تعريف الموجة الكهرومغناطيسية
يُمكن تعريف الموجات الكهرومغناطيسية على أنّها الموجات التي تمر عبر أي جسم أو مادة عبر الفضاء، ولا تحتاج إلى وسط من أجل الانتقال أو الانتشار على عكس الموجات المكانيكية، وتُنتج الموجات الكهرومغناطيسية من الاهتزازات الناتجة عن المجالين الكهربائي والمغناطيسي معًا، وعادةً تتخّذ الأمواج أشكالًا مختلفة ومتنوعة، إلّا أنّ الموجات الكهرومغناطيسية تتميّز بأنّ كلّ موجاتها تتشابه بشكل موحّد يُشبه الثعبان، الأمر الذي يجعلها موجات عرضية، ويُقاس طولها الموجي، أو ارتفاعها، أو اتّساعها، بالمسافة بين أعلى نقطة في الموجة الواحدة (القمة)، وأدنى نقطة في تلك الموجة (القاع)، كما يُمكن قياس كلًّا من السعة والمسافة بين الموجات أثناء تحليلها.
الموجة الواحدة تُقاس من القمة إلى القمة، أو من القاع إلى القاع تٌسمّى دورة، أمّا عدد الدورات التي تحدث خلال الثانيّة الواحدة فتُسمّى "تردد الموجة" ويُقاس تردد الموجة بالهرتز، وكلما كان الطول الموجي أقصر، زاد التردد، وزادت طاقة الموجة الكهرومغناطيسية، والجدير بالذكر أنّ الموجات الكهرومغناطيسية تُستخدم في العديد من المجالات والتطبيقات اليوميّة والعمليّة، مثل: الاتصال عبر الهاتف الخلوي، وشبكة الواي فاي (WiFi)، والبث الإذاعي، وعلاج السرطان، والتصوير الطبي، والطهي، وغيرها.
أنواع الموجات الكهرومغناطيسية
يُمكن تقسيم الموجات الكهرومغناطيسية إلى 7 أنواع، وهي كما يلي:
- موجات الراديو: وهي ذات أدنى تردد في الطيف الكهرومغناطيسي، ويُمكن استخدامها لنقل إشارات إلى أجهزة الاستقبال لتحولّها وتُترجمها إلى معلومات قابلة للاستخدام، كما تنتج موجات الراديو من العديد من الأجسام، سواء أكانت موجات طبيعيّة، مثل التي تنبعث من النجوم والكواكب والأجسام الكونية، أو موجات من صنع الإنسان، مثل الموجات التي تُنتجها محطات الراديو والتلفاز وشركات الهواتف المحمولة.
- موجات المايكرويف: وهي ثاني أقل موجات ترددًا في الطيف الكهرومغناطيسي بعد موجات الراديو؛ ففي حين أنّ موجات الراديو قد يصل طولها إلى أميال، إلّا أنّ موجات المايكرويف يتراوح طولها ما بين بضعة سنتمترات إلى قدم، وتُستخدم هذه الموجات لنقل بيانات الكمبيوتر، إضافةً إلى استخدامها في الحرارة وطهي الطعام، كما أنّها تشع في جميع أنحاء الكون.
- موجات الأشعة تحت الحمراء: تقع هذه الموجات غير المرئية ضمن النطاق الأدنى لمتوسط الترددات في الطيف الكهرومغناطيسي، ويتراوح حجمها ما بين بضعة ملميترات إلى أطوال مجهريّة، وتنتج الموجات تحت الحمراء ذات الطول الموجي الكبير حرارة، كما أنّها تشمل الإشعاع المنبعث من الشمس والنار والأجسام الأخرى، لكن الموجات تحت الحمراء ذات الطول الموجي الأقصر لا تنتج الكثير من الحرارة، لذلك تُستخدم في تقنيات التصوير وأجهزة التحكم عن بعد.
- موجات أشعة الضوء المرئيّة: تُمكّن تلك الموجات الأشخاص من رؤية العالم من حولهم، وتنتقل تلك الترددات المختلفة من الأطوال الموجيّة القصيرة والتي يُكشف عنها باللون الأحمر، إلى الأطوال الموجيّة الأعلى والتي يُكشف عنها ضمن درجات اللون البنفسجي، والشمس هي المصدر الطبيعي لها، كما وتختلف ألوان الأجسام باختلاف الأطوال الموجيّة للضوء المرئي التي يمتصها الجسم أو يعكسها.
- الموجات فوق البنفسجية: طولها الموجي أقصر من الضوء المرئي، وهي السبب في حروق الشمس وبعض أنواع السرطانات، لأنّ درجات حرارتها مرتفعة جدًا، ويُمكن اكتشافها في جميع أنحاء الكون.
- موجات الأشعة السينية: وهي موجات عالية الطاقة للغاية وذات أطوال موجيّة تتراوح ما بين 0.03-3 نانوميتر، وتنتج من درجات الحرارة العاليّة جدًا مثل هالة الشمس، وتُستخدم موجات الأشعة السينية في تكنولوجيا تصوير العظام داخل الجسم.
- أشعة جاما: وهي موجات ذات تردد عالي، وتبعث من الأجسام الكونيّة التي تُعرف بنشاطها العالي، مثل الثقوب السوداء والنجوم النابضة، إضافة إلى بعض المصادر الأرضيّة، مثل الانفجارات النووية والانحلال الإشعاعي والبرق، ويُمكن لتلك الأشعة تدمير الخلايا الحيّة، إلّا أنّ الغلاف الجوي يمتصها قبل وصولها إلى الأرض.
خصائص الموجات الكهرومغناطيسية
تشترك الموجات الكهرومغناطيسية بمجموعة من الخصائص التي تُميّزها عن غيرها، وفيما يلي أبرزها:
- تنتقل كافة الموجات الكهرومغناطيسية عبر الفضاء بنفس سرعة الضوء والتي تبلغ 300 مليون متر في الثانية الواحدة ( 3.0 × 10 م/ث).
- تختلف الموجات الكهرومغناطيسية في أطوالها الموجيّة وترددها.
- تتميّز الموجات الكهرومغناطيسيّة ذات الطول الموجي الأقصر بأنّ ترددها أكثر، وأمّا الموجات ذات الطول الموجي الأطول، فإنّ ترددها أقل.
- تتميّز الموجات الكهرومغناطيسيّة ذات التردد العالي بأنّ طاقتها أكبر من ذات التردد المُنخفض.
- تُحسب سرعة الموجة على أنّها نتاج لكل من طولها الموجي وترددها، لأنّ سرعة الموجات الكهرومغناطيسيّة ثابتة عبر الفضاء، لذلك يُمكن حساب الطول الموجي أو التردد إذا عُرفت أحد القيم.
كيف تتشكل الموجات الكهرومغناطيسية؟
بعد معرفة طبيعة الموجات الكهرومغناطيسية وأنواعها وخصائصها، قد يتبادر إلى الذهن سؤال كيف تتشكّل تلك الموجات، لتأتي الإجابة وواضحة ومفصلة ضمن الخطوات التاليّة:
- يُنتج المجال الكهربائي بواسطة جسيم مشحون، ثم يَبذل هذا المجال الكهربائي قوّة على الجسميات المشحونة الأخرى، لتبدأ الشحنات السالبة بالتسارع في اتجاه معاكس لاتجاه المجال، بينما تتسارع الشحنات الموجبة في اتجاه المجال.
- يُنتج المجال المغناطيسي بواسطة جسيم مشحون متحرّك، ثم يبذل هذا المجال المغناطيسي قوّة على الجسميات المشحونة المتحركة الأخرى، ليكون تأثير تلك القوة على هذه الشحنات متعامدة دائمًا مع اتجاه سرعتها، الأمر الذي يجعلها تُغيّر اتجاه السرعة مع ثبات قيمة السرعة ذاتها.
- يُنتج بعد ذلك المجال الكهرومغناطيسي بواسطة جسيم مشحون متسارع؛ فالموجات الكهرومغناطيسيّة ليست إلّا مجالات كهربائيّة ومغناطيسيّة معًا تنتقل بسرعة الضوء عبر الفضاء.
الخالصة
تنتقل عدة أنواع من الموجات الكهرومغناطيسية في البيئة المحيطة بنا، ولكل منها مصادر ووظائف وفوائد مختلفة، وكلما ازداد طول الموجة كانت طاقتها أقل والعكس صحيح، وتستخدم مختلف أنواع الموجات الكهرومغناطيسية في عدة مجالات مثل: الطب والهندسة والكيمياء والميكانيكا.
