تا سال 1900 گفته مي شد كه نور يك موج الكترو مغناطيسي است كه از يك ميدان مغناطيسي مرتعش و يك ميدان الكتريكي مرتعش تشكيل شده اين نظريه قادر به بيان پديدة التهاب نبود، آزمايش نشان مي دهد وقتي جسم جامدي گداخته شود از خود پرتو افكني مي كند. مثل پرتو سرخ بخاري برقي و درخشش لامپ تنگستن. طول موج اين تابش ها بستگي به درجه حرارت منبع حرارتي دارد.
مثلاً در يك گدازه، مركز آن كه حرارت بيشتري دارد طول موج بالاوتشعشع سفيد را نشان ميدهد و اطراف آن كه گرماي كمتري دارد طول موج كوتاه تر و رنگ سرخ را بوجود ميآورد.
پلانك پيشنهاد كرد كه انرژي تابش هاي حرارتي به شكل دسته هاي مجزا و معين جذب و يا منتشر مي شوند و نام كوانتوم را براي كمترين مقدار انرژي كه مي تواند موجب تابش يا جذب شود انتخاب كرد و اظهار داشت كه انرژي هر كوانتوم (E) متناسب با فركانس تابش (v) ميباشد و ضريب اين تناسب عددي است ثابت برابر با 34-10 . 63/6 كه به آن ثابت پلانك (h) مي گويند. E =h v
بر طبق نظريه پلانك سطوح مختلف انرژي تابشي يا جذبي همواره به صورت مرتبه هاي صحيحي از تعداد h v مي باشند [نه اعداد كسري] مثلاً .......1hv,2hv,3hv, به عبارت ديگر سطوح مختلف انرژي را مي توان به پايه هاي يك نردبان تشبيه كرد كه براي بالا يا پائين رفتن از آن بايد نردبان را پله به پله يا چند پله چند پله بالا يا پائين رفت و هرگز نمي توان نردبان را يك و نيم پله طي كرد.
اثر فتوالكتريك
انشتين تئوري كوانتومي پلانك را كه در مورد انرژي نوري اجسام گداخته بود به صورت گسترده تر تحت عنوان "اثرفتوالكتريك" براي كليه اشكال نوري مطرح نمود. به اين معنا كه اگر يك كوانتا يا فوتون از نوري با انرژي h v به سطح تميزي از يك فلز در خلأ برخورد كند موجب انتشار الكترون از سطح آن فلز مي گردد. چون قدري از انرژي اين فوتون صرف فائق آمدن بر نيروهاي جاذبه بين الكترون و فلز مي گردد تا الكترون از آن كنده شود و بقيه به صورت انرژي جنبشي m v2 در الكترون مي شود بنابراين لازم است كه فركانس نور تابيده از حد آستانه v0 بالاتر باشد. علي رغم اينكه رابطه بين انرژي و فركانس تابش الكترومغناطيس تا آن زمان مشخص گرديد. معذلك هنوز اين سؤال بدون پاسخ بود كه آيا نور از ذره است يا موج.[البته امروزه ثابت شده كه نور هر دو ويژگي موجي و ذره اي را دارد].
تابش الكترومغناطيس
امواج الكترومغناطيس از ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي تشكيل شده اند. عامل اصلي ايجاد آنها وقتي است كه ذرة بارداري شتاب بگيرد. گسيل اين موج ها توسط اجسام، تابش نام دارد. تابش الكترومغناطيس نوعي انرژي است كه از درون فضا با سرعتي بي نهايت زياد عبور ميكند موجهاي الكترومغناطيس از نظر فركانس يا طول موج متنوع بوده و لذا به اشكال متعدد وجود دارند كه نور و تابش حرارتي ساده ترين شكل قابل تشخيص آنها هستند. شكلهاي ديگر كمتر واضح اند مثل تابش هاي ايكس، مادون قرمز، ماورأبنفش، گاما، مايكرو ويو، امواج راديوئي، كه هر يك در ناحيه اي از اين طيف گسترده به طريق خاصي توليد و آشكار مي شوند. مثلاً نور مرئي توسط چشم و امواج راديويي توسط راديو آشكار مي شود. امواج الكترو مغناطيسي در خصوصيات زير با هم مشترك اند:
1-طول موج [= lambda ]
عبارتست از فاصلة بين دو نقطة همسان [مثلاً دو برآمدگي يا دو فرورفتگي] از دو موج. در گذشته طول موج بر حسب آنگستروم (Aْ) سنجيده مي شد لكن امروزه از واحد بين المللي نانومتر (nm) استفاده مي شود. A0=0.1nm 1nm =10-9m 1A0 = 10-10
2-دامنه [a]
كه عبارتست از نصف ارتفاع بين بالاترين و پائين ترين نقطه موج. شدت تابش موج متناسب است با مجذور دامنه (a2).
3- بسآمد يا فركانس [ υ ]
كه عبارتست از تعداد موج هايي كه در يك ثانيه از يك نقطه معين عبور مي كند. واحد فركانس در سيستم بين المللي هرتز (Hertz) نام دارد [Hz]. گاهي به آن سيكل بر ثانيه هم ميگويند [در حالت اخير طول موج بايد متر بر ثانيه باشد].
4- سرعت موج [c]
عبارتست از حاصلضرب طول يك موج در تعداد آن در ثانيهλ C =
5-سرعت تابش هاي الكترومغناطيس
همانند سرعت نور است يعني λυ =3.00 . 108[در واقع هر چقدر طول موج بيشتر باشد فركانس كمتر خواهد شد و بلعكس]
6-مجموعة طيف هاي الكترومغناطيسي، بين تابش پر انرژي گاما [كه داراي سرعت بالا و طول موج كوتاه است] و موج كم انرژي راديويي [كه سرعت كم و طول موج بلند دارد] قرار گرفته است.تشابهاً اگر طول موج گاما را به قطر هستة اتم تشبيه كنيم، طول موج راديويي بيش از طول يك زمين فوتبال خواهد بود. به عبارت ديگر فاصله بين اين دو طول موج بسيار زياد است و يا در واقع طيف الكترومغناطيس بسيار گستره مي باشد لكن ما فقط قسمت بسيار كوچكي از آن را مي بينيم كه شامل امواج بين 400nm [نوربنفش] و 750nm [نورقرمز] است.
واحد نماد طول موج نمونه
Angstrom A0 10-10 پرتوايكس
Nanometer n m 10-9 ماورأبنفش قابل رؤيت
Micrometer 10-6 مادون قرمز
Milimeter m m 10-3 مادون قرمز
Centimeter cm 10-2 مايكرو ويو(ريزموج)
اثرات تابش هاي الكترومغناطيسي بر پوست
در خورشيد در هر ثانيه 564 ميليون تن هيدروژن به 560 ميليون تن هليم تبديل مي شود. اين چهار ميليون تن اختلاف منجر به پيدايش انرژي زيادي مي شود كه فقط مقدار كمي از آن به زمين مي رسد يعني از تشعشعات خورشيدي كه طول موج آنها بين 10 تا5000 نانومتر است فقط 1% به زمين مي رسد كه طول موجي بين nm 293 تا 2000 را دارند. 5/47% از اين 1%، نور قابل رؤيت است كه طول موج آنها بين 390 تا 750 نانومتر مي باشد. پرتوهاي uv با طول موج كوتاه 5/2% و IR با طول موج بلند 50% تشعشعات رسيده به زميني را تشكيل مي دهند. uv خود به سه دسته تقسيم مي شود uv-A كه بين پرتوهاي uv، بلندترين طول موج را دارد عميقاً در پوست نفوذ مي كند و موجب لكه دار شدن و تيره شدن زودرس پوست مي گردد. ولي هيچگونه عارضه التهابي ندارد. uv-B تااپي درم نفوذ مي كند و نسبت به ساير پرتوهاي uv فعالتر است عامل اصلي آفتاب سوختگي و برنزه شدن پوست مي باشد uv-C بسيار محرك و مخرب است .به طوري كه تابش مستقيم آن از 25 سانتي متري در كمتر از 30 ثانيه موجب سرخي پوست ميگردد. خوشبختانه اين پرتو توسط لايه اوزن گرفته شده و به زمين نمي رسد.لكن چون اثر ميكروب كشي دارد به طور مصنوعي از لامپهاي آن براي استريل كردن اماكن خاص استفاده مي شود. براي پيشگيري از اثرات سوء تابش هايuv بر پوست فرآوردهاي ضد آفتاب (Sunscreen) مختلفي ساخته شده است برخي از آنها به طور فيزيكي يعني از طريق انعكاس اشعه عمل مي نمايند. مثل تيتانيوم دي اكسايد، زينك اكسايد، باريم سولفات ..... و بعضي هم به طريق شيميايي كه با جذب پرتوهاي A يا B يا هر دو مانع از رسيدن آنها به داخل پوست ميشوند. مثل اوكسي بنزون (برايA) و PABA (براي B) .....
اگر زمان لازم براي ايجاد التهاب پس از مصرف ضد آفتاب را بر همين زمان بدون مصرف ضد آفتاب تقسيم كنيم فاكتور مميزي حفاظت از پرتوهاي خورشيد به دست مي آيد كه به آن spF مي گويند. (Sun Protective Factor)
معمولاً اگر پوست كسي بدون ضد آفتاب درt دقيقه سرخ شود پس از مصرف ضد آفتاب، اين زمان به 10 – 6 برابر مي رسد. اعددspF جنبه هندسي ندارند يعني قدرت spF24 دو برابر12 نيست.اگر كسي در عرض 3 دقيقه دچار آفتاب سوختگي مي شود بايد از spF= 40 استفاده نمايد [هميشه 120 را به زمان، به دقيقه تقسيم مي كنيم].
مثلاً در يك گدازه، مركز آن كه حرارت بيشتري دارد طول موج بالاوتشعشع سفيد را نشان ميدهد و اطراف آن كه گرماي كمتري دارد طول موج كوتاه تر و رنگ سرخ را بوجود ميآورد.
پلانك پيشنهاد كرد كه انرژي تابش هاي حرارتي به شكل دسته هاي مجزا و معين جذب و يا منتشر مي شوند و نام كوانتوم را براي كمترين مقدار انرژي كه مي تواند موجب تابش يا جذب شود انتخاب كرد و اظهار داشت كه انرژي هر كوانتوم (E) متناسب با فركانس تابش (v) ميباشد و ضريب اين تناسب عددي است ثابت برابر با 34-10 . 63/6 كه به آن ثابت پلانك (h) مي گويند. E =h v
بر طبق نظريه پلانك سطوح مختلف انرژي تابشي يا جذبي همواره به صورت مرتبه هاي صحيحي از تعداد h v مي باشند [نه اعداد كسري] مثلاً .......1hv,2hv,3hv, به عبارت ديگر سطوح مختلف انرژي را مي توان به پايه هاي يك نردبان تشبيه كرد كه براي بالا يا پائين رفتن از آن بايد نردبان را پله به پله يا چند پله چند پله بالا يا پائين رفت و هرگز نمي توان نردبان را يك و نيم پله طي كرد.
اثر فتوالكتريك
انشتين تئوري كوانتومي پلانك را كه در مورد انرژي نوري اجسام گداخته بود به صورت گسترده تر تحت عنوان "اثرفتوالكتريك" براي كليه اشكال نوري مطرح نمود. به اين معنا كه اگر يك كوانتا يا فوتون از نوري با انرژي h v به سطح تميزي از يك فلز در خلأ برخورد كند موجب انتشار الكترون از سطح آن فلز مي گردد. چون قدري از انرژي اين فوتون صرف فائق آمدن بر نيروهاي جاذبه بين الكترون و فلز مي گردد تا الكترون از آن كنده شود و بقيه به صورت انرژي جنبشي m v2 در الكترون مي شود بنابراين لازم است كه فركانس نور تابيده از حد آستانه v0 بالاتر باشد. علي رغم اينكه رابطه بين انرژي و فركانس تابش الكترومغناطيس تا آن زمان مشخص گرديد. معذلك هنوز اين سؤال بدون پاسخ بود كه آيا نور از ذره است يا موج.[البته امروزه ثابت شده كه نور هر دو ويژگي موجي و ذره اي را دارد].
تابش الكترومغناطيس
امواج الكترومغناطيس از ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي تشكيل شده اند. عامل اصلي ايجاد آنها وقتي است كه ذرة بارداري شتاب بگيرد. گسيل اين موج ها توسط اجسام، تابش نام دارد. تابش الكترومغناطيس نوعي انرژي است كه از درون فضا با سرعتي بي نهايت زياد عبور ميكند موجهاي الكترومغناطيس از نظر فركانس يا طول موج متنوع بوده و لذا به اشكال متعدد وجود دارند كه نور و تابش حرارتي ساده ترين شكل قابل تشخيص آنها هستند. شكلهاي ديگر كمتر واضح اند مثل تابش هاي ايكس، مادون قرمز، ماورأبنفش، گاما، مايكرو ويو، امواج راديوئي، كه هر يك در ناحيه اي از اين طيف گسترده به طريق خاصي توليد و آشكار مي شوند. مثلاً نور مرئي توسط چشم و امواج راديويي توسط راديو آشكار مي شود. امواج الكترو مغناطيسي در خصوصيات زير با هم مشترك اند:
1-طول موج [= lambda ]
عبارتست از فاصلة بين دو نقطة همسان [مثلاً دو برآمدگي يا دو فرورفتگي] از دو موج. در گذشته طول موج بر حسب آنگستروم (Aْ) سنجيده مي شد لكن امروزه از واحد بين المللي نانومتر (nm) استفاده مي شود. A0=0.1nm 1nm =10-9m 1A0 = 10-10
2-دامنه [a]
كه عبارتست از نصف ارتفاع بين بالاترين و پائين ترين نقطه موج. شدت تابش موج متناسب است با مجذور دامنه (a2).
3- بسآمد يا فركانس [ υ ]
كه عبارتست از تعداد موج هايي كه در يك ثانيه از يك نقطه معين عبور مي كند. واحد فركانس در سيستم بين المللي هرتز (Hertz) نام دارد [Hz]. گاهي به آن سيكل بر ثانيه هم ميگويند [در حالت اخير طول موج بايد متر بر ثانيه باشد].
4- سرعت موج [c]
عبارتست از حاصلضرب طول يك موج در تعداد آن در ثانيهλ C =
5-سرعت تابش هاي الكترومغناطيس
همانند سرعت نور است يعني λυ =3.00 . 108[در واقع هر چقدر طول موج بيشتر باشد فركانس كمتر خواهد شد و بلعكس]
6-مجموعة طيف هاي الكترومغناطيسي، بين تابش پر انرژي گاما [كه داراي سرعت بالا و طول موج كوتاه است] و موج كم انرژي راديويي [كه سرعت كم و طول موج بلند دارد] قرار گرفته است.تشابهاً اگر طول موج گاما را به قطر هستة اتم تشبيه كنيم، طول موج راديويي بيش از طول يك زمين فوتبال خواهد بود. به عبارت ديگر فاصله بين اين دو طول موج بسيار زياد است و يا در واقع طيف الكترومغناطيس بسيار گستره مي باشد لكن ما فقط قسمت بسيار كوچكي از آن را مي بينيم كه شامل امواج بين 400nm [نوربنفش] و 750nm [نورقرمز] است.
واحد نماد طول موج نمونه
Angstrom A0 10-10 پرتوايكس
Nanometer n m 10-9 ماورأبنفش قابل رؤيت
Micrometer 10-6 مادون قرمز
Milimeter m m 10-3 مادون قرمز
Centimeter cm 10-2 مايكرو ويو(ريزموج)
اثرات تابش هاي الكترومغناطيسي بر پوست
در خورشيد در هر ثانيه 564 ميليون تن هيدروژن به 560 ميليون تن هليم تبديل مي شود. اين چهار ميليون تن اختلاف منجر به پيدايش انرژي زيادي مي شود كه فقط مقدار كمي از آن به زمين مي رسد يعني از تشعشعات خورشيدي كه طول موج آنها بين 10 تا5000 نانومتر است فقط 1% به زمين مي رسد كه طول موجي بين nm 293 تا 2000 را دارند. 5/47% از اين 1%، نور قابل رؤيت است كه طول موج آنها بين 390 تا 750 نانومتر مي باشد. پرتوهاي uv با طول موج كوتاه 5/2% و IR با طول موج بلند 50% تشعشعات رسيده به زميني را تشكيل مي دهند. uv خود به سه دسته تقسيم مي شود uv-A كه بين پرتوهاي uv، بلندترين طول موج را دارد عميقاً در پوست نفوذ مي كند و موجب لكه دار شدن و تيره شدن زودرس پوست مي گردد. ولي هيچگونه عارضه التهابي ندارد. uv-B تااپي درم نفوذ مي كند و نسبت به ساير پرتوهاي uv فعالتر است عامل اصلي آفتاب سوختگي و برنزه شدن پوست مي باشد uv-C بسيار محرك و مخرب است .به طوري كه تابش مستقيم آن از 25 سانتي متري در كمتر از 30 ثانيه موجب سرخي پوست ميگردد. خوشبختانه اين پرتو توسط لايه اوزن گرفته شده و به زمين نمي رسد.لكن چون اثر ميكروب كشي دارد به طور مصنوعي از لامپهاي آن براي استريل كردن اماكن خاص استفاده مي شود. براي پيشگيري از اثرات سوء تابش هايuv بر پوست فرآوردهاي ضد آفتاب (Sunscreen) مختلفي ساخته شده است برخي از آنها به طور فيزيكي يعني از طريق انعكاس اشعه عمل مي نمايند. مثل تيتانيوم دي اكسايد، زينك اكسايد، باريم سولفات ..... و بعضي هم به طريق شيميايي كه با جذب پرتوهاي A يا B يا هر دو مانع از رسيدن آنها به داخل پوست ميشوند. مثل اوكسي بنزون (برايA) و PABA (براي B) .....
اگر زمان لازم براي ايجاد التهاب پس از مصرف ضد آفتاب را بر همين زمان بدون مصرف ضد آفتاب تقسيم كنيم فاكتور مميزي حفاظت از پرتوهاي خورشيد به دست مي آيد كه به آن spF مي گويند. (Sun Protective Factor)
معمولاً اگر پوست كسي بدون ضد آفتاب درt دقيقه سرخ شود پس از مصرف ضد آفتاب، اين زمان به 10 – 6 برابر مي رسد. اعددspF جنبه هندسي ندارند يعني قدرت spF24 دو برابر12 نيست.اگر كسي در عرض 3 دقيقه دچار آفتاب سوختگي مي شود بايد از spF= 40 استفاده نمايد [هميشه 120 را به زمان، به دقيقه تقسيم مي كنيم].