الكهرومغناطيسية
- تُعرَّف الكهرومغناطيسية في مجال الفيزياء على أنها التفاعل بين الكهرباء والمغناطيس.
- ويعني ذلك أن الأجسام المشحونة تمر عبر المجالات المغناطيسية التي تُنتج الطيف الكهرومغناطيسي.
- لكل كائن حي طيفه الكهرومغناطيسي الفريد.
- بصمات الأصابع، على سبيل المثال، تختلف بين الأفراد.
- تقوم المجالات المغناطيسية بتوليد تيارات كهربائية، بينما تُنتج التيارات الكهربائية مجالات مغناطيسية، مما يحدث تناغمًا بينهما.
- كان للعالم جيمس ماكسويل فضل اكتشاف الموجات الكهرومغناطيسية.
لا تفوت فرصة قراءة مقالنا عن:
مفهوم الطيف الكهرومغناطيسي
- عند مرور ضوء الشمس عبر المنشور، يشكل ضوء مرئي يستقطب طيفًا مستمرًا.
- توجد العديد من الموجات الكهرومغناطيسية بأطوال موجية مختلفة.
- كما أن الضوء المرئي يمثل جزءًا صغيرًا من الطول الموجي العام الذي نستقبله.
- معظم الضوء المحيط بالإنسان غير مرئي له.
- ومن هنا جاء مفهوم الطيف الكهرومغناطيسي الذي يشمل كافة أطياف الضوء، من الأشعة الراديوية وحتى أشعة جاما.
- تنبعث هذه الموجات الكهرومغناطيسية من كائنات مختلفة، وتمتلك كل كائن طيفًا مختلفًا يساعد في تمييزه عن الآخرين.
- يمكن استعراض رؤية تلك الأطياف الكهرومغناطيسية أو عدم رؤيتها وفقًا لطبيعة الأشعة.
أنواع الطيف الكهرومغناطيسي
- تتنوع أنواع الطيف الكهرومغناطيسي بشكل كبير وفقًا للتردد والطول الموجي.
- يُعَرَّف التردد بكونه عدد الموجات التي تمر عبر نقطة معينة في ثانية، ويُقاس بوحدات الهرتز.
- في حين يقاس الطول الموجي بالمتر، وهو المسافة بين قمم أو وديان متتالية.
- العلاقة بين الطول الموجي والتردد متعاكسة، حيث يزداد التردد ويقل الطول الموجي والعكس صحيح.
تستند تصنيفات الطيف الكهرومغناطيسي إلى التردد كالتالي:
الضوء المرئي في منتصف الطيف الكهرومغناطيسي
- يمتاز بسبعة ألوان مرئية يمكن للعين المجردة رؤيتها.
- تتراوح أطوال موجاته ما بين 400 نانومتر و700 نانومتر.
- لكل لون تردد وطول موجي مميز له.
- الأحمر يمثل أدنى تردد وأعلى طول موجي، بينما البنفسجي المحمول هو أعلى تردد وأقل طول موجي.
- وبذلك، يُظهر التردد وطول الموجة علاقة معكوسة.
موجات الراديو والتلفاز
- تساهم هذه الموجات في إمكانية مشاهدة البث التلفزيوني والاستماع إلى الإذاعات.
- يترواح طولها الموجي من 0.3 متر إلى عدة كيلومترات.
موجات الميكروويف
- توجد في أجهزة الميكروويف والهواتف المحمولة وإشارات الواي فاي.
- أطوالها الموجية تتراوح بين 0.001 متر و0.3 متر.
الموجات تحت الحمراء
- تمثل جزءًا من الطيف بتردد منخفض.
- تتراوح أطوالها الموجية من 0.001 متر إلى 700 نانومتر.
- يمكن العثور عليها في أجهزة التحكم عن بعد والرؤية الليلية والسخانات.
- كما يمكن الإحساس بها على شكل حرارة.
الموجات فوق البنفسجية
- تمثل أعلى ترددات الموجات وتوجد في ضوء الشمس.
- وتتراوح أطوالها الموجية من 400 نانومتر إلى 10 نانومتر.
- ومع ذلك يجب توخي الحذر حيث أن التعرض لهذه الأشعة يمكن أن يؤدي إلى حروق جلدية.
الأشعة السينية
- تستخدم لتصوير عظام الجسم، حيث يمكنها اختراق الجلد واللحم لتصوير العظام.
أشعة جاما
- تنبعث من التفاعلات النووية وتعتبر ذات أعلى تردد.
- تستخدم لتعقيم الطعام وحماية من البكتيريا، وكذلك في علاج الأورام السرطانية.
كما يمكنك الاطلاع على:
خصائص الطيف الكهرومغناطيسي
تشمل الخصائص التالية:
السرعة
- تتحرك جميع الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ بنفس السرعة، وهي تقريبًا 300000 كيلومتر في الثانية.
- تُعرف هذه السرعة بـ”سرعة الضوء” ولا يمكن لأي شيء أن يتحرك أسرع منها.
- تعتبر سرعة الضوء من أهم ثوابت الفيزياء وتلعب دورًا محوريًا في الفيزياء الحديثة.
التردد والطول الموجي
- يُعرَف الطول الموجي بأنه المسافة بين أي قمتين متتاليتين للموجة.
- القمة هي الأعلى بينما القاع هو الأدنى.
- يتحدد التردد بناءً على عدد الأطوال الموجية التي تمر عبر نقطة معينة خلال فترة زمنية معينة.
- يُقاس عدد الأطوال الموجية في الثانية أو عدد دورات الموجة، وواحدتها هي الهرتز.
- العلاقة بين الطول الموجي والتردد هي علاقة عكسية.
- بالتالي، إذا زاد الطول الموجي، ينخفض التردد، والعكس صحيح.
الطاقة
- يمكن وصف الموجات الكهرومغناطيسية أيضًا من حيث الطاقة.
- تُقاس الطاقة بوحدات إلكترون فولت (eV)، وهي تعبر عن الطاقة الحركية اللازمة لتحريك الإلكترونات بجهد مقداره 1 فولت.
- تعتمد الطاقة على التردد والطول الموجي، حيث تقل الطاقة مع زيادة الطول الموجي وتزداد مع زيادة التردد.
الزخم
- الزخم عادةً هو ناتج الكتلة والسرعة، وهو مفهوم قد يبدو غير منطقي لأن الإشعاع الكهرومغناطيسي عديم الكتلة.
- ومع ذلك، أثبت أينشتاين أن الضوء يمكن أن يظهر كجسيمات في ظل ظروف معينة.
- في معادلته الشهيرة (E = mc ^ 2) تظهر العلاقة بين الطاقة والكتلة.
- لذا، فإن الموجات ذات الطاقة لا تحمل فقط معادلة الكتلة بل تمتلك أيضًا زخمًا، مما يجعل الفهم أكثر منطقية.
- أثبت أينشتاين أن زخم الفوتون هو نسبة طاقته إلى سرعة الضوء.
الاستقطاب
- تتكون الموجات الكهرومغناطيسية من مجالات كهربائية ومغناطيسية عمودية، والمتعامدة أيضًا مع اتجاه انتشار الموجات.
- يهدف استقطاب الموجات الكهرومغناطيسية إلى الإشارة إلى حجم واتجاه المجال الكهربائي وخصائص الاستقطاب.
- تُعرّف الموجات بأنها تصف الاتجاه وناقل المجال الكهربائي المتغير بمرور الوقت.
- يُعتبر الحجم النسبي لخصائص الاستقطاب من الخصائص الأساسية للموجات الكهرومغناطيسية.
- تطبيقاتها متنوعة تتضمن الليزر والتصوير الطبي.
استخدامات إشعاعات الطيف الكهرومغناطيسي
تتوزع الاستخدامات في المجالات التالية:
الإضاءة
- تُعد الإضاءة من أهم الاستخدامات التي تسجل فائدة واضحة للعالم.
- فحتى ضوء الشمس هو موجات كهرومغناطيسية، حيث لا يوجد منزل أو شارع خالٍ من الإنارة.
مجال الاتصالات
- التواصل عبر جميع قنوات الراديو والأقمار الصناعية والهواتف والانترنت يعد نموذجًا حيًا لهذا المجال.
- هذه الاستخدامات أصبحت جزءًا لا يتجزأ من حياة الناس ويرتبط بها كل فرد.
مجال توليد الطاقة
- تعتمد جميع مولدات الطاقة المستخدمة على مبادئ الكهرباء الناتجة عن حقل مغناطيسي متحرك.
المجال الطبي
- غالبًا ما يُستخدم مصطلح الأشعة خلال الفحوصات الطبية للأجسام البشرية.
- التصوير بالأشعة السينية وغير ذلك من الأجهزة الطبية كثيرة الاستخدام في هذا المجال.
- تستخدم هذه الأجهزة الموجات الكهرومغناطيسية مثل أشعة جاما.
المجال العسكري
- تستخدم الرادارات، التي يعرفها الجميع كونها موجودة على الطرق أو الحدود.
- تعمل هذه الرادارات على الموجات الكهرومغناطيسية للكشف عن الأجسام المتحركة وسرعها.
- كذلك، تُستخدم الصواريخ الموجهة على بُعد الأشعة الكهروضوئية، المستخلصة من الموجات الكهرومغناطيسية.
