خصائص الموجات الكهرومغناطيسية

الموجات الكهرومغناطيسية

يتم توليد الموجات الكهرومغناطيسية عن طريق اضطراب كهربائي ومغناطيسي ينتقل في الفضاء، وينتشر بسرعة الضوء (2.998 × 10^8 م/ث)، وعلى الرغم من عدم وجود كتلة أو شحنة في الموجات الكهرومغناطيسية، إلا أنها تسافر عبر حزم الطاقة المشعة .

تسمى الفوتونات أو الكميات تشمل أمثلة الإشعاع الكهرومغناطيسي:

1. الموجات الراديوية والميكروويف .
2. الأشعة تحت الحمراء .
3. الأشعة فوق البنفسجية .
4. جاما.
5. الأشعة السينية .

وتتضمن بعض مصادر الإشعاع الكهرومغناطيسي مصادر في الكون:

• الشمس .
• والنجوم.
• والعناصر المشعة والأجهزة المصنعة تنتج موجة كهرومغناطيسية مزدوجة وتتصف بطبيعة الجسيمات  .

ما خصائص الموجات الكهرومغناطيسية

سرعة الموجات الكهرومغناطيسية

تتنقل جميع الموجات الكهرومغناطيسية بنفس السرعة عبر الفضاء الخالي، وهذه السرعة المعروفة بسرعة الضوء تبلغ حوالي 300 مليون متر في الثانية (3.0 × 108 متر/ثانية)، ولا يوجد شيء آخر في الكون يسافر بهذه السرعة .

تبعد الشمس عن الأرض حوالي 150 مليون كيلومتر (93 مليون ميل)، ولكن يستغرق الإشعاع الكهرومغناطيسي 8 دقائق فقط للوصول إلى الأرض من الشمس .

إذا تمكنت من التحرك بهذه السرعة، فسوف تتمكن من السفر حول الأرض 7.5 مرات في الثانية الواحدة فقط .

الطول الموجي وتردد الموجات الكهرومغناطيسية

– “على الرغم من أن جميع الموجات الكهرومغناطيسية تنتقل بنفس السرعة في الفضاء، إلا أنها تختلف في طول الموجة والتردد ومستوى الطاقة الخاص بها .

• – الطول الموجي هو المسافة بين النقاط المقابلة للموجات المتجاورة، وتتراوح أطوال الموجات الكهرومغناطيسية بين أطول من ملعب كرة قدم وأقصر من قطر الذرة .
• تردد الموجة هو عدد الموجات التي تمر عند نقطة ثابتة خلال فترة زمنية محددة، وتتراوح ترددات الموجات الكهرومغناطيسية من الآلاف إلى التريليونات في الثانية .

تعتمد طاقة الموجات الكهرومغناطيسية على ترددها، وتكون الموجات ذات تردد منخفض لديها طاقة قليلة وعادة ما تكون غير ضارة، في حين تتضمن الموجات ذات التردد العالي كمية كبيرة من الطاقة ومن الممكن أن تكون ضارة جداً .

تكون تأثير الموجات الكهرومغناطيسية على الإنسان ضارا جدا .

أنواع الموجات الكهرومغناطيسية

موجات الراديو

تمتلك الموجات الراديو أدنى ترددات لجميع أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي، وتحمل فوتوناتها أقل كمية من الطاقة عادة، ويمكن أن تتراوح بين 3 كيلو هرتز و 300 جيجاهرتز كموجة راديو .

على الرغم من أن بعض التعريفات تصنف أي شيء أعلى من 1 جيجاهرتز أو 3 جيجاهرتز كموجات ميكروويف، فإن موجات الراديو تعتبر من أبطأ الأشعة الكهرومغناطيسية، حيث يتباعد فوتونات الموجات الراديوية عن بعضها الآخر عندما تكون تردداتها منخفضة وتصل إلى 3 كيلو هرتز .

طول الموجة يصل إلى 100 كم (62 ميل)، وتبلغ 1 مم (0.039 بوصة) عند تردد 300 جيجاهرتز، مما يعني أنها تحمل طاقة أقل من أنواع أخرى من ER .

موجات المايكرويف

هي الموجات الدقيقة التي تتراوح تردداتها بين 300 ميجاهرتز والطول الموجي 100 سم و300 جيجاهرتز (0.1 سم)، وتشكل إشعاعًا كهرومغناطيسيًا، وبغض النظر عن الفوتونات الأكثر نشاطًا قليلًا وطول الموجة الأقصر .

تعني كثافة الطاقة المزيد من قوة الموجات الراديوية، وفي الواقع يتم استخدام الموجات الدقيقة على نطاق واسع في الاتصالات، ولكنها تختلف بشكل رئيسي عن موجات الراديو .

الأشعة تحت الحمراء

تمتد هذه المدة الطويلة من الطيف المرئي من 300 جيجاهرتز (1 مم) حتى الحد الأدنى المرئي (اللون الأحمر) عند 430 تيراهرتز (700 نانومتر) .

هذا هو الطيف الذي تتفاعل عليه معظم الأجسام مع الحرارة المشعة، حيث يختلف عن الإشعاع الراديوي والميكروويف، حيث تتفاعل الأشعة تحت الحمراء مع ثنائيات القطب، مما يعني أنه يتم امتصاصه بواسطة مجموعة واسعة من المواد .

تتحول تقريبًا جميع المواد العضوية التي تهتز إلى حرارة، ومع ذلك، فإن العكس صحيح أيضًا، وهذا يعني أن المواد السائبة تشع عمومًا ببعض مستويات الأشعة تحت الحمراء أثناء إطلاقها للحرارة.

ضوء مرئي

هذا هو الفاصل الزمني للإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يتم التقاطه بعينيك، ويمتد الضوء المرئي على طيف الترددات من 430 إلى 770 تيرا هرتز (390 إلى 700 نانومتر)، ونشاهد ألوانًا مختلفة لأن الأشياء تمتص أجزاء معينة من هذا الطيف .

ليتم عكس الباقي ليظهر باللون الأحمر، يجب أن تمتص الأطوال الموجية التي لا تتوافق مع اللون، وتعكس الأطوال الموجية الحمراء فقط لتلتقطها عينيك .

الأشعة فوق البنفسجية

تُسَمَّى الأشعة فوق البنفسجية الطيف الكهرومغناطيسي الذي يزيد عن تردد 789 تيراهيرتز (THz)، وتتكون الضوء الفوق بنفسجي من موجات قصيرة جدًا تتراوح بين 10-400 نانومتر وتمتاز بحمل الكثير من الطاقة .

فعليًا، تحمل الفوتونات ذات الأشعة فوق البنفسجية طاقة كافية لتغيير بعض الروابط الكيميائية وتحويلها إلى ترتيبات جديدة، وهذا بالتأكيد يشكل تهديدًا كبيرًا إذا كنت جزيءًا من الحمض النووي DNA تحاول الحفاظ على المعلومات .

والأسوأ من ذلك بالنسبة للكائنات الحية، أن بعض الأنواع الفرعية من الأشعة فوق البنفسجية التي ليس لديها طاقة كافية لتدمير الحمض النووي مباشرة، لا تزال تُشكِّلُ خَطَرًا لأنها تنتج أنواعًا من الأكسججين التفاعلية داخل الجسم .

أشعة غاما

يتميز هذا الجهاز EMR بوجود فوتون واحد ذي أعلى طاقة معروفة تزيد عن 30 إكساهيرتز وأطوال موجية أقل من 10 بيكومتر، مما يعادل قطر الذرة .

غالبًا ما تحدث الإشعاعات النووية على الأرض نتيجة الاضمحلال الإشعاعي، ولكن يمكن أن تحدث أيضًا عبر انفجارات شديدة للأشعة الغاما، وقد تكون ناتجة عن نجوم محتضرة تتحول إلى مستعر أعظم أو الهايبرنوفا الأكبر .

يُعتبر الانهيار إلى نجوم نيوترونية أو ثقوب سوداء الأكثر فتكًا بالنسبة للكائنات الحية بسبب الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يصدره، ولكن يتم امتصاص معظم هذا الإشعاع بواسطة الغلاف الجوي للأرض.

الأشعة السينية

تتراوح تردداتها بين 30 بيتاهيرتز و30 إكساهيرتز، وتكون أطوال موجيتها بين 0.01 و10 نانومتر، وتعد الأشعة السينية من الأشعة النشطة جدًا، وتسمى الأشعة السينية التي يكون لها أطوال موجية أقل من 0.2 – 0.1 نانومتر بالأشعة السينية الصلبة.

يستخدم الأطباء الأشعة السينية لرؤية العظام داخل الجسم، حيث تكون هذه الأشعة صغيرة جدًا وقوية لدرجة أن أنسجتنا الرخوة تكون شفافة بالنسبة لها، وهذا ينطبق أيضًا على الأمتعة في المطار، حيث يمكن للأشعة السينية أن ترى محتويات الأمتعة مباشرة .

تطبيقات الموجات الكهرومغناطيسية

•  نقل الطاقة عبر الفراغ أو بدون استخدام وسائط .
• بسبب قدرة الموجات الكهرومغناطيسية على نقل الطاقة، فإن لها دورًا هامًا في حياتنا اليومية، بما في ذلك تكنولوجيا الاتصالات .
• يمثل الإشعاع الكهرومغناطيسي الأساس لعمل الرادار، والذي يستخدم بدوره لتوجيه والاستشعار عن بعد لدراسة كوكب الأرض .
• تعد الأشعة فوق البنفسجية مبيدًا للجراثيم في الطبيعة، حيث تقضي على البكتيريا والفيروسات والعفن من الأسطح المختلفة أو الهواء أو الماء .
• تُستخدم الأشعة فوق البنفسجية كذلك للكشف عن الأوراق النقدية المزورة، إذ لا تتحول الأوراق النقدية الحقيقية إلى الفلورسنت تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية .
• تتمتع الأشعة فوق البنفسجية بخصائص صحية وعلاجية .
• يتم اكتشاف كسور العظام باستخدام الأشعة السينية التي تمر عبر الجسم وتلتقط صورة للعظام .
• يمكن لأشعة جاما أن تسبب السرطان ويمكن علاجها أيضًا بجرعات عالية من أشعة جاما، إذ تقوم بقتل الخلايا السرطانية بينما يمكن للجرعة المناسبة أن تقتل الخلايا الغير طبيعية .
• يستخدم تقنية الأشعة تحت الحمراء في الرؤية الليلية، وتُعد مفيدة للكاميرات المراقبة .
• تعتبر الأشعة تحت الحمراء مرئية في جميع الأوقات، ولذلك يتم استخدامها من قبل المسؤولين للقبض على الأعداء .