الإشعاع الكهرومغناطيسي، هو نوعٌ من الطاقة يُحيط بنا من كل مكان، ويتَّخذ أشكالًا عديدة، مثل: الموجات الراديَوية، (الموجات الصغرى – Microwaves)، والأشعة السينية، وأشعة جاما، ويُعد ضوء الشمس أيضًا شكلًا من أشكال الطاقة الكهرومغناطيسية، أما الضوء المرئي، فيُعدّ جزءًا صغيرًا من الطيف الكهرومغناطيسي، ويحتوي على نطاق واسع من الأطوال الموجية الكهرومغناطيسية.
طيف الضوء المرئي
النظرية الكهرومغناطيسية.
كان الاعتقاد سابقًا، أنّ الموجات الكهربائية، والمغناطيسية، قوى مُنفصلة، ومع ذلك، طوّر الفيزيائي الأسكتلندي (جيمس كلارك ماكسويل)، عام 1873م، نظريّةً مُوحَّدةً للكهرومغناطيسية، إذ تختص دراسة الكهرومغناطيسية، بكيفية تفاعل الجزيئات المشحونة كهربائيًا مع بعضها، ومع المجالات المغناطيسية، وهُناك 4 أنواع تفاعلات كهرومغناطيسية، رئيسة، هي:
- تتناسب قوة التجاذب أو التنافر بين الشُحنات الكهربائية عكسيًا مع مُربّع المسافة بينها.
- الأقطاب المغناطيسية، تكون في هيئة أزواج تجاذب وتتنافر مع بعضها، ومُشابهة كثيرًا لما تفعله الشُحنات الكهربائية.
- التيار الكهربائي المار في سِلك، يُنتِج مجالًا مغناطيسيًا يعتمد اتجاهه على اتجاه التيار.
- يُنتِج المجال الكهربائي المُتحرِّك مجالًا مغناطيسيًا، والعكس صحيح.
وقد طوّر ماكسويل أيضًا، مجموعة من القوانين؛ لشرح هذه الظواهر، تُسمّى: (مُعادلات ماكسويل).
الموجات والمجالات.
ينشأ الإشعاع الكهرومغناطيسي عندما يتم تسريع جُسيم ذريٍ، مثل: الإلكترون، بواسطة مجال كهربائي، مُحرِّكًا إياه، وتُنتِج تِلك الحركة مجالات كهربائية، ومغناطيسية مُتذبذِبة، تُسافر في اتجاهات عمودية على بعضها البعض، في صورة حزمة من الطاقة الضوئية، تُدعى فوتون، تُسافر هذه الفوتونات في صورة موجات مُتجانِسةٍ بأقصى سرعةٍ مُمكِنة في الكون: 186,282 ميل في الثانية، (299,792,458 مترًا في الثانية) في الفراغ، وتُعرف تلك السرعة أيضًا بسرعة الضوء، وللموجات خصائص مُعيّنة تتمثّل في التردد، والطول الموجي أو الطاقة.
(تنشأ الموجات الكهرومغناطيسية عندما يتّحِد مجالًا كهربائيًا (السهم الأحمر) مع مجال مغناطيسي (السهم الأزرق)، ويوجد المجال المغناطيسي والمجال الكهربائي لموجة كهرومغناطيسية في وضعٍ عمودي مع بعضهما البعض ومع اتجاه الموجة).
إن الطول الموجي، هو المسافة بين قمتين متتالين للموجة، وتُقاس تلك المسافة بوحدة المتر، أو كسورٍ منه، والتردد هو عدد الموجات المُتكوِّنة في زمن مُعيّن، ويُقاس عادةً بعدد الدورات في الثانية، أو الهرتز Hz، والطول الموجي الصغير يعني أنّ التردد سيكون أعلى؛ لأنّ دورة واحدة ستكتمل في زمن أقل، وبالمِثل، الطول الموجي الأطول، له تردد أقل؛ لأنّ الدورة ستأخذ وقتًا أطول لتكتمِل.
الطيف الكهرومغناطيسي.
يعرِض الإشعاع الكهرومغناطيسي مدى ضخمًا من الأطوال الموجية، والترددات، ويُعرف هذا المدى، بالطيف الكهرومغناطيسي، ويُقسَّم الطيف المغناطيسي عامةً على 7 مناطق، وذلك حسب ترتيب تناقص الطول الموجي، وزيادة الطاقة والتردد، والتسميات الشائعة، هي: الموجات الراديوية، والموجات الصغرية، والأشعة تحت الحمراء، والضوء المرئي، والأشعة ما فوق البنفسجية، والأشعة السينية، وأشعة جاما، وعادةً، ما يتم الإشارة إلى الإشعاع الأقل في الطاقة، مثل: الموجات الراديوية، بالتردد، ويُشار إلى الموجات الصغرية، والأشعة تحت الحمراء، والضوء المرئي، والأشعة ما فوق البنفسجية، بالطول الموجي، ويُشار إلى الإشعاع الأعلى في الطاقة، مثل: الأشعة السينية، وأشعة جاما، على أنّها الطاقة لكل فوتون.
الموجات الراديوية.
توجد الموجات الراديوية في النطاق الأقل للطيف الكهرومغناطيسي، بتردداتٍ تصل إلى حوالي 30 مليار هرتز، أو 30 جيجا هرتز (GHz)، وأطوال موجية أطول من حوالي 10 ملليمتر (0.4 بوصة)، ويُستخدم الراديو (المذياع)، في الأساس في مجال الاتصالات التي تتضمّن صوتًا، وبيانات ووسائل ترفيه.
الموجات الصغرية.
تقع الموجات الصغرية في نطاق الطيف الكهرومغناطيسي بين الموجات الراديوية، والأشعة تحت الحمراء، ولها ترددات تبلغ فيما بين 3 جيجا هرتز، و30 تريليون هرتز، أو 30 تيرا هرتز (THz)، وأطوالٌ موجية تقع بين 10 ملليمتر (0.4 بوصة)، و100 مايكرومتر (0.004 بوصة)، وتُستخدم الموجات الصغرية في الاتصالات ذات النطاق الترددي العالي، والرادار، وكمصدر حراري في أفران المايكرويف، والتطبيقات الصناعية.
الأشعة تحت الحمراء.
تقع الأشعة تحت الحمراء في نطاق الطيف الكهرومغناطيسي بين الموجات الصغرية، والضوء المرئي، ولديها ترددات تبلغ فيما بين 30 تيرا هرتز، إلى حوالي 400 تيرا هرتز، وأطوال موجية تبلغ فيما بين 100 مايكرومتر (0.004 بوصة)، إلى 740 نانومتر (0.00003 بوصة)، والأشعة تحت الحمراء، غير مرئيةٍ للعين البشرية، ولكننا نشعر بها كحرارة، إذا كانت الكثافة كافية.
الضوء المرئي.
يقع الضوء المرئي، في مُنتصف الطيف الكهرومغناطيسي، بين الأشعة تحت الحمراء، وما فوق بنفسجية، وله ترددات تبلغ فيما بين 400 تيرا هرتز، إلى 800 تيرا هرتز، وأطوال موجية تبلغ فيما بين 740 نانومتر (0.00003 بوصة)، إلى 380 نانومتر (0.000015 بوصة)، وبشكل عام، يُعرف الضوء المرئي بأنّه الأطوال الموجية المرئية لمُعظم أعين البشر.
الأشعة ما فوق البنفسجية.
تقع الأشعة ما فوق البنفسجية في نطاق الطيف الكهرومغناطيسي بين الضوء المرئي، والأشعة السينية، ولها ترددات تبلغ فيما بين 8*1014 هرتز، إلى 3*1016 هرتز، وأطوال موجية تبلغ فيما بين 380 نانومتر (0.000015 بوصة)، إلى 10 نانومتر (0.0000004 بوصة)، ويكون الضوء ما فوق البنفسجي، مكونًا من ضوء الشمس، ومع ذلك، فهو غير مرئي للعين البشرية، وبرغم وجود تطبيقات طبية واصطناعية عديدة له، إلا أنّه يُمكنه تدمير الأنسجة الحية.
الأشعة السينية.
تُصنّف الأشعة السينية إلى نوعين: أشعة سينية خفيفة، وأشعة سينية حادة، تشغل الأشعة السينية الخفيفة نطاق الطيف الكهرومغناطيسي بين الأشعة ما فوق البنفسجية، وأشعة جاما، ولها ترددات تبلغ فيما بين 3*1016 هرتز، إلى 1018 هرتز، وأطوال موجية تبلغ فيما بين 10 نانومتر (0.0000004 بوصة)، إلى 100 بيكومتر (4*10-9 بوصة)، بينما تشغل الأشعة السينية الحادة حيِّز الطيف الكهرومغناطيسي نفسه كأشعة جاما، والفرق الوحيد بينهما، هو مصدر كل منهما: إذ تتولّد الأشعة السينية عن طريق تسريع الإلكترونات، بينما تتولّد أشعة جاما بالنواة الذريّة.
أشعة جاما.
تقع أشعة جاما في نطاق الطيف الكهرومغناطيسي فوق الأشعة السينية الخفيفة، ولديها ترددات أعلى من 1018 هرتز، وأطوال موجية أقل من 100 بيكومتر (4*10-9 بوصة)، وتُدمِّر هذه الأشعة الأنسجة الحيّة، مما يجعلها مُفيدةً للقضاء على الخلايا السرطانية عند استعمالها بجرعات محسوبة بعناية على مناطق صغيرة؛ لذلك، فإنّ التعرُّض لها بشكل خارج عن التحكُّم، يجعلها بالغة الخطورة بالنسبة للإنسان.
- ترجمة: بسام محمد عبد الفتاح.
- تدقيق: رجاء العطاونة.
- تحرير :يمام اليوسف
- المصدر
