أمير المؤمنين الخليفة العباسي ‏هارون الرشيد‬

 

بحث عن الأشعة الكهرومغناطيسية

المقدمة :-

الأشعة الكهرومغناطيسية ، حيث تعرف الأشعة الكهرومغناطيسية بأنها تدفق للطاقة بسرعة الضوء عبر الفضاء أو عبر وسيط مادي، وتمتلك الأشعة الكهرومغناطيسية حقلًا كهربائيًا وآخر مغناطيسي، بحيث يشكلان معًا موجة كهرومغناطيسية، وتتميز الموجة الكهرومغناطيسية بكثافتها وترددها في التغير الزمني في المجالين الكهربائي والمغناطيسي، كما يمتد نطاق ترددات الأشعة الكهرومغناطيسية من القيم المنخفضة للغاية على مدى الموجات الراديوية وموجات التلفزيون والأفران الدقيقة حتى الضوء المرئي وما بعده من القيم المرتفعة بشكل كبير للضوء فوق البنفسجي والأشعة السينية وأشعة جاما
وهي شكل من أشكال الطاقة الموجودة حولنا، وتتخذ العديد من الأشكال، مثل موجات الراديو، الموجات الميكروية، الأشعة السينية، وأشعة جاما. ويُعد ضوء الشمس أحد أشكال الطاقة الكهرومغناطيسية، أما الضوء المرئي ليس سوى جزء صغير من الطيف الكهرومغناطيسي، الذي يحتوي على مجموعة واسعة من الأطوال الموجية الكهرومغناطيسية .

الإشعاع :-

يتواجد الإشعاع في جميع أنحاء العالم، ولا يمكن للحياة أن تستمر دون إشعاع الشمس، كما يدخل الإشعاع في العديد من الأنشطة التكنولوجية كالراديو والاتصالات السلكية واللاسلكية، وتستخدم بعض أنواع الإشعاع الأخرى لإنتاج صور الأشعة السينية في التطبيقات الصناعية والطبية، ولسوء الحظ تتواجد بعض أنواع الإشعاعات التي يمكن أن تكون ضارة بالكائنات الحية، وبالتالي يجب إدارتها بشكلٍ مناسب للحد من هذه الأضرار، وتنقسم الإشعاعات إلى مجموعتين إشعاع مؤين وإشعاع غير مؤين، وتختلف الآثار البيولوجية لهذين النوعين بشكلٍ كبير وبالتالي تختلف طرق الحماية منهما.

أنواع الأشعة الكهرومغناطيسية :-  حيث تنتشر الأشعة الكهرومغناطيسية في مختلف أنحاء الكون وبأنواع عديدة، ويتم استخدام هذه الأنواع في العديد من مجالات الحياة اليومية، وفي ما يأتي سيتم التعرف على أنواع الأشعة الكهرومغناطيسية .

 أشعة الراديو : حيث ينبع مصدر هذا النوع من الأشعة من النجوم، كما يستطيع البشر توليدها من أجل نقل البيانات الصوتية.

أشعة الميكروويف : حيث تصدر هذه الأشعة من النجوم والمجرات، كما يستخدمها البشر في تسخين الطعام ونقل البيانات.

الأشعة تحت الحمراء : حيث تصدر هذه الأشعة من الأجسام الحرارية والتي تشمل أجسام الكائنات الحية، كما تنبعث من الأغبرة والغازات الموجودة بين النجوم. 

الطيف المرئي : وهو الجزء الصغير من الطيف الذي تستطيع العين البشرية رؤيته، حيث ينبعث هذا الطيف من النجوم والمصابيح وبعض التفاعلات الكيميائية.

الأشعة فوق البنفسجية : حيث تنبعث الأشعة فوق البنفسجية من النجوم كالشمس، وتعد هذه الأشعة ضارة للبشر، إذ قد تسبب حروق الشمس وسرطانات الجلد وإعتام عدسة العين.

الأشعة السينية : حيث تنبعث هذه الأشعة من الغازات الساخنة، ويتم استخدامها من قبل البشر في التصوير التشخيصي.

أشعة غاما : حيث تنبعث هذه الأشعة من الكون، ومن الممكن استخدامها في التصوير كالأشعة السينية

 

 

النظرية الكهرومغناطيسية

كان يعُتقد سابقًا أن الموجات الكهربية والمغناطيسية قوى منفصلة. لكن في العام 1873 طور العالم الاسكتلندي جيمس كلارك ماكسويل نظرية مُوحدة للكهرومغناطيسية. تتناول دراسة الكهرومغناطيسية كيفية تفاعل الجسيمات المشحونة كهربيًا مع بعضها البعض ومع المجالات المغناطيسية

وهناك أربع تفاعلات كهرومغناطيسية رئيسية وهي :

 

1-   تتناسب قوة التجاذب أو التنافر بين الشحنات الكهربية عكسيًا مع مربع المسافة بينهم.

2-   تكون الأقطاب المغناطيسية على هيئة أزواج تتجاذب وتتنافر مع بعضها البعض، كما تفعل الشحنات الكهربائية.

3-   ينتج عن التيار الكهربائي المار في سلك مجالاً مغناطيسياً يعتمد اتجاهه على اتجاه التيار.

4-   ينتج عن المجال الكهربائي المتحرك مجالاً مغناطيسياً، والعكس صحيح.

طور ماكسويل أيضًا مجموعة من القوانين لشرح هذه الظواهر، وقد سُميت بمعادلات ماكسويل.

الموجات والمجالات

تنشأ الأشعة الكهرومغناطيسية عندما يتم تسريع جسيم ذري، مثل الإلكترون، بوسطة مجال كهربائي، مما يؤدي إلى تحركه. وتُنتِج هذه الحركة مجالات كهربية ومغناطيسية متذبذبة تنتقل متعامدة على بعضها البعض في حزمة من الطاقة الضوئية تسمى الفوتون. تسافر الفوتونات عن طريق موج0ات متجانسة بأقصى سرعة ممكنة في الكون: 186,282 ميل في الثانية، (299,792,458 مترًا في الثانية) في الفراغ، وتُعرف أيضًا بسرعة الضوء. وتمتلك الموجات  . خصائص محددة، كالتردد، الطول الموجي أو الطاقة  . 

تشكل الموجات الكهرومغناطيسية عندما يتداخل المجال الكهربائي (كما هو موضح في الأسهم الحمراء) مع المجال المغناطيسي (كما هو موضح في الأسهم الزرقاء). وتتعامد المجالات الكهربائية والمغناطيسية للموجة الكهرومغناطيسية مع بعضها البعض وفي اتجاه الموجة.

الطول الموجي هو المسافة بين قمتين متتاليتين للموجة، وتُقاس هذه المسافة بوحدة المتر أو أجزاء منه. والتردد هو عدد الموجات التي تتكون في فترة زمنية محددة، وعادةً يتم قياسه كعدد دورات الموجة في الثانية الواحدة، أو الهرتز. والمقصود بالطول الموجي القصير أن التردد سيكون أعلى لأن دورة واحدة يمكن أن تمر في فترة زمنة قصيرة، وبالمثل، فإن الطول الموجي الأطول له تردد أقل لأن كل دورة تستغرق وقتًا أطول لإكمالها.

الطيف الكهرومغناطيسي

تمتد الأشعة الكهرومغناطيسية لمدى هائل من الأطوال الموجية والترددات. هذا المدى معروف بالطيف الكهرومغناطيسي. وينقسم الطيف الكهرومغناطيسي بشكل عام إلى سبع مناطق، وذلك حسب ترتيب تناقص الطول الموجي، وزيادة الطاقة والتردد. والتسميات الشائعة هي: موجات الراديو، الموجات الميكروية، الأشعة تحت الحمراء، الضوء المرئي، الأشعة الفوق بنفسجية، الأشعة السينية وأشعة جاما. وعادةً، ما يتم التعبير عن إشعاعات الطاقة المنخفضة مثل الموجات الراديوية بالتردد، ويتم التعبير عن الموجات الميكروية والأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية بالطول الموجي ويتم التعبير عن إشعاعات الطاقة العالية مثل الأشعة السينية وأشعة جاما على أنها الطاقة لكل فوتون .  

الموجات الراديوية

توجد الموجات الراديوية في المدى الأقل للطيف الكهرومغناطيسي، بترددات تصل إلى 30 جيجا هيرتز أو 30 مليار هيرتز، وأطوال موجية أطول أكبر 10 ميلليمتر (0.4 بوصة). ويُستخدم الراديو بشكل أساسي في مجال الاتصالات التي تتضمن أصواتاً وبيانات ووسائل ترفيهية  .  

الموجات الميكروية

تقع الموجات الميكروية في نطاق الطيف الكهرومغناطيسي بين الموجات الراديوية والأشعة تحت الحمراء، ولها ترددات بين 3 جيجا هرتز و 30 تريليون/ 30 تيرا هرتز وطول موجي بين 10 ميلليمتر (0.4 بوصة) و 100 مايكرومتر (0.004 بوصة). وتستخدم الموجات الميكروية  في الاتصالات ذات النطاق الترددي العالي، والرادار، وكمصدر حراري لأفران الموجات الميكروية المعروفة بأجهزة الميكروويف وأيضًا في تطبيقات صناعية أخرى.

الأشعة تحت الحمراء

تقع الأشعة تحت الحمراء في نطاق الطيف الكهرومغناطيسي بين الموجات الميكروية والضوء المرئي، ولها ترددات تقع بين 30 تيرا هيرتز و 400 تيرا هيرتز وأطوال موجية بين 100 مايكرومتر (0.004 بوصة) و 740 نانو متر (0.00003 بوصة). لا يمكن رصد الأشعة تحت الحمراء بالعين البشرية، لكن يمكننا أن نشعر بها إذا كانت كثافتها كافية .

  

الضوء المرئي

يقع الضوء المرئي في مُنتصف الطيف الكهرومغناطيسي، بين الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية، ولديها ترددات بين 400 تيرا هيرتز و 800 تيرا هيرتز وأطوال موجية بين 740 نانو متر (0.00003 بوصة) و 380 نانو متر (0.000015 بوصة). وبشكل عام، يتم وصف الضوء المرئي كأطوال موجية يمكن ملاحظتها بالعين المجردة . 

الأشعة الفوق بنفسجية

تقع الأشعة الفوق بنفسجية في نطاق الطيف الكهرومغناطيسي بين الضوء المرئي والأشعة السينية، ولها ترددات بين 8×10¹⁴ هرتز 3×10¹⁶ هيرتز، وطول موجي بين 380 نانو متر (0.000015 بوصة) و 10 نانو متر (0.0000004 بوصة). ضوء الأشعة فوق البنفسجية هو أحد مكونات ضوء الشمس، ومع ذلك، فهو غير مرئي للعين البشرية. وبرغم من أن له تطبيقات طبية وصناعية عديدة، إلا إنه يُمكن أن يدمر الأنسجة الحية . 

الأشعة السينية

تُصنّف الأشعة السينية لنوعين وهما: أشعة سينية خفيفة، وأشعة سينية حادة، تقع الأشعة السينية الخفيفة في نطاق الطيف الكهرومغناطيسي بين الأشعة فوق البنفسجية وأشعة جاما، ولديها ترددات بين 3×10¹⁶ و 10¹⁸ هيرتز وأطوال موجية بين 10 نانومتر و 100 بيكو متر. وتقع الأشعة السينية الحادة في نفس نطاق الطيف الكهرومغناطيسي كأشعة جاما، والفرق الوحيد بينهما هو مصدر كل منهما: يتم إنتاج الأشعة السينية من تسريع الإلكترون، في حين تنتج إشعاعات جاما من بواسطة الأنثوية الذرية .  

إشعاعات جاما 

تقع إشعاعات جاما في نطاق الطيف الكهرومغناطيسي فوق الأشعة السينية الخفيفة، ولديها ترددات أكبر من 10¹⁸ هرتز وأطوال موجية أقل من 100 بيكو متر، وتدمر هذه الأشعة الأنسجة الحية، مما يجعله مفيدًا في قتل الخلايا السرطانية عند استخدامه بجرعات يتم قياسها بدقة في مناطق صغيرة، ومع ذلك، فإن التعرض الغير مضبوط أمر خطير للغاية بالنسبة للبشر .