الموجات الكهرومغناطيسية ، استخداماتها ، أنواعها ، خصائصها
الموجات الكهرومغناطيسية ، استخداماتها ، أنواعها ، خصائصها
* تعريف ـ مفهوم الموجات الكهرومغناطيسية :
هي أنماط مرتبطة من القوى الكهربائية والمغنطيسية التي تتولد نتيجة لتذبذب الشحنات الكهربائية وحركتها للأمام وللخلف. حيث تنتقل خلال الفضاء بسرعة الضوء وهي299,792كم في الثانية.
* إن أبسط الموجات الكهرومغنطيسية هي الموجات المستوية التي تنتقل عبر الفضاء في خطوط مستقيمة. وتتغير شدة الموجة في الفضاء وعبر الزمن بقمم وقيعان متناوبة. وتُسمى المسافة من قمة إلى قمة بالطول الموجي.
2- سرعتها ( 3 × 810 م / ث ) في الفراغ أو الهواء.
3- تتكون من مجالين كهربائي ، ومغناطيسي متعامدين مع بعضهما وكل منهما متعامد على اتجاه انتشار الموجة.
4- أطوالها الموجية تتراوح من الترددات المنخفضة (الطول الموجي = 3 × 1710 م ) وإلى الترددات المرتفعة (ا لطول الموجي = 3 × 10-7 م )
5- لا تتأثر بالمجالات الكهربائية أو المجالات المغناطيسية لكونها غير مشحونة.
6- تنتشر في خطوط مستقيمة وتتعرض للانعكاس والانكسار والتداخل والحيود.
أما بقية الطيف الكهرمغناطيسي فإننا لا نستطيع رؤيته ولكننا نستطيع الكشف عنه بوسائل أخرى .
1- موجات الراديو : تنشأ موجاتالراديو عن اهتزاز الالكترونات في الهوائي تُرسَل موجات الراديو بطريقة خاصة توضح استخدامها كموجات للراديو أو للتلفاز وكيفية استخدامها لتكوين الصور أو الأصوات .
2-الموجات الطويلة والمتوسطة : هذا النوع من الموجات يتميز بأنه يستطيع أنيحيد حول التلال بحيث تتمكن أجهزة الراديو من التقاطها حتى في أخفض الأودية .
3- الموجات ذات التردد العالي Very High Frequency Waves VHF
تستخدم فيأنظمة الراديو الصوتية المجسمة ذات الجودة العالية .
4- الموجات ذات التردد فائق العلو Ultra High Frequency Waves UHF
تستخدم هذه الموجات فيالتلفاز . وهذه الموجات لا تحيد جيداً حول التلال . لذلك فإنك لا تستطيع الحصول علىاستقبال جيد لها الا إذا كان هوائي التلفاز أو المذياع على طريق مستقيم من محطةالارسال .
5- الموجات الدقيقة Micro Waves : هي موجات راديوية قصيرةالطول الموجي يتراوح طولها بين ( 10 ْ نانومتر إلى 3 × 10 أس 8 نانومتر ) ويمكن توليدها بوساطة أجهزة الكترونية خاصة . ولقصر طولها الموجي فإنها تستثمر في أنظمة البث الإذاعي وفي التلفاز والرادار وملاحة الطيران وأنظمة الاتصالات من مثل أجهزة الهاتف النقال .ومن التطبيقات العملية لهذه الموجات أيضاً أفران الميكروويف إذ تؤمن عملياتالطبخ المنزلي بوقت قصير .
6- الموجات تحت الحمراء Infrared Waves :
تطلق الأجسام الحارة هذا النوع من الإشعاع . وفي الحقيقة فإن كل الأجسام تطلق الأشعة تحت الحمراء بنسب متفاوتة حيث ينتج هذا الإشعاع عن اهتزاز الجزيئات السريع . وكلما زادت حرارة الجسم فإن الموجات تحت الحمراء تصبح أقصر .
7- الموجات فوق البنفسجية Ultraviolet Rays : لا تستطيع العين الكشف عن الاشعاعات فوق البنفسجية على الرغم من توافرها بكثرة في الاشعاع الشمس . وهذا النوع من الأشعة هوالمسؤول عن تلوين جلدك باللون الذي تراه . ولكن التعرض بكثرة للاشعاعات فوق البنفسجية يؤدي إلى حروق في الجسم وضرر كبير على العينين .
وبعض المواد الكيميائية عندما تمتص الاشعاع فوق البنفسجي فإنها تطلق الضوء . وهو ما يعرف بظاهرةالتهيج "الفلورسنت" ] النور الاستشعاعي [ . وهذا هو سر " الأكثر بياضاً من اللون الأبيض" لمساحيق الغسيل ، حيث تمتص هذه المواد الموجات فوق البنفسجية الصادرة عنالشمس . وتصبح بعد ذلك أكثر اشعاعاً مما يجعل الملابس تبدو أكثر نضارة مما قبل .
8- الأشعة السينية X - Rays : يستخدم أنبوب خاص لانتاج هذا النوع من الموجات حيث تقذف الالكترونات السريعة جداً على هدف معدني مما ينتج عنه انطلاق أشعة قصيرة الموجة وتتميز بقدرة عالية على الاختراق . وتستطيع هذه الأشعة الانتقال عبرالمواد عالية الكثافة مثل الرصاص . وكلما كان الطول الموجي للأشعة السينية كبيراًكلما قلّت قدرتها على الاختراق وعندئذ تستخدم لاختراق اللحم داخل جسم الإنسانولكنها لا تستطيع اختراق العظم . ولذلك فإن الصورة باستخدام الأشعة السينية تظهرصورة العظام واضحه . وجميع أنواع الأشعة السينية ضارة حيث أنها تتلف الخلايا الحيةفي جسم الإنسان .
9- أشعة جاما g- Rays : موجات كهرمغناطيسية عالية التردد ذات طاقة عالية جداً لها آثار مدمرة على الأنسجة والخلايا الحية وتستخدم في الطب لعلاج الأورام السرطانية .
تصدر عن الأنوية المشعة للمواد المشعة في الطبيعة عندما تعود هذه الأنوية من حالة التهيج إلى وضع الاستقرار .
* إن أبسط الموجات الكهرومغنطيسية هي الموجات المستوية التي تنتقل عبر الفضاء في خطوط مستقيمة. وتتغير شدة الموجة في الفضاء وعبر الزمن بقمم وقيعان متناوبة. وتُسمى المسافة من قمة إلى قمة بالطول الموجي.
* مكونات الموجات الكهرومغناطيسية :
تتكون الموجات الكهرومغناطيسية من مجالين كهربائي ومغناطيسي متعامدين أحدهما على الآخر، متغيران ومتلازمان ومتفقان في الطور.
* استخدامات الموجات الكهرومغنطيسية :
تستخدم الموجات الكهرومغناطيسية في العديد من المجالات ، منها :
في مجال الطب مثلاً حيث يستخدم الأطباء أشعة جاما، التي يشعها الراديوم، في علاج السرطان. ويستخدمون كذلك الأشعة السينية لعلاج السرطان، كما يستخدمونها في تحديد مكان الاضطرابات الداخلية وتشخيصها. وتُستخدم الأشعة فوق البنفسجية في المصابيح الشمسية، وفي المصابيح الفلورية، وكمطهر. أما الأشعة تحت الحمراء، التي تنبعث من الأجسام الساخنة، فتُستخدم في علاج الأمراض الجلدية، وصقل المينا. وتستخدم موجات المايكروويف؛ أي الموجات المتناهية الصغر، لطهي الطعام، بينما تُستخدم موجات الراديو في الإذاعة المسموعة والمرئية ، كما أن هنالك العديد من الإستخدامات الأخرى لها ، مثل الإستخدامات المتعلقة بأشعة الليزر .
ملاحظة مهمة : إن الموجات الكهرومغناطيسية تستطيع أن تنتشر في الفراغ وكذلك في الأوساط المادية.
* خصائص الموجات الكهرومغناطيسية :
1- أنها موجات مستعرضة لذلك تكون قابلة للاستقطاب.2- سرعتها ( 3 × 810 م / ث ) في الفراغ أو الهواء.
3- تتكون من مجالين كهربائي ، ومغناطيسي متعامدين مع بعضهما وكل منهما متعامد على اتجاه انتشار الموجة.
4- أطوالها الموجية تتراوح من الترددات المنخفضة (الطول الموجي = 3 × 1710 م ) وإلى الترددات المرتفعة (ا لطول الموجي = 3 × 10-7 م )
5- لا تتأثر بالمجالات الكهربائية أو المجالات المغناطيسية لكونها غير مشحونة.
6- تنتشر في خطوط مستقيمة وتتعرض للانعكاس والانكسار والتداخل والحيود.
يتكون الطيف الكهرومغناطيسي من موجات كهرومغناطيسية ذات أطوال موجية مختلقة ، الشكل التالي يوضح ذلك :
من الشكل السابق يتضح لنا أنه :
بالقرب من منتصف الطيف الكهرمغناطيسي يوجد مدى من الأطوال الموجية يسمى " الطيف المرئي " . وهو الجزء من الطيف الكهرمغناطيسي الذي نستطيع رؤيته . أما بقية الطيف الكهرمغناطيسي فإننا لا نستطيع رؤيته ولكننا نستطيع الكشف عنه بوسائل أخرى .
فعلى سبيل المثال : محطةالإذاعة من حولنا تصدر موجات في كل الاتجاهات وأنت لا تستطيع رؤيتها ولا سماعها ولا الإحساس بها ولا تستطيع الجزم بوجودها إلا إذا استخدمت جهاز الراديو الخاص بكلالتقاطها وتحويلها إلى موجات صوتية تستطيع سماعها وادراك وجودها .
الطول الموجي : إن الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء ، وموجات الميكروويف والراديو ، أكبر من الأطوالالموجية للطيف المرئي . وكذلك فإن الأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية والأشعةالسينية وأشعة جاما والأشعة الكونية لها أطوال موجية أقصر من الأطوال الموجية للطيف المرئي .
إن أطوال الموجات هي موجات الراديو التي يمتد طولها إلى نحو 100ألف كيلو متر . واقصرها هي الأشعة الكونية فهي لا تتجاوز 1 × 10 –16 من المترالطولي . ويتراوح الطول الموجي للضوء المرئي ما بين 400 نانومتر إلى 700 نانومتر .
سرعة الموجات الكهرومغناطيسية : عرفت أن الأشكال المختلفة للطاقة الإشعاعية في الطيف الكهرمغناطيسي لها أطوال موجية مختلفة ، وعلى الرغم من هذا التفاوت في الأطوال الموجية فإنها تنتقل جميعها بنفس السرعة في الفراغ وهذه السرعة تساوي 300000 كم / ث . أو 186000 ميل /ث . وتسمى بسرعة الضوء .
لاحظ هنا أن الطاقة الإشعاعية لا تنتقل في الفراغ فقط . بل إنها تنتقل في الأوساط المادية المختلفة .
الطول الموجي : إن الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء ، وموجات الميكروويف والراديو ، أكبر من الأطوالالموجية للطيف المرئي . وكذلك فإن الأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية والأشعةالسينية وأشعة جاما والأشعة الكونية لها أطوال موجية أقصر من الأطوال الموجية للطيف المرئي .
إن أطوال الموجات هي موجات الراديو التي يمتد طولها إلى نحو 100ألف كيلو متر . واقصرها هي الأشعة الكونية فهي لا تتجاوز 1 × 10 –16 من المترالطولي . ويتراوح الطول الموجي للضوء المرئي ما بين 400 نانومتر إلى 700 نانومتر .
سرعة الموجات الكهرومغناطيسية : عرفت أن الأشكال المختلفة للطاقة الإشعاعية في الطيف الكهرمغناطيسي لها أطوال موجية مختلفة ، وعلى الرغم من هذا التفاوت في الأطوال الموجية فإنها تنتقل جميعها بنفس السرعة في الفراغ وهذه السرعة تساوي 300000 كم / ث . أو 186000 ميل /ث . وتسمى بسرعة الضوء .
لاحظ هنا أن الطاقة الإشعاعية لا تنتقل في الفراغ فقط . بل إنها تنتقل في الأوساط المادية المختلفة .
فعلى سبيل المثال : ينتقل الضوء المرئي وكل أشكال الطاقة الإشعاعية الأخرى في الهواء . كما ينتقل الضوءالمرئي أيضاً في الزجاج والماء والبلاستيك الشفاف وفي أوساط مادية أخرى .
عندما ينتقل الضوء في وسط مادي فإن سرعته تختلف عن سرعته في الفراغ . فالأوساط المادية الشفافة المختلفة تعمل على تقليل سرعة الضوء عما هي في الفراغ . وكل وسط يعمل على تقليل سرعة الضوء بمقدار تختلف عن الوسط الآخر . فمثلاً الضوء المرئي ينتقل في الماء الصافي بسرعة 224000 كم / ث . في حين أنه ينتقل في الزجاج بسرعة 200000 كم / ث .
عندما ينتقل الضوء في وسط مادي فإن سرعته تختلف عن سرعته في الفراغ . فالأوساط المادية الشفافة المختلفة تعمل على تقليل سرعة الضوء عما هي في الفراغ . وكل وسط يعمل على تقليل سرعة الضوء بمقدار تختلف عن الوسط الآخر . فمثلاً الضوء المرئي ينتقل في الماء الصافي بسرعة 224000 كم / ث . في حين أنه ينتقل في الزجاج بسرعة 200000 كم / ث .
لماذا تكون سرعة الضوء المرئي في الهواء أكبر منها في الماء ؟المستوى الثاني عرفت أن الطيف الكهرمغناطيسيي تكون من انواع مختلفة الموجات ، وتُسمى الأنواع المختلفة من الطاقة الإشعاعية بأسماء مختلفة ولكن كل واحد منها يشكل جزءاً من الطيف الكهرمغناطيسي .
فإذادققت في الرسم التوضيحي السابق ، تُلاحظ أن بعض مكونات الطيف الكهرمغناطيسية تسمىبالأشعة مثل الأشعة السينية وأشعة غاما والبعض الآخر يسمى بالموجات مثل الميكرويف والموجات الراديوية . بعض أنواع الموجات الكهرومغناطيسية :
1- موجات الراديو : تنشأ موجاتالراديو عن اهتزاز الالكترونات في الهوائي تُرسَل موجات الراديو بطريقة خاصة توضح استخدامها كموجات للراديو أو للتلفاز وكيفية استخدامها لتكوين الصور أو الأصوات .
2-الموجات الطويلة والمتوسطة : هذا النوع من الموجات يتميز بأنه يستطيع أنيحيد حول التلال بحيث تتمكن أجهزة الراديو من التقاطها حتى في أخفض الأودية .
3- الموجات ذات التردد العالي Very High Frequency Waves VHF
تستخدم فيأنظمة الراديو الصوتية المجسمة ذات الجودة العالية .
4- الموجات ذات التردد فائق العلو Ultra High Frequency Waves UHF
تستخدم هذه الموجات فيالتلفاز . وهذه الموجات لا تحيد جيداً حول التلال . لذلك فإنك لا تستطيع الحصول علىاستقبال جيد لها الا إذا كان هوائي التلفاز أو المذياع على طريق مستقيم من محطةالارسال .
5- الموجات الدقيقة Micro Waves : هي موجات راديوية قصيرةالطول الموجي يتراوح طولها بين ( 10 ْ نانومتر إلى 3 × 10 أس 8 نانومتر ) ويمكن توليدها بوساطة أجهزة الكترونية خاصة . ولقصر طولها الموجي فإنها تستثمر في أنظمة البث الإذاعي وفي التلفاز والرادار وملاحة الطيران وأنظمة الاتصالات من مثل أجهزة الهاتف النقال .ومن التطبيقات العملية لهذه الموجات أيضاً أفران الميكروويف إذ تؤمن عملياتالطبخ المنزلي بوقت قصير .
6- الموجات تحت الحمراء Infrared Waves :
تطلق الأجسام الحارة هذا النوع من الإشعاع . وفي الحقيقة فإن كل الأجسام تطلق الأشعة تحت الحمراء بنسب متفاوتة حيث ينتج هذا الإشعاع عن اهتزاز الجزيئات السريع . وكلما زادت حرارة الجسم فإن الموجات تحت الحمراء تصبح أقصر .
7- الموجات فوق البنفسجية Ultraviolet Rays : لا تستطيع العين الكشف عن الاشعاعات فوق البنفسجية على الرغم من توافرها بكثرة في الاشعاع الشمس . وهذا النوع من الأشعة هوالمسؤول عن تلوين جلدك باللون الذي تراه . ولكن التعرض بكثرة للاشعاعات فوق البنفسجية يؤدي إلى حروق في الجسم وضرر كبير على العينين .
وبعض المواد الكيميائية عندما تمتص الاشعاع فوق البنفسجي فإنها تطلق الضوء . وهو ما يعرف بظاهرةالتهيج "الفلورسنت" ] النور الاستشعاعي [ . وهذا هو سر " الأكثر بياضاً من اللون الأبيض" لمساحيق الغسيل ، حيث تمتص هذه المواد الموجات فوق البنفسجية الصادرة عنالشمس . وتصبح بعد ذلك أكثر اشعاعاً مما يجعل الملابس تبدو أكثر نضارة مما قبل .
8- الأشعة السينية X - Rays : يستخدم أنبوب خاص لانتاج هذا النوع من الموجات حيث تقذف الالكترونات السريعة جداً على هدف معدني مما ينتج عنه انطلاق أشعة قصيرة الموجة وتتميز بقدرة عالية على الاختراق . وتستطيع هذه الأشعة الانتقال عبرالمواد عالية الكثافة مثل الرصاص . وكلما كان الطول الموجي للأشعة السينية كبيراًكلما قلّت قدرتها على الاختراق وعندئذ تستخدم لاختراق اللحم داخل جسم الإنسانولكنها لا تستطيع اختراق العظم . ولذلك فإن الصورة باستخدام الأشعة السينية تظهرصورة العظام واضحه . وجميع أنواع الأشعة السينية ضارة حيث أنها تتلف الخلايا الحيةفي جسم الإنسان .
9- أشعة جاما g- Rays : موجات كهرمغناطيسية عالية التردد ذات طاقة عالية جداً لها آثار مدمرة على الأنسجة والخلايا الحية وتستخدم في الطب لعلاج الأورام السرطانية .
تصدر عن الأنوية المشعة للمواد المشعة في الطبيعة عندما تعود هذه الأنوية من حالة التهيج إلى وضع الاستقرار .
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
يمكنكم من التالي الذهاب إلى صفحة :
تحميل جميع كتب الكهرومغناطيسية pdf
يمكنكم من التالي الذهاب إلى صفحة :
تحميل جميع كتب الكهرومغناطيسية pdf