موجة كهرومغناطيسية
من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
الموجات الكهرومغناطيسية (بالإنجليزية: Electromagnetic radiation) تتكون عادة من موجتين ، موجة يتردد فيهامجال كهربائي عمودي على موجة يتردد فيها مجال مغناطيسي ، ويتميز الإثنان بنفس طول الموجة ، أي بنفس التردد . و الموجات الكهرومغناطيسية هي أساس عمل أجهزة المذياع و المرناة (التلفزيون ) ويمكن إنتاجها بواسطة الدارات الكهربائية. كما يوجد منه الكثير ينشأ طبيعا حولنا ، مثل الضوء ،وهوعبارة عن موجات كهرومغناطيسية ، وكذلك الأشعة السينية وهي شديدة النفاذ في المادة . كما يوجد منها نوع يصدر من أنوية الذرات المشعة ذات النشاط الإشعاعي وتسمى أشعة جاما . كما لدينا في المنزل جهاز لتسخين المأكولات يتميز بسرعة أدائه ، ألا وهو المكروويف وهذا أيضا يعمل بالموجات الطهرومغناطيسية وتعمل بطول موجة قدرها في حدود الميكرومتر . أما الموجات المستخدمة للمذياع فطول موجتها بين عدة سنتيمترات (للموجات القصيرة )إلى عدة كيلومترات (للموجات الطويلة) .
في هذا الشكل التوضيحي k إتجاه انتشار الموجة ، B المجال المغناطيسي المتردد ، E المجال الكهربي المتردد ، كما يوضح الشكل طول الموجة (لامدا) . يمكن تعريف طول الموجة بأنها المسافة بين قاعين متتاليين للموجة أو المسافة بين قمتين متتاليتين للموجة .
محتويات |
[عدل] اكتشافها
يرجع الفضل في اكتشافها إلى العالم جيمس ماكسويل الذي وضع فرضية نشوء الموجات الكهرومغناطيسية سنة 1864 م, فقد كان معلوما حسب قانون فرداي أن المجال المغناطيسي المتغير ينتج (يحرض) مجالا كهربائيا متغيرا . و قام ماكسويل بصياغة قوانين حركة تلك الموجات الكهرومغناطيسية وهي المعروفة بمعادلات ماكسويل. ثم أثبت هنريك هيرتز لاحقا صحتها - أن المجال الكهربائي المتغير ينتج بدوره مجالا مغناطيسيا متغيرا، وبالعكس فالمجال الكهربي يولد أيضا مجالا مغناطيسيا . و هكذا تنشأ الموجات الكهرومغناطيسية بقسميها الكهربائي والمغناطيسي . و هي تستطيع قطع مسافة كبيرة جدا و بسرعة كبيرة جدا هي سرعة الضوء دون أن تعاني اضمحلالا في الفضاء.
قام هنريك هيرتز سنة 1887 بعد موت ماكسويل بسبع سنوات بتجربة حيث بنى دارتين كهربيتين غير متصلتين تعملان على نفس التردد فوجد أنه عند تغذية إحديهما بتيار كهربي يتولد في إثرها تيار في الدائرة الأخرى , فأثبت العالم هرتز بالتجربة هذه النظرية الرياضية البحتة بعد سبعة سنوات من وفاة ماكسويل.
و في عام 1901 نجح ماركوني لأول مرة في إرسال موجات كهرومغناطيسية عبر المحيط الأطلسي بواسطة دارة كهربائية ، أمكن استقبال الموجات عبر المحيط.
[عدل] تولد الإشعاع الكهرومغناطيسي
تنقسم الأشعة الكهرومغناطيسية إلى قسمين طبيعية وصناعية ولكنهما متماثلين في خواصهما :
- اللأشعة الكهرومغناطيسية الطبيعية مثل الضوء والأشعة السينية التي تنتج من أغلفة بعض الذرات ،وأشعة جاما التي تصدر من أنوية الذرات ذات النشاط الإشعاعي.
- اللأشعة الكهرومغناطيسية التي ولدها الإنسان :
تبث الدوائر الكهربائية التي تحمل تيارات متذبذبة عالية التردد أشعة كهرومغناطيسية على هيئة مجالين يتعامدان على بعضهما, أحدهما كهربائي والأخر مغناطيسي, ويتعامد مستوى أحدهما على مستوى الأخر. المجال المغناطيسي المتغير يولد المجال الكهربائي, كما أن المجال الكهربائي المتغير يولد المجال المغناطيسي.
وقد إتضح فيما بعد أن الإشعاع الكهرومغناطيسي تماثل تماما الموجات الكهرومغناطيسية للضوء وهي تتحرك في الفضاء بسرعة الضوء أي بسرعة 299796 كيلومتر في الثانية أو بسرعة 186284 ميل في الثانية، ولها نفس خواص الضوء.
[عدل] الإشعاع الكهرومغناطيسي
الإشعاع الكهرمغنطيسي هو انتشار الأمواج الكهرمغنطيسية بمكوناتها الكهربائية والمغناطيسية في الفضاء, ويتم هذا الانتشار مع اهتزاز الحقلين الكهربائي والمغناطيسي بحيث يشكلان زوايا يمينية مع بعضهما ومع اتجاه الانتشار. كما تقوم الموجات الكهرومغناطيسية بنقل الطاقة والعزم بانتشر الأشعة في الفراغ أو في المواد الشفافة مثل الزجاج ، وتنتقل طاقة الشعاع و عزمه إلى المادة عند امتصاص المادة للشعاع. وتختلف الموجات الكهرومغناطيسية تماما عن موجات الصوت ، فموجات الصوت تعتبر موجات ميكانيكية تحتاج إلى وسط مادي للانتشار فيه مثل الهواء والماء والمعادن وغيرها . أما الموجات الكهرومغناطيسية مثل الضوء فهي التي لا تحتاج لوسط مادي لتنتقل فيه ، فأشعة الشمس مثلا تصلنا في الفراغ وكذلك ضوء النجوم .
- وتوجد استخدامات كثيرة للأشعة الكهرومغناطيسية التي يوّلدها الإنسان. منها الإضاءة ، جميع أنواع اللمبات يـُصدر ضوءا عبارة عن موجات كهرومغناطيسية . والراديو , والتلفزيون ، والرادار ، والمحمول الخلوي ، وغيرها . كما أن الاتصال بين الأرض ورواد الفضاء ، وكذلك توجيه مركبات الفضاء والمركبات المتحركة التى يرسلها الإنسان إلى الكواكب المحيطة بنا مثل المريخ والقمر ، كل هذه الاتصالات تتم بواسطة الأشعة الكهرومغناطيسية .
[عدل] طاقة كهرومغناطيسية
أثبت العالم الألماني ماكس بلانك عام 1900 من خلال دراسته لإشعاع الجسم الأسود أنه توجد علاقة بين طاقة الشعاع وطول موجته . فإذا رمزنا لطول الموجة شعاع ب (λ) فإن الطاقة المقترنة بها E (طاقة الشعاع) تعطى بالعلاقة :
E = h c / λ
حيث h ثابت طبيعي يسمى ثابت بلانك،
و c سرعة الضوء في الفراغ (وهي أيضا ثابت طبيعي ).
كما أن الطاقة ترتبط مع التردد بالعلاقة التالية:
E = h ν
حيث ν التردد.
كما يرتبط تردد موجة كهرومغناطيسية بطول موجتها بالعلاقة (المعروفة أيضاً عن الصوت ):
λ . ν = c
حيث c سرعة الضوء في الفراغ .
[عدل] حساب طاقة الشعاع الكهرومغناطيسي
علاقة بلانك المذكورة أعلاه تعطينا العلاقة بين طاقة الشعاع وتردده:
E = h ν
حيث ν التردد ، و h ثابت بلانك.
نريد بواسطة تلك المعادلة حساب طاقة شعاع من وسط قمة منحنى بلانك لأشعة الشمس وليكن شعاع ذو طول موجة 500 نانو متر .
حساب طول الموجة بالمتر = 500 . 10-9 متر
-
-
-
-
- = 5 . 10-7 متر
-
-
-
ونحسب تردد الشعاع من العلاقة :
- تردد الشعاع = سرعة الضوء (متر/ ثانية ) ÷ طول الموجة (متر)
-
- = 3 .108 (متر/ ثانية ) ÷ 5 .10-7 (متر) = 6 .1014 (1/ثانية) أو هرتز
-
ثابت بلانك = 6,6 . 10-34 جول . ثانية
-
- = 6,6 . 10-27 إرج . ثانية
- = 3,9 . 10-15 إلكترون فولت . ثانية (s . eV)
يستعمل الفيزيائيون في هذه الحالة ثابت بلانك كوحدة (الإلكترون فولت . ثانية) لتسهيل الحساب ، حيث أن المقدار (بالجول.ثانية) صغير جدا .
نعوض الآن في معادلة بلانك ، فنحصل على :
- h = E . تردد الشعاع
- = 3,9 . 10-15 (إلكترون فولت . ثانية) . 6 .1014 (1/ثانية)
- = 2,3 إلكترون فولت
أي أن شعاع الطيف ذو طول الموجة 500 نانومتر له طاقة 3و2 إلكترون فولت . وهذا الشعاع هو شعاع من أشعة الطيف الشمسي ذو لون أخضر.
- كما يمكن حساب طاقة الشعاع بالواط إذا أردنا ولكن 3و2 إلكترون فولت بوحدة الواط ستكون مقدارا صغيرا جدا يصعب الاحتفاظ به في الذاكرة .
- (ومن يريد إجراء تلك الحسبة فعليه الرجوع إلى وحدة طاقة.
[عدل] أنظر أيضا
