تعد المجالات الكهربائية والمغناطيسية في الفضاء حجر الزاوية في الموجات الكهرومغناطيسية التي نعتمد عليها في حياتنا اليومية، تلك التي نسمعها عبر أجهزة الراديو ونستقبل إشاراتها من الأقمار الصناعية خارج الغلاف الجوي، وأفران الميكروويف التي تعتمد عليها الهواتف المحمولة وأجهزة التحكم الراديوية في تشغيلها. لذا، وبفضل هذا، سنخبرك بكل التفاصيل حول المجالات الكهربائية والمغناطيسية في الفضاء.
جدول المحتويات
المجالات الكهربائية والمغناطيسية في الفضاء
يمكننا تعريف المجالات الكهربائية والمغناطيسية في الفضاء بأنها متعامدة مع بعضها البعض، مما يؤدي إلى إنشاء موجات كهرومغناطيسية، وهي شكل من أشكال الطاقة التي تستشعرها الأجسام وتمتصها وتبعثها، وتنتج هذه الموجات، التي تسمى الموجات الكهرومغناطيسية، من التعامد. المجالات الكهربائية والمغناطيسية في الفضاء، تنتشر بسرعة في الفضاء ولا تتطلب بيئة مادية.
يحمل الإشعاع المغناطيسي للموجة الكهرومغناطيسية طاقة مستمرة تسمى الطاقة المشعة، ووحدة إنتاجها تسمى الفوتون، وهي الوحدة الأساسية لجميع أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي، وفي العالم الطبيعي يمكن للمجال الكهربائي المتغير أن يولد تيارًا متغيرًا حقل مغناطيسي. مجال.
ومن الممكن أيضًا عكس عملية المجالين، مما يجعلهما في علاقة عكسية ثابتة، حيث أنه عندما يصل المجال الكهربائي إلى أقصى شدة، يمكن للمجال الكهربائي أن يصل إلى الحد الأدنى من الشدة، والعكس صحيح.
موجات كهرومغناطيسية
يعود اكتشاف الموجات الكهرومغناطيسية الناتجة عن المجالات الكهربائية والمغناطيسية المتعامدة في الفضاء إلى العالم الشهير ماكسويل عام 1864، عندما عرف أن المجال المغناطيسي يمكن أن يولد مجالا كهربائيا والعكس، فأعاد ماكسويل صياغتها وبنى نظرية ماكسويل. المعادلات التي أثبت صحتها فيما بعد العالم هنريك هيرتز، حيث يمكن أن تكون المجالات الكهربائية والمغناطيسية متعامدة مع اتجاه الموجة الناتجة عن تعامدها.
توليد الموجات الكهرومغناطيسية
يمكن توليد الموجات الكهرومغناطيسية عن طريق حركة الإلكترون في مجال كهربائي. ويستخدم تيارًا محددًا للمساعدة في تسريع حركة ذلك الإلكترون وزيادة نشاطه. ويمكن إتمام هذه العملية بمساعدة ما يسمى بالمجال المغناطيسي، حيث يمكن لهذه الموجات أن تنتشر وهي تحمل كميات كبيرة من الطاقة ولا تحتوي على كتلة.
خصائص الموجات الكهرومغناطيسية
هناك خصائص تتميز بها الموجات الكهرومغناطيسية، منها ما يلي:
- إن تسارع الشحنات في مساحة معينة هو المسؤول عن إنشاء الموجات الكهرومغناطيسية.
- تخضع الموجات الكهرومغناطيسية لمبدأ التراكب الكمومي.
- سرعة الموجات الكهرومغناطيسية ثابتة ولا تتغير وهي تساوي سرعة الضوء.
- الطاقة الكهربائية والطاقة المغناطيسية متساويان في كمية الطاقة التي يحملانها.
- ينتقل الإشعاع من الموجات الكهرومغناطيسية في وسط مادي أو فراغ، على عكس الموجات الصوتية التي تتطلب وسطًا ماديًا للانتشار.
- السبب الذي يجعل الموجات الكهربائية متعامدة مع الموجات الكهرومغناطيسية هو أن الموجات الكهربائية هي موجات مستعرضة والموجات الكهربائية هي موجات طولية.
نحن ندعوك للقراءة
أشكال الطيف الكهرومغناطيسي
هناك عدة أشكال يمكن أن يوجد بها الطيف المغناطيسي، منها ما يلي:
- موجات الأشعة تحت الحمراء: موجات الإشعاع هي موجات يمكن الشعور بها عند توجيهها إلى الجلد لأنها تشبه الإحساس بالحرقان ولها طول موجي طويل.
- أشعة غاما: تعتبر أشعة جاما واحدة من أكثر الأطوال الموجية الطويلة نشاطًا لأنها ذات طول موجي قصير جدًا ويمكن أن تسبب الكثير من الأضرار الجسيمة.
- الأشعة فوق البنفسجية: وتتميز الأشعة فوق البنفسجية بأنها لا يمكن رؤيتها ولها طول موجي قصير، إلا أن هناك بعض الحيوانات يمكنها رؤيتها.
- الأشعة السينية: ومن المعروف أنه يستخدم في المجالات الطبية.
- موجات الميكروويف: تستخدم هذه الموجات في الطبخ لأنها تتمتع بطاقة عالية جداً تولد كميات هائلة من الحرارة ويمكن استخدامها في أجهزة الرادار ولها أيضاً طول موجي طويل جداً.
- أشعة غاما: تُستخدم أشعة جاما، التي تشكل جميع أنواع المكونات في الفضاء الخارجي، في المجالات الطبية حيث يمكنها اكتشاف الأعضاء الداخلية بوضوح.
- الأشعة المرئية: تسقط أشعة الضوء على العين وتسبب لها رؤية وتمييز الأشياء الموجودة في الكون.
خصائص الطيف المغناطيسي
يمكن تعريف الطيف بأنه المساحة التي يمكن أن تتواجد فيها الموجات الكهرومغناطيسية، حيث أن الطيف المغناطيسي يشمل عدد كبير من الأطوال الموجية وبالتالي يحتوي على كافة أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي وللالطيف المغناطيسي عدة خصائص وهي:
- أما الطيف المغناطيسي فيمكن رؤيته بالعين وهو من النوع المرئي.
- يتكون هذا الطيف الكهرومغناطيسي من جميع أنواع الأشعة الموجودة في الكون.
- يحتوي الطيف المغناطيسي على موجات عالية التردد تسبب الضرر لمن يتعرض لها، بالإضافة إلى عدد من الموجات منخفضة التردد التي يستطيع الإنسان التعامل معها.
التطبيقات الحقيقية للموجات الكهرومغناطيسية
هناك العديد من الأشياء التي نستخدمها في حياتنا اليومية والتي تعتمد على الموجات الكهرومغناطيسية، ومنها ما يلي:
- تطبيق الصناعي: وتعتمد الصناعة على الرافعات والمولدات التي تعتمد في تشغيلها على الموجات الكهرومغناطيسية.
- أجهزة الاتصالات: تنتقل المعلومات بطريقة مشفرة من خلال موجات كهرومغناطيسية على شكل طاقة، وتتميز بأنها تنتقل عبر مسافات طويلة لأنها ذات ترددات عالية ويمكن تسميتها بالموجات الراديوية.
- معدات طبية: حيث يتم استخدام الموجات الكهرومغناطيسية لإجراء التشعيع، حيث يمكن أن يطلب من الطبيب رؤية عضو معين في جسم الإنسان بدقة أكبر.
- الأجهزة المنزلية: تعتمد مكبرات الصوت في الأجهزة الكهربائية وبعض أنواع المصابيح وأفران الميكروويف بشكل كامل على الموجات الكهرومغناطيسية.
ومن هذا نستنتج أن الطيف الكهرومغناطيسي يحتوي على جميع أنواع الأشعة الكهرومغناطيسية التي يمكننا استخدامها في حياتنا اليومية من خلال بعض التطبيقات لتسهيل حياتنا.