الطيف الكهروماغناطيسى

أشعة الراديو | اشعة المايكروويف | الاشعة تحت الحمراء | الاشعة المرئية | الاشعة فوق البنفسجية | اشعة اكس | اشعة جاما

الطيف الكهرومغناطيسي أو الأشعة الكهرومغناطيسية أو الامواج الكهرومغناطيسية كلها تحمل نفس المعني الفيزيائي وحين التحدث عن جزء خاص من هذا الطيف الكهرومغناطيسي مثل الضوء المرئي والمايكروويف واشعة اكس واشعة جاما وموجات التلفزيون والراديو كلها عبارة اشعة تعرف باسم الاشعة الكهرومغناطيسية Electromagnetic Radiation وكلها لها نفس الخصائص ولكنها تختلف في الطول الموجي Wavelength أوالتردد Frequency ولتوضيح ذلك استعن بالعرض التوضيحي ادناه وقم بتحريك المؤشر لتغيير الطول الموجي. لاحظ أنه كلما ازداد الطول الموجي قل التردد والعكس صحيح.

وكما نعلم فإن الامواج المتكون في وسط مثل الماء فإن جزيئات الوسط (الماء) هي التي تتذبذب فتنتج اضرابات تنتشر في وسط الماء. وكذلك الحال في الامواج الصوتية حيث ان الصوت ينتقل من خلال اضراب في جزيئات الهواء على شكل تضاغط وتخلخل ينتشر في الفراغ. ولكن الحال مختلف في الامواج الكهرومغناطيسية حيث أن الذي يتموج (يتذبذب) في هذه الحالة هو المجال الكهربي الذي ينشئ من تذبذب الجسيمات المشحونة مثل الإلكترون ذو الشحنة السالبة أو البروتون ذو الشحنة الموجبة. فإذا افترضنا شحنة سالبة (إلكترون) مرتبطة بزنبرك لنجعلها تتذبذب تحت تإثير قوةالزنبرك كما في الشكل التوضيحي ادناه حيث بامكانك زيادة قوة الزنبرك من خلال المؤشر اسفل الشكل واعطاء الشحنة السالبة إزاحة صغير وتركها تتذبذب فينتج عن ذلك انبعاث اشعة الكهرومغناطيسية تنتشر في الفراغ بسرعة الضوء وتتأثر بها الشحنةالموجبة على الطرف المقابل.

الأشعة الكهرومغناطيسية

وهذا سبب تكون الاشعة الكهرومغناطيسية حيث ان تذبذب الشحنات المكونة للذرة يؤدي إلى انبعاث الطيف الكهرومغناطيسي والذي يقوم بدور الزنبرك هو درجة الحرارة التي تمد الشحنات بالطاقة أو اي نوع من انواع الإثارة Excitation مثل التصادمات وغيره. ويعتمد الطول الموجي للاشعة الكهرومغناطيسية على درجة اثارة الشحنة ومن هنا نجد ان الطبيف الكهرومغناطيسي له مدى واسع وللتميز بين الاطوال الموجية اعطيت اسماء مختلفة مثل اشعة المايكروويف والاشعة المرئية واشعة اكس واشعة جاما وهكذا كما نلاحظ في الشكل المقابل.

خصائص الاشعة الكهرومغناطيسية

الاشعة الكهرومغناطيسية تنتشر في الفراغ بسرعة ثابتة هي سرعة الضوء وقيمتها 3x108m/s2. تنتقل هذه الاشعة في الفراغ وتنقل الطاقة من المصدر source إلى المستقبل receiver. تم اكتشاف هذه الاشعة على مراحل حيث كان العالم هيرتز Hertz 1887 أول من عمل في هذا المجال وكان في ذلك الوقت فقط اشعة الراديو والاشعة المرئية ومن ثم تم اكتشاف باقي الطيف الكهرومغناطيسي من خلال الملاحظات والظواهر الفيزيائية.

الاشعة الكهرومغناطيسية لها طول موجي l وتردد n يحدد خصائصها وترتبط سرعة الاشعة الكهرومغناطيسية مع التردد والطول الموجي من خلال المعادلة

c = n l

كما يوجد مخططاً لكامل الطيفالكهرومغناطيسي حيث يبدأ من امواج الراديو ذات الطول الموجي الطويل والتردد المنخفط ثم منطقة اشعة المايكروويف ومنطقة الاشعة تحت الحمراء ثم منطقة الاشعة المرئية ثم منطقة الاشعة فوق البنفسجية ثم منطقة اشعة اكس ثم منطقة اشعة جاما. وهذا التسلسل هو تبعاً لزيادة تردد هذه الموجات. ولكل منطقة من مناطق الطيف الكهرومغناطيسي خصائص تميزها عن بعضها البعض وبناء عليه نتجت تطبيقات مختلفة لهذه الاشعة وللعلم فإن منطقة الطيف المرئي هي التي منحنا الله سبحانه وتعالى القدرة على رؤيتها وهي المنطقة التي تستجيب لها شبكية العين لتتمكن من رؤية الاشياء من حولنا.

الطيف الكهرومغناطيسي
Region Wavelength
(Angstroms) Wavelength
(centimeters) Frequency
(Hz) Energy
(eV)
Radio > 109 > 10 < 3 x 109 < 10-5
Microwave 109 - 106 10 - 0.01 3 x 109 - 3 x 1012 10-5 - 0.01
Infrared 106 - 7000 0.01 - 7 x 10-5 3 x 1012 - 4.3 x 1014 0.01 - 2
Visible 7000 - 4000 7 x 10-5 - 4 x 10-5 4.3 x 1014 - 7.5 x 1014 2 - 3
Ultraviolet 4000 - 10 4 x 10-5 - 10-7 7.5 x 1014 - 3 x 1017 3 - 103
X-Rays 10 - 0.1 10-7 - 10-9 3 x 1017 - 3 x 1019 103 - 105
Gamma Rays < 0.1 < 10-9 > 3 x 1019 > 105

تجدر الاشارة إلى أن الاشعة الكهرومغناطيسية لها طاقة تعطى بالمعادلة

E = h n

حيث أن الثابت h هو ثابت بلانك
h = 6.6x10-34 J.s

وتستخدم وحدة الالكترون فولت للتعبير عن طاقة الاشعة الكهرومغناطيسية
1 e.v. = 1.6 x 10-19 J

نستنتج من ذلك أنه كلما زاد التردد ازدادت الطاقة وعليه فإن طاقة اشعة جاما اكبر ما يمكن في الطيف الكهرومغناطيسي وكما نعلم ان جسم الانسان يتحمل طاقة اقصاها طاقة الطيف المرئي وتعتبر طاقة الطيف فوق الازرق ضارة وتسبب حرق لخلايا الجسم وكذلك طاقة اشعة اكس تستطيع اختراق جلد البشري والتعرض لها يسبب خطورة كبيرة. سنقوم بدراسة كل منطقة من مناطق الطيف الكهرومغناطيسي على حدى لتوضيح المزيد من المعلومات عن تولدها واستخداماتها.