تعريف الموجات الكهرومغناطيسية
يمكن تعريف الموجات الكهرومغناطيسية بأنها تلك الموجات التي تنتقل عبر الفراغ أو أي مادة دون الحاجة إلى وسط معين، بخلاف الموجات الميكانيكية. تنتج هذه الموجات نتيجة للاهتزازات الناتجة عن تفاعل المجالين الكهربائي والمغناطيسي. عادةً ما تأخذ الموجات الكهرومغناطيسية أشكالًا متنوعة، ولكنها تتسم بالتشابه في بنيتها الوحدوية، مما يجعلها تعتبر موجات عرضية. يتم قياس طولها الموجي، أو سعتها، بمدى الفاصل بين أعلى نقطة (القمة) وأدنى نقطة (القاع) في الموجة. كما يمكن قياس السعة والمسافة بين الموجات خلال تحليلها.
تُعرف دورة الموجة بأنها المسافة من قمة إلى قمة أو من قاع إلى قاع. يُشار إلى عدد الدورات التي تحدث في الثانية الواحدة بالتردد، ويُقاس بوحدات الهرتز. كلما كان الطول الموجي أقصر، زادت قيمة التردد وازدادت طاقة الموجة الكهرومغناطيسية. تجدر الإشارة إلى أن هذه الموجات تُستخدم اليوم في العديد من التطبيقات الحياتية والمهنية، مثل الاتصال عبر الهواتف المحمولة، وشبكات الواي فاي (WiFi)، والبث الإذاعي، والعلاج الإشعاعي، والتصوير الطبي، والطهي، وغيرها.
أنواع الموجات الكهرومغناطيسية
يمكن تصنيف الموجات الكهرومغناطيسية إلى سبعة أنواع رئيسية، وهي كالتالي:
- موجات الراديو: تعتبر ذات أقل تردد في الطيف الكهرومغناطيسي. تُستخدم هذه الموجات لنقل إشارات إلى أجهزة الاستقبال، التي تُحول هذه الإشارات إلى معلومات قابلة للاستخدام، ويمكن أن تنتج من مصادر طبيعية مثل النجوم أو من صنع الإنسان كالموجات التي تصدرها محطات الراديو والتلفاز.
- موجات المايكرويف: تُعد ثاني أقل الموجات ترددًا بعد موجات الراديو، حيث يتراوح طولها بين بضعة سنتمترات إلى قدم. تستخدم هذه الموجات لنقل البيانات في أجهزة الكمبيوتر ولحرارة طهي الطعام، كما أنها متواجدة في كافة أرجاء الكون.
- موجات الأشعة تحت الحمراء: تقع هذه الموجات غير المرئية في النطاق الأدنى من متوسط الترددات في الطيف الكهرومغناطيسي، حيث يتراوح حجمها من بضعة مليمترات إلى أطوال ميكروسكوبية. تُنتج هذه الموجات حرارة، وتشمل الإشعاع الناتج عن الشمس والنار، لكن تلك ذات الطول الموجي القصير لا تنتج الكثير من الحرارة، لذا تُستخدم في تقنيات التصوير وأجهزة التحكم عن بُعد.
- موجات الضوء المرئي: تمكن هذه الموجات الأفراد من رؤية العالم المحيط بهم. تتراوح ترددات هذه الموجات من الأطوال الموجية الأقصر المكشوفة إلى اللون الأحمر إلى الأطوال الأعلى المكشوفة ضمن درجات البنفسجي. تُعد الشمس المصدر الطبيعي الرئيسي لهذا النوع من الضوء.
- الموجات فوق البنفسجية: ذات الطول الموجي الأقصر من الضوء المرئي، وتُعتبر سببًا في حروق الشمس وبعض أنواع السرطانات نظرًا لدرجات حرارتها المرتفعة. يمكن ملاحظتها في مختلف أنحاء الكون.
- موجات الأشعة السينية: هي موجات ذات طاقة عالية جداً، وأطوالها الموجية تتراوح بين 0.03 – 3 نانومتر. تتولد نتيجة درجات الحرارة العالية، مثل تأثير هالة الشمس، وتُستخدم في تصوير العظام داخل الجسم.
- أشعة جاما: وهي موجات ذات تردد عالي، تنتج من الأجسام الكونية النشطة مثل الثقوب السوداء والنجوم النابضة، بالإضافة إلى بعض المصادر الأرضية مثل الانفجارات النووية. يمكن لتلك الأشعة أن تدمر الخلايا الحية، إلا أن الغلاف الجوي يمتصها قبل وصولها إلى الأرض.
خصائص الموجات الكهرومغناطيسية
تشترك الموجات الكهرومغناطيسية في مجموعة من الخصائص الفريدة التي تميزها عن غيرها، ومنها:
- تُنتقل الموجات الكهرومغناطيسية جميعها عبر الفضاء بسرعة الضوء، والتي تُقدّر بـ 300 مليون متر في الثانية (3.0 × 10^8 م/ث).
- تختلف الموجات على صعيد الأطوال الموجية والترددات.
- تميل الموجات ذات الطول الموجي الأقصر إلى أن يكون ترددها أعلى، بينما تستشعر الموجات الأطول بتردد أقل.
- تكون الموجات ذات التردد العالي أكثر طاقة مقارنة بتلك ذات التردد المنخفض.
- تُحسب سرعة الموجة كنتيجة لضرب طولها الموجي في ترددها. بما أن سرعة الموجات الكهرومغناطيسية ثابتة عبر الفضاء، يمكن استخدام أي من القيم المعروفة لحساب الطول الموجي أو التردد.
كيف تتشكل الموجات الكهرومغناطيسية؟
بعد التعرف على طبيعة الموجات الكهرومغناطيسية وأنواعها وخصائصها، يتبادر إلى الذهن السؤال المتعلق بكيفية تشكل هذه الموجات، والإجابة تأتي واضحة من خلال الخطوات التالية:
- يُنتج المجال الكهربائي بواسطة جسيم مشحون، الذي يمارس تأثيرًا على الشحنات الأخرى، مما يؤدي إلى تسارع الشحنات السالبة في مواجهة المجال، فيما تتحرك الشحنات الموجبة في اتجاهه.
- يُنتج الحقل المغناطيسي من جسيم مشحون متحرك، ويتسبب هذا المجال في تأثير متعامد على الشحنات المتحركة، مما يؤدي إلى تغيير اتجاه حركتها مع ثبات سرعتها.
- يتشكل المجال الكهرومغناطيسي نتيجة لجسيم مشحون متسارع؛ فالماجات الكهرومغناطيسية ما هي إلا تفاعل مزدوج من المجالات الكهربائية والمغناطيسية التي تنتقل بسرعة الضوء في الفضاء.
الخاتمة
تتواجد عدة أنواع من الموجات الكهرومغناطيسية في بيئتنا، ولكل نوع مصادر ووظائف وفوائد متميزة. كلما زاد طول الموجة، انخفضت طاقتها والعكس صحيح. تُستخدم مختلف الأنواع في مجالات متعددة تشمل الطب والهندسة والكيمياء والميكانيكا.