الطيف الكهرومغناطيسي: الخصائص والنطاقات والتطبيقات - جسدي - بدني - 2025

في الطيف الكهرومغناطيسي يتكون من ترتيب أمر من جميع الأطوال الموجية للموجات الكهرومغناطيسية التي تحمل أي قيمة إيجابية، من دون أي قيود. وهي مقسمة إلى 7 أقسام منها الضوء المرئي.

نحن على دراية بترددات الضوء المرئي عندما نرى قوس قزح ، حيث يتوافق كل لون مع طول موجي مختلف: الأحمر هو الأطول والبنفسجي هو الأقصر.

المجال الكهرومغناطيسي. لاحظ أن التردد (ومعه الطاقة) يزيد من اليسار إلى اليمين في هذا المخطط. أندريه أوليفا / المجال العام

يشغل نطاق الضوء المرئي مساحة قصيرة جدًا من الطيف. المناطق الأخرى التي لا نستطيع رؤيتها هي موجات الراديو ، والميكروويف ، والأشعة تحت الحمراء ، والأشعة فوق البنفسجية ، والأشعة السينية ، وأشعة غاما.

لم يتم اكتشاف المناطق في نفس الوقت ، ولكن في أوقات مختلفة. على سبيل المثال ، تنبأ جيمس كليرك ماكسويل بوجود موجات الراديو في عام 1867 ، وبعد سنوات ، في عام 1887 ، أنتجها هاينريش هيرتز لأول مرة في مختبره ، وهذا هو سبب تسميتها بالموجات الهرتزية.

الجميع قادرون على التفاعل مع المادة ، ولكن بطرق مختلفة ، اعتمادًا على الطاقة التي يحملونها. من ناحية أخرى ، لم يتم تحديد المناطق المختلفة من الطيف الكهرومغناطيسي بشكل حاد ، لأن الحدود في الواقع غير واضحة.

يربط

نطاقات الطيف الكهرومغناطيسي. Tatoute and Phrood / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

الحدود بين المناطق المختلفة للطيف الكهرومغناطيسي غامضة نوعًا ما. هذه ليست انقسامات طبيعية ، في الواقع الطيف هو سلسلة متصلة.

ومع ذلك ، فإن الفصل إلى نطاقات أو مناطق يعمل على تحديد خصائص الطيف بشكل ملائم وفقًا لخصائصه. سنبدأ وصفنا بموجات الراديو التي تكون أطوالها الموجية أطول.

موجات الراديو

أقل ترددات لها نطاق حوالي 10 ⁴ هرتز ، والتي بدورها تتوافق مع أطول أطوال موجية ، وعادة ما يكون حجم المبنى. يستخدم راديو AM و FM وفرقة المواطنين موجات في هذا النطاق ، بالإضافة إلى البث التلفزيوني VHF و UHF.

لأغراض الاتصال ، تم استخدام موجات الراديو لأول مرة حوالي عام 1890 ، عندما اخترع Guglielmo Marconi الراديو.

نظرًا لأن تردد موجات الراديو أقل ، فليس لها تأثيرات مؤينة على المادة. هذا يعني أن موجات الراديو تفتقر إلى الطاقة الكافية لإخراج الإلكترونات من الجزيئات ، لكنها تزيد من درجة حرارة الأجسام عن طريق رفع اهتزاز الجزيئات.

فرن المايكرويف

يبلغ الطول الموجي للموجات الدقيقة في حدود السنتيمترات وقد اكتشفها هاينريش هيرتز لأول مرة.

لديهم طاقة كافية لتسخين الطعام الذي يحتوي على الماء بدرجة أكبر أو أقل. الماء جزيء قطبي ، مما يعني أنه على الرغم من كونه متعادل كهربائيًا ، إلا أن الشحنات السالبة والموجبة منفصلة قليلاً ، مكونة ثنائي القطب الكهربائي.

عندما تضرب أفران الميكروويف ، وهي مجالات كهرومغناطيسية ، ثنائي القطب ، فإنها تنتج عزم دوران يجعلها تدور لتتماشى مع المجال. تترجم الحركة إلى طاقة تنتشر من خلال الطعام ولها تأثير في تسخينها.

الأشعة تحت الحمراء

اكتشف ويليام هيرشل هذا الجزء من الطيف الكهرومغناطيسي في أوائل القرن التاسع عشر وله تردد أقل من الضوء المرئي ، ولكنه أعلى من الموجات الدقيقة.

الطول الموجي لطيف الأشعة تحت الحمراء (أقل من الأحمر) يمكن مقارنته بطرف الإبرة ، وبالتالي فهو إشعاع أكثر نشاطًا من الموجات الدقيقة.

يأتي الكثير من الإشعاع الشمسي عند هذه الترددات. يصدر أي جسم كمية معينة من الأشعة تحت الحمراء ، خاصة إذا كانت ساخنة ، مثل مواقد المطبخ والحيوانات ذوات الدم الحار. إنه غير مرئي للناس ، لكن بعض الحيوانات المفترسة تميز انبعاث الأشعة تحت الحمراء من فريستها ، مما يمنحها ميزة في الصيد.

مرئي

إنه جزء من الطيف الذي يمكننا اكتشافه بأعيننا ، بين 400 و 700 نانومتر (1 نانومتر ، نانومتر مختصر هو 1 × 10 ^-9 م) من الطول الموجي.

يحتوي الضوء الأبيض على مزيج من جميع الأطوال الموجية ، والتي يمكننا رؤيتها بشكل منفصل عند مرورها عبر منشور. تتصرف قطرات المطر في السحب أحيانًا مثل المنشور ، لذا يمكننا رؤية ألوان قوس قزح.

تمثل ألوان قوس قزح أطوال موجية مختلفة للضوء المرئي. المصدر: Pixabay.

الأطوال الموجية للألوان التي نراها بالنانومتر هي:

-الأحمر: 700-620

-البرتقالي: 620-600

- أصفر: 600-580

-الأخضر: 580-490

-الأزرق: 490-450

البنفسجي: 450-400

فوق بنفسجي

إنها منطقة أكثر نشاطًا من الضوء المرئي ، بأطوال موجية تتجاوز البنفسجي ، أي أكبر من 450 نانومتر.

لا يمكننا رؤيته ، لكن إشعاع الشمس وفير جدًا. ولأنه يحتوي على طاقة أعلى من الجزء المرئي ، فإن هذا الإشعاع يتفاعل أكثر بكثير مع المادة ، مما يتسبب في تلف العديد من الجزيئات ذات الأهمية البيولوجية.

تم اكتشاف الأشعة فوق البنفسجية بعد فترة وجيزة من الأشعة تحت الحمراء ، على الرغم من أنها كانت تسمى في البداية "الأشعة الكيميائية" لأنها تتفاعل مع مواد مثل كلوريد الفضة.

الأشعة السينية

اكتشفها فيلهلم رونتجن في عام 1895 أثناء تجربته مع الإلكترونات المتسارعة (أشعة الكاثود) الموجهة إلى هدف. غير قادر على شرح من أين أتوا ، دعاهم بالأشعة السينية.

إنه إشعاع عالي الطاقة بطول موجي يقارن بحجم الذرة ، قادر على المرور عبر أجسام معتمة وإنتاج صور مثل الأشعة السينية.

يتم الحصول على الصور الشعاعية باستخدام الأشعة السينية: المصدر: Pixabay.

نظرًا لأن لديهم المزيد من الطاقة ، يمكنهم التفاعل مع المادة عن طريق استخراج الإلكترونات من الجزيئات ، ومن ثم تُعرف باسم الإشعاع المؤين.

أشعة غاما

هذا هو الإشعاع الأكثر نشاطًا على الإطلاق ، بأطوال موجية في حدود نواة الذرة. يحدث بشكل متكرر في الطبيعة ، حيث تنبعث من العناصر المشعة لأنها تتحلل إلى نوى أكثر استقرارًا.

يوجد في الكون مصادر لأشعة غاما في انفجارات المستعرات الأعظمية ، بالإضافة إلى أجسام غامضة من بينها النجوم النابضة والثقوب السوداء والنجوم النيوترونية.

يحمي الغلاف الجوي للأرض الكوكب من هذه الإشعاعات شديدة التأين التي تأتي من الكون ، وبسبب طاقتها العالية ، لها تأثير ضار على الأنسجة البيولوجية.

التطبيقات

- تستخدم موجات الراديو أو الترددات الراديوية في الاتصالات لأنها قادرة على نقل المعلومات. أيضا للأغراض العلاجية لتدفئة الأنسجة وتحسين ملمس الجلد.

- للحصول على صور بالرنين المغناطيسي ، فإن الترددات الراديوية مطلوبة أيضًا. في علم الفلك ، تستخدمها التلسكوبات الراديوية لدراسة بنية الأجرام السماوية.

- الهواتف الخلوية والتلفزيون الفضائي هما تطبيقان لأجهزة الميكروويف. الرادار هو تطبيق مهم آخر. علاوة على ذلك ، فإن الكون كله مغمور في خلفية إشعاع الميكروويف ، التي نشأت من الانفجار العظيم ، حيث أن الكشف عن إشعاع الخلفية المذكور هو أفضل دليل لصالح هذه النظرية.

يُصدر الرادار نبضة تجاه شيء ما ، مما يؤدي إلى تشتيت الطاقة في جميع الاتجاهات ، ولكن ينعكس جزء منها ، مما يؤدي إلى الحصول على معلومات حول موقع الكائن. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

- الضوء المرئي ضروري لأنه يسمح لنا بالتفاعل بشكل فعال مع بيئتنا.

- للأشعة السينية تطبيقات متعددة كأداة تشخيصية في الطب وأيضاً على مستوى علم المواد لتحديد خصائص العديد من المواد.

- يستخدم إشعاع جاما من مصادر مختلفة كعلاج للسرطان وكذلك لتعقيم الطعام.

المراجع

1. جيامباتيستا ، أ. 2010. الفيزياء. الطبعة الثانية. ماكجرو هيل.
2. جيانكولي ، د. 2006. الفيزياء: مبادئ مع تطبيقات. السادس. إد برنتيس هول.
3. ريكس ، 2011. أساسيات الفيزياء. بيرسون.
4. Serway، R. 2019. الفيزياء للعلوم والهندسة. العاشر. الإصدار. المجلد 2. Cengage.
5. شيبمان ، ج. 2009. مقدمة في العلوم الفيزيائية. الطبعة الثانية عشرة. بروكس / كول ، إصدارات Cengage.