الكهرومغناطيسية
- في مجال الفيزياء، تشير الكهرومغناطيسية إلى التفاعل بين الكهرباء والمغناطيس.
- وهذا يعني أن الأجسام المشحونة تتحرك خلال حقل مغناطيسي يخلق الطيف الكهرومغناطيسي.
- يتميز كل جسم بشري بطيفه الكهرومغناطيسي الخاص.
- على غرار بصمات الأصابع، فإنها تختلف من شخص لآخر.
- المجال المغناطيسي يولد تيارًا كهربائيًا، بينما يشكل التيار الكهربائي مجالًا مغناطيسيًا.
- تتفاعل هذه الظواهر مع بعضها بشكل متكامل.
- اكتشف العالم جيمس ماكسويل الموجات الكهرومغناطيسية.
لا تفوت قراءة مقالنا حول:
مفهوم الطيف الكهرومغناطيسي
- عند تمرير ضوء الشمس عبر منشور، يتشكل الطيف المرئي بشكل مستمر.
- توجد العديد من الموجات الكهرومغناطيسية بأطوال موجية متنوعة.
- الضوء المرئي يمثل جزءًا صغيرًا من الطول الموجي الكلي للإشعاع المحيط بالبشر.
- بذلك، فإن معظم الضوء المحيط بنا لا يمكن رؤيته.
- لذا، يُستخدم مفهوم الطيف الكهرومغناطيسي لتغطية هذا المفهوم بالكامل.
- من الأشعة الراديوية وحتى أشعة غاما.
- تنبعث هذه الموجات الكهرومغناطيسية من أشياء مختلفة، وكل كائن له طيف كهرومغناطيسي فريد يميزه عن الأجسام الأخرى، وقد يُرى أو لا يُرى عبر الطيف الكهرومغناطيسي.
أنواع الطيف الكهرومغناطيسي
- تنقسم الموجات الكهرومغناطيسية إلى أنواع متعددة بناءً على التردد والطول الموجي.
- التردد هو عدد الموجات التي تعبر وحدة معينة في الثانية، ويُقاس بوحدة الهرتز.
- بينما الطول الموجي هو المسافة بين قمتين متتاليتين أو وديان الموجة، ويُقاس بالمتر أو بأجزائه.
- توجد علاقة عكسية بين التردد والطول الموجي: عندما يزيد التردد، يقل الطول الموجي، والعكس صحيح.
يعتمد تحديد أنواع الطيف الكهرومغناطيسي على التردد كما يلي:
الضوء المرئي في منتصف الطيف الكهرومغناطيسي
- يتألف من سبعة ألوان تُرى بالعين المجردة.
- يتراوح طول الموجة بين 400 نانومتر و700 نانومتر.
- لكل لون تردده وطوله الموجي الخاص به.
- الأحمر هو أدنى تردد وأعلى طول موجي (700 نانومتر).
- بينما البنفسجي يمثل أعلى تردد وأقل طول موجي (400 نانومتر).
- لذلك، العلاقة بين التردد وطول الموجة تتسم بالعكس.
موجات الراديو والتليفزيون
- تساعد هذه الموجات في استقبال البث التلفزيوني والاستماع إلى الإذاعات.
- ويتراوح طولها الموجي من 0.3 متر إلى عدة كيلومترات.
موجات الميكروويف
- توجد ضمن الأجهزة المنزلية مثل الميكروويف والهواتف المحمولة وإشارات Wi-Fi.
- يتراوح الطول الموجي لهذه الموجات بين 0.001 متر و0.3 متر.
الموجات تحت الحمراء
- تعتبر ترددًا منخفضًا في الطيف الكهرومغناطيسي، مثل الأشعة تحت الحمراء.
- تتراوح أطوالها الموجية بين 0.001 متر و700 نانومتر.
- يمكن العثور عليها في أجهزة التحكم عن بعد للتلفزيون، ومناظير الرؤية بالأشعة تحت الحمراء، والسخانات.
- كما يمكن أن نشعر بها على شكل حرارة.
الموجات فوق البنفسجية
- تمثل أعلى تردد في الطيف، وتتواجد في ضوء الشمس.
- تتراوح أطوالها الموجية بين 400 نانومتر و10 نانومتر.
- ومع ذلك، يجب الانتباه إلى أن التعرض لهذه الأشعة يمكن أن يؤدي إلى حروق جلدية.
الأشعة السينية
- تستخدم هذه الأشعة لتصوير العظام.
- يمكنها اختراق الجلد واللحوم لتصوير الهيكل العظمي.
أشعة غاما
- وهي تنبعث من التفاعلات النووية، وتمتاز بأعلى تردد بين الأشعة.
- تستخدم لإجراء تعقيم الطعام للحد من البكتيريا.
- كما تساهم في معالجة الأورام السرطانية.
كما يمكنك معرفة المزيد حول:
خصائص الطيف الكهرومغناطيسي
تتضمن الخصائص الرئيسية للطيف الكهرومغناطيسي ما يلي:
السرعة
- تنتقل جميع الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ بنفس السرعة، التي تقدر بحوالي 300000 كيلومتر في الثانية، دون الحاجة إلى وسيط موصل.
- تُعرف هذه السرعة بـ”سرعة الضوء”، حيث لا يوجد شيء يتحرك أسرع منها.
- تعتبر سرعة الضوء في الفراغ من أهم الثوابت الفيزيائية ولها دور محوري في الفيزياء الحديثة.
التردد والطول الموجي
- يُعرّف الطول الموجي بأنه الفترة الواحدة من الموجة، ويُقاس كالمسافة بين قمتين متتاليتين.
- والقمة هي أعلى نقطة في الموجة، بينما القاع هو أدنى نقطة.
- يُحدد التردد بعدد الأطوال الموجية المارة عبر نقطة معينة في فترة زمنية مستهدفة.
- وتقاس بالهرتز، حيث تُظهر العلاقة العكسية بين الطول الموجي والتردد.
- بذلك، إذا زاد طول الموجة، ينخفض التردد، والعكس صحيح.
الطاقة
- يمكن وصف الموجات الكهرومغناطيسية أيضًا من حيث الطاقة.
- وحدة قياس الطاقة هي إلكترون فولت (eV).
- تُعرف إلكترون فولت بكونها الطاقة الحركية اللازمة لتحريك الإلكترونات بجهد يبلغ 1 فولت.
- تجدر الإشارة إلى أن الطاقة تعتمد على التردد والطول الموجي، لذا فإن الطاقة تقل مع زيادة الطول الموجي، بينما تزداد مع زيادة التردد.
الزخم
- عادة ما يُعرّف الزخم بأنه ناتج الكتلة والسرعة، مما يعد أمرًا غريبًا بالنسبة للإشعاع الكهرومغناطيسي، الذي يُعتبر عديم الكتلة.
- ومع ذلك، أثبت أينشتاين أنه يمكن اعتبار الضوء بمثابة جسيمات في ظروف معينة.
- وفقًا لمعادلة أينشتاين الشهيرة (E = mc ^ 2)، توجد علاقة بين الطاقة والكتلة.
- حيث إن الموجات، بقيمتها الطاقية، تحمل أيضاً خاصية الزخم.
- أثبت أينشتاين أن زخم الفوتون (p) يعادل نسبة طاقته إلى سرعة الضوء.
الاستقطاب
- تشكل الموجات الكهرومغناطيسية تتكون من المجالات الكهربائية والمغناطيسية التي تتعامد على اتجاه انتشار الموجات.
- يهدف الاستقطاب إلى توضيح الحجم والاتجاه الخاص بالمجال الكهربائي للموجة وخصائص الاستقطاب.
- يمكن تعريف الموجات بأنها تصف الاتجاه وناقل المجال الكهربائي المتغير مع الوقت.
- تمثل الخصائص النسبية للاستقطاب أهم خصائص الموجات الكهرومغناطيسية.
- لأن لها تطبيقات عديدة في تقنيات الليزر والتصوير وغيرها.
استخدامات إشعاعات الطيف الكهرومغناطيسي
تتعدد استخدامات الطيف الكهرومغناطيسي، وفيما يلي بعض منها:
الإضاءة
- نبدأ بالإضاءة، التي تعتبر من أهم الاستخدامات التي تفيد البشرية.
- وحتى ضوء الشمس الذي يصل إلينا يُعتبر موجات كهرومغناطيسية، حيث لا توجد منازل أو شوارع بلا إضاءة.
مجال الاتصالات
- يتجلى هذا بوضوح في قنوات الراديو والأقمار الصناعية، الهواتف، والإنترنت.
- لم تعد هذه الاستخدامات قابلة للاستغناء عنها، إذ أصبحت جزءًا لا يتجزأ من الحياة اليومية لكل فرد.
المجال الكهربائي
- تعتمد جميع المولدات التي تستخدم أنواعًا مختلفة من الوقود أو البخار على مبادئ الكهرباء الناتجة عن الحقول المغناطيسية المتحركة.
المجال الطبي
- غالبًا ما يشيع مصطلح “الأشعة” عندما يُجري الأطباء فحوصات على أجسام المرضى.
- بالإضافة إلى التصوير الطبقي، هناك العديد من الأجهزة الطبية التي تدعم الأطباء والمرضى.
- تستخدم هذه الأجهزة الموجات الكهرومغناطيسية مثل أشعة غاما وغيرها.
المجال العسكري
- يدرك الجميع أهمية الرادارات التي تُستخدم في الطرق والحدود.
- تعمل هذه الرادارات بالموجات الكهرومغناطيسية لالتقاط أي أجسام متحركة وسرعتها.
- كما تستخدم الصواريخ الموجهة عن بُعد الأشعة الكهروضوئية المستمدة من الموجات الكهرومغناطيسية.
