترس بودند .

در 1938 Rosenthal نوشت که عینک های پنسی هنوز توسط پیرزنان و پیرمردان مورد استفاده قرار می گیرد و توسط عده کمی در ایالات متحده بکار برده می شود در دهه سی استفاده از عینک های افتابی بسیار فراگیر شد.

                                                          


 


دوربین

دید کلی:


ما برای دیدن اجسام دور از دوربین دو چشمی استفاده می کنیم ، که به اختصار به آن دوربین می گویند. دوربین از یک عدسی شیئی بافاصله کانونی بزرگ و یک عدسی چشمی با فاصله کانونی کوچک تشکیل یافته است. این عدسی ها اجسام دوری را که کوچک دیده می شوند، نزدیکتر ولذا بزرگتر نشان می دهند.همجنین قدرت تفکیک را بالا می برند یعنی دو نقطه روی جسم دور که بدون دوربین بصورت یک نقطه دیده می شدند ، با درشتنمایی که دوربین اعمال می کند، جدا از هم دیده می شوند.

از آنجا که جسم درفاصله زیادی از دوربین قرار دارد، می توانیم تصور کنیم که عدسی شیئی نور را از
بینهایت دریافت می کند. این عدسی تصویری حقیقی و معکوس از جسم، روی سطح کانونی خود تشکیل می دهد، عدسی چشمی از این تصویر، تصویری مجازی و مستقیم در فاصله بین حداقل روئیت و حداکثر روئیت ناظر«عمق دید) تشکیل می دهد، از این رو تصویر حاصل از دوربین تصویری معکوس خواهد بود.

انواع دوربین:


 

 

                                                   

                                        دوربین گالیله

دوربین زمینی:


در این نوع دوربین باید تصویر نهایی مستقیم باشد. سه روش برای این کار وجود دارد:

  • اضافه کردن یک عد سی به سیستم:
    می توانیم یک عد سی کمکی، مابین عد سی شیئی و چشمی قرار دهیم تا تصویر نهایی را بصورت مستقیم ببینیم. این عد سی باید یک عد سی همگرا کننده باشد. 

     
  • استفاده از منشور:
    در این روش در مسیر پرتوها دو منشور بکار می برند، که در وضعیت
    بازتابش داخلی کلی هستند و می توانند پرتوها را به یکدیگر نزدیک«کانونش پرتوها) و آنها را جابه جا کنند ، در نهایت تصویر مستقیمی از شیی ایجاد کنند. از این روش اغلب در دوربینهای دو چشمی استفاده می شود. 
     
  • استفاده ازدوربین گالیله:
    دراین نوع دوربین عدسی چشمی را از یک عدسی واگرا کننده و عد سی شیی را ازیک عدسی همگرا کننده انتخاب می کنند. عدسی شیئی، تصویری حقیقی و معکوس از جسم دور را در کانون خود تشکیل می دهد، عدسی چشمی تصویر نهایی را بصورت مستقیم و مجازی در عمق دید ناظر تشکیل می دهد.  

دوربین نجومی:


در دوربین نجومی هر دو عدسی چشمی و شیئی، عدسی های محدب هستند. عدسی شیئی دارای فاصله کانونی زیاد است و تصویر شیی دور را روی سطح کانونی خود تشکیل می دهد، عدسی چشمی از این تصویر، تصویری مجازی در فاصله بین حداقل و حداکثرروئیت تشکیل می دهد. در این دوربین ها نیازی به مستقیم کردن تصویرنهایی نیست.

دوربین نیوتن:


هر اندازه قطر سطح مقطع عدسی شیئی ( که برابر قطردهانه دوربین است ) بزرگتر باشد، نور بیشتری وارد دوربین می شود وتصویر جسم دور روشنتر می شود. در این نوع دوربین ها برای دیدن تصویر نهایی از یک آینه کوچک تخت مورب که در فاصله کانونی آینه مقعر قرار دارد، استفاده می شود. این آینه تصویر جسم دور را در پشت عدسی چشمی تشکیل می دهد. این نوع دوربین را دوربین نیوتن یا دوربین بازتابی می گویند.


 

دوربین عکاسی

تاریخچه

در قرنهای 11 تا 16 بشر از یک اتاقک تاریک (دوربین اولیه) بعنوان چیزی شبیه به دوربین استفاده می‌کرد. برای این منظور اتاق مکعب مستطیل کوچکی را که هرگز نوری به درون آن راه نمی‌یافت، آماده می‌کردند، در وجه جلوی آن سوراخی به قطر تقریبی یک میلیمتر ایجاد می‌کردند، بدین ترتیب تصاویر صحنه‌های خارج از اتاق را روی دیوار یا پرده در وجه مقابل سوراخ در داخل اتاق منعکس می‌نمودند. البته این عمل بیشتر برای نمایش و سرگرمی بود و هرگز کار عکاسی را انجام نمی‌داد.

 


 



نحوه کار دوربینهای اولیه

در سال 1568 دانیلو باربارو این اتاقک تاریک را با یک عدسی و یک دریچه قابل تغییر مجهز نمود. بدین وسیله می‌توانست تصاویر را واضحتر به درون اتاق منعکس کند. در سال 1802 توماس وج وود و همچنین همفری دیوی با استفاده از کاغذ مخصوص تصاویر غیر ثابتی بدست آوردند. این کاغذ آغشته به محلولی بود که هرگاه در برابر نور آفتاب قرار می‌گرفت، رنگ اصلی خود را از دست می‌داد و به کلی سیاه می‌شد. آنگاه چون بر روی این کاغذ تصویر یا جسمی را قرار می‌دادند، قسمتهایی که از تابش نور مصون مانده بود، به رنگ خود باقی می‌ماند و اما سایر قسمتهای کاغذ سیاه می‌شد. بدینگونه شبح نوری از اجسام بر روی آن کاغذ عکاسی می‌شد. با این روش تصویری بدست می‌آمد که آن نیز به مجرد نور دیدن ، رنگ خود را از دست می‌داد و کاغذ یکپارچه سیاه می‌شد.

 

img/daneshnameh_up/e/ee/CAG5E30H.JPG                  


 

سیر تحولی و رشد

در سال 1816 جوزف نییپس با یک جعبه جواهرات یک دوربین بسیار ابتدایی ساخت و آن را با ذره بین ، میکروسکوپ نوری مجهز نمود. با این دستگاه او می‌توانست فقط عکسهای منفی بردارد. سرانجام ویلیام تالبوت نخستین کسی بود که توانست عکسهای مثبت هم بردارد، عکسهایی که ثابت و دائمی هم باقی می‌ماندند. این رویداد در سال 1835 رخ داد. در سالهای بعد دوربینهای پیشرفته‌ای به بازار عرضه شده و می‌شود.

 


ساختمان دوربین عکاسی

 

 

img/daneshnameh_up/b/b0/CAM9G5EJ.JPG



دوربین عکاسی از یک اتاقک تاریک تشکیل شده که بر جدارهای آن یک
عدسی محدب با فاصله کانونی ثابت قرار دارد. در جدار مقابل این عدسی فیلم و بین فیلم و عدسی دیافراگم وجود دارد. علاوه بر این دوربین به دستگاه تنظیم فاصله (مسافت یاب نوری)، شاتر یا بندان ، نورسنج (طیف سنج نوری) و منظره یاب مجهز است.

طرز کار دوربین عکاسی

در هنگام عکسبرداری عدسی دوربین را جلو و عقب می‌بریم تا آنکه در منظره یاب تصویر واضحی از جسم مورد نظر دیده شود. در این حالت تصویری حقیقی و معکوس می‌تواند روی فیلم تشکیل شود که با فشار دکمه دیافراگم باز می‌شود و نور در مدت مشخص به فیلم می‌رسد و تصویر جسم را روی آن بوجود می‌آورد.

img/daneshnameh_up/9/97/CAMERA.GIF




فیلم عکاسی

فیلم عکاسی به گونه خاصی تهیه شده است یعنی آنکه مواد شیمیایی خاصی در بر دارد که نور می‌تواند بر آنها اثر بگذارد و تصویر خارجی بر آن نقش ببندد. یکی از بهترین روشهای عکسبرداری (نورنگاری) ، آشکارسازی تابش بوسیله دانه‌های املاح هالوژنی نقره است. چرا که برای حساس کردن یک بلور هالوژنی نقره تنها چند فوتون کافی است. پس از آنکه یک فیلم نور دهی شد، مقدار تیرگی حاصل در یک خاص به عوامل زیر بستگی دارد:

  1. تابندگی به منظور نور دهی
  2. طول موج تابش
  3. مدت زمان نور دهی
  4. شرایط ظهور فیلم

مکانیزم ضبط تصویر روی فیلم

انرژی لازم برای تبدیل برومور نقره یا یدور نقره به نقره عنصری از ماده شیمیایی مورد استفاده در فرآیند ظهور فراهم می‌شود. پیش از ظهور اطلاعات بصورت یک تصویر نهان به شکل دانه‌های حساس شده روی شیشه یا فیلم ذخیره شده است. از ظاهر کردن فیلم یک تصویر منفی( نگاتیو) بدست می‌آید. نگاتیو یعنی خلاف آنچه در صاحب تصویر دیده می‌شود. پس بنابراین قسمتهای روشن صاحب تصویر بر روی فیلم تیره می‌افتد و برعکس قسمتهای تیره آن بصورت روشن نقش می‌بندد.

چون دانه‌های املاح هالوژنی نقره به تنهایی فقط به نور آبی و
نور فرا بنفش نزدیک حساسند، باید مواد رنگی یا رنگیزه‌هایی به آنها افزوده شود تا تابش بخشهای دیگر بیناب را جذب کنند و برای حساس کردن دانه‌ها ، مسیر فراهم آورند. فیلمهای فرو سرخ هم موجودند، ولی باید با مراقبت ویژه نگهداری شوند. چون به سبب حساسیت به گرما خیلی زود آسیب می‌بینند.

چاپ عکس

در مرحله چاپ فیلم ، عکس مثبت ( پوزیتیو) بدست می‌آید. پوزیتیو یعنی تصویری که درست مانند خود صاحب تصویر است. برای تهیه عکس مثبت ، فیلم را بر روی کاغذ مخصوصی قرار داده ، سپس از روی آن نوری را عبور می‌دهند. در نتیجه قسمتهای تیره فیلم بر روی کاغذ ، روشن و قسمتهای روشن آن نیز تیره چاپ می‌شود. چنین تصویری درست مطابق همان شخص یا چیزی است که قبلا با دوربین عکس آنها را بصورت نگاتیو برداشته بودیم.

دوربین های پیشرفته:


با رشد حیرت انگیز علم و ظهور اپتیک مدرن اعم از اپتیک هندسی ، اپتیک موجی و اپتیک کوانتومی و اختراعات جدید در اندازه گیری ها از جمله مسافت یاب های نوری و مسافت یاب های لیزری دقیق ، طیف سنج های نوین ، انواع مختلف اجزای نوری با کیفیت بالا ، مباحث نوین علمی و کشفیات جدید ، صنعت ساخت دستگاه های نوری از جمله دوربین ها همگام با سایر شاخه های علوم پیشرفت چشمگیری یافتند. ‌


 

ذره بین

                                   
 
ذره بین یک عدسی محدب است که از اشیا ریز تصویری مجازی و بزرگتر ایجاد می‌کند (شی در فاصله کانونی ذره بین قرار دارد).

دیدکلی

ذره بین جزو دستگاههای نوری است، که برای مشاهده اشیا به نحو مطلوب بکار می‌رود. برای رویت اجسام آنها را به چشم نزدیک می‌کنند اما در چشم این نزدیک سازی تا حداقل رویت برای چشم مقدور است. اگر به حداقل رویت برسیم باز هم جسم را به خوبی ببینیم از ذره بین استفاده می‌کنیم. پس ذره بین از جسم کوچک یک تصویر بزرگی ایجاد می‌کند و چشم به جای رویت خود جسم آن را از طریق تصویرش رویت می کنید. برای این منظور جسم را در فاصله کانونی ذره بین قرار می‌دهند تا تصویر مجازی بزرگی داشته باشند. بعضی از دستگاههای نوری مثل ذره بین و عینک فقط از یک عدسی و برخی دیگر مانند دوربین فیلمبرداری از عدسیهای متعدد تشکیل یافته‌اند. کار ذره بین درشت نمایی اجسام است.

توان

در یک دستگاه نوری نسبت قطر ظاهری تصویر نهایی به طول شی را توان دستگاه می‌نامند، که قطر ظاهری بر حسب رادیان و طول شی بر حسب متر و توان بر حسب دیوپتر مطرح می‌شود.

فروغ ذره بین

احتمالا ذره بین تمام نور داخل شده را عبور ندهد و به دلایلی جذب و ... نور را تلف کند. برای همین یک ضریب شفافیت برای اسباب نوری تعریف می‌کنیم. ضریب شفافیت را فروغ ذره بین نیز می‌گویند.

درشت نمایی ذره بین

درشت نمایی ذره بین عبارت است از نسبت قطر ظاهری تصویر به قطر ظاهری شی واقع در نزدیکترین فاصله دید (بدون ذره بین). اما اگر مسیر پرتوها را رسم کنیم با استفاده از قواعد هندسی به راحتی می‌توانیم رابطه درشت نمایی را ساده تر کرده و بر حسب فاصله کانونی بیان کنیم. بنابر این اگر فاصله کانونی را با f و درشت نمایی را با G نشان دهیم، در این صورت درشت نمایی به صورت زیر خواهد بود.

G=1+25/f

بهترین محل قرار دادن جسم نسبت به ذره بین فاصله کانونی است، چون پرتوهای نوری موازی از ذره بین خارج می‌شود و چشم آنها را در حداکثر رویت خود می‌بیند و چشم آن نورهای موازی را در حالت استراحت می بیند که بهترین وضعیت چشم در حال رویت است. پس برای استراحت چشم G=25/f می‌باشد.

دامنه تنظیم یا حد میزان کردن

حرکت ذره بین و فاصله گرفتن آن از چشم بین حداقل و حداکثر رویت در تغییر است. اما می‌توانیم ذره بین را ثابت گرفته و جسم را در این محدوده تغیر فاصله داده و دور و نزدیک کنیم. بنابراین دامنه تنظیم عبارت از فاصله‌ای است که چنانچه شی در آن فاصله تغییر مکان پیدا کند، تصویر آن از نزدیکترین فاصله دید تا دورترین فاصله دید تغییر مکان یابد. بنابر این در کل ذره بین را به عنوان عدسی ضخیم در نظر گرفته و با استفاده از صفحات اصلی آن را نمایش می‌دهیم.

افزایش درشت نمایی

چنین به نظر می‌رسد که با کمتر کردن فاصله کانونی (f) می‌توان درشت نمایی ذره بین را افزایش داد. اما به علت ابیراهیها در یک عدسی همگرا این عمل محدود می‌شود. اما اگر ابیراهیها تصحیح شوند، می‌توان درشت نمایی ذره بین را تا 20 برابر بالا برد. برای بالا بردن درشت نمایی نمی‌توان ابیراهیها را به میزان مناسب تصحیح کرد.


میکروسکوپ نوری

دید کلی

با توجه به گسترش روز افزون میکروسکوپها در شاخه‌های مختلف علوم پزشکی و صنعت هر روزه شاهد پیشرفتهای مختلف در صنعت میکروسکوپها می‌باشیم. این پیشرفتها شامل پیشرفت سیستم روزی طراحی اجزای مکانیکی ، پایداری استحکام و راحتی در استفاده از آنها می‌باشد. میکروسکوپهای نوری معمولی که در تحقیقات بیولوژیکی و پزشکی بکار می‌روند دو دسته می‌باشند. یک دسته دارای چشمه نوری مجزا از میکروسکوپ می‌باشند و دسته دوم میکروسکوپهایی می‌باشند که دارای چشمه نوری تعبیه شده در میکروسکوپ می‌باشند. میکروسکوپهای معمولی مدرن مورد استفاده از نوع دوم می‌باشد و تقریبا ساخت و استفاده نوع اول منسوخ شده است.


تصویر

اجزای اصلی میکروسکوپ نوری

پایه

یک قطعه شامل یک بخش پایین به صورتهای مختلف و گاهی بصورت نعل اسبی می‌باشد که بر روی میز محل مطالعه قرار می‌گیرد. پایه دارای ستون می‌باشد که اجزا مختلف به آن متصل می‌شود، وزن پایه نسبتا زیاد است و اجزائی که بر روی پایه سوارند عبارتند از: چشمه نور و حرکت دهنده لوله میکروسکوپ.

لوله

میکروسکوپهای مختلف تک چشمی (monocular) و یا دو چشمی (binocular) می‌باشند، وقتی به مدت طولانی می‌خواهیم از میکروسکوپ استفاده کنیم دو چشمی بهتر است، چون مانع خستگی چشم می‌باشد. لوله شامل دو گروه عدسی به نامهای چشمی و شیئی است.

عدسیهای شیئی

در میکروسکوپهای معمولی چهار عدسی شیئی بر روی صفحه چرخان نصب شده که ویژگیهای این عدسیها بصورت زیرا است:

عدسی شیئی آکروماتیک X10 (16 میلیمتری با N.A = 0.3)
عدسی شیئی آکروماتیک X40 (4 میلیمتری با N.A = 0.65)
عدسی فلورئیت X45 (35 میلیمتری)
عدسی آکروماتیک X90 (2 میلیمتری و N.A = 1.2)



دو عدسی اول در حالت خشک و دو عدسی بعدی در حالت ایمرسیون روغنی مورد استفاده قرار می‌گیرند. وظیفه عدسی شئی تهیه تصویر بزرگ شده از شیئی مورد نظر است عدسیهای شیئی وقتی به صورت خشک بکار می‌روند، دارای N.A زیاد نمی‌باشند و لذا مدت تفکیک آنها است. استفاده از روش ایمرسیون روغنی می‌تواند موجب افزایش N.A و افزایش روزلوشن شود. عدسیهای شیئی معمولا بصورت عدسیهای مرکب می‌باشند. کیفیت در عدسیهای شیئی وابسته به شدت روشنایی تصویر می‌توان تفکیک می‌باشد.

عدسیهای چشمی

وظایفی که چشمی بر عهده دارند عبارتند از: بزرگ سازی تصویر معکوس حاصله از عدسی شیئی ، تشکیل تصویر مجازی از تصویر حاصله بوسیله عدسی شیئی ، اندازه گیری و سنجش اجزا واقع در تصویر. چشمیها دارای انواع مختلفی می‌باشند که دو نوع معروف و معمول آنها عبارتند از چشمی هویگنس (Huygenian) و چشمی رامزدن (Ramsden). چشمی هویگنس متشکل از دو عدسی سطح محدب می‌باشد که یک طرف هر کدام مسطح و یکطرف محدب می‌باشد.

در نوع هویگنس سطح محدب هر دو عدسی بطرف پایین می‌باشد و بین این دو عدسی دیافراگم قرار گرفته ، دیافراگم در محل کانون عدسی بالای عدسی چشمی واقع است. عدسی پایین پرتوهای رسیده از عدسی شی را جمع آوری نموده و در محل دیافراگم یا در نزدیکی آن متمرکز می‌نماید. عدسی چشمی این تصویر را بزرگ نموده و البته بصورت یک تصویر مجازی بزرگ شده به چشم فرد مشاهده‌گر منتقل می‌کند.

کار دیافراگم کاهش خیره کننده‌گی نور رسیده به چشم بیننده است.چشمیهای هویگنس به چشمیهای منفی معروفند و دارای
بزرگنمایی 10 و 5 می‌باشند. چشمی هویگنس دارای قیمت نسبتا ارزان و کارایی مناسب می‌باشد، اشکال عمده آن محدود بودن میدان دید و عدم تامین راحتی کافی برای چشم است. چشمیهای رامزدن به چشمیهای مثبت معروفند، این چشمیها با دقت خوبی انحرافات عدسیهای آپکروماتیک را تصحیح می‌نمایند.

سیستم روشنایی

میکروسکوپها دارای محدودیتهای متعددی می‌باشند و لیکن در عمل اغلب روشنایی میکروسکوپ موجب محدودیت اصلی می‌شود. بنابراین تلاشهای زیادی در تهیه روشنایی و روش تهیه روشنایی مناسب برای میکروسکوپها گردیده است. پس تهیه نور مناسب می‌تواند نقش اساسی در وضوح تصویر داشته باشد. روشنی محیط نمی‌تواند برای تهیه تصویر مناسب و کافی باشد، لذا در تهیه روشنایی حتما باید از لامپها و چشمه‌های مصنوعی نوری استفاده می‌شود. لامپهای مورد استفاده در میکروسکوپها عبارتند از:

  • لامپ هالوژن: این لامپ نور سفید ایجاد می‌کند و متشکل از یک رشته تنگستن در گاز هالوژن می‌باشد. حاصلضرب شدت نور حاصله در طول عمر این لامپ تقریبا ثابت است. از لحاظ قیمت در مقایسه با لامپ جیوه و گزنون ارزانتر می‌باشد و برای کارهای فتومیکروگرافی مفید است.
  • لامپ تنگستن: این لامپها در میکروسکوپهای ارزان قیمت و آموزشی بکار می‌روند.
  • لامپ گزنون: این نوع لامپ یک لامپ تخلیه الکتریکی است. این لامپها دارای پایداری بیشتری نسبت به لامپهای جیوه‌ای می‌باشند.
  • لامپ جیوه‌ای: این لامپ همانند لامپ گزنون از طریق تخلیه الکتریکی ایجاد نور می‌نماید. لامپ جیوه‌ای حاوی مقدار کمی جیوه است که در اثر یونیزه شدن هوای داخل لامپ ، یونهای تولید شده موجب تبخیر و یونیزه شدن جیوه‌ها می‌شوند.

کندانسور

وظیفه کندانسور متمرکز سازی نور بر روی نمونه می‌باشد. کندانسور در زیر Stage که محل قرار‌‌‌گیری نمونه است واقع می‌شود.

  • کندانسور آبه: این نوع کندانسور عموما در میکروسکوپهای معمولی بکار می‌روند. در این نوع کندانسورها دو عدسی بکار رفته است و دارای قیمت ارزان می‌باشند. این کندانسورها با عدسیهای شیئی و آکرومات CF با بزرگنمایی 4x تا 100x برای مشاهدات عمومی و کاربردهای تشخص مفید می‌باشند.
  • کندانسور با عدسی متحرک: این کندانسور برای فتومیکروگرافی همراه با عدسی‌های شیئی و پلن آکرومات از نوع CF مفید می‌باشند.
  • کندانسور آکرومات: این گروه کندانسور در مشاهدات و فتومیکروگرافی مورد استفاده قرار می‌گیرد این نوع کندانسور با عدسیهای شیئی 4x تا 100x می‌تواند بکار رود.
  • کندانسور آکرومات - آپلانت: این نوع کندانسور را پایه همراه با عدسی های شیئی آپوکرومات بکار برد این کندانسور ها برای فتومیکروگرافی جهت تصویرگیری از اجزا بسیار ریز بسیار مفید می باشد.
  • کندانسور جهت عدسیهای شیئی با توان کم ، که این نوع کندانسور معمولا در بزرگنماییهای بسیار پایین مثل عدسی شیئی با بزرگنمایی 4x تا 460x مفید هستند.

چگونگی تشکیل و مشاهده تصویر

نور به صورت موج سینوسی پیوسته انتشار نمی‌یابد و لیکن می‌توان تصور کرد که یک فوتون همچون یک بار ولی با سرعت 300000 کیلومتر در ثانیه حرکت می‌کند. و چون این ذرات بطور پی‌در‌پی در حال تعقیب یکدیگرند، لذا در عمل راهی جز نمایش آنها به صورت یک موج پیوسته نیست. فوتونهای نوری می‌توانند دارای طول موجهای متفاوتی باشند، رنگ نور بوسیله طول موج آن تعیین می‌شود. مخلوط نورهای مختلف موجب تحریک شبکیه چشم می‌شود که انسان احساس رنگ سفید می‌نماید.

اکثرا اشیایی که توسط میکروسکوپ مشاهده می‌شوند نسبت به نور شفاف می‌باشند و اجزای آنها تنها وقتی قابل مشاهده می‌باشند که این اجزا نسبت به زمینه دارای کنتراست (کنتراست در شدت و یا رنگ) باشند. وقتی که نور سفید به یک جسم قرمز بتابد، تمامی طول موجهای موجود در نور سفید بجز نور قرمز در آن جذب می‌شود. بنابراین یک جسم با ناحیه قرمز را در یک زمینه سفید بخاطر آنکه دارای کنتراست رنگی می‌باشد می‌توان دید.

عدسی شیئی در میکروسکوپ که یک عدسی همگرا با فاصله کانونی کوچک است، تصویر حقیقی و وارونه و بزرگتر از شیئ را تشکیل می‌دهد. برای این منظور شیئ باید بین کانون عدسی شیئی و قرار گیرد، توان عدسی شیئی بزرگتر از توان عدسی چشمی است و تصویر اول را بزرگتر می‌کند (عدسی چشمی مثل ذره بین عمل می‌کند) و تصویر حاصل از عدسی شیئی باید در فاصله کانونی عدسی چشمی باشد. از این شیئ ، تصویر مجازی نهایی تشکیل می‌شود که بزرگتر است.


+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | نظر بدهيد

عدسی های ضخیم و نازک

عدسی ضخیم
 
از ترکیب دو دیوپتر کروی یا کروی _ تخت یک عدسی تشکیل می‌شود. اگر فاصله دو دیوپتر تشکیل دهنده عدسی قابل مقایسه با فواصل کانونی دیوپترها باشد، عدسی را عدسی ضخیم گوییم.
 
 

اطلاعات اولیه

وقتی که نتوان ضخامت عدسی را در مقایسه با فاصله کانونی آن کوچک گرفت، در این صورت بعضی از روابطی که در مورد عدسیهای نازک بیان می‌شود، قابل استفاده نیستند. چنین عدسیهایی را عدسیهای ضخیم می‌گویند. این اصطلاح نه تنها درباره یک عدسی همگن شامل دو سطح کروی با جدایی نسبتا زیاد بکار می‌رود، بلکه هر گونه سطوح هم محور در نقش یک دستگاه واحد نیز عدسی ضخیم است. بنابراین ممکن است یک عدسی ضخیم از چند عدسی نازک که ممکن است با هم در تماس بوده یا از هم جدا باشند، درست شود.


img/daneshnameh_up/0/0f/p2.png

مشخصات عدسی ضخیم

محور اصلی

محور اصلی ، خط مستقیمی است که رئوس و مراکز سطوح کروی طرفین عدسی ضخیم را به هم وصل می‌کند.

کانون عدسی

اگر پرتوی به موازات محور اصلی بر عدسی بتابانیم، بعد از شکست و عبور از عدسی‌ها ، خود پرتو یا امتداد آن هر جا که محور اصلی را قطع کند، آن نقطه را کانون عدسی می‌گویند. در حالتی که خود پرتوها بعد از خروج از عدسی‌ها محور اصلی را قطع کنند، در این صورت کانون حقیقی است. در حالت دوم که امتداد پرتوهای خروجی محور اصلی را قطع کنند، کانون مجازی خواهد بود.

کانون شیئی و تصویری

کانون شیئی نقطه‌ای است بر روی محور اصلی که اگر نوری از آن نقطه بر مجموعه سطوح کروی بتابد، پرتو نور بعد از خروج از سیستم موازی محور اصلی خواهد بود. برای مشخص کردن این نقطه باید نوری از خروجی سیستم به موازات محور اصلی بر آن بتابانیم. با در نظر گرفتن این که در این حالت کانونها عوض شده (کانون شیئی ، تصویری شده) ، شکست پرتو را در مجموعه سطوح کروی تعقیب می‌کنیم تا نور از سیستم خارج شود. این نور خود یا امتدادش هر جا محور اصلی را قطع کند، این نقطه کانون شیئی حقیقی یا مجازی سیستم خواهد بود. اگر کانون در فضای شیئی عدسی قرارگیرد، آن را کانون شیئی می‌گویند، کانون در طرف دیگر کانون تصویری خواهد بود.

صفحات کانونی

اگر صفحه‌ای عمودی را در کانونهای شیئی و تصویری بر محور اصلی عدسی ضخیم رسم کنیم، صفحات کانونی آن عدسی تشکیل خواهند بود.

نقاط اصلی و صفحات اصلی

اگر پرتوی را به موازات محور اصلی بر سطح عدسی بتابانیم، در این صورت پرتو نور بعد از شکست در داخل سیستم از طرف دیگر خارج می‌شود. حال اگر امتداد پرتو موازی با محور اصلی را در داخل سیستم ادامه دهیم، این خط امتداد پرتو خروجی را در نقطه‌ای قطع می‌کند، در این نقطه صفحه عمودی بر محور اصلی عدسی رسم می‌کنیم که آن را صفحه اصلی تصویر می‌گویند. نقطه تقاطع این صفحه با محور اصلی را نقطه اصلی تصویر می‌گویند.

حال اگر پرتوها از کانون شیئی خارج شده و بر سیستم تابانده شوند، در این صورت از طرف دیگر به‌صورت موازی خارج می‌شوند. اگر عملیات فوق را در مورد این پرتوها نیز انجام دهیم، نقطه اصلی شی و صفحه اصلی شی نیز حاصل می‌گردد. اصطلاحاً این نقاط اصلی را با نشان می‌دهند.


img/daneshnameh_up/2/2d/p3.png

فرمول عدسی سازان در مورد عدسی ضخیم

در مورد یک عدسی ضخیم که در هوا قرار دارد، می‌توان فرمول ساده عدسی نازک را بکار برد. ولی باید توجه داشت که فواصل جسم و تصویر به ترتیب باید از صفحات اصلی که از می‌گذرد، اندازه گیری شوند. در این صورت فاصله کانونی f (نسبت به صفحه اصلی) از رابطه زیر حاصل می‌شود:


در رابطه فوق t کلفتی یا ضخامت عدسی ، شعاعهای سطوح کروی در طرفین عدسی و n ضریب شکست عدسی می‌باشد.

 
عدسی نازک
 
به یک عدسی که از ترکیب دو دیوپتر حاصل می‌شود، زمانی عدسی نازک گفته می‌شود که فاصله دو دیوپتر تشکیل دهنده آن بسیار کوچک (تقریبا صفر) باشد. عدسی نازک را می‌توان به صورت عدسیی تعریف کرد که ضخامت آن در مقایسه با فواصلی که به خواص نوری آن مربوط هستند، کوچک باشد. از جمله این فواصل نوری می‌توان به شعاع انحنای سطوح کروی ، فواصل کانونی و فاصله‌های مربوط به جسم و تصویر اشاره کرد.
 

ویژگیهای عدسی نازک

عدسی نازک می‌تواند به صورتی ساخته شود که هر دو طرف آن محدب باشد و یا ممکن است طرفین آن مقعر باشند، ولی در هر دو حالت باید شرط گفته شده در تعریف این عدسی تحقق یافته باشد. در هر حال عدسی نازک دارای خصوصیات زیر است:


 

محور اصلی و مرکز عدسی

محور اصلی خط مستقیمی است که از مرکز عدسی که مرکز نوری نامیده می‌شود، عبور می‌کند و بر سطوح کروی عمود است. هر سطحی از عدسی را می‌توان به صورت قسمتی از سطح یک کره در نظر گرفت. بنابراین هر طرف عدسی دارای یک مرکز خواهد بود. این نقطه را با حرف C نشان داده و مرکز عدسی می‌نامند.
 

تصویر

کانون عدسی

هرگاه پرتوهایی موازی با محور اصلی بر روی سطح عدسی بتابد، این پرتوها در عدسی‌های همگرا (محدب) بعد از شکست و گذر از عدسی در یک نقطه به هم می‌رسند و همگرا می‌شوند. این نقطه را کانون عدسی گویند. در عدسی‌های واگرا (مقعر) نیز پرتوها بعد از شکست و عبور از عدسی از هم دور شده و واگرا می‌شوند. اما اگر امتدادهای اولیه این پرتوها را رسم کنیم، در یک نقطه به همدیگر می‌رسند که به این نقطه کانون می‌گویند. با توجه به این که پرتوها می‌توانند هم از طرف راست و هم از طرف چپ به عدسی بتابند، بنابراین هر عدسی دارای دو کانون خواهد بود که با نشان می‌دهند. فاصله کانونها از مرکز عدسیها را فاصله کانونی گویند.

تشکیل تصویر در عدسی نازک

وقتی که جسمی را در یک طرف عدسی و دورتر از کانون قرار دهیم، تصویری از آن در طرف دیگر بدست می‌آید. چنانچه جسم به طرف کانون اول حرکت داده شود، تصویر از کانون دوم دور و بزرگتر خواهد شد و چنانچه جسم را از کانون اول دور کنیم، تصویر به کانون دوم نزدیک شده و اندازه آن کوچکتر می‌شود.


 

فرمول عدسیها در مورد عدسی نازک

در یک عدسی نازک که از ماده‌ای با ضریب شکست n ساخته شده و شعاعهای دو سطح کروی آن به ترتیب هستند، به سادگی می‌توان نشان داد که برای پرتوهای پیرا محوری ، فاصله جسم و فاصله تصویر از معادله زیر پیروی می‌کند:


در رابطه فوق s فاصله جسم از عدسی و فاصله تصویر از عدسی می‌باشد. همچنین در این رابطه فرض می‌شود که ضریب شکست محیط پیرامون عدسی یک است. اگر چنانچه رابطه فوق را بر حسب فاصله کانونی f که بصورت {1 \over f}={1 \over s} + {1 \over {s^\prime} تعریف می‌شود، بنویسیم به رابطه زیر خواهیم رسید:


رابطه فوق به فرمول عدسی سازان معروف است.
 
 
تصویر

 
+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | نظر بدهيد

بزرگنمایی

دیدکلی

شاید بارها دیده‌ایم که افراد مسن هنگام خواندن قرآن از ذره بین استفاده می‌کنند. به این دلیل ذره بین مور استفاده قرار می‌گیرد که حروف و کلمات قرآنی ریز بوده و افراد مسن بخاطر ضعیف بودن چشم خود از این وسیله که کلمات را بصورت درشت نمایش می‌دهد، استفاده می‌کنند. یا هنگامی که بوسیله ذره بین به منظره‌ای که در فاصله دور دست قرار دارد نگاه می‌کنیم، ملاحظه می‌شود که به راحتی می‌توانیم آن منظره را ببینیم. به این ترتیب در مورد آینه‌ها ، عدسی و وسایل دیگری از این قبیل کمیتی به نام بزرگنمایی تعریف می‌کنند. بزرگنمایی در واقع مقیاسی از بزرگی تصویر ایجاد شده توسط وسیله مورد استفاده است.

بزرگنمایی آینه کروی

چون بزرگی تصویر در یک آینه کروی ، بسته به محل جسم یا شئی که در برابر آینه قرار دارد، متغیر است. در مسائل مربوط به آینه‌های کروی به جای صحبت از بزرگی تصویر معمولا از بزرگنمایی آینه صحبت می‌شود. بزرگنمایی یک اینه کروی بنا به تعریف به صورت زیر است.
ارتفاع شی/ارتفاع تصویر=بزرگنمایی آینه کروی

بنابراین اگر به صورت نموداری تصویری را که در یک آینه ایجاد می‌شود، نشان دهیم، در این صورت با استفاده از قواعد هندسی (تشابه دو مثلث ایجاد شده در دو طرف آینه) ، اگر فاصله تصور از آینه را با q و فاصله جسم از آینه را با P نشان دهیم، رابطه بزرگنمایی بر حسب این کمیتها بصورت q/p =بزرگنمایی بیان می‌شود. نکته قابل توجه این است که این رابطه هم برای آینه‌های کروی محدب و هم برای آینه‌های کروی مقعر معتبر است. لذا در هنگام استفاده از این رابطه باید علامت جبری در مورد q و p را با توجه به نوع تصویر یا جسم بسته به نوع آینه رعایت کنیم. به بیان دیگر باید به خاطر داشته باشیم که فاصله هر شی با هر تصویر حقیقی از آینه با علامت مثبت و بر عکس فاصله هر شی یا تصویر مجازی از آینه با علامت منفی منظور می‌شود.

بزرگنمایی آینه تخت

در مورد آینه تخت چون فاصله تصویر از آینه با فاصله جسم از آن همواره برابر است، بنابراین بزرگنمایی برابر یک خواهد بود. به عبارت دیگر هر شی یا جسم درست به همان اندازه خودش در آینه تخت نمایش داده می‌شود.

بزرگنمایی در عدسیها

بزرگنمایی خطی

بزرگنمایی خطی در عدسیها ، مانند آینه‌های کروی ، عبارت است از نسبت ارتفاع تصویر به ارتفاع شی. به عبارت دیگر در مورد عدسیها نیز اگر فاصله تصویر از عدسی را با q و فاصله شی از عدسی را با p نشان دهیم، در این صورت رابطه بزرگنمایی به صورت q/p=بزرگنمایی خواهد بود. در این مورد نیز علامت کمیت های q و p باید متناسب با نوع عدسی و نوع تصویر و شی تعیین شود. در این مورد باید توجه داشته باشیم که تمام فاصله‌ها از مرکز اپتیکی عدسی سنجیده می‌شوند. بنابراین فاصله هر شی یا تصویر حقیقی از عدسی با علامت مثبت و فاصله هر شی یا تصور مجازی از عدسی با علامت منفی منظور می‌شود. همچنین فاصله کانونی عدسی همگرا مثبت و فاصله کانونی عدسی واگرا منفی است.

بزرگنمایی زاویه‌ای

همراه بزرگنمایی خطی ، یک بزرگنمایی زاویه‌ای نیز در مورد عدسیها (یا آینه کروی) در نظر می‌گیریم. اگر چنانچه نحوه تشکیل تصویر در عدسی (یا آینه کروی) را به صورت هندسی نمایش دهیم، بزرگنمایی زاویه‌ای بصورت δ=tanα/tanα نوشته می‌شود. زاویه های α وα از تقاطع پرتوهای خارج شده از عدسی و پرتو تابیده بر آن با محور اصلی تشکیل می‌شود. اگر بزرگنمای خطی و زاویه‌ای را از نظر نموداری با هم مقایسه کنیم، ملاحظه می‌شود که بزرگنمایی زاویه‌ای عکس بزرگنمایی خطی است. بنابراین هر چه بزرگنمایی خطی بزرگتر باشد، یعنی اندازه تصویر بزرگتر باشد، بزرگنمایی زاویه ای کوچکتر است. یعنی باریکه پرتوهای نوری که تصویر را تشکیل می‌دهند، کوچکترند. این وضعیت در تعیین روشنایی تصویر نقش مهمی ایفا می‌کند. لازم به ذکر است که بزرگنمایی زاویه‌ای نه تنها در مورد عدسیها بلکه در مورد آینه‌های کروی نیز به همان صورت با δ تعریف می‌شود.


 

+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | نظر بدهيد

عدسی محدب و عدسی مقعر

عدسی محدب

هرگاه یک دسته پرتو را بصورت موازی بر سطح یک عدسی بتابانیم و پرتوها بعد از شکست و عبور از عدسی در طرف دیگر آن به همدیگر نزدیک شده یا به اصطلاح همگرا شوند، چنین را عدسی محدب یا همگرا می‌گویند.

مقدمه

بارها ملاحظه کرده‌ایم که بچه‌ها با استفاده از یک ذره بین می‌توانند آتش روشن کنند و یا پیر مردها برای خواندن قرآنهای با خطوط ریز از ذره بین استفاده می‌کنند. همه اینها نوعی عدسی محدب است. مثلا در مورد اول با استفاده از عدسی پرتوهای خورشید در یک نقطه روی کاغذ یا یک ماده قابل اشتغال متمرکز می‌گردند و به این طریق دمای این نقطه بالا رفته و لحظه‌ای فرا می‌رسد که آن ماده یا کاغذ آتش می‌گیرد. بنابراین می‌توان گفت که خصوصیت بارز این نوع عدسیها همگرا کردن یا جمع نمودن پرتوها در یک نقطه است. در عدسیهای همگرا ، لبه‌ها نازک تر از وسط آن هستند و بطور معمول برای کاربردهای مختلف به شکلهای گوناگون دو کوژ ، کوژ تخت و هلالی همگرا ساخته می‌شوند.




img/daneshnameh_up/e/e8/lens-convex.JPG


 

 

ویژگیهای عدسیهای محدب

محور اصلی

در حالت کلی عدسی از دو سطح کروی تشکیل شده است که هر کدام از این سطوح قسمتی از سطح یک کره کامل است. خطی که مراکز این کره‌ها را به یکدیگر وصل می‌کند، محور اصلی نام دارد. نقطه میانی عدسی را که روی محور اصلی قرار دارد، مرکز نوری می‌گویند. اگر بوسیله چراغ یا هر وسیله دیگری یک پرتو نوری را بر مرکز نوری عدسی بتابانیم، ملاحظه می‌کنیم که پرتو بدون انحراف از مسیر اولیه، از طرف دیگر عدسی خارج می‌شود.

کانون عدسی محدب

هرگاه یک دسته پرتو موازی با محور اصلی بر سطح عدسی بتابانیم، پرتوها بعد از شکست در عدسی و عبور از آن در طرف دیگر ، در یک نقطه روی محور اصلی همدیگر را قطع می‌کنند. این نقطه را کانون عدسی محدب می‌گویند. بدیهی است که عدسی باید دارای دو کانون باشد. چون از هر دو طرف می‌توان پرتوها را بر سطح آن تابانید. فاصله این نقطه‌ها از عدسی را فاصله کانونی عدسی گویند. در عدسیهای محدب فاصله کانونی را مثبت فرض می‌کنند.

تشکیل تصویر در عدسیهای محدب

فرض کنید یک عدد شمع روشن بصورت عمود بر محور اصلی و به فاصله معین P از آن قرار دارد. حال اگر از انتهای شمع خطی را بصورت موازی با محور اصلی عدسی بر سطح آن رسم کنیم، این خط با فرض اینکه بیانگر یک پرتو نوری است، باید بعد از عبور از عدسی در طرف دیگر ، از کانون بگذرد. حال خط دوم یا پرتو دوم را بر مرکز نوری عدسی می‌تابانیم. بدیهی است که این پرتو ، پرتو اولیه را در یک نقطه قطع می‌کند. حال اگر از این نقطه عمودی بر سطح محور اصلی رسم کنیم، خط حاصل بیانگر تصویر شمع در عدسی محدب خواهد بود.


img/daneshnameh_up/5/54/singpos.gif
 

خوصیات تصویر در عدسیهای محدب

  1. از آنجا در این نوع از عدسیها تصویر ، از پرتوهای شکسته شده ، و در طرف دیگر آن تشکیل می‌شود، لذا تصویر آن مجازی خواهد بود. بدیهی است که اگر جسم در فاصله بین کانون و عدسی قرار گیرد، در این صورت تصویر حاصل مجازی خواهد بود. بنابراین برای داشتن تصویر حقیقی باید جسم در فاصله بزرگتر از فاصله کانون قرار داشته باشد.
  2. اگر جسم در روی کانون قرار گیرد، در اینصورت پرتوهای شکسته شده همدیگر را در هیچ نقطه‌ای قطع نمی‌کنند. لذا اصطلاحا گفته می‌شود که تصویر در بینهایت تشکیل می‌گردد. بدیهی است که اگر جسم در بینهایت فرض شود، تصویر آن روی کانون خواهد بود.
  3. اگر جسم در فاصله کوچکتر از فاصله کانونی قرار داشته باشد، تصویر جسم علاوه بر مجازی بودن مستقیم نیز خواهد بود. اما اگر فاصله جسم از عدسی بزرگتر از فاصله کانونی باشد، در این صورت تصویر حقیقی بوده ولی وارونه خواهد شد.
  4. اگر جسم در فاصله کوچکتر از فاصله کانونی باشد، در این صورت اندازه تصویر کوچکتر از خود جسم خواهد بود و لذا عدسی خاصیت ذره بینی نخواهد داشت. اما اگر فاصله جسم از عدسی بزرگتر از فاصله کانونی باشد، در این صورت اندازه تصویر بزرگتر خواهد بود و عدسی نقش ذره بین را خواهد داشت.

فرمول عدسیها

در همه انواع عدسیها اگر فاصله شی از عدسی را P و فاصله تصویر از عدسی را q و فاصله کانونی را f فرض کنیم، فرمول عدسی بصورت زیر خواهد بود:


بدیهی است که علامت کمیتهای فوق در صورت مجازی بودن منفی و در صورت حقیقی بودن مثبت است. اما در عدسیهای محدب فاصله کانونی همیشه مثبت است.


عدسی مقعر
 

مقدمه

عدسی اسبابی نوری است که دارای دو سطح شکننده پرتو است. معمولی‌ترین عدسیها از دو سطح کروی تشکیل شده است، که فاصله این دو سطح در مقایسه با ابعاد دیگر عدسی بسیار کوچک است. عدسیها می‌توانند با توجه به نوع قرار گرفتن سطوح کروی به صورت عدسی واگرا یا مقعر و عدسی همگرا یا محدب باشند. در عدسی مقعر ، اگر پرتوهای موازی به این عدسی بتابانیم، بعد از شکست از هم دور شده و به اصطلاح واگرا می‌شوند. به همین دلیل این نوع از عدسیها را واگرا نیز می‌گویند. معمولا لبه این نوع عدسیها پهن تر از وسط آن است و به شکلهای مختلف دو کاو ، کاو تخت و هلالی واگرا ساخته می‌شوند.


 

ویژگیهای عدسی مقعر

محور اصلی

گفتیم عدسی از دو سطح کروی تشکیل شده است. بنابراین هر سطحی که قسمتی از آن یک کره کامل است، دارای یک مرکز خواهد بود. حال اگر بوسیله خطی مراکز این دو سطح کروی را به یکدیگر وصل کنیم، خط حاصل را محور اصلی می‌گویند. نقطه میانی عدسی را که روی محور اصلی قرار دارد، مرکز نوری عدسی می‌نامند. اگر پرتوی را به مرکز نوری عدسی بتابانیم، این پرتو بدون انحراف از عدسی خارج می‌شود.
 
 
 img/daneshnameh_up/4/47/lens-concave.JPG

کانون عدسی مقعر

اگر یک دسته پرتو را موازی با محور اصلی بر سطح آن بتابانیم، پرتوها بعد از شکست در عدسی و عبور از آن طوری از هم دور می‌شوند که امتداد آنها از یک نقطه روی محور اصلی بگذرند. یعنی این پرتوها بعد از عبور از عدسی از هم فاصله می‌گیرند. حال اگر امتداد این پرتوها را رسم کنیم، در یک نقطه روی محور اصلی همدیگر را قطع می‌کنند. این نقطه را کانون عدسی می‌گویند. با توجه به اینکه می‌توان دسته پرتوهای نور از طرف (راست یا چپ) بر سطح آن تابانید ، لذا عدسی دارای دو کانون است. فاصله کانون از مرکز نوری را فاصله کانونی می‌گویند. هر گاه پرتو نور طوری به یک عدسی مقعر بتابد که بعد از برخورد به عدسی ، امتداد آن را از کانون بگذرد، پرتو شکست آن موازی محور اصلی خواهد بود. فاصله کانونی عدسی مقعر چون منفی در نظر گرفته می‌شود، لذا عدسی مقعر را عدسی منفی نیز می‌گویند.

تصویر در عدسیهای مقعر

فرض کنید شئی بصورت عمودی با ارتفاع y که از ارتفاع عدسی بیشتر نیست، برروی محور اصلی قرار دارد. از انتهای این شی دو پرتو ، یکی به صورت موازی با محور اصلی و دیگری به مرکز نوری عدسی رسم می‌کنیم. می‌دانیم که هرگاه پرتوی به مرکز نوری عدسی بتابد، بدون انحراف در همان جهت اولیه خود از آن خارج می‌شود. اما پرتوی که به صورت موازی به سطح عدسی می‌تابد، در طرف دیگر واگرا می‌گردد. اگر امتداد این پرتو را رسم کنیم، در طرف شی ، پرتو اول را که به مرکز نوری رسم شده است، در یک نقطه قطع می‌کند. حال اگر از این نقطه خطی عمود بر محور اصلی رسم کنیم، خط حاصل تصویر شی خواهد بود.

ویژگی تصویر در عدسیهای مقعر

  1. از آنجا که تصویر از امتداد پرتوهای شکست حاصل شده است، لذا تصویر را مجازی می‌گویند. بنابراین تصویر در عدسی مقعر ، مجازی است. به بیان دیگر ، اگر شی را با AB و تصویر آن را با ´A´B نشان دهیم، با قرار گرفتن چشم در مسیر پرتوهای شکست ، شی AB در محل ´A´B به نظر می‌رسد.
  2. جسم در هر فاصله‌ای از عدسی که قرار داده شود، اندازه تصویر کوچکتر از عدسی خواهد بود.
  3. تصویر شی در عدسی مقعر مستقیم است و در فاصله‌ای کمتر از فاصله کانونی دیده می‌شود. به بیان دیگر می‌توان گفت که تصویر شی وارونه نمی‌شود.

رابطه عدسیهای مقعر

در مورد عدسیهای مقعر اگر فاصله شی تا عدسی را با P و فاصله تصویر از عدسی را با q و فاصله کانونی را با f نشان دهیم، در این صورت فرمول عدسیهای مقعر به صورت زیر در می‌آید:


با توجه به اینکه در عدسیهای مقعر فاصله کانونی منفی است، لذا در عبارت فوق f منفی خواهد بود و با در دست داشتن P (فاصله شی از عدسی) می‌توان فاصله تصویر از عدسی را محاسبه نمود.

بزرگنمایی در عدسیها

در همه عدسیها نسبت بزرگی تصویر به بزرگی شی را به عنوان بزرگنمایی تعریف می‌کنند. به عنوان مثال اگر y طول شی و ´Y طول تصویر باشد، بزرگنمایی برابر  خواهد بود.


+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | نظر بدهيد

عدسی

 

مقدمه

عدسیها همانند آینه‌ها دارای تصاویر حقیقی و مجازی هستند، این تصاویر از پرتو های همگرا شونده و واگرا شونده بازتابی ایجاد می‌شود. بر خلاف آینه‌ها در عدسیها عبور نور نیز مطرح است و تصاویر ممکن است در پشت و جلوی عدسی شکل گیرد. عدسیهایی که ضخامت قسمتهای کناریش بزرگتر باشد، پرتو های موازی را همگرا می‌کند و عدسی محدب نام دارد، که دارای فاصله کانونی مثبت می‌باشد. بر خلاف آینه‌ها دارای دو کانون در فضاهای جلو و پشت عدسی می‌باشند ، عدسیهایی که ضخامت قسمت محوری آنها کمتر از ضخامت قسمت کناری باشد، پرتوهای موازی را از هم باز می‌کنند و دارای فاصله کانونی منفی هستند و عدسی مقعر نام دارند، که اینها نیز دارای دو کانونی در فضای جسم و تصویر هستند.


img/daneshnameh_up/e/e8/lens-convex.JPG
 

انواع عدسی

عدسی محدب (کوژ)

عدسیهایی که نور را همگرا می‌کنند و جهت تصویر سازی حقیقی و نیز همگرا نمودن پرتوهای تابشی از نقاط دور مانند پرتوهای ستارگان مورد استفاده قرار می‌گیرند.

عدسی مقعر (کاو)

این عدسیها نور را واگرا می کنند و جهت واگرا نمودن نورها و اصلاح برخی سیستمها که نیاز به واگرایی نور را دارد از جمله چشم مورد استفاده واقع می‌شوند.

قواعد نحوه رسم پرتو در عدسیها

اکثر قواعد همانند آینه‌هاست و در حالت کلی عمده‌ترین آنها که پرتو های خاصی را شامل می‌شود عبارتند از:

  1. پرتوی موازی با محور نوری بعد از برخورد به عدسی و عبور از آن ، از نقطه کانون می‌گذرد که فاصله آن از رأس عدسی f است.


img/daneshnameh_up/4/47/lens-concave.JPG
 




  1. پرتوهای عبوری از کانون عدسی بعد از شکست در آن به موازات محور نوری خواهد بود.
  2. پرتو نوری عبوری از رأس عدسی بدون شکست از آن رد می‌شود.
  3. همواره شیئی نوری در سمت چپ عدسی قرار داده می‌شود و نور از چپ به راست بر عدسی می‌تابد و در عدسیها بر عکس آینه‌ها ردیابی پرتویی (ترسیم پرتو) برای نور عبوری (شکستی) صورت می‌گیرد.
  4. فضای سمت چپ عدسی فضای جسم و فضای سمت راست عدسی فضای تصویر می‌باشد که جسم موجود در سمت چپ (فضای جسم) را جسم حقیقی و جسم موجود در سمت راست (فضای تصویر) را جسم مجازی گویند. که وجود خارجی ندارد و نیز تصویر در فضای تصویر حقیقی و تصویر در فضای جسم مجازی می‌باشد.


img/daneshnameh_up/6/6d/Adasi2.jpg



 

 

عدسیهای مرکب

  1. عدسی کوژ - تخت: آنچنان عدسی است که یک طرف آن کوژ و یک طرف آن تخت می‌باشد.
  2. عدسی دو کوژ: آنچنان عدسی است که هر دو طرف آن کوژ می‌باشد.
  3. عدسی هلالی (محدب): آنچنان عدسی است که یک یک طرف آن کوژ و طرف دیگرش کاو باشد.
  4. عدسی تخت - کاو: آنچنان عدسی است که یک طرف آن کاو و طرف دیگرش تخت باشد.
  5. عدسی دو کاو: آنچنان عدسی است که هر دو طرف آن کاو باشد.
  6. عدسی هلالی (مقعر): آنچنان عدسی است که یک طرف آن کوژ و طرف دیگرش کاو باشد.

    عدسیهای هلالی دو نوعند، یکی آن است که کناره هایش نازک و مرکزش ضخیم است و دیگری دارای کناره‌های ضخیم و مرکز نازکی می‌باشد، یعنی اولی خاصیت همگرایی و دومی خاصیت واگرایی نور را دارد.

دستگاههای نوری شامل عدسیها

اکثر دستگاههای نوری شامل دو نوع عدسی می‌باشند که یکی را که نور اول بر آن می‌تابد و در ورودی دستگاه کار گذاشته می‌شود عدسی شیئی و دومی را که در خروجی دستگاه قرار دارد و نور از آن خارج می‌شود عدسی چشمی گویند. از جمله از این دستگاهها میکروسکوپ نوری - زیر دریایی - میکروسکوپ پلاریزان - دوربینهای دو چشمی - دوربینها - انواع عینکها و ... را می‌توان نام برد.

عیوب عدسیها

عدسیها به لحاظ داشتن ضخامت زیاد و ناخالصیها دارای ابیراهیهایی هستند که در سیستم اعوجاج ایجاد می‌کنند و وضوح تصویر حاصل از دستگاه نوری را به هم می‌زنند. از جمله از این ابیراهیها عبارتند از:

  1. ابیراهی رنگی: علاوه از بهم زدن وضوح و کیفیت تصویر رنگ آنرا هم بهم می زند و تا حدی آن را از حالت طبیعی خارج می کند که اینها هم به دو دسته ابیراهی رنگی طولی و عرضی تقسیم می‌شوند.
  2. ابیراهی اعوجاج: تصویر هندسه واقعی خود را پیدا نمی‌کند و قسمتهای مختلف عدسی که دارای ضخامتهای متفاوتی است، در میزان انحراف پرتوهای تابشی به یک مقدار عمل نمی‌کند و انحراف یکنواخت نبوده و تصویراز وضوح می‌افتد، که این ابیراهی نیز به دو دسته اعوجاج بشکه‌ای و اعوجاج بالشی تقسیم می‌شود.
برخی ابیراهیهای دیگری مانند ابیراهی کروی که انحراف پرتو از کانون عدسی را سبب می‌شود، وجود دارند که بوسیله ساخت عدسیهای مرکب با هندسه ویژه این ابیراهیها اصلاح می‌شوند.

عدسیهای غیر کروی

برخی دستگاههای اپتیکی به لحاظ محدودیت در طراحی و سایر محدودیتها و ماهیت دستگاه عدسیهای غیر کروی را لازم دارند که جهت ایفای نقش در ْآن سیستمها ساخته شده اند.

مشخصات تصویر در عدسی




 


img/daneshnameh_up/d/d2/adas.jpg




بسته به اینکه جسم در چه فاصله‌ای از عدسی قرار گیرد دارای تصویری حقیقی یا مجازی ، مستقیم یا وارون ، راست یا برگردان ، کوچکتر از جسم یا بزرگتر از آن و ... خواهد بود. رابطه حاکم بر فواصل جسم و تصویر عدسی نازک و فاصله کانونی آن بصورت زیر است:

(f = 1/(1/p + 1/q

که برای عدسی خیلی نازک (f = R/2) است، که در آن R شعاع کره دیوپتر عدسی و p فاصله جسم از رأس و q فاصله تصویر از رأس عدسی می‌باشد. برای یک عدسی ضخیم:

(f = 1/(n - 1)(1/R1 - 1/R2

که R1 شعاع دیو پتر داخلی و کوچک و R2 شعاع دیو پتر خارجی (بزرگ) و n ضریب شکست شیشه عدسی می‌باشد. این رابطه در طراحی و ساخت عینکهای طبی بکار برده می‌شود، طوریکه به توسط این رابطه چشم پزشکان نمره چشم را مشخص می‌نمایند. یعنی با داشتن n معلوم و فاصله کانونی مورد نیاز برای چشم بیمار شعاع های داخلی و خارجی عدسی را متناسب با فاصله کانونی مناسب انتخاب می‌کنند تا اصلاح چشم به توسط عینک مربوطه صورت گیرد، رابطه اخیر به فرمول عینک سازان معروف است.
+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | نظر بدهيد

پاشندگی نور

 

اگر نور از یک محیط به محیط دیگری وارد شود، سرعت آن برای طول موجهای مختلف متفاوت خواهد بود. بر این اساس در مورد هر محیطی کمیتی به نام ضریب شکست تعریف می‌‌کنند. ضریب شکست یک محیط به فرکانس نور بستگی دارد و این ویژگی برای تمام محیطهای نوری صادق است. تغییرات ضریب شکست با فرکانس را پاشندگی یا پاشیدگی نور می‌‌گویند.

مقدمه

از بحث امواج می‌‌دانیم که موج در محیطهای تغییر شکل پذیر یا کشسان را امواج مکانیکی می‌‌نامند. بنابراین اگر خاصیت کشسانی محیطی که موج در آن انتقال می‌‌یابد، به گونه‌ای باشد که دقیقا از قانون هوک پیروی نکند، در این صورت تپ یا موج ایجاد شده در انتهای یک ریسمان کشیده ، ممکن است در موقع حرکت در طول ریسمان تغییر شکل بدهد. هرچند هر یک از مولفه‌های موج بدون تغییر شکل حرکت می‌‌کنند، اما در این مورد سرعت هر مولفه به ازای هر فرکانس (یا طول موج) متفاوت خواهد بود. این پدیده ، پاشندگی بوده و محیط مورد نظر را پاشنده می‌‌گویند.

نتیجه اینکه شکل تپ می‌‌تواند تغییر کند و سرعت تپ ممکن است به مشخصات شکل اولیه‌اش بستگی داشته باشد. نمونه‌هایی از مواد غیر پاشنده عبارتند از:

امواج مکانیکی منتشر شده در طول یک ریسمان ایده‌آل (کاملا انعطاف پذیر) و
امواج الکترومغناطیسی (نور) منتشر شده در خلا و نمونه‌های مربوط به موارد پاشنده ، شامل امواج اقیانوسها و امواج نورانی منتشر شده در یک محیط شفاف مانند شیشه است.


img/daneshnameh_up/2/26/Prism.gif

خاصیت پاشندگی مواد

بیشتر باریکه‌های نور از برهمنهش امواج با طول موجهایی بدست آمده‌اند که در تمام گستره طیف مرئی وجود دارند. سرعت نور در خلا برای همه طول موجها یکی است، اما درون محیط مادی سرعت انتشار برای طول موجهای مختلف متفاوت است. پس ضریب شکست یک ماده به طول موج بستگی دارد. هر محیط ناقل موج که سرعت موج در آن با طول موج تغییر کند، دارای خاصیت پاشندگی است. اندازه ضریب شکست (n) با افزایش طول موج کاهش پیدا می‌‌کند، لذا با افزایش فرکانس افزایش می‌‌یابد. در درون ماده ، طول موجهای بلندتر ، سرعت انتشار بیشتر و طول موجهای کوتاهتر ، سرعت انتشار کمتری دارند.

یک مثال

فرض کنید پرتویی از نور سفید بر یک منشور می‌‌تابد. می‌‌دانیم که نور سفید برهمنهشی از همه نورهای مرئی است. بنابراین نور خروجی از منشور به رنگهای مختلف تجزیه می‌‌شود. میزان انحراف حاصله توسط منشور با افزایش ضریب شکست و با کاهش طول موج افزایش پیدا می‌‌کند. نور بنفش بیشترین و نور سرخ کمترین انحراف را دارند و رنگهای دیگر بین این دو رنگ قرار دارند. وقتی که نور از منشور خارج می‌‌شود، به صورت واگرا می‌‌باشد. مقدار پاشیدگی به تفاضل ضریب شکست پرتوهای سرخ و بنفش بستگی دارد. بنابراین می‌‌توان گفت که درخشندگی الماس بخشی به دلیل پاشیدگی زیاد و بخشی دیگر به خاطر ضریب شکست زیاد آن است.


 

رابطه پاشندگی

در مباحث الکترومغناطیسی در مورد هر محیطی اعم از رسانا یا عایق (دی الکتریک) یک ضریب دی الکتریک k\prime و یک تابع رسانندگی g تعریف می‌‌کنند. حال اگر تابش الکترومغناطیسی که با عدد موج مخصوص به خود مشخص می‌‌شود، از خلا بر یک محیط بتابد، با استفاده از معادلات ماکسول رابطه بین ضریب شکست محیط و ثابت دی الکتریک و عدد موج را مشخص می‌‌کنند که این رابطه را رابطه پاشندگی می‌‌گویند.

بنابراین در حالت کلی اگر عدد موج را با k و
سرعت زاویه‌ای موج را با ω و ضریب شکست را با n نشان دهیم، رابطه پاشندگی را به صورت بیان می‌‌کنند، یعنی ضریب شکست تابعی از مشخصات موج است. به عنوان مثال ، در خلا که برای آن ضریب شکست را برابر یک اختیار می‌‌کنند، رابطه پاشندگی به فرم ساده در می‌‌آید که در آن C سرعت نور است.

تصویر

+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | نظر بدهيد

دیوپتر

 

دیوپتر سطحی است که دو محیط نوری را از هم جدا می‌‌کند. دیوپتر می‌‌تواند در انواع مختلف ساخته شود. به عنوان مثال ، دیوپتر تخت یا مسطح ، سطح صافی است که دو محیط را از هم جدا می‌‌کند. دیوپترها می‌توانند به صورت یک سطح با انحنای کروی نیز باشند. همچنین می‌‌توان از ترکیب دو دیوپتر به عنوان ابزار نوری استفاده کرد. به عنوان مثال ، تیغه متوازی‌السطوح که بین دو محیط قرار دارد، نمونه‌ای از یک دیوپتر تخت موازی و منشور نمونه‌ای از یک دیوپتر تخت زاویه‌دار است.

 

دید کلی

عیوب انکساری با واحدی بنام دیوپتر اندازه‏گیری ‏شود. دیوپتر نشان‏دهنده میزان نمره عینک شماست. هرچه میزان دوربینی یا نزدیک‏ بینی بیشتر باشد، نسخه عینک شما نمره بالاتری دارد.


img/daneshnameh_up/d/d8/i4.jpg

ویژگی دیوپترها

در مورد دیوپترها نیز قوانین اسنل _ دکارت برقرار است. به عنوان مثال ، اگر یک دیوپتر تخت را بین دو محیط با ضریب شکستهای و قرار دهیم. هرگاه یک پرتو نوری با زاویه i نسبت به خط قائم بر سطح دیوپتر ، بر دیوپتر بتابد و وارد محیط دوم شده و بعد از شکست زاویه‌ای که با امتداد قائم می‌‌سازد، زاویه r باشد، همواره رابطه زیر بین ضریب شکستهای دو محیط و زوایای تابش و شکست برقرار است:



اگر دیوپتر حالت کروی داشته باشد، مانند یک عدسی محدب یا مقعر در این صورت می‌‌توان مانند مورد عدسی‌ها فاصله کانونی ، کانون و مرکز انحنا و محور اصلی برای این دیوپترها تعریف کرد، اما نکته قابل توجه این است که فواصل کانونی دو کانون در یک دیوپتر کروی با هم برابر نیستند، چون هرکدام در یک محیط مجزا تعریف می‌‌شوند.


img/daneshnameh_up/0/08/Rays-3.gif

استگماتیزم

استگماتیزم در یک جز نوری یا یک دستگاه نوری به معنی داشتن تصویر نقطه‌ای برای هر نقطه از جسم است. جز نوری یا دستگاه نوری وقتی خاصیت استگماتیزم دارد که از هر نقطه جسم یک تصویر نقطه‌ای بدهد. به بیان دیگر ، می‌‌توان گفت که استگماتیزم خاصیتی از وضوح تصویر است، یعنی اگر تصویر هر نقطه از یک جسم ، یک نقطه نبوده، بلکه یک سطح باشد، در این صورت تصویر واضحی نخواهیم داشت.

استگماتیزم دارای دو نوع است که شامل استگماتیزم کامل و استگماتیزم تقریبی است. هر کدام از این دو حالت در شرایط خاصی با توجه به نوع دیوپتر حاصل می‌‌شوند. به عنوان مثال ، یک سطح بیضوی برای هر دو کانونش دارای خاصیت استگماتیزم کامل است. همچنین یک سطح شلجمی ‌برای بینهایت و کانون خودش یک سطح استگمات کامل است. بنابراین با احراز شرایط خاصی ، نقاط با استگمات کامل تعیین می‌‌شوند. برای توضیح استگمات تقریبی ، این حالت را با یک مثال در مورد دیوپتر کروی توضیح می‌‌دهیم.


 
تصویر


فرض کنید از یک نقطه مانند A در روی محور اصلی یک دیوپتر کروی ، پرتوی بر سطح کروی می‌‌تابد که با خط عمود بر آن سطح زاویه i می‌‌سازد. بسته به میزان i ، تابشهای مختلفی وجود خواهد داشت و طبیعتا ، تصویرهای مختلفی برای نقطه حاصل خواهد شد. (تصویرها از تلاقی پرتو شکست با محور اصلی در طرف دیگر ایجاد می‌‌شوند). بنابراین نتیجه می‌‌شود که سطوح کروی ، سطوح مناسبی برای تصویرگیری نقاط نیستند.

برای اصلاح مشکل فوق ، مقطع کوچکی را حول محور اصلی با زوایای تابش و بازتابش کوچک برمی‌‌داریم. با این کار نقاط تصویر را به هم نزدیک می‌‌کنیم. بنابراین با ایجاد این مقطع تقریبی را بکار می‌‌بریم که در آن تمام پرتوهای تابش به یک نقطه منجر نمی‌‌شوند، بلکه تصویرها از مجموعه نقاط نزدیک به هم تشکیل یافته‌اند، این حالت را استگمات تقریبی گویند.

انواع دیوپتر

دیوپترها انواع مختلف دارند. بطور کلی ، می‌‌توان گفت که بیشتر ابزارهای نوری که به عنوان سطح مرزی دو محیط با ضرایب شکست مختلف قرار می‌‌گیرند، دیوپتر هستند. بنابراین دیوپتر می‌‌تواند به صورت تخت ، کروی ، تخت _ کروی ، هلالی و … باشد. روابط مربوط به هر دیوپتر را می‌‌توان از روش ترسیم هندسی پرتوهای تابشی و شکست یافته بدست آورد.

به عنوان مثال ، در یک
دیوپتر کروی برای تعیین فاصله کانونی ، پرتوهایی را به صورت موازی بر محور اصلی بر سطح دیوپتر می‌‌تابانیم. این پرتوها یا بعد از شکست و وارد شدن به محیط دوم همدیگر را در یک نقطه روی محور اصلی قطع می‌‌کنند و یا اینکه امتداد پرتوهای شکست همدیگر را در نقطه‌ای روی محور اصلی قطع می‌‌کنند. در هر دو حالت این نقطه را کانون و فاصله آن از مرکز انحنا دیوپتر را فاصله کانونی می‌‌گویند.

یکای دیوپتر

نکته‌ای که در اینجا قابل توجه می‌‌باشد، این است که اغلب در روابط مربوط به عدسی‌ها که برای ساختن تصاویر مورد استفاده قرار می‌‌گیرند، عکس فاصله کانونی را دیوپتر تعریف می‌‌کنند. بنابراین واژه دیوپتر در بعضی از کتابهای اپتیک مقدماتی به این منظور نیز بکار برده شده است.

+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | نظر بدهيد

زاویه حد و بازتابش داخلی کلی


زاویه حد (Critical Angle)

تعریف:


اگر تابش از محیط غلیظ با ضریب شکست بالا بر محیط رقیق با ضریب شکست پایین صورت گیرد (n1>n2) بنابراین قانون اسنل با این شرایط ، مبهم می شود. زیرا
(sin r=n1/n2 sin i)
که در آن(1< n2/1n) بنابر این احتمال دارد، برای i های بزرگ sin r بزرگتر از واحد شود. پس یک زاویه بحرانی تعریف می کنیم که حد بیشینه sin r را به ما دهد که برابر واحد یا زاویه اش r=90 هست.


یعنی به ازای sin r=1
خواهیم داشت زاویه حد (c=i) را که از رابطه زیر یافت می شود: (c=arcsin n2/n1)
به عنوان مثال اگر تابش از هوا بر شیشه باشد داریم:n=1.5
بنابراین درجه c~41 خواهد شد. بهتر است بدانید کهc از کلمه لاتین Critical به معنی بحرانی اخذ شده است.

 

              img/daneshnameh_up/c/ca/Zavieh.gif


مفهوم فیزیکی:


زاویه شکست نود درجه (90) بدان معنی است که پرتوی عبوری از مسیری قائم بر خط عمود (موازی فصل مشترک دو محیط)خواهد داشت به عبارتی در زوایای بزرگتر از C ، عبوری بر محیط دوم نخواهیم داشت.

کاربرد های زاویه حد:


 

  1. جهت کنترل مسیر نور های خروجی و هدایت آنها بر فصل مشترک محیط ها در دستگاه های نوری از این مفهوم استفاده می شود.
  2. سیستم هایی که در آنها تابش های شعاعی مطرح است و فصل مشترک محیط ها شعاع های کرات فرضیی می باشد که مؤلفه های نور خروجی در مسیر شعاع کرات قرار می گیرد و مسأله تقارن شعاعی پیدا می کند و از حالت سه بعدی به تک بعدی تبدیل شده کمیات مربوط به نور از جمله شدت، طول موج ، سرعت نور و.... اندازه گیری و محاسبه می گردد.
  3. موادی که دارای ضریب شکست مجهولی هستند می توانیم آنها را در فصل مشترک با یک ماده با ضریب شکست معلوم تنظیم نماییم و سیستم را درحالت زاویه حد تنظیم نموده و ضریب شکست محیط مجهول و از روی آن تمام خواص نوری آن محیط را بدست آوریم. (n=sin c) که در آن c زاویه حد و n ضریب شکست نسبی بین دو محیط می باشند.
  4. در اکثر دستگا های نوری از زاویه حد و زاویه بروستر بهره می گیرند از جمله از این سیستم ها  ، فاصله یاب های نوری ، بیناب سنج ها ( طیف سنج هاتداخل سنج ها و...را می شود نام برد.
  5. برخی زاویه سنج ها را بر حسب زاویه حد کالیبره نموده اند. و نیز سیستم های خودکار (اتوماتیک) را نیز طوری تنظیم می کنند که وقتی زاویه حد بر قرار شد سیستم قطع یا وصل شود به عبارتی سیستم کنترلی زاویه داری را بر روی دستگاه ها سوار می کنند تا همانند بمب های که همانند بمب های اتمی که از روی ساعت تنظیم می شوند اینجا نیز تنظیم با زاویه حد است این نوع کنترل سیستم ها را سویچ زنی بحرانی گویند.


بازتابش داخلی کلی (Total Internal Reflection)

اگر تابش از محیط غلیظ (n1 بزرگ) بر محیط رقیق(n2 کوچک) صورت گیرد و نیز زاویه تابش از زاویه حد بزرگتر باشد یعنی i >arcsin n2/n1 در این صورت هیچ نوری بر محیط دوم عبور نمی کند و بر خلاف زاویه حد در مرز مشترک محیط ها نیز نوری نخواهیم داشت .این بازتابش کامل نور به محیط اول را پدیده بازتابش داخلی کلی (Total Internal Reflection) می نامند که با علامت اختصاری TIR نمایش می دهند.

 


مفهوم فیزیکی

در زوایای تابشی بزرگتر از زاویه بحرانی بر خلاف انتظار زاویه شکست بیشتر از 90 درجه می شود یعنی نور اجازه ورود به محیط دوم را ندارد این پدیده به وسیله محاسبات فیزیکی ، توجیحات فیزیکی ونیز آزمایش های عملی بررسی شده است. بنابراین از این پدیده در سایر ناحیه های طول موجی امواج الکترومغناطیسی نیز استفاده های وسیعی می شود.

کاربردهای بازتاب داخلی کلی

  1. با استفاده از این پدیده آینه هایی با توان بازتابش بالا و بدون جذب ساخته اند که در ساختمان دستگاه های نوری مختلف از جمله لیزرها کاربرد وسیعی یافته اند.
  2. اساس بازتاب نور در فیبر های نوری بر بازتابش داخلی کلی استوار است اما فیبرهای نوری و موجبر نوری را با اپتیک موجی بررسی خواهیم کرد.
  3. اگر دامنه میدان موج عبوری به محیط دوم را با نظریات ماکسول بررسی نماییم دامنه میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی نور به طور نمایی وبه طور سریع میرا می شود واگر شدت نور را از این طریق در محیط دوم حساب نماییم جواب صفر خواهیم داشت زیرا انرژی نور وارد محیط دوم نمی شود.
  4. نفوذ ناچیز نور به محیط دوم در بازتابش داخلی کلی را میتوان بوسیله ترکیب دو منشور قائم الزاویه متساوی الساقین شیشه ای بررسی نموده که در دستگاه های لیزری از این ترکیب استفاده می نمایند.
  5. دستگاه های زیر در یایی ، دستگاه کپی لیزری ، آشکارساز های سو سوزن ، برخی سیستم های رادیو گرافی ، عینک های فوتو (جاذب نور)، برخی از منشورها و سیستم هایی که این منشور ها در آنها به کار رفته است و.... از مکانیزم عملی و محاسبات و تئوری های بازتابش داخلی کلی بر خوردارهستند.

 

 

+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | نظر بدهيد

منشور

دید کلی

  • آیا تا به حال به چگونگی تشکیل رنگین کمان فکر کرده‌اید؟
  • طیف رنگی نور تابشی بر بلورها از جمله ساده‌ترینش خودکار شیشه‌ای یا پلاستیک شفاف را دیده‌اید؟
  • هاله رنگی دور لامپ الکتریکی را در هوای مه آلود مشاهده نموده‌اید؟
  • لایه‌های رنگی موجود در سطح مایعات مخلوط از جمله نفت و آب و ... فهمیده اید و ماهیت فیزیکی اینها را لمس کرده اید؟

    در طبیعت از این پدیده‌ها بسیار است و همه آنها ماهیت نوری تقریبا واحدی دارند.



img/daneshnameh_up/9/9a/PRISM.GIF

ماهیت منشور

نوری که از شیشه منشور می‌گذرد، به لحاظ بستگی ضریب شکست به طول موج و یا پاشندگی مواد ، به رنگهای تشکیل دهنده آن تجزیه می‌شود (تجزیه نور سفید). مثلا نور سفید به طیف وسیع هفت رنگ خود تجزیه می‌گردد. بنابراین در بحث منشورها از پاشندگی نور می‌گذریم و منشورهایی را بررسی می‌کنیم که پاشنده نیستند، یعنی ضریب شکست آنها بستگی طول موجی ندارد، منشورهایی که می‌توان از آنها در آرایش سطوح بازتابنده چندگانه استفاده کرد. مزیت منشور بر مجموعه چند آینه این است که منشورها پس از تعبیه شدن در سیستم ، سمتگیری طراحی شده را حفظ می‌کنند و نیازی به تنظیم در دستگاه نهایی را ندارند. به غیر از اینکه خود منشور به عنوان یک مجموعه کل تنظیم شده باشد.

ساختار کلی

  • از آنجا که کلیه منشورها جهت بازتابیدگی به لایه‌های مواد فلزی و دی الکتریکها در سطح خود لازم ندارند، برعکس ، آینه‌ها وقتی مورد استفاده قرار می‌گیرند، کارآیی آنها تقریبا بدون اتلاف تابش است. و تنها اتلاف ناشی از ناخالصی و ناهمواریهای سطح منشور و بازتابشهای فرنل مربوط می‌شود که ناچیزند. آنچه مهم است تنظیم دائمی سطوح بازتابنده و بازتابش داخلی کلی است، استفاده از این منشورها در بیشتر دستگاههای نوری توصیه می‌شود.



img/daneshnameh_up/8/8b/Glare.jpg




  • دو مانع عمده در کاربرد منشورها وجود دارد آنها هم هزینه و وزن آنهاست; اگر مساحت سطح مقطع ورودی و خروجی یک منشور خیلی بیشتر از 5 سانتیمتر مربع باشد، وزن آن قابل ملاحضه خواهد بود. همچنین هزینه ساخت و تولید یک تکه شیشه کلفت و صیقل دادن آن و تعبیه دقیق آن در جای مناسب قابل توجه خواهد بود، لذا در ابعاد سطح مقطعی بزرگتر از 5 سانتیمتر مربع استفاده از آینه‌ها امتیاز بیشتری دارد و یا اینکه با تقریبی از منشورهای پلاستیکی شفاف استفاده می‌کنند.
  • در حالت کلی منشورهای باز تابش داخلی کلی و آینه‌های تخت به لحاظ کاربرد در سیستمهای مختلف با ملاحظه تمام پارامترهای طراحی دستگاه ، مکمل هم هستند.
  • باید بخاطر بسپاریم که در دستگاههای نوری کل یک منشور ظاهر نمی‌شود بلکه بعد از تنظیم منشور آن قسمتی از منشور که عمل می‌کند و در مسیر پرتوی ردیابی شده قرار می‌گیرد را نگه می‌داریم و سایر قسمتهای اضافی را جهت کاهش وزن و حجم می‌بریم و از دستگاه نوری خارج می‌کنیم.

انواع منشورها و کاربردهای آنها

منشور قائم الزاویه

سطح مقطع این منشور ساده و از یک مثلث (درجه45 - 90 - 45) ساخته شده است. نوری که از یک وجه کوچک آن وارد می‌شود در وتر آن بازتابیده می‌شود و از وجه کوچک دیگر خارج می‌گردد، به شرطی که ضریب شکست منشور بزرگتر از مقدار 1.414 باشد یعنی (n1 > 1.414) که نور باز تابش داخلی کلی خواهد کرد که این هم یک مزیت دیگر منشور بر آینه‌هاست.

منشور پنج وجهی

منشور پنج وجهی یک منشور انحراف ثابت است، بدین معنی که پرتوی ورودی را 90 منحرف می‌کند، بخاطر همین ویژگی به چنین منشوری گونیای اپتیکی می‌گویند. در تنظیم و طراحی سیستمهایی که دارای مسیرهای متقاطع پرتویی به اندازه 90 هستند، بسیار سودمند واقع می‌شوند. به سبب زاویه تابش کوچک نخستین بازتابش داخلی ، بازتابش داخلی کلی در اینجا صورت نمی‌گیرد. بنابراین سطوح بازتابنده یک منشور پنج وجهی باید با فیلمهای (پوششهای) بازتابنده پوشش یابند.

منشور پورو

img/daneshnameh_up/a/a6/Porro.png




این منشورها از ترکیب دو منشور راست گوشه بدست می‌آیند و در پیکر بندیهای انحراف ثابت 180 درجه مورد استفاده قرار می‌گیرند، در حالیکه هر دو منشور تولید معکوس می‌کنند، ترکیب آنها تولید وارونی می‌کند. این دو منشور ، مسیر یک سیستم اپتیکی را تا می‌کنند (سیستم را در ادامه فرآیند از مسیر نور خارج می‌کنند) و همچنین یک تصویر را به اندازه نصف طول وتر در هر دو جهت افقی و عمودی جابجا می‌کنند. از منشور پورو می‌توان برای کاهش طول یک تلسکوپ کپلری استفاده کرد و همزمان با آن یک وارونی دیگر که برای راست کردن تصویر وارون تلسکوپ ضرورت دارد، بدست آورد. به همین دلیل ، در بسیاری از دوربینها و سایر دستگاههای دو چشمی ، از این منشور استفاده می‌شود.

منشور دوه

نوری که به موازات قاعده یک منشور وارد آن می‌شود در درجه اول به قاعده منشور شکسته می‌شود، در آنجا بازتابش داخلی کلی می‌یابد. سپس در وجه مقابل می‌شکند تا دوباره به نوری موازی با قاعده تبدیل شود، از آنجا که قسمت رأس منشور اثری بر پرتوهای بازتابیده از سطح قاعده ندارد، معمولا حذف می‌شود (برش داده می‌شود). آنچه باقی می‌ماند یک منشور دوه نامیده می‌شود.

پیمایش پرتوهای نور در یک منشور دوه معادل عبور آنها از یک
تیغه شیشه‌ای است. بنابراین در زاویه تابش غیر عمودی پاشیدگی روی نخواهد داد. اگر هم باشد داخلی است و در سطح دوم جمع می‌شود. یکی از سودمندترین خواص منشور دوه آن است که چرخش منشور حول محوری به موازات جهت انتشار نور در بیرون منشور ، منجر به چرخش تصویر معکوس به اندازه دو برابر زاویه چرخش منشور می‌شود. تعداد ترکیبهای منشوری دیگر خیلی زیاد هست و برخی از آنها برای دستگاه نوری خاصی طراحی شده است.

محاسبه ضریب شکست منشورها

ضریب شکست شیشه منشور به توسط رابطه زیر داده می‌شود:

n = sin(A - Dm)/2 / sin(A + Dm)/2


که در آن A زاویه رأس منشور بوده و Dm زاویه کمترین انحراف منشور است. زاویه کمترین انحراف منشور آنچنان زاویه‌ای است که با کوچکترین انحراف از آن زاویه ، منشور از حالت تنظیم خود خارج می‌شود و طیف منشور حذف می‌شود. به عبارتی در چنین زاویه‌ای ، منشور در آستانه تشکیل طیف نور تابشی است.

 

                               


+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | نظر بدهيد

شکست نور و ضریب شکست (محیط های همگن)

دید کلی

 

img/daneshnameh_up/0/04/Refraction.jpg


پدیده دومی که علاوه بر بازتاب در دستگاههای نوری مهم می‌باشد شکست هست.

  • آیا از خود پرسیدید که چرا وقتی چوبی را وارد آب استخر می‌کنیم از بیرون کج دیده می‌شود؟
  • پرتوهایی که از یک عدسی می‌گذرد از مسیر اولیه‌اش منحرف می‌شود؟
  • تیری را که از پشت شیشه‌ای به یک نقطه‌ای هدف گیری کنیم، به هدف نمی‌خورد؟ و ....

    در سیستمهای نوری در برخی ساختارها حضور شکست مفید است و در برخی از سیستمها ایجاد مزاحمت (مثلاً اعوجاج) و ... می‌نماید. در منشورها این شکست نور است که با انحراف از مسیر اولیه نور سفید را به ما می دهد و ... . نورهای اجسام خارجی که توسط عدسی خود چشم و برای چشم های بیمار با همکاری عینکها روی شبکیه چشم جمع می شوند و تشکیل تصویر می‌دهند. این تغییر امتداد مسیر پرتوها در عینک و عدسی چشم همان پدیده شکست است. چون تمام سطح به سطوح کوچک تخت و کروی با هندسه معین می شوند. ما نیز سطوح اپتیکی سیستمها را به این دو سطح محدود می‌کنیم.

شکست در سطوح تخت

شکست نور در شیشه (تیغه نازک) را بررسی می‌کنیم: وقتی نور به شیشه می‌تابد چون طرفین آن هوا (یا محیطی) با جنس یکسان است. مثلا طرفین تیغه شیشه‌ای هوا باشد در سطح اول مقداری منحرف می‌شود، این شکست اولیه یک جابجایی داخلی را برای این نور سبب می‌شود و در سطح دوم دوباره یک شکست دیگری پیدا کرده و امتداد اولیه خود را می‌یابد. پدیده شکست در مرز مشترک محیطها از قانون اسنل تبعیت می‌کند.

(n1 sin (i) = n2 sin (r

img/daneshnameh_up/0/08/Rays-3.gif


شکست در سطوح کروی

در سیستمهای نوری با اجزای نوری همچون آینه‌ها ، عدسیها ، منشورها و ... قوانین اسنل مربوط به شکست و انعکاس مسیر پرتو را می‌دهد. اگر سطح کروی ما یک دیوپترهای کروی (سطح شکست کروی) باشد که دو محیط با جنسهای مختلف نوری را از هم جدا می‌کند باشد. مثلاً از یک ستاره‌ای در بینهایت نور به یک دیوپتر کروی بتابد، هم در بی نهایت است. و پرتوهای تابش موازی هم می‌آیند و موازی محور اصلی دیوپتر به قسمتهای مختلف آن می‌خورند و بعد از شکست در دیوپتر خود یا امتدادهایشان از کانون دیوپتر عبور می‌کنند که محل تقاطع نقطه منفردی است و نیز شکست دو مرحله‌ای منشورها که طیف سالم و دقیق نور سفید را ایجاد می‌کنند.

 


شکست دو مرحله‌ای

در تیغه‌های متوازی السطوح و کلا شیشه‌های (دیوپترهای) با ضخامت معین شکست در سطح اول و شکست در سطح دوم داریم. برای تیغه متوازی السطوح همانند شیشه نازک ساده فقط یک جابجایی داخلی برای پرتو اتفاق می‌افتد، امّا برای منشورها و غیره علاوه از جابجایی داخلی امتداد پرتو نیز عوض می شود دیو پتر های ضخیم نیز همین حالت را دارند.

در ساختمان طیف سنجهای نوری ، منشورها حضور دارند در
مسافت یاب منشوری یافت می شوند در دستگاههای رادیولوژی جهت جابجایی داخلی کاربرد دارند. در ساختمان موجبر نوری در تداخل سنجها در برخی سیستمهای اندازه گیری سرعت نور این پدیده به عنوان مکانیزم دستگاه عمل می‌کند. و ...

img/daneshnameh_up/6/68/shek.jpg


پدیده های روز مره شکست


مشاهدات تجربی و آزمایشات نوری نشان می دهد که وقتی نور از یک محیط بر محیطی متفاوت از اولی می تابد مسیر اولی خودش را دنبال نمی کند:
  • اگر در کنار استخر آب بیاستید قامت خود را در آب کج می بینید.
  • اگریک نی را وارد یک لیوان آب بکنید و از بیرون به داخل لیوان نگاه کنید نی را خم شده حس می کنید.
  • درختان کنار رودخانه در داخل آب تصویر کجی دارند.
  • غواص های داخل آب باید از شکسته شدن مسیر نور در بین محیط ها با خبر باشند و الا ایستکاه اولیه خود را پیدانمی کنند. و هزاران پدیده دیگر

چرا شکست اتفاق می افتد؟

انتشار نور در محیط ها به کمیات فیزیکی محیط ها وابسته است وقتی نور از محیطی با گذر دهی الکتریکی (e1) و تراوایی مغناطیسی (m1) به محیطی با گذر دهی الکتریکی (e2 ) و تراوایی مغناطیسی (m2) گذر می کند با یک کمیات فیزیکی محیطی جدیدی روبرو می شود و سرعت غیر یکسانی در این دو محیط دارد از طرفی تغییرات سرعت هم با کمیات محیط (e,m)در ارتباط هست هم با کمیت اصلی محیط ضریب شکست (n)در ارتباط هست.پس ضریب شکست که از کمیات مهم نوری به حساب می آید از محیطی به محیط دیگر تعییر می کند بنابراین سرعت و مسیر پرتو نیز تغییر خواهد کرد.

محاسبه الکترومغناطیسی ضریب شکست

در حالت کلی از دید الکترو مغناطیس ( طیف الکترومغناطیسی ) ضریب شکست عبارتست از نسبت سرعت نور در خلا به سرعت نور در آن محیط بنابراین دراین رابطه (n=C/V ) ضریب شکست(n) و با حاصلضرب تراویایی نسبی مغناطیسی (km) و ضریب دی الکتریک (k)محیط مادی نسبت عکس مجذوری دارد.

اکثر محیط های نوری شفاف هستند. برای
محیط های شفاف نوری ، خاصیت مغناطیسی چندان مطرح نیست در این صورت ضریب شکست با جذر ضریب دی الکتریک داده می شود.(n=\sqrt2{k})

چون میزان
قطبش محیط های مادی متفاوت است و ضریب دی الکتریک با قطبش درارتباط است بنابراین ضریب شکست محیط ها از خواص الکتریکی بیشتر تأثیر می پذیرد. در اکثر گازها این مقدار ثابت است در اجسام غیر قطبی نیز جواب ها دقیق هستند امّا در موادی با مولکولهای قطبی مثلا آب و الکل و... این بستگی رادیکالی عوض می شود و آنهم به خاطر بالا بودن قطبش پذیری این اجسام است.

وابستگی فرکانسی ضریب شکست

ضریب شکست به فرکانس تابش وابسته است و این ویژگی برای همه محیط های نوری شفاف صادق است تغییر ضریب شکست در محیط مادی با فرکانس را پاشندگی ماده گویند. در چنین موادی دو حالت ممکن است اتفاق بیافتد اگر وابستگی از درجه اول طول موج باشد جذب نور نداریم. مانند پاشندگی شیشه در منشور ها که سبب تجزیه نور به رنگ های مختلف می شود. اگر مرتبه وابستگی بالاتر باشد مواد علاوه از پاشندگی جاذب نور نیز خواهند بود. این پاشندگی هست که سبب انحراف مسیر پرتو ها در گذر از محیط های مختلف می گردد چون میزان پاشندگی برای محیط های،مختلف متفاوت است.

این وابستگی گاهی مفید و گاهی زیانبار است مثلا در
عدسی ها ابیراهی ها را سبب می شود و وضوح، دقت و کیفیت تصویر را کاهش می دهد و در منشور سبب تجزیه نور یک منبع به خطوط طیفی سازنده نورش می کند. در حالت کلی برای تشریح پاشندگی بایستی حرکت واقعی الکترونها( حرکات کاتوره ای یا ]براونی] » را در اثر ««بر هم کنش آنها با نور در محیطی که نور بر آن محیط می تابد و در آْن منتشر بررسی نمود.

در محاسبه میزان پاشندگی برای یک ماده
ضرایب شکست فرانهوفر (ضرایب شکست در طول موج های فرانهوفر) لازم می شود. و نیز برای برخی سیستم ها دو نوع ضریب شکست داریم که در مبحث کریستالهای دو شکستی تشریح خواهیم کرد. از روی ضریب شکست مواد کاتالوگ‌هایی ساخته اند تا مواد را به راحتی بتوان در دستگاه های نوری مورد استفاده قرار داد. به عنوان نمونه ضریب شکست چند ماده را در زیر می آوریم.

 

+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | نظر بدهيد

قوانین اپتیک هندسی

img/daneshnameh_up/0/08/Rays-3.gif




اعتبار اصل سیر مستقیم الخط نور

اجباری نیست بپذیرید که نور در خط مستقیم حرکت می‌کند، کافی است در یک صبحگاه مه آلود پرتوهای نور خورشید که از میان برگ درختان می‌گذرد را ببیند. این عقیده که نور به خط مستقیم حرکت می‌کند هنگامی درست است که طول موج تابش نور خیلی کوچکتر از گذرگاهها و سوراخهای محدود کننده مسیر نور باشد. هرگاه این شرایط برقرار نباشد باید پدیده پراش را به میان آوریم و اثر آنرا روی جهات ، شدت نور و ... تابش برررسی و محاسبه نماییم.


img/daneshnameh_up/3/32/432.jpg




با این توضیح در تقریب اول ، وقتی بتوان پراش را نادیده گرفت می‌توان پیشروی نور در میان سیستم اپتیکی را بر مبنای پیروی از مسیرهای مستقیم الخط یا پرتوهای نور ردیابی نماییم تا این حد در حوزه تسلط اپتیک هندسی هستیم. نظیر هر بازی خوب زیباییهای اپتیک در این است که قوانین آن به قدری ساده و امکانات نتیجه گیری از آنها به قدری گوناگون و گاهی ماهرانه هستند، که هرگز کسی با بازی کردن با آنها خسته نمی‌شود. اپتیک هندسی را می‌توان بصورت مجموعه‌ای از سه قانون بنیادی زیر بیان کرد:

  • قانون تراگسیل: در یک ناحیه با ضریب شکست ثابت ، نور به خط مستقیم انتشار می‌یابد (اصل بازگشت نور).
  • قانون بازتابش: نور فرودی بر یک صفحه تحت زاویه بر یک صفحه تحت زاویه i نسبت به خط عمود بر آن صفحه ، با زاویه r مساوی با زاویه تابش ، بازتابش می‌کند (زاویه تابش مساوی زاویه بازتابش i = r).
  • قانون شکست (قانون اسنل): در سطح جدایی دو محیط با ضرایب شکست n1 و n2 نور فرودی به سطح جدایی در محیط اول و تحت زاویه i نسبت به عمود بر سطح جدایی ، در محیط دوم تحت زاویه r نسبت به عمود بر سطح جدایی شکست می‌یابد بطوری که:
n1 sin i = n2 sin r

 

                                                                                 

                          img/daneshnameh_up/3/32/GHavaninoptic.JPG

نتایج حاصل از قوانین

  1. یکی از نتایجی که از قوانین اخیر بدست می‌آید این است که پرتوهای تابش ، بازتابش ، تراگسیل و امتداد عمود بر سطح همگی در یک صفحه قرار دارند که صفحه تابش نامیه می‌شود.
  2. تعریف صفحه تابش: این صفحه بصورت صفحه شامل خط عمود بر سطح و امتداد تابش تعریف می‌شود.
  3. بهتر است رابطه اسنل را به فرم اخیر یاد بگیرید، اگر آنرا بصورت نسبت سینوس ها بیان کنید احتمال مبهم شدن ضریب شکست نسبی دو محیط نسبت به هم (n = n2/n1) بخاطر صفر شدن مخرج سینوسها وجود دارد که مفهوم فیزیکی ندارد.
  4. حالت ویژه‌ای را در نظر می‌گیریم که در آن اگر ضریب شکست محیط تابش بزرگتر از ضریب شکست محیط عبور باشد (n1 > n2) زاویه r از رابطه زیر تعیین می شود. (sin r = n1/n2 sin i) در این رابطه (n1/n2>1) و sin iمقداری بین صفر و یک دارد.

    بنابراین برای زوایای تابشی بزرگ به نظر می رسد، ممکن استsin r>1
    باشد. در صورتیکه باید sin r کوچکتر از یک باشد، پس در اینجا یک زاویه بحرانی (زاویه حد i=c )وجود دارد که به ازای آن داریم: sin c = n2/n1 یعنی sin r = 1 و r = 90. این بدین معنی است که پرتو تراگسیلی (عبوری) مسیری قائم بر خط عمود یعنی موازی با سطح مشترک طی می‌کند این پدیده در امواج صوتی به امواج سطحی راله معروف است.
  5. بازتابش داخلی کلی: برای زوایای تابش i بزرگتر از c = arcsin n2/n1 هیچ نور عبوری بر محیط دوم نخواهیم داشت، در عوض نور در محیط تابش بطور کامل به عقب بازتابش می‌کند و هیچ نور و انرژی وارد محیط دوم نمی‌شود، این پدیده بازتابش داخلی کلی نام دارد.

 

+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | نظر بدهيد

آینه تخت

آینه‌های معمولی که سطح آنها مسطح است، آینه تخت نامیده می‌شوند. این آینه‌ها همان آینه‌‌هایی هستند که همه ما از آنها استفاده می‌کنیم و می‌توانیم اشیا را عینا (البته با وارونی جانبی) در آنها ببینیم.

دید کلی

آینه‌های معمولی را که سطح آنها مسطح است، آینه تخت می‌نامند. در واقع این آینه‌ها شیشه‌هایی هستند که یک طرف آنها جیوه‌اندود شده است. هنگامی که روبروی آینه‌ای می‌ایستید، خودتان را در آینه می‌بینید، یا اگر تصاویر اطراف آب ، در آب قابل مشاهده است، به این علت است که از سطح آینه یا آب نورها بازتاب پیدا می‌کنند و به چشم می‌رسند. آنچه در آینه دیده می‌شود، تصویر شی مقابل آینه است. آیا تاکنون تصویر درختان یا منظره‌های اطراف یک استخر آب را در سطح آب مشاهده کرده‌اید؟

چگونگی تشکیل تصویر در آینه تخت

هنگامی که یک شی که در روشنایی واقع است، در مقابل آینه تخت قرار می‌گیرد، از هر نقطه جسم پرتوهای نور به آینه می‌تابند. این پرتوها پس از بازتاب از آینه به چشم می‌رسند، مثل اینکه پرتوها از نقطه‌ای که در پشت آینه واقع است، به چشم می‌رسند. این نقطه همان نقطه تقاطعی است که در آن امتداد پرتوهای بازتابشی به چشم ، در پشت آینه ، به هم می‌رسند و آن نقطه ، تصویر نقطه‌ای نقطه انتخاب شده از جسم نامیده می‌شود. به این ترتیب می‌توانیم تصویر هر نقطه دیگری از جسم را به کمک حداقل دو پرتو که از آن نقطه به آینه می‌تابند، مشخص کنیم.

ویژگی تصویر در آینه تخت

  • اگر واقعا در پشت آینه نقطه نورانی وجود داشت و پرتوهایی از آن به چشم می‌رسید، آن پرتوها مانند پرتوهایی بودند که از سطح آینه به چشم رسیده‌اند. به همین سبب انسان تصور می‌کند نقطه نورانی جسم در پشت آینه است. نقطه نورانی پشت آینه تصویر مجازی جسم نامیده می‌شود. تصویر مجازی از برخورد امتداد پرتوهای بازتاب حاصل می‌شود.

  • در آینه تخت طول تصویر با طول شی برابر است.

  • تصویر در آینه تخت نسبت به جسم ، مستقیم است.

  • تصویر در آینه تخت دارای وارونی جانبی است، بطوری که اگر کتابی را در مقابل آینه قرار دهید، نوشته‌های کتاب که قبلا از راست به چپ قابل خواندن بود، اکنون از چپ به راست قابل خواندن است.

دوران آینه تخت

اگر شعاع تابش ثابت بماند و آینه را حول محوری واقع در سطح آن به اندازه α دوران دهیم، شعاع بازتابش به اندازه 2α دوران می‌کند.

انتقال آینه

  • اگر آینه تخت به موازات سطح خود به اندازه L منتقل شود، تصویر به اندازه 2L منتقل می‌شود.

  • اگر آینه‌ای با سرعت V به جسمی نزدیک یا از آن دور شود، تصویر با سرعت 2V به جسم نزدیک یا از جسم دور می‌شود.

  • اگر جسم با سرعت 'V به آینه نزدیک یا از آن دور شود، تصویر با سرعت '2V به جسم نزدیک یا از جسم دور می‌شود.

  • اگر جسم با سرعت 'V به آینه نزدیک یا از آینه دور شود، تصویر با سرعت 'V نسبت به جای اولیه خود نسبت به آینه حرکت می‌کند، ولی با سرعت '2V نسبت به جسم حرکت می‌کند.

آزمایش

یک شیشه را بطور ایستاده روی میز نصب کنید. دو شمع مشابه را در طرفین شیشه قرار دهید. پس از آنکه یکی از شمعها را روشن کردید، از طرف شمع روشن به شیشه نگاه کنید. شمع خاموش و تصویر شمع روشن را در شیشه خواهید دید. شمع روشن را جابجا کنید، با این کار تصویر آن جابجا خواهد شد.

این شمع را آنقدر جابجا کنید تا تصویر شمع روشن بر شمع خاموش منطبق شود، در این صورت در شیشه فقط یک شمع و آن هم روشن دیده می‌شود. اگر فاصله بین هر کدام از شمع‌ها تا شیشه را اندازه بگیرید، با هم برابر خواهند بود، گویی جسمی را در مقابل آینه قرار داده‌اید و تصویر آن در فاصله‌ای برابر در پشت آینه تشکیل شده است.

                                                                   


 
ترسیم پرتو
 
 
 

ردیابی پرتو

img/daneshnameh_up/6/6b/lr.gif




توصیف کلی

یکی از سودمندترین روشها در طراحی اپتیکی ، مطالعه سریع اجزای سیستم آنها و مسیر نور در آنها است. این کار همانند طراحی سریعی است که یک نقاش قبل از تصمیم گیری نهایی روی ترکیب رنگها انجام می‌دهد. ابتدائی‌ترین شکل آن ، طرح مقدماتی با یک عدسی شیئی غالبا نامشخص شروع می‌شود. سپس یک سری از عدسیها ، آینه‌ها ، منشورها ، مدوله کننده‌ها ، آشکارسازهای نوری و اجزای دیگر اپتیکی بصورت متوالی و پشت سر هم قرارداده می‌شوند. و همراه آن چند پرتو مهم عبوری از این اجزا ، در طول مسیرهایی که از طریق محاسبات مسیر پرتو تخمین زده شده‌اند، ترسیم می‌شوند.

در اغلب طراحیهای اپتیکی ، اجزای تصویر ساز اعم از عدسیها ، آینه‌ها و سایر قطعات اپتیکی بطور متقارن نسبت به خطی به نام محور نوری قرار می‌گیرند. این خط برای برقراری یک خط مرجع برای سیستم در اول رسم می‌شود، سپس یک سطح اپتیکی ، مانند یک آینه مقعر ، چنان رسم می‌شود که مرکز انحنای آن بر روی محور نوری قرار گیرد (نقطه‌ای که محور نوری سطح را قطع می‌کند، رأس سطح نامیده می‌شود).

با رسم پرتوها در یک سیستم می‌توان مزایا و معایب سیستم را تعیین کرد، قراردادهایی برای ردیابی پرتو (ترسیم پرتو) وجود دارند. با وجود اینکه این قراردادها از مقبولیت جهانی برخوردار نیستند، ولی به اندازه کافی مورد استفاده قرار می‌گیرند که بهره‌گیری از آنها در ترسیم و محاسبات موجب تسهیل در کار و قابل توصیه باشد.

           img/daneshnameh_up/b/bc/u13l3d2.gif

 

 

img/daneshnameh_up/e/e7/Dove-prism.png



 

قواعد رسم پرتو

جسم فرضی و شکل گیری تصویر

  • یک شیئی در سمت چپ سیستم اپتیکی قرار داده می‌شود.

  • نور سیستم از سمت چپ به سمت راست ردیابی می‌شود تا اینکه یک جزء بازتابنده (مثلا آینه) جهت کلی را تغییر دهد.

  • اگر چه می‌توان یک شی قابل تشخیص تصویر شدنی در سیستم رسم کرده ، ولی ساده‌ترین شیئ ، یک پیکان قائم است ( پیکان تصویر شده توسط سیستم اپتیکی ، با معکوس بودن ، تصاویر بعدی را نسبت به شیئ اصلی و بقیه تصاویر ، نشان می‌دهد).

  • اگر فرض کنیم که نور ازشیئی در همه جهات گسیل شود، می‌توان یک دسته پرتو مخروطی از هر نقطه پیکان رسم کرد.

  • هرگاه همه پرتوهای رسیده از یک نقطه از جسم که توسط سیستم اپتیکی جهت یافته‌اند. دوباره در یک نقطه جمع شوند، آنگاه تصویر تشکیل یافته است. در غیر اینصورت اگر ، دو پرتو از یک نقطه جسم بعد از عبور از سیستم به یک نقطه همگرا نشوند، در آنصورت سیستم دارای ابیراهی نوری است که باید با طرح دیگری ، بطوری که بعدا خواهیم دید، آنرا به حداقل رساند.
     



    img/daneshnameh_up/4/42/u13l3b1.gif                       img/daneshnameh_up/d/de/u13l3a3.gif

رسم تصویر در آینه مقعر

یک آینه مقعر ساده‌ترین وسیله تصویر ساز است. اگر شیئی در فاصله بسیار دوری از آن در اصطلاح معمول در بینهایت قرار گیرد، پرتوهای رسیده از جسم به آینه موازی محور اپتیکی بوده و یک تصویر درنقطه کانونی آینه تولید می‌کنند که فاصله آن از آینه f است (فاصله f را فاصله کانونی آینه می‌نامند)، مکان این نقطه کانونی در فاصله نصف شعاع انحنای آینه است، رسم تصویر برای عدسی محدب نیز چنین است.

رسم تصویر در آینه محدب

آینه محدب نیز دارای نقطه کانونی است، با اینحال در این مورد پرتوهای موازی به یک نقطه همگرا نمی‌شوند، بلکه در عوض به نظر می‌رسد که از نقطه‌ای به فاصله f از آینه ، واگرا می‌شود. یعنی اگر جسم در بینهایت باشد پرتوهای تابشی از آن موازی محور اصلی آمده و در آینه محدب واگرا شده و امتداد آنها از فاصله کانونی آینه می‌گذرند، رسم تصویر برای عدسی مقعر نیز چنین است.

رسم تصویر در دستگاه‌های نوری

در حالت کلی می‌توان پرتوهای زیادی از سیستم عبور داد، چند پرتو ویژه که به آسانی رسم می‌شوند، که می‌توانند همان اطلاعات را بدهند که از ترسیم پرتوهای زیاد حاصل می‌شود. برای سیستمهای نوری از جمله آینه‌ها و عدسیها ساختار کلی رسم پرتو را داریم، بنابراین در دستگاههای نوری پرتو را بایستی در کل دستگاه ردیابی نماییم تا خروجی مورد نیاز را بدست آوریم.

+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | نظر بدهيد

آینه ها (Mirorrs)

مقدمه

بدون شک همه ما هر روز با آینه سر و کار داریم و از آن استفاده می‌کنیم. اما آیا تا کنون از خود پرسیده‌ایم که آینه چگونه بوجود آمده است؟! چگونه به تکامل رسیده است؟! و چه نقشی را در زندگی و دنیای پیشرفته امروزی بازی می‌کند؟! احتمال اینکه اولین آینه ، آبگیرها بوده باشند بسیار قوی است و در واقع واژه "آبگینه" یا "آب گونه" شاید از چنین خاستگاهی بوجود آمده باشد.


 


img/daneshnameh_up/0/0c/Virtual-Image-Mirror.jpg

 

تاریخچه

کاوشهای باستان شناسان مبین این نکته جالب است که آینه‌های شخصی و ساده بیش از 50 قرن قدمت دارند و در دورانهای گذشته از ارزشی اغراق آمیز برخوردار بوده‌اند. زمانی در آسیای صغیر آینه را از جنس برنز و مس مفرغ می‌ساختند و آن را صیقل داده و با دسته‌های پر نقش و نگار عرضه می‌کردند و به تدریج آینه‌های فولادی به علت قابلیت صیقل یافتن بیشتر و شفافیت بیشتر ، نسبت به برنز و مس و مفرغ ، جایگزین آینه‌های قدیمی‌تر شدند، تا اینکه تحول اساسی در صنعت تولید آینه بوجود آمد. در قرن 12 میلادی کاربرد شیشه در تولید آینه کشف شد و اولین آینه‌های شیشه‌ای که با ورقه‌هایی پوشیده از سرب به بازار عرضه می‌شدند بوجود آمدند.

مدتی بعد ماهیت سمی بودن سرب آشکار گردید و به همین دلیل استفاده از مخلوط جیوه و قلع بجای سرب آغاز شد. این تغییر و تحولات باعث شدند که ونیز که در آن زمان محل تولید اینگونه آینه‌ها بود به یک قطب اقتصادی تبدیل شود. با وجود این ، اختراع و تولید آینه را نباید جزو نیازهای اولیه و تنها در حد یک ابزار شخصی تصور کنیم، امروزه کاربردهای علمی آینه‌ها بسیار بیشتر از کاربردهای اولیه و ظاهری آنها هستند.

داشنمندان از مدتها قبل خواص
آینه‌های تخت و کوژ و کاو (محدب و مقعر) را می‌شناختند و حتی با استفاده از آنها برای متمرکز کردن نور آفتاب وسایلی را برای به آتش کشیدن اجسام اختراع کرده بودند. حتی در این مورد افسانه‌ای وجود دارد که می‌گویند ارشمیدس دانشمند معروف قرن سوم قبل از میلاد بوسیله شبکه‌ای از اینگونه آینه‌ها ، کشتیهای بادبانی مهاجمان رومی را به آتش می‌کشیده است، تا اینکه فرمانروای روم سرانجام در شب موفق به تسخیر شهر "سیراکوز" می‌گردد.


تصویر




تصویر در آینه‌ها

آینه‌ها سطوح بازتابنده هستند که تصویر جسم نورانی قرار گرفته در جلوی خودشان را نشان می‌دهند، بسته به فاصله جسم از آینه مشخصات تصویر (مکان - وارونگی - برگردان جانبی - بزرگی) ممکن است متفاوت باشد. این وسیله نوری از دیر باز در زندگی بشر نقش عمده‌ای داشته و استفاده‌های فراوانی از آن به عمل آمده است. در طبیعت شکل گیری تصویر در آب یا در شیشه‌های پنجره و یا سطوح بازتابان فلزی و پدیده‌هایی از این قبیل به وفور وجود دارند. بر حسب نوع کاربرد و چگونگی شکل گیری تصویر و مشخصات آن به دو دسته عمده تقسیم شده‌اند:

آینه‌های تخت

آینه‌هایی هستند که در منازل وجود دارد و از جسم نورانی تصویری مستقیم و مجازی و برگردان تشکیل می‌دهند، طوری که سمت راست جسم برای تصویر سمت چپ به حساب می‌آید و برعکس که در اکثر سیستمهای نوری ساده کاربرد فراوان دارند. در کارهای عادی و مصارف عمومی از این آینه استفاده می‌شود. به لحاظ هزینه پایین و تولید راحت و انبوه سازی و سادگی مکانیزم توسعه فراوانی دارد.

در منازل ، باشگاهها و مغازه‌ها و دکوراسیون در آینه کاری و معماری و در بتینه کاری و تزئینات ساختمان کاربرد فراوان دارند. از قدیم الایام به صورتهای طبیعی یافت می‌شدند، که با پیشرفت علم و صنعت با کیفیتهای بالاتر نیز به بازار عرضه شد که حتی در برخی سیستمهای اپتیکی نیز بکار گرفته‌اند.

موارد استفاده آینه‌های تخت

امروزه بهره وری این آینه‌ها را بالا برده‌اند و آینه‌هایی با ضریب بازتابش بسیار بالایی هم ساخته‌اند. در سیستمهای نوری و برخی دستگاههای حساس نوری از جمله لیزرها از این آینه‌ها استفاده می‌شود، آینه‌های شیشه‌ای نیم بازتابان نیز از این نوعند.

انواع آینه‌های تخت

  • آینه‌های شیشه‌ای: که بر حسب نوع کیفیت و صیقل بودن شیشه و مواد اندود کننده دارای کیفیت متفاوتی می‌باشند.
  • آینه‌های فلزی: آینه‌های فلزی را بیشتر از نوع تخت می‌سازند و در دندانپزشکی و قطعات ریز اپتیکی کاربرد دارند.
  • آینه‌های لایه گذاری شده: آینه‌ای با چند لایه اندود جهت بالا بردن ضریب بازتابش و اصلاح آینه‌ها شیشه‌ای و جلوگیری کامل از شبح نوری ساخته شده‌اند.

آینه‌های کروی

این آینه‌ها به دو دسته عمده آینه‌های محدب و آینه‌های مقعر تقسیم می‌شوند. این آینه‌ها از لحاظ همگرایی و واگرایی پرتوهای نوری و شکل گیری تصویر و بزرگنمایی و وارونگی و سایر مشخصات تصویر کاربردهای ویژه‌ای در سیستمهای نوری دارند.


تصویر




آینه شلجمی

در چراغهای اتومبیلها و برخی سیستمهای موازی ساز نورها بکار می‌روند، که شکلی شبیه آینه‌های کروی اما متفاوت از آنها دارند.

آینه‌های توان بالا

نوعی آینه‌های چند لایه‌ای هستند که در سیستمهای بازتاب کامل نور و نیز در سیستمهای لیزری و برخی طیف سنجها و محاسبات دقیق و حساس نوری کاربرد دارند.

تقسیمات آینه‌ها

آینه‌ها را بر حسب جنس مواد سازنده و نحوه کارشان به چند دسته عمده بصورت زیر نیز تقسیم بندی می‌کنند که اسامی آنها گویای چگونگی ساخت آنها نیز می‌باشد.

آینه‌های شیشه‌ای

این آینه‌ها از جنس شیشه بوده که پشت آن به توسط مواد باز تابنده اندود شده است و به لحاظ هزینه پایین و مکانیزم ساده کاربرد وسیعی دارند، معمولا سطوح این آینه‌ها به توسط جیوه (Hg) و نقره (Ag) و آلومینیوم (Al) اندود می‌شود. البته یک لایه رنگ هم روی فلز زده می‌شود که از آن محافظت نماید.

آینه‌های فلزی

یک نوع آینه‌های فلزی همان آینه‌ای شیشه‌ای اندود فلزی شده هستند، نوع دوم که بیشتر مد نظر ماست جهت جلوگیری از شبح نوری که از تداخل دو بازتاب لایه خارجی و داخلی آینه ایجاد می‌شود و وضوح تصویر را پایین می‌آورد. آینه‌های تک لایه‌ای فلزی هستند، که فلزات با سطوح صیقل یافته ساخته می‌شود که مشهورترینشان آینه آلومینیومی یا آینه استیل و ... که توان بازتابی خوبی دارند و در دستگاههای اپتیکی هم جواب خوبی می‌دهند.

آینه‌های مایع

یک آینه دیگر با سمت گیری بسیار ویژه ، آینه‌ای است که از سطح یک مایع تشکیل می‌یابد. برای مثال ، از یک تشت پر از جیوه و یک باریکه لیزر برای تعیین امتداد قائم یک محل استفاده می‌شود و به منزله یک شاقول اپتیکی دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای همین مقصود ، می‌توان حتی از مایعاتی که قدرت بازتابی کمتری دارند ولی سمی نیستند، استفاده کرد.

کاربردها

برای اولین بار "اسحق نیوتن" داشنمند معروف انگلیسی و کاشف قانون جاذبه ، از آینه‌ها در ساخت تلسکوپ جدید که خود اختراع کرده بود بهره جست و به این ترتیب نسل جدید از این گونه تلسکوپها را بوجود آورد. از آن زمان ، یعنی از سال 1671م تا کنون آینه‌های بسیار شفافتر و بزرگتر و در نتیجه تلسکوپهای بسیار عظیمتر و دقیقتری توسط دانشمندان گوناگون بوجود آمده‌اند. تلسکوپهایی که برای ساخت آنها هزینه‌های بسیار گزافی صرف شده است. برای نمونه ، آینه تلسکوپ عظیم رصدخانه کوه پالومار در کالیفرنیا 5 متر و 8 میلیمتر قطر و حدود 20 تن وزن دارد! چنین آینه‌هایی با دقت و شفافیت بسیار بالایی که دارند می‌توانند نگاه انسانهای کنجکاو و جستجو گران فضا را تا اعماق فضا گسترش دهند.

البته باید اقرار کرد در واقع بدون وجود اینگونه آینه‌ها نگاه انسان کنونی از سطح زمین فراتر نمی‌رفت. بنابراین یکی از نتایج اختراع و تکامل آینه‌ها ، گسترش نگاه انسان از کیهان و برملا شدن بسیاری از رازهای پیدایش هستی را در بر داشته است. علاوه بر این ، در بسیاری از تکنیکهای پیچیده هواپیمایی و
سیستمهای رادار ، انواع میکروسکوپها و ابزار آلات پزشکی و بسیاری از ابزارهای پیشرفته کنونی ، انواع گوناگون آینه‌ها ، نقشی بسیار اساسی را به عهده دارند.

بنابراین انسان بدون آینه ، هرگز صاحب علوم امروزی و تکنولوژی امروزی نمی‌شد و بسیاری از رازهای دنیای علم و طبیعت و کهکشانها برای انسان ناشناخته باقی می‌ماند. اما ، این مسأله‌ای نبود که بتوان به کمک تلسکوپهای زمینی به آن دست افت و در حقیقت از اینجا بود که پروژه‌های پر خرجی آغاز شد.

                                              تصویر

 

                                  


 

+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | يک نظر

طبیعت نور

دید کلی

حساسیت اندامهای دیداری به نور بسیار زیاد است. بنابر تازه‌ترین اندازه گیریها ، برای ‏احساس نور کافی است که حدود انرژی تابشی در هر ثانیه و تحت شرایط مناسب بر ‏چشم بتابد. به عبارت دیگر ، توان کافی برای تحریک نوری قابل احساس مساوی ‏است. چشم انسان از جمله حساسترین وسایلی است که می‌تواند وجود نور را درک کند. اثر ‏نور بر چشم در فرایند شیمیایی معینی خلاصه می شود. که در لایه حساس چشم پدید ‏می‌آید و باعث تحریک عصب بینایی و مرکزهای مربوط در مغز قدامی می‌شود. اثر ‏شیمیایی نور مشابه با کش روی اجزای حساس چشم انسان را می‌توان در محو ‏تدریجی رنگها در نور مشاهده کرد (محور تدریجی مصنوعی است).


img/daneshnameh_up/d/d5/EYEMOV.GIF




آزمایش ساده

با استفاده از این وسایل خاص می‌توان پدید آمدن جریان الکتریکی بر اثر نور را به ‏سهولت آشکار کرد. اگر بام یک خانه کوچک را بتوان با ماده‌ای که در فتوسلها بکار می‌رود پوشاند، می‌توان در یک روز آفتابی به کمک انرژی نوری جریان الکتریکی با توان چند ‏کیلووات بدست آورد. سرانجام باید متمرکز شد که اثر مکانیکی نور را نیز می‌توان ‏مشاهده کرد. این اثر در فشار نور بر سطح بازتاب دهنده یا جذب کننده نور آشکار می‌‏شود. ‏اگر جسم را به شکل پره‌های متحرکی بسازیم، چرخش چنین پره‌هایی بر اثر نور تابشی ‏را می‌توان دید. این آزمایش جالب توجه اولین بار در 1900 توسط بروف در مسکو انجام ‏شده است. محاسبه‌ها نشان می‌دهد که تابش پرتوهای خورشیدی بر آینه‌ها‌ اثر می‌کند.‏

فرآیندهای نورانی‏

  • در مدت جذب نور توسط مواد در ساختمان تعداد نسبتا کمی از مواد حساس به نور ، ‏تبدیلهای شیمیایی صورت می‌گیرد. ولی نور توسط هر جسم به میزان معینی جذب می‌‏شود، که از گرم شدن جسم می‌توان آنرا آشکار ساخت.‏ گرم شدن اجسام بر اثر جذب نور فرآیندی کلی است که می‌تواند به سهولت بوجود ‏آید و برای آشکارسازی و اندازه گیری انرژی ناشی بکار می‌رود.
  • گرم شدن توسط ‏تابش خورشیدی نمونه ساده‌ای از این فرآیند است. در مناطق جنوبی که روزهای آفتابی ‏بسیار زیادی وجود دارد از گرمای حاصل از جذب انرژی خورشیدی می‌توان برای حرکت در ‏آوردن دستگاهها بهره گرفت.‏ انرژی بدست آمده بر اثر تابش خورشیدی در نواحی جنوبی در روزهای آفتابی به بیش از ‏J/s‏ 1000 در هر متر مربع سطح بالغ می‌شود. بطوری که آهنی تخت که روی بام ‏ساختمان قرار گرفته باشد می‌تواند آب گرم ساکنان در تمام فصل تابستان تأمین کندآب گرمکن خورشیدی. با ‏متمرکز کردن پرتوهای خورشیدی به کمک آینه بزرگ می‌توان آنرا تا دمای بالایی گرم ‏کرد. اثر نور را می‌توان در بعضی پدیده‌های الکتریکی مشاهده کرد. با توجه به اینکه ‏روشن کردن یک سطح فلزی می‌تواند باعث بیرون آمدن الکترونها از آن شود (اثر فوتو ‏الکتریک).

اثرات نور در حال حاضر چشمه‌های جدید تابش همدوس پر انرژی تکامل یافته‌اند. این چشمه‌ها لیزرها هستند که اجازه می‌دهند با متراکم کردن انرژی در سطح کوچکی فشار نوری ‏بدست آید. پس نور می‌تواند اثرهای گوناگونی ایجاد کند. همه اینها مؤید این هستند ‏که تابش نور حامل انرژی است. تبدیل این انرژی در تمام پدیده‌ها شرح داده شده در بالا ‏دیده می‌شود.‏

مثالهای بالا نشان می‌دهند که اثرهای نور گوناگون است. البته نقش نور به عنوان ‏چشمه مستقیم انرژی نسبتا کوچک است. ماشینهای مبتنی بر گرم شدن بر اثر نور ‏خیلی بکار نمی‌روند، و آنهایی که مبتنی بر اثر فوتو الکتریک هستند، هنوز منتظر تکامل می‌باشند. ولی آزمایشها نشان می‌دهند که
فوتوسلهایی که با استفاده از نیمرسانای ژرمانیم و ‏سیلیکون کار می‌کنند تا 15% انرژی تابشی فرودی را مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل ‏می‌کنند (باتریهای خورشیدی).‏ 
                                 

   

انرژی نورانی‏

در واقع انرژی نورانی (انرژی تابشی خورشید) چشمه اولیه تمام انرژیهای مورد استفاده ‏روی زمین است. ولی استفاده از آن متضمن تبدیلات پیچیده انرژی در سوخت ذخیره می‌‏شد. در گیاهان بر اثر تابش خورشیدی و سوزاندن آن در ماشینهای حرارتی ، در ‏ماشینهای آبی ، بادی و نظایر آن است. در بیشتر کاربردهای نور ، اهمیت اصلی در مقدار ‏انرژی حمل شده توسط آن نیست، بلکه در خواص ویژه آن است. برای آنکه طبیعت ‏پدیده‌های نوری را روشن کنیم، باید به آزمایشگاه متوسل شویم.‏


 

+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | يک نظر

اپتیک (Optics)

اپتیک و زندگی

از همان بدو خلقت اپتیک نقش و تأثیر خودش را در زندگی داشته و از همان اوایل نیز بررسیها و مطالعات در این زمینه شروع و اختراعاتی به ثبت رسیده است، یکی از شاخه‌های اساسی فیزیک در تمام سطوح تحصیلی ، اپتیک می‌باشد. اغلب شما در زندگی روزمره پدیده‌های اپتیکی و وسایل اپتیکی (قطعات نوری) را دیده و بکار گرفته‌اید.

مثلاً کنجکاو هستید بدانید که

  1. عدسیها چی هستند و چگونه کار می‌کنند؟
  2. آینه‌ها چگونه می‌تواند نور خورشید را متمرکز کند؟
  3. یک جسم چرا رنگی دیده می‌شود؟
  4. رنگین کمان چگونه تشکیل می‌شود؟
  5. سرخی آسمان از چیست؟ و هزاران پدیده دیگر ... .

علم اپتیک (Optic)

برخیها دنبال این هستند که چرایی این پدیده‌ها را پیدا کنند، اما برخیها دنبال ابزارهایی هستند که این پدیده‌ها را مشاهده کنند. علم جدید پیشنهاد می‌کند که هر دو گروه بایستی خودش را به معادله عدسی نازک ، قوانین اسنل ، چگونگی ردیابی پرتو و ... مجهز نماید. یک فرد کنجکاو وفتی پدیده اپتیکی را می‌بیند سریعاً دنبال طراحی دستگاههای اپتیکی می‌رود.

اما باید بدانیم که بدون مجهز شدن به علم اپتیک نمی‌توانیم سیستمی اپتیکی بسازیم. پیشنهاد می‌کنیم که وقایع تجربی اپتیک را مشاهده کنیم و با ملاحظات نظری اپتیک مقدماتی آنها را بیان نماییم، سپس با ارائه ایده خود دنبال وسایل اپتیکی و ساخت آنها و یا چگونگی کار کردشان باشیم.

سیر تحولی اپتیک کلاسیک و مدرن

اپتیک از دیدگاههای مختلف بررسی شده ، بنابه لحاظ رشد تاریخی و پیشرفت علم ما آنها را در زیر لیست می‌کنیم. چون شروع اپتیک با مشاهده مستقیم بود، اولین آن اپتیک هندسی که اکثر پدیده‌های نوری را نیز در خود دارد. بیشتر سعی و تلاش دانشمندان اولیه بررسی و مطالعه اپتیک هندسی و توجیه پدیده‌های اپتیکی با این روش بود که پیشرفتها و اختراعات ارزنده‌ای را به دنبال داشت.

با کشف برخی پدیده‌های اپتیکی که اپتیک هندسی قادر به توضیح آنها نبود، با کشف ماهیت موجی نور دانشمندان
اپتیک موجی را دنبال کردند. باید بپذیریم که با این رشد سریع علم و ظهور مکانیک کوانتومی و الکترودینامیک تمام پدیده‌های اپتیکی با نمایشهای قبلی قابل بررسی نخواهند بود که بالاخره اپتیک کوانتومی به توسط دانشمندان عصر جدید پایه گذاری شد.

هرکدام از نمایشهای اپتیکی اخیر قابل بررسی هستند و نتایج خوبی را ارائه می‌دهند و هر کدام پدیده‌های خاصی را توضیح می‌دهند و از این لحاظ این دیدگاه‌ها مکمل هم بوده و یکی از آنها کمبودهای دیگران را جبران می‌کند. در تمام نمایشهای اخیر اپتیک
سرعت نور در خلا یا هوا یکسان است و مقدار عددی آن 300000 کیلو متر بر ثانیه می‌باشد.

تقسیمات اپتیک

اپتیک هندسی

این علم قادر است اکثر پدیده‌های اپتیک کلاسیک را که به ناحیه مرئی طیف الکترومغناطیسی مربوط می‌شود را مورد برسی و مطالعه قرار دهد. این علم کاربردهای وسیعی در زندگی روزمره و مصارف عمومی دارد. بهتر است بدانید که پدیده‌های اولیه‌ای که در اپتیک کشف و ضبط شد، تماما به فرم کلاسیکی بود و قبول داشته باشید که فرمولبندی کلی اپتیک کلاسیک همان فرمولبندی اپنیک هندسی است. جهت معرفی اپتیک هندسی تقسیمات داخلی آن به صورت زیر لازم است:

  1. اصول و مباحث اپتیک هندسی و تئوریهای مورد نیاز
  2. معادلات و محاسبات مربوطه
  3. قطعات اپتیکی (اجزا ی نوری) تشکیل دهنده تمام سیستمهای نوری
  4. دستگاههای نوری و مکانیزم حاکم بر آنها 
                                                            

اپتیک موجی

با پیشرفت روز افزون علم و ظهور دانشمندانی همچون دوبروی و ماکسول و کشف پدیده‌های موجی و مشخص شدن ماهیت امواج ، دانشمندان بر این آمدند که پدیده‌های جدید اپتیکی را با فرمالیسم جدیدی تشریح نمایند که به لحاظ ماهیت زیر ساختی این علم برایش اپتیک موجی اسم دادند. جهت معرفی اپتیک موجی تقسیمات داخلی آن به صورت زیر لازم است:

  1. اصول و مباحث اپتیک موجی و تئوریهای مورد نیاز
  2. معادلات میدان (معادلات ماکسول) ، معادله موج ، سرعت الکترومغناطیسی نور ، شدت نور ، تداخل ، پراش و محاسبات مربوطه
  3. ابزارها و اجزای موجی اولیه تمام سیستمهای موجی
  4. دستگاههای موجی و مکانیزم حاکم بر آنها

اپتیک کوانتومی

ظهور پدیده‌های مدرن در اپتیک که حتی اپتیک موجی هم نتوانست از عهده توجیه آن بر آید، دانشمندان جدیدی را به عرصه فیزیک نوین معرفی کرد که برای بررسی و توصیف پدیده‌های جدید نمایش جدیدی از علم در دنیای میکروسکوپیک ارائه دادند که به مکانیک کوانتومی معروف است و شامل اپتیک کوانتومی نیز می‌باشد، که قادر است پدیده‌های اپتیک مدرن را توصیف نماید. جهت معرفی اپتیک کوانتومی تقسیمات داخلی آن به صورت زیر لازم است:

  1. اصول و مباحث اپتیک کوانتومی مورد نیاز
  2. مبانی کوانتوم ، تئوریهای کوانتوم ، محاسبات کوانتومی ، تابع موج کوانتومی ، احتمالات کوانتومی ، قوانین نسبیت و محاسبات مربوطه
  3. ابزارها و قطعات اولیه کلیه سیستمهای کوانتومی
  4. دستگاههای کوانتومی اپتیک و مکانیزم حاکم بر آنها

                           
                                                                          

 

+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | نظر بدهيد

سرعت نور


مقدار سرعت نور:


نور بیشترین سرعت خود رادر خلا دارد که حدودا300000 کیلومتر بر ثانیه می باشد مقدار سرعت نور در محیط مادی غیر خلا کمتر ازمقدارش در خلا است.
با حل
معادلات ماکسول و رسیدن به معادله بنیادی موج مقدار سرعت نور بر حسب گذردهی الکتریکی خلا وتراوایی مغناطیسی خلا بر طبق زابطه سرعت امواج الکترومغناطیسی ماکسول داده می شود.

اندازه گیری سرعت نور:


یکی از دقیقترین اندازه گیری های الکتریکی کمیت گذردهی الکتریکی در تراوایی مغناطیسی است که در مؤسسه ملی استاندارد ها در آمریکاه بوسیله رزا (Roza) و درسی(Dorsey) انجام شد.

نحوه اندازه گیری سرعت نور توسط رزا(Roza):


ایشان ظرفیت خازنی را که ابعاد فیزیکی آن دقیقا معلوم بود را از طریق محاسبه یافت. این ظرفیت در یکای الکتریسیته بدست آمد سپس با استفاده از پل و تستون ، ظرفیت همان خازن را در یکای الکترو مغناطیس یافت نسبت این دو مقدارظرفیت در یکای SI بصورت حاصلضرب گذردهی الکتریکی در تراوایی مغناطیسی داده شد نتیجه این اندازه گیری بسیار دقیق بود.

تاریخ اولین اندازه گیری سرعت نور:


رومر(Romer) اولین کسی بود که در سال 1676 با مطالعه گرفتگی ماه های بر جیس سرعت نور را اندازه گرفت پژوهشگران متعددی بطور مستقیم
سرعت
انتشار نور را اندازه گرفته اند.نتایج این اندازه گیری ها با دخالت خطای آزمایش جواب واحدی را دنبال می کنند .

اینکه نور یک نوع آشفتگی الکترو مغناطیسی است غیر قابل انکاراست دقیق ترین اندازه گیری سرعت نور که آنرا با حرف اختصاری C در خلا نشان می دهند با استفاده از
لیزر (Laser)بوده که در سال 1972 بوسیله اوانسون(Evanson) و همکارن او در مؤسسه ملی استاندارد انجام شده و نتیجه آن چنین است: (29979245692 متر بر ثانیه)

بحث کلی بسیار خوبی در مقاله "سرعت نور" نوشته بر گسترند در دایره المعارف فیزیک موجوداست.


جهت دستیابی به اطلاعات بیشتر به مرجع زیر رجوع شود:


Bescancon,R.M,ed,The Encyclopedia of physicsNew York:Reinhold 1966
اندازه گیری سرعت نور به روش های مختلف در زمانهای متفاوت در جدول زیر آمده است.


تاریخ----------------آزمایش کننده----------------روش ---------------------نتیجه(km/s)


1849---------------
فیزو (Fizeau)-----------------چرخ دندانه دار--------------- (5000) 31300


1880---------------
مایکلسون (Micelson)----------آینه چرخان-------------------(200) 299910


1923 --------------
مرسیه (Mercier) ------------موج رادیویی-----------------(30) 299782


1952 ---------------
فروم (Froom) ---------------تداخل سنج میکروموجی---------(0.7) 29979.6


1907 --------------
رزا و درسی (.R.& D)---------نسبت یکاهای الکتریکی--------(10) 299784

(اعداد داخل پرانتز در نتیجه ، میزان خطای اندازه گیری را نشان می دهد.)

                                                          

 

سرعت نور در محیط مادی

 سرعت نور در محیط های غیر خلا



ماهیت و معادلات حرکتی نور:


در هر محیط مادی سرعت نور و و طول موج آن مقدارشان از مقدار خلا کمتر است کمیتی که در هر محیطی ثابت می ماند فرکانس نور هست. فرکانس نور با طول موجش نسبت عکس دارد.(V=F L) که در آن F معرف فرکانس وL معرف طول موج و V معرف سرعت نور در محیط مادی می باشد.
در
اپتیک خواص محیط در یک طول امواج را می توان توسط یک پارامتر یعنی نسبت سرعت نور در خلا به سرعت نور در محیط توصیف نماییم. این پارامتر ضریب شکست نام دارد.(n=c/v) بنابر این در یک محیط مادی داریم : (V=F L )

که در این رابطه (n) این ضریب شکست تنها کمیتی است که برای محاسبه رفتار نور در محیط مورد نیاز هست.از آنجایی که سرعت نور در محیط های مختلف متفاوت است ،تعیین مسیر پیشروی نور
ردیایی پرتو) که از میان محیط های مختلف طی مسیر می کند مشکل می باشد.

کمیات نوری د رمحیط و خلا:


سرعت نور د رخلا ، فرکانس نور ، طول موج نور د رخلا ، ضریب شکست نور ، سرعت نور در محیط، طول موج نور در محیط و...


فرض کنید که (x) فاصله ای باشد که موج نوری در مدت زمان (t) در خلا طی می کند (x=c t) در همان فاصله زمانی (t) موج فاصله کوتاهتر( x1) را در محیطی با ضریب شکست (n1)طی خواهد کرد .برای سایر محیط ها با ضرایب شکست n3،n2 و... فاصله پیموده شده برابراست با: x3،x2و... اگر تمام این معادلات در
ضرایب شکست مربوطه ضرب شوند در این صورت همه کمیاب برابر مسافت طی شده در خلا خواهد بود.
x0=n1 x1=...= c t

بنابراین مسافت های معادل با مسافت در خلا وجود دارند که
طول راه نوری نامیده می شوند. با این کمیت می توان مسافت های را که نور در محیط های مختلف طی می کند با هم مقایسه کرد.

محاسبه سرعت نور د رمحیط بوسیله روابط ماکسول:


معادلات ماکسول نیز سرعت نور در محیط را بطور دقیق معرفی می کند برای این منظورمعادلات ماکسول را فقط لیست می کنیم:


معادلات(1)و(2) در محیط مادی دست نخورده باقی می مانند اما در معادلات (3)و(4) فقط ثابت ها ی خلا جای خود را به گذردهی الکتریکی محیط و تراوایی مغناطیسی محیط می دهنددر نتیجه سرعت انتشار اموج الکترو مغناطیسی (نوری) در محیط ها (V) بدست می آید. با به کار بردن کمیت بدون بعد نسبت تراوایی مغناطیسی محیط به خلا به نام تراوایی نسبی و نسبت گذردهی الکتریکی محیط به خلا به نام گذر دهی نسبی یا ضریب دی الکتریک می توانیم سرعت نور در محیط را بر حسب کمیات الکترومغناطیسی محیط بنویسیم.

در داخل
محیط های جاذب نور ضریب شکست و به تبع آن سرعت نور دیگر ثابت نمی ماند و فرکانس نور نیز در چنین محیط هایی تغییر می کند برای بررسی محیط های این چنینی ضریب جذبى را نیز به عنوان ثابت دیگری تعریف می کنیم.

                                                                  

 

+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | نظر بدهيد

پدیده فوتوالکتریک

دید کلی

بعد از اینکه پلانک فرمول اساسی خود را در مورد تابش جسم سیاه ارائه داد و چنین استدلال نمود که تابش دارای طبیعت کوانتومی‌ است، یعنی تابش الکترومغناطیسی از مجموعه‌ای از کوانتومهای انرژی به نام فوتون تشکیل شده است، تحول شگرفی در علم فیزیک حاصل شد. بطوری که با استفاده از این مفهوم اندرکنشهای مختلف تابش با ماده که نظریه کلاسیک در توجیه آنها ناتوان بود، بطور کامل تشریح گردید. از جمله این اندرکنشها ، اندرکنشی است که به نام فوتوالکتریک معروف است.


 


تصویر




اگر یک صفحه فلزی را تحت تابش امواج پر انرژی قرار دهیم، پرتو کاتدی و یا الکترونهای شتابدار از صفحه فلزی منتشر می‌شود. و همچنین اگر بین دو صفحه فلزی اختلاف پتانسیل الکتریکی بسیار زیادی ایجاد کنیم، الکترونهای لایه ظرفیت اتمهای فلز ، انرژی زیادی دریافت می‌کنند و در نتیجه سطح فلز را ترک می‌کنند و به سمت آند پیش می‌روند. در این عمل چون هم نور و الکتریسیته دخالت دارند به این پدیده ، اثر فوتو الکتریک می‌گویند. در واقع تمام مواد (جامد ، مایع و گاز) می‌توانند در شرایط خاصی تحت تأثیر اثر فوتوالکتریک ، پرتو کاتدی از خود گسیل کنند، گاهی به پرتو کاتدی ، فتوالکترون نیز می‌گویند.

اثر فتوالکتریک هر جسمی با گسیل
فرکانس مشخصی از موج انجام می‌شود. اگر فرکانس موج برای جسم خاصی کمتر از حد معین باشد، که به آن بسامد قطع می‌گویند، اثری از فتوالکتریک مشاهده نخواهد شد. اما طبق قوانین الکترودینامیک کلاسیک ، موج با برخورد به صفحه فلزی مقداری انرژی به آن منتقل می‌کند و به مرور زمان این انرژی انباشته می‌شود تا اینکه انرژی مورد نیاز برای گسیل الکترون فراهم شود. اما در آزمایشگاه خلاف آنچه که در فیزیک کلاسیک گفته شد، روی می‌دهد، یعنی گسیل موج با فرکانس کمتر از حد معین به فلزی هرگز پرتو کاتدی منتشر نمی‌کند.

تاریخچه

در سال 1887 ، اثر فوتو الکتریک توسط هرتز کشف شد. او در حالی که سرگرم آزمایشهای معروف خود درباره امواج الکترومغناطیسی بود، دریافت که طول جرقه القا شده در مدار ثانویه هنگامی ‌کاهش می‌یابد که دو انتهای شکاف جرقه در برابر نور ماورا بنفش که از جرقه در مدار اولیه می‌آمد، پوشانده شود.

ساختار فوتو الکتریک


img/daneshnameh_up/4/48/PH_A_F_E_02.jpg

 




یک محفظه شیشه‌ای در نظر بگیرید که در دو انتهای آن ، آند و کاتدی تعبیه شده است و داخل محفظه خلا می‌باشد. اگر بر سطح کاتد ، نوری با فرکانس معین بتابانیم، با احراز شرایط خاص ، فلز کاتد الکترون گسیل می‌کند. اگر آند و کاتد را به یک مدار خارجی وصل بکنیم، الکترون گسیل شده ، جذب آند شده و یک جریان فوتو الکترونی در مدار خارجی برقرار می‌گردد.

مشخصات اثر فوتوالکتریک

  • هر فلزی دارای یک فرکانس‌ ویژه است، بطوری که اگر فرکانس نور تابشی کمتر از این مقدار ویژه باشد، هیچ الکترونی از سطح کاتد گسیل نمی‌شود. این فرکانس‌ ویژه را فرکانس‌ آستانه می‌گویند. شایان ذکر است که فرکانس‌ آستانه از فلزی به فلز دیگر ، تغییر می‌کند و هر فلزی دارای فرکانس‌ آستانه مخصوص به خود است. بر اساس نظریه کلاسیک این خصوصیت غیر قابل ‌توجیه بود.
  • بزرگی جریان فوتو الکترونی با شدت نور تابیده بر سطح کاتد مناسب است، بطوری که اگر شدت افزایش یابد، مقدار جریان فتو الکترونی نیز افزایش پیدا می‌کند. این موضوع توسط نظریه کلاسیک قابل توجیه بود.
  • انرژی فوتو الکترونها از شدت نور تابیده بر سطح کاتد مستقل است، ولی با فرکانس نور تابشی بصورت خطی تغییر می‌کند. این خاصیت در نظریه کلاسیک غیرقابل‌توجیه بود.
  • گسیل الکترون از سطح کاتد بصورت آنی صورت می‌گیرد، یعنی بلافاصله بعد از تابش ، الکترون گسیل می‌شود. به عبارت دیگر ، تأخیر زمان بین تابش و گسیل الکترون هرگز مشاهده نشده است، یا لااقل زمانی بیشتر از 10-9 ثانیه ، حتی با تابش فرودی با شدت بسیار کم نیز مشاهده نشده است.
  • اثر فتو الکتریک توسط الکترونهای تقریبا آزاد صورت می‌گیرد، یعنی الکترونهای لایه‌های داخلی فلز در این اثر دخالت ندارند.

اساس کار فوتو الکتریک



img/daneshnameh_up/6/69/PH_A_F_E_03.jpg
 




انیشتین تابش را متشکل از مجموعه‌ای از کوانتومهایی با انرژی hv در نظر گرفت که در آن v فرکانس‌ نور و h ثابت پلانک معروف است. جذب تک کوانتوم بوسیله الکترون ، فرآیندی که ممکن است در زمانی کمتر از 10-9 ثانیه صورت گیرد، انرژی الکترون را به اندازه hv افزایش می‌دهد. مقداری از این انرژی باید صرف جدا کردن الکترون از فلز شود. از طرف دیگر ، گفتیم که هر فلزی دارای یک فرکانس آستانه است که در فرکانسهای پایینتر از آن فتوالکتریک غیر ممکن است.

بنابراین اگر فرکانس‌ آستانه را با v0 نشان دهیم، در این صورت کمیت w = hv0 به عنوان تابع کار فلز تعریف می‌شود. بنابراین شرط ایجاد اثر فوتوالکتریک این است که hv (انرژی نور تابشی بر سطح کاتد) بیشتر یا مساوی w باشد. اگر سرعت الکترون گسیل شده از کاتد را با V نشان دهیم، همواره بین فرکانس‌ نور تابشی ، سرعت فتوالکترونها و تابع کار رابطه زیر برقرار است:

mv2/2 = hv - w



رابطه فوق از قانون بقای انرژی حاصل می‌گردد. این رابطه به فرمول انیشتین نیز معروف است. میلیکان آزمایشهای جامعی انجام داد و صحت فرمول انیشتین را تثبیت نمود. آنچه آزمایشهای میلیکان و پیشینیان ثابت کرد این بود که بعضی اوقات نور نظیر مجموعه‌ای از ذرات رفتار می‌کند و این ذرات می‌توانند بطور انفرادی عمل کنند، طوری که می‌توان به موجودیت یک تک فوتون فکر کرد و به دنبال خواص آن بود. (ماهیت ذره‌ای نور) نتیجه جنبی این آزمایشها حاکی از اطلاعاتی در مورد فلزات بود، آشکار شد که تابع کار W از مرتبه چند الکترون ولت است (1ev=1.6x10-19j) و این می‌توانست با سایر خواص فلزات هم بسته باشد.


 

+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | نظر بدهيد

طیف الکترومغناطیسی

طیف الکترومغناطیسی (بیناب الکترو مغناطیس)

دید کلی

img/daneshnameh_up/9/9e/1116.gif




در مبحث اپتیک بیشتر بررسیها در ناحیه نور مرئی است، در صورتی که نور در داخل طیف الکترو مغناطیسی جا گرفته و خواص و محاسبات آن تمام گسترده طول موجی را شامل می‌شود. امّا در الکترومغناطیس شاید تا به حال پرتوهای ایکس (X) ، پرتوهای گاما (γ) ، پرتوهای کیهانی ، موج رادیویی ، امواج تلویزیونی ، امواج ماکرو ویو و ... به گوشتان خورده است. در چنین حالتی می خواهید بدانید که ....

  • اشعه ایکس چی هست؟
  • مکانیزم عمل عکس برداریها و رادیو لوژی چیست؟
  • با تابش ایکس و گاما و ... چگونه عکس می‌گیرند؟
  • چرا فقط عکس استخوانها می‌افتد؟
  • اموج رادیویی چیست و سرعت آن چقدر است؟
  • فرستنده و گیرنده رادیویی چگونه کار می‌کنند و یا ساخته می‌شوند؟
  • انتقال نور و تصویر در امواج تلویزیونی مشاهده و دریافت تصویر از آن چگونه صورت می‌گیرد؟
  • ماهواره‌ها چگونه کار می‌کنند؟
  • برای چه پشت بام آنتن گذاشته‌ایم؟ و هزاران پدیده دیگر ... .

کاربرد و بررسی طول موجهای مختلف طیف الکترومغناطیسی

در حالت کلی بایستی چگونگی بازتابها و شکستها از مرزهای مختلف هادیها و عایقها و مواد قطبی و مواد غیر قطبی و .... ، و چگونگی عبور تابش از آزمایشهای مربوط به هوا و روشهای تمرکز پرتوها ، روشهای انتشار و چگونگی انتشار و ماهیت امواج الکترو مغناطیسی و چگونه تولید می‌شوند و قوانین حاکم بر آن را بدانیم. اما باید بدانیم در تمام ناحیه الکترومغناطیسی تمامی دستگاهها نمی‌توانند، کارآیی خوبی داشته باشند و اکثر سیستمهای کاربردی محدود به ناحیه خاصی از این گستره طول موجی می‌باشند. مثلا سیستم رادیو فقط ناحیه موج رادیویی را پوشش می‌دهد.
دوربینهای مادون قرمز برای این ناحیه ساخته شده‌اند و برخی ناسازگاریهایی از قبیل اینکه ناحیه پرتو ایکس هیج ماده‌ای با توان شکست ثابت برای ساختن عدسی وجود ندارد، زیرا اشعه ایکس از شیشه نمی‌تواند عبور کند، برخلاف نور مرئی که راحت عبور می‌کند. لذا برای هر نوع تمرکز و تصویر در گستره اشعه ایکس از آینه استفاده می‌کنند.


تصویر

نحوه تولید امواج الکترو مغناطیسی

جسم سیاه که با نظریه مکانیک کوانتومی توضیح داده می‌شود، تمام ناحیه طول موجی بیناب الکترومغناطیسی را تولید می‌کند (نشر) و برعکس کلیه طول موجهایش را جذب می‌کند. اکثر لامپهای تخلیه الکتریکی ناحیه خاصی را ایجاد می‌کند. مواد رادیواکتیو با تشعشع هسته‌ای پرتوهای ایکس و پرتوهای گاما را شامل هستند. تحریکات اتمی بیشتر ناحیه مرئی را شامل می‌شوند. تحریکات داخلی اتمی به پرتوهای ایکس منجر می‌شوند، رشته‌های تنگستن برای نورهای مرئی مناسبند. در تخلیه‌های الکتریکی در یک گاز ، نظیر لوله منور لامپهای نئونی ، یک سری از طول موجهای گسسته گسیل (نشر) می‌کند. وقتی نور حاصل از لامپ هیدروژن را به یک منشور منتقل نماییم خطوط طیفی اتم هیدروژن به طول موجهای اصلی خود تجزیه می‌گردد و با رنگهای مختلف نمایان می‌گردد. اصطلاح خط طیفی بخاطر پایداری طول موجهای خاص تولید آن طول موجهای اصلی در هر گستره طول موجی به نورهای آن سیستم استفاده شده است. 

                                          


لامپ سدیم

چراغهای خیابان نیز از آن است طیف زرد رنگی دارد که گسیل اصلی آْن در دو طول موج 589 و 590 نانومتر صورت می‌گیرد، طیف اتم هیدروژن نه تنها از تحریک اتمی آن مشاهده شده که خطوط طیفی گسسته‌ای دارد و برخی رنگها از قبیل (نیلی و سبز و زرد و آبی و ...) را شامل می‌شود، بوسیله طیف خورشید نیز دیده می‌شود. این خطوط توسط دانشمندان خورشید شناسی از جمله جوزف فرانهوفر (Joseph Von Fraungofer) با حروف الفبا علامت گذاری شده‌اند، مثلا خط D سدیم و ... . با اختراع لیزر (Laser) ، اکنون وجود دارند که می‌توان خروجیهای قوی در یک طول موج منفرد تولید کنند. ما در طبیعت طیف گسسته ، منفرد نداریم مثلا برای نور زرد یک گستره طول موجی حدودآ 0.6 نانومتر داریم.

چشمه‌های طبیعی

چشمه‌های مصنوعی

  • انواع لامپها که مکانیزمهای قوسهای الکتریکی و تخلیه‌های الکتریکی و ... را دارند مانند لامپ فلاش ، لامپ سدیم و ...
  • کاواکهای جسم سیاه: شاید تا به حال دیده باشید که وقتی آهن را گرم می‌کنیم ازخود نور تابش می‌کند.
  • لیزرها که از مواد فعالی مانند یاقوت (نئودنیوم یق ND:YAG) و ... که در طیفهای گسترده یا طول موجهای منفرد بصورت پالسی یا گسترده ساخته می‌شوند.
  • میزرها (Masers) که ناحیه طول موجی ماکروویو را می‌پوشانند. مانند میزرهای آمونیاک و ... .

 

+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | نظر بدهيد

فوتون

 

بنا به نظریه کوانتومی ، امواج به ظاهر پیوسته الکترومغناطیسی ، کوانتیده‌اند و از کوانتومهای گسسته‌ای به نام فوتون تشکیل شده‌اند که هر فوتون دارای انرژی مشخصی است که مقدار آن فقط به فرکانس بستگی دارد.

مقدمه

این تعارض جوهر مانای ذره گونه که با انتشار موج - ذره رخ می‌دهد، نظریه کوانتوم توصیف عینی یابد، آنگاه می‌توانیم موقعیتهای آن را در لحظات پی در پی مشخص و مسیر آن را معین کنیم. اما ذراتی که مسیرهای مشخصی را طی می‌کنند، مشخصه نقش تداخلی موج گونه آنها را برای هر نوع ماده‌ای که واقعا قابل مشاهده باشد، ایجاد نمی‌کند. در آزمایشگاه ، این نقشها همچون نقشی از تیک تاکهای آرایه‌ای از آشکار سازها مشاهده می‌شود. تمهیدات مستند نظریه کوانتومی این نقشها را بوسیله یک تابع موج در فرمالیزم ریاضی آن نظریه بوجود می‌آورد.

این تابع موج احتمال آشکار سازی یک تیک تاک را توصیف می‌کند و چشم به راه یک شیء "حقیقی" نیست. بنابراین ، نظریه کوانتومی با نفی اینکه "موج" یا "ذره" "حقیقی" هستند، مسأله موج - ذره را حل می‌کند. به علاوه ، نظریه کوانتومی با آنچه که از معانی متعارف و رسمی آنها برداشت می‌شود. مفهوم ماده گاهی موج و گاهی ذره است را ندارد.

بر اساس اصل دوبروی ، در مورد ذرات دو حالت ذره‌ای و موجی در نظر گرفته می‌شود، که البته این خاصیت در دنیای میکروسکوپی بیشتر مورد مطالعه است. به عنوان مثال ، اگر ذره‌ای به جرم یک گرم که با سرعت معمولی در حال حرکت است، در نظر بگیریم
طول موج منتسب به این ذره ، چنان کوچک خواهد بود که اصلا قابل ملاحظه نیست. اما در مورد ذراتی مانند الکترون ، این طول موج قابل توجه است. بنابراین با توسل به این اصل می‌توان تابش الکترومغناطیسی را نیز متشکل از ذراتی دانست که این ذرات را فوتون می‌گویند.


 
تصویر

واقعیت کوانتومهای نور

نظریه پلانک در ارتباط با بسته‌های انرژی تابشی ، تا اندازه‌ای مبهم بود و فقط به عنوان مبنایی برای توزیع آماری انرژی میان طول موجهای مختلف در طیف الکترومغناطیسی بکار می‌رفت. پنج سال بعد از "پلانک" ، "آلبرت انیشتین" توانست این مفهوم را به صورت مشخص‌تری بیان کند. انیشتین مفهوم کوانتومی نور را برای توجیه اثر فوتوالکتریک بکار برد. بر این اساس ، فوتون‌ها که دارای انرژی معینی هستند، بعد از برخورد با الکترون‌های اتم ، انرژی خود را به آنها داده ، خود از بین می‌روند. این امر می‌تواند به عنوان یک مسئله برخورد میان دو ذره با استفاده از نظریه برخورد توضیح داده شود.

بعد از برخورد ، فوتون از بین می‌رود و الکترون با انرژیی که از فوتون می‌گیرد، از ماده جدا می‌شود و سبب ایجاد یک جریان فوتوالکترونی در مدار خارجی می‌گردد. مقدار جریان در مدار خارجی ، بسته به تعداد فوتونهایی که بر سطح ماده موجود در
کاتد تابیده می‌شود، متفاوت خواهد بود.

تأییدی دیگر بر وجود فوتون

آزمایش دیگری که توانست وجود فوتونها را بصورت تجربی به اثبات رساند، مربوط به آزمایش است که توسط "کامپتون" انجام شد. این آزمایش که بعدها نام اثر کامپتون را بر خود گرفت، به این صورت بود که تابش الکترومغناطیسی یا فوتون‌ها توسط مواد مختلف پراکنده می‌شود. به بیان دیگر ، در این آزمایش فوتون بعد از تابش مقداری از انرژی خود را به یک الکترون تقریبا آزاد منتقل می‌کرد و خود با انرژی کمتر در راستای دیگر منحرف می‌شد. نتایج این آزمایش که با استفاده از مفهوم کوانتومی نور صورت می‌گرفت، با نتایج تجربی کاملا تطابق داشت.


تصویر

جرم فوتون

واقعیت جرم فوتون ، به خاصیت عکس مجذوری قانون کولن بر می‌گردد. بر اساس قانون کولن ، نیروی الکتریکی که دو ذره باردار به یکدیگر وارد می‌کنند، نیرویی است که با مجذور فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد. اما این مطالب در تمام شرایط دقیقا درست نیستند، یعنی در فواصل خیلی کوچکتر انحرافاتی وجود دارد و این نیرو دقیقا عکس مجذوری نیست. در این حالت باید فوتونها را ذراتی دارای جرم بدانیم. اما در موارد دیگر که تقریبا بیشتر موارد را شامل می‌شود، این نیرو دقیقا عکس مجذوری است. بنابراین در این حالت باید فوتونها را ذراتی بدون جرم تصور کنیم.

+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | نظر بدهيد

نور

 

ماهیت ذر‌ه‌ای

اسحاق نیوتن (Isaac Newton) در کتاب خود در رساله‌ای درباره نور نوشت پرتوهای نور ذرات کوچکی هستند که از یک جسم نورانی نشر می‌شوند. احتمالاً اسحاق نیوتن نور را به این دلیل بصورت ذره در نظر گرفت که در محیطهای همگن به نظر می‌رسد در امتداد خط مستقیم منتشر می‌شوند که این امر را قانون می‌نامند و یکی از مثالهای خوب برای توضیح آن بوجود آمدن سایه است.

 

img/daneshnameh_up/8/85/newton-exps.jpg


ماهیت موجی

همزمان با نیوتن، کریسیتان هویگنس (Christiaan Huygens) (1695-1629) طرفدار توضیح دیگری بود که در آن حرکت نور به صورت موجی است و از چشمه‌های نوری به تمام جهات پخش می‌شود به خاطر داشته باشید که هویگنس با بکار بردن امواج اصلی و موجکهای ثانوی قوانین بازتاب و شکست را تشریح کرد. حقایق دیگری که با تصور موجی بودن نور توجیه می‌شوند پدیده‌های تداخلی هستند مانند به وجود آمدن فریزهای روشن و تاریک در اثر بازتاب نور از لایه‌های نازک و یا پراش نور در اطراف مانع.

ماهیت الکترومغناطیس

بیشتر به خاطر نبوغ جیمز کلارک ماکسول (James Clerk Maxwell) (1879-1831) است که ما امروزه می‌دانیم نور نوعی انرژی الکترومغناطیسی است که معمولاً به عنوان امواج الکترومغناطیسی توصیف می‌شود. گسترده کامل امواج الکترومغناطیسی شامل: موج رادیویی ، تابش فرو سرخ ، نور مرئی از قرمز تا بنفش ، تابش فرابنفش ، اشعه ایکس و اشعه گاما می‌باشد.


 

ماهیت کوانتومی نور

طبق نظریه مکانیک کوانتومی نور، که در دو دهه اول قرن بیستم بوسیله پلانک و آلبرت انیشتین و بور برای اولین بار پیشنهاد شد، انرژی الکترومغناطیسی کوانتیده است، یعنی جذب یا نشر انرژی میدان الکترومغناطیسی به مقادیر گسسته‌ای به نام "فوتون" انجام می‌گیرد.

 

تصویر

نظریه مکملی

نظریه جدید نور شامل اصولی از تعاریف نیوتون و هویگنس است. بنابراین گفته می‌شود که نور خاصیت دو گانه‌ای دارد، برخی از پدیده‌ها مثل تداخل و پراش خاصیت موجی آنرا نشان می‌دهد و برخی دیگر مانند پدیده فوتوالکتریک ، پدیده کامپتون و ... با خاصیت ذره‌ای نور قابل توضیح هستند.

تعریف واقعی نور چیست؟

تعریف دقیقی برای نور نداریم، جسم شناخته شده یا مدل مشخص که شبیه آن باشد وجود ندارد. ولی لازم نیست فهم هر چیز بر شباهت مبتنی باشد. نظریه الکترومغناطیسی و نظریه کوانتومی باهم ایجاد یک نظریه نامتناقض و بدون ابهام می‌کنند که تمام پدیده‌های نوری را می‌کنند. نظریه ماکسول درباره انتشار نور و بحث می‌کند در حالی که نظریه کوانتومی برهمکنش نور و ماده یا جذب و نشر آن را شرح می‌دهد ازآمیختن این دو نظریه ، نظریه جامعی که کوانتوم الکترودینامیک نام دارد، شکل می‌گیرد. چون نظریه‌های الکترومغناطیسی و کوانتومی علاوه بر پدیده‌های مربوط به تابش بسیاری از پدیده‌های دیگر را نیز تشریح می‌کنند منصفانه می‌توان فرض کرد که مشاهدات تجربی امروز را لااقل در قالب ریاضی جوابگو است. طبیعت نور کاملا شناخته شده است، اما باز هم این پرسش هست که واقعیت نور چیست؟

گسترده طول موجی نور

نور گستره طول موجی وسیعی دارد چون با نور مرئی کار می‌کنیم اغلب تصاویر و محاسبات در این ناحیه از گستره الکترومغناطیسی انجام می‌گیرد اما روشهای مورد بحث می‌تواند در تمام ناحیه الکترومغناطیسی مورد استفاده قرار گیرند. ناحیه نور مرئی بر حسب طول موج از حدود 400 نانومتر (آبی) تا 700 نانومتر (قرمز) گسترده است که در وسط آن طول موج 555 نانومتر (نور زرد) که چشم انسان بیشترین حساسیت را نسبت به آن دارد یک ناحیه پیوسته که ناحیه مرئی را در بر می‌گیرد و تا فرو سرخ دور گسترش می‌یابد.


img/daneshnameh_up/2/26/Prism.gif

خواص نور و نحوه تولید

سرعت نور در محیطهای مختلف متفاوت است که بیشترین آن در خلاء و یا بطور تقریبی در هوا است، در داخل ماده به پارامترهای متفاوتی بر حسب حالت و خواص الکترومغناطیسی ماده وابسته است. بوسیله کاواک جسم سیاه می‌توان تمام ناحیه طول موجی نور را تولید نمود. در طبیعت در طول موجهای مختلف مشاهده شده اما مشهورترین آن نور سفید است که یک نور مرکبی از سایر طول موجها می‌باشد. تک طول موجها آنرا بوسیله لامپهای تخلیه الکتریکی که معرف طیفهای اتمی موادی هستند که داخلشان تعبیه شده می‌توان تولید کرد.
+ نوشته شده در ساعت توسط شیوا و سمانه | نظر بدهيد
< > قالب و كدهاي جاوا > < < آموزش قالب كدجاوا> > <
منبع اصلي كدهاي جاوااسكريپت
http://dariushkamani.blogfa.com
>