ما هي الأمواج الكهرومغناطيسية
يذخر عالمنا بأشكالٍ مختلفةٍ من الأمواج منها ما يُمكن رؤيته (أمواج البحار) ومنها ما يمكن سماعه (الأمواج الصوتية) التي تنتشر عبر الهواء، وجميعها تدعى بالأمواج الميكانيكية كونها تحتاج لوسطٍ تنتقل عبره، كما يُضاف إليها نوعٌ من الأمواج التي لا يمكن مشاهدتها ولا حتى سماعها بل يمكن الإحساس بوجودها وتدعى باسم الأمواج الكهرومغناطيسية التي تختلف عن مثيلاتها الميكانيكية بعدم حاجتها لوسطٍ تنتقل من خلاله؛ فهي قادرةٌ على الانتشار عبر الفضاء وتجاوز مختلف العوائق التي تصادفها.
تعريف الأمواج الكهرومغناطيسية
هي أمواجٌ يرمز لها اختصارًا (EM) وتتشكل نتيجةً لاهتزاز الحقل المغناطيسي والحقل الكهربائي معًا وتختلف عن الأمواج الميكانيكية في أنها لا تحتاج إلى وسطٍ لتنتشر من خلاله، أما شكلها فيشبه الأفعى، لذلك دعيت بالأمواج العرضية (Transverse Waves)، والتي تقاس تبعًا لسعة الموجة وطولها.
أما طول الموجة فهو المسافة بين أعلى نقطة فيها (الذروة) وأعلى نقطة في الموجة التي تليها، كما تدعى النقطة الأكثر انخفاضًا فيها قاع الموجة أو بطن الموجة (Trough)، فالموجة الكاملة من نقطة الذروة إلى الذروة أو من القاع إلى القاع تدعى بالدورة (Cycle)، ويدل عددها في الثانية على التردد (Frequency) ويقاس بالهيرتز Hertz.
تفسيرها في ظل نظرية الكم
يختلف تفسير ميكانيكيا الكم للأمواج الكهرومغناطيسية عن الفيزياء التقليدية، حيث تراها عبارةً عن تدفقٍ للفوتونات (ضوء الكم) عبر الفضاء، على شكل حزمٍ من الطاقة يُرمز لها hv وتنتقل بسرعة الضوء، فالرمز h يدل على ثابت بلانك، والرمز v يدل على قيمةٍ ثابتةٍ هي ذاتها قيمة تردد الموجة الكهرومغناطيسية الموجودة في الفيزياء التقليدية؛ كما تتشابه كافة الفوتونات التي تمتلك نفس الطاقة ويتطابق رقم كثافتها مع شدة الأشعة.
ينتج عن الأمواج الكهرومغناطيسية عددٌ من الظواهر نتيجةً لتفاعلها مع الأجسام المشحونة في الذرات والجزيئات والأجسام الأكبر منها الموجودة في المادة، حيث يلعب عاملُ التردد دورًا مهمًا في حدوث تلك الظاهر إضافةً لطرق نشوء الأمواج الكهرومغناطيسية وظهورها في الطبيعة.
اقرأ أيضًا: بحث عن الحث الكهرومغناطيسي.
تشكل الأمواج الكهرومغناطيسية
يعود اكتشاف طريقة انبعاث الأمواج الكهرومغناطيسية إلى عام 1887 عندما تمكن العالم هايزيش هرتز بناءً على ما توصل إليه العالم جيمس كليرك ماكسويل عن وجود تلك الأمواج، من معرفة طريقة تكونها وانبعاثها فطبَّقها في المختبر.
من خلال كلمة الكهرومغناطيسية نستنتج أن الأمواج لها علاقة بالكهرباء والمغنطة معًا، حيث تنشأ جراء اقتراب الحقل الكهربائي من الحقل المغناطيسي وتذبذبهما بشكلٍ عموديٍّ مع بعضهما البعض وفق زاويةٍ قائمةٍ (90 درجة)، ثم تتحرك الموجة باتجاهٍ مُتعامدٍ مع الحقلين أيضًا وبسرعةٍ ثابتةٍ تعادل سرعة انتشار الضوء في الفراغ.
أنواع الأمواج الكهرومغناطيسية
يمكن تصنيف الأمواج الكهرومغناطيسية وفقًا لتردداتها إلى عدة أنواعٍ دعيت بالطيف الكهرومغناطيسي أو Electromagnetic Spectrum.
- أمواج الراديو (Radio Waves): إحدى أمواج الطيف الكهرومغناطيسي وذات ترددٍ هو الأقل بين بقية الأمواج، يمكن أن تنشأ عن أجسامٍ عديدةٍ سواءً كانت طبيعيةً أم صناعية. تُستخدم موجات الراديو لنقل الإشارات مثل إشارات الإذاعة والتلفزيون وشبكات الاتصال الخلوية التي تستقبلها أجهزة خاصة.
- الأمواج القصيرة (Micro Waves): تأتي الأمواج القصيرة في المرتبة الثانية من حيث التردد ضمن أمواج الطيف الكهرومغناطيسي، ويبلغ طول الموجة الواحدة من بضعة سنتيمتراتٍ إلى القدم، وتتميز بقدرتها على اختراق ما يقف في طريقها كالغيوم والدخان والأمطار. أما استخداماتها فتنقل إشارات الرادار ومكالمات شبكة الاتصال الأرضي وبيانات الكمبيوتر إضافةً لتسخين الطعام.
- الأشعة تحت الحمراء (Infrared): بالنسبة للتردد تأتي الأشعة تحت الحمراء في منطقةٍ متوسطةٍ بين الأمواج القصيرة والضوء المرئي، ويُقاس أكبر أطوالها الموجبة بالميليمترات وأصغرها بواحدات مجهرية مثل الميكرومتر، حيث تستطيع أطول موجة للأشعة تحت الحمراء أن تنشر الحرارة، بينما تعجز عن ذلك الأمواج ذات الأطوال القصيرة لذلك يقتصر استخدامها في أجهزة التحكم عن بعدٍ وتقنيات التصوير.
- الضوء المرئي: تُتيح أمواج الضوء المرئي رؤية العالم من حولنا، والتي تختلف عن بعضها البعض بالتردد وإليه يعود سبب رؤية ألوان قوس قزح التي تبدأ باللون الأحمر ذو أقصر طول موجة بين الألوان، وتنتهي باللون الأرجواني الذي يتميز بأطوال موجية أكبر من البقية، ولهذا يعتمد لون الأجسام والأشياء على قدرتها على امتصاص الألوان وعكس واحدٍ منها وفقًا لطول موجته.
- الأمواج فوق البنفسجية (Ultraviolet Waves): تتميز الأمواج فوق البنفسجية أنها ذات أطوالٍ موجيةٍ أقصر من الضوء المرئي، ومصدرها الأساسي الشمس وتعرف بتأثيرها الضار على الكائنات الحية.
- الأشعة السنية (X-Rays): هي إحدى أشكال الأمواج الكهرومغناطيسية ذات الطاقة العالية تتراوح أطوالها الموجية بين 0.03- 3 نانومتر، وتنبعث عن الأجسام ذات الحرارة العالية مثل هالة الشمس Corona المعروفة بدرجة حرارةٍ أعلى من درجة حرارة سطح الشمس، أما استخداماتها فتقتصر على تكنولوجيا التصوير الشعاعي في المجالات الطبية كتصوير النظام.
- أشعة غاما (Gamma Ray): هي إحدى أمواج الطيف الكهرومغناطيسي ذات التردد الأعلى بين بقية الأمواج، تصدر عن الأجسام الكونية الأعلى طاقة كالنجوم النابضة والنجوم النيوترونية والمستقر الأعظم، أما أطوالها الموجية فتقاس على المستوى دون الذري.