تعريف مفهوم الطيف الكهرومغناطيسي
الطيف أو الطيف الكهرومغناطيسي (بالإنجليزية: Electromagnetic spectrum) فيُعرّف بأنّه الحيّز (النطاق) الخاص بكافّة الأشعة الكهرومغناطيسية، إذ يمتد الإشعاع الكهرومغناطيسي عبر نطاق ضخم من الأطوال الموجية والترددات، وهذا النطاق يُطلق عليه الطيف الكهرومغناطيسي، وبهذا فإنّ الطيف الكهرومغناطيسي يحتوي على جميع أجزاء الإشعاع الكهرومغناطيسي.
ومن هذه الأجزاء الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي والتي تختلف عن بعضها البعض حسب امتصاص الموجات وانبعاثها ونقلها بالإضافة إلى استخداماتها المختلفة عمليًا، كما أنّ هناك إمكانية لتداخل خصائص هذه الأجزاء سويًا؛ لعدم وجود حواجز فاصلة بينها، وتنقسم الموجات في الطيف الكهرومغناطيسي في قائمة توضح تسلسلها من أدنى تردد وصولًا إلى أعلى تردد.
ولتوضيح مفهوم الأشعة الكهرومغناطيسية، فإنّ الأشعة أو الإشعاع هي الطاقة التي تنتشر وتنتقل مع مرور الوقت (وبالتالي فإنّ الضوء الذي يأتي من مصباح المنزل يعتبر أشعة كهرومغناطيسية، وموجات الراديو التي تأتي من محطة الراديو تعتبر أشعة كهرومغناطيسية أيضًا)، وتُنتِج حركة الجسيمات مجالات كهربائية ومغناطيسية متذبذبة تنتقل مع بعضها البعض بزوايا قائمة، فيما يُسمّى بالموجات الكهرومغناطيسية.
خصائص الطيف الكهرومغناطيسي
فيما يأتي أبرز خصائص الطيف الكهرومغناطيسي:
- يتكوّن الطيف الكهرومغناطيسي من جميع أنواع الأشعة في الكون.
- ينقسم الطيف الكهرومغناطيسي إلى طيف مرئي يُمكن أن يُرى بالعين (الضوء)، وطيف غير مرئي.
- يحتوي الطيف الكهرومغناطيسي على أنواع طاقة أقل ترددًا وأعلى في الطول الموجي، وهي غير ضارة بالإنسان، مثل الأشعة تحت الحمراء، وأنواع طاقة أكثر ترددًا وضارّة بالإنسان، مثل الأشعة فوق البنفسجية.
مكونات الطيف الكهرومغناطيسي
يظهر الطيف المغناطيسي الذي يحتوي على أنواع الأشعة الكهرومغناطيسية على شكل استخدامات مفيدة ومتعددة في الحياة العملية، وتُقسّم أنواع الطيف الكهرومغناطيسي كالآتي:
- (موجات الراديو، Radio): تعد موجات الراديو جزء من الطيف الكهرومغناطيسي وتُستخدم في مجال الاتصالات مثل محطات الراديو التي تبث هذه الموجات كي يلتقطها الراديو، كما أن هذه الموجات تنبعث أيضًا من الغازات والنجوم في الفضاء الخارجي.
- (موجات الميكروويف، Microwave): تُستخدم موجات الميكروويف المنبعثة من الطيف الكهرومغناطيسي في أجهزة المايكروويف المستخدم في تسخين الطعام، كما يستخدمها العلماء والمختصين في علم الفلك لدراسة بنية المجرات القريبة من الكرة الأرضية.
- (الأشعة تحت الحمراء، Infrared): تعتمد نظارات الرؤيا الليلية في عملها على التقاط ضوء الأشعة تحت الحمراء الخارج من الأجسام بعد تعريضها للحرارة، كما يستخدمها العلماء في علم الفضاء من خلال صنع خريطة تُظهر الغبار المتواجد بين النجوم.
- (الأشعة المرئية، Visible): تلتقط العين البشرية الأشعة المرئية الممثلة للضوء، والتي تتيح رؤية وتمييز الأشياء في الكون.
- (الأشعة فوق البنفسجية، Ultraviolet): تعد الشمس المصدر الأساسي لانبعاث الأشعة فوق البنفسجية المؤثرة على صبغة البشرة ولونها، بالإضافة إلى انبعاثها من من الكتل والأجسام مرتفعة الحرارة في الفضاء الخارجي.
- (الأشعة السينية، X-ray): تستطيع الأشعة السينية المنبعثة من الغازات الساخنة في الكون الخارجي اختراق الأجسام؛ لذا تُستخدم في طب الأسنان للكشف عن مشاكل الأسنان، وفي الأجهزة الأمنية للكشف عن ما في داخل الطرود والحقائب.
- (أشعة جاما، Gamma ray): تُستخدم أشعة جاما المنبعثة من كافة مكونات الكون الخارجي في الطب البشري للكشف عن الأعضاء الداخلية في جسم الإنسان.
يتكوّن الطيف الكهرومغناطيسي من موجات الراديو، وموجات الميكروويف، والأشعة تحت الحمراء، والأشعة المرئية، والأشعة فوق البنفسجية، والأشعة السينية وأشعة جاما.
جدول الطيف الكهرومغناطيسي
يحتوي كل جزء من أجزاء الطيف الكهرومغناطيسي على خصائص مختلفة تظهر باختلاف كلًا من الطول الموجي والتردد والطاقة، وتظهر اختلافات موجات الطيف الكهرومغناطيسي جميعها في الجدول الآتي.
| اسم الموجة | طول الموجة | تردد الموجة | طاقة الموجة |
| جاما الصلبة، Hard Gamma | 1 × 10 نانومتر | 3 × 10هرتز | 1.2 × 10 إلكترون فولت |
| جاما، Gamma | 1 × 10 نانومتر | 3 × 10 هرتز | 1.2 × 10 إلكترون فولت |
| جاما/ الأشعة السينية، Gamma/X-ray | 0.001 نانومتر | 3 × 10 هرتز | 1.2 × 10 إلكترون فولت |
| الأشعة السينية، X-ray | 1 نانومتر | 3 × 10 هرتز | 1.2 × 10 إلكترون فولت |
| الأشعة السينية/ الأشعة فوق البنفسجية، X-ray/Ultraviolet | 10 نانومتر | 3 × 10هرتز | 1.2 × 10إلكترون فولت |
| فوق بنفسجي، Ultraviolet | 100 نانومتر | 3 × 10 هرتز | 1200 إلكترون فولت |
| مرئي/ (أزرق، Visible /blue | 400 نانومتر | 7.5 × 10 هرتز | 3.1 إلكترون فولت |
| مرئي/ أحمر، Visible red | 700 نانومتر | 4.3 × 10 هرتز | 1.8 إلكترون فولت |
| الأشعة تحت الحمراء، Infrared | 10000 نانومتر | 3 × 10 هرتز | 0.12 إلكترون فولت |
| مايكروويف، Microwave | 1 سم | 30 جيجا هرتز | 1.2 × 10 إلكترون فولت |
| ميكروويف/ راديو، Microwave/Radio | 10 سم | 3 جيجا هرتز | 1.2 × 10 إلكترون فولت |
| راديو، Radio | 100 متر | 3 ميللي هرتز | 1.2 × 10 إلكترون فولت |
| راديو، Radio | 100 كم | 3 كيلو هرتز | 1.2 × 10 إلكترون فولت |
أمثلة على استخدامات الطيف الكهرومغناطيسي
تُستخدم أمواج الطيف الكهرومغناطيسي في عدة مجالات مهمة في الحياة العملية، وأبرزها ما يلي:
موجات الراديو، Radio waves
تتميز موجات الراديو بطول موجي عالي وتنتقل عبر الهواء في خط مستقيم، لذا تُستخدم على نطاق واسع في مجال الاتصالات، مثل الإذاعة والتلفزيون، وأجهزة الراديو، والتحكم في الحركة الجوية والملاحة، الهواتف الخلوية.
موجات المايكروويف، Microwaves
تُستخدم موجات الميكروويف في مجال الاتصالات المتخصصة في نقل الصوت والبيانات والفيديو من خلال الأجهزة الرقمية، كما تُستخدم في أجهزة التحكم (SCADA) للآلات والمفاتيح، بالإضافة إلى قدرة موجات الميكروويف على توصيل الطاقة الحرارية للطعام، لذا صُنعت أفران الميكروويف للتسخين.
الأشعة تحت الحمراء، Infrared Radiation)
تدخل الأشعة تحت الحمراء في أجهزة رصد وكشف الأجسام المعرضة للحرارة ليلًا، مثل أقمار الاستطلاع التي باستطاعتها تعقّب المركبات والأبنية والأفراد بسبب الأشعة المنبعثة من كلٍ منها.
الضوء المرئي، Visible Light
تعتمد حاسة البصر عند الإنسان على الضوء المرئي لذا هو جزء من ألوان الطيف الكهرومغناطيسي؛ إذ من خلاله تُميّز العين البشرية الألوان والأشياء، كما أنّه يساعد على استمرارية الكائنات الحية مثل النباتات من خلال ارتباطه بعملية التمثيل الضوئي وتصنيع السكريات المغذية للنبات.
الأشعة فوق بنفسجية، Ultraviolet
تدخل الأشعة فوق البنفسجية في صناعة أجهزة تنقية الهواء؛ لقدرتها على القضاء على العفن والبكتيريا والفيروسات سواء على الأسطح، أو في الهواء، أو في الماء، كما أنها تستخدم في صناعة أجهزة كشف الأوراق النقدية المزورة.
الأشعة السينية X-rays
تعتمد أجهزة الأشعة المختصة للكشف عن الكسور في العظام على الأشعة السينية؛ لقدرتها على اختراق جلد الإنسان، لكنها لا تستطيع اختراق العظام من الداخل.
أشعة غاما Gamma Rays
تستخدم أشعة غاما في علاج أمراض السرطان؛ بسبب قدرتها في القضاء على الخلايا الغير طبيعية في جسم الإنسان، وتعد الأشعة الأعلى تردّدًا في الطيف الكهرومغناطيسي.
الخلاصة
الطيف الكهرومغناطيسي هو الحيز الذي يجمع كافّة الأشعة الكهرومغناطيسية والمُقسّمة إلى سبعة أنواع، ويوجد لكل نوع من الأشعة استخدامات وخصائص مختلفة في الحياة العملية؛ فتُستخدم في أقمار الاستطلاع مثلًا، وفي الأجهزة المنزلية كالمايكروويف والراديو وأجهزة التحكم عن بعد، وفي أجهزة الأشعة للكشف عن الأمراض وعلاجها وغير ذلك.
