ما هو الإشعاع الكهرومغناطيسي

هو تدفق الطاقة بالسرعة العالمية للضوء عبر الفضاء الحر أو عبر وسيط مادي على شكل المجالات الكهربائية والمغناطيسية التي تكون الموجات الكهرومغناطيسية مثل موجات الراديو والضوء المرئي وأشعة جاما في مثل هذه الموجة، فترتبط الحقول الكهربائية والمغناطيسية المتغيرة بمرور الوقت مع بعضها البعض بزوايا قائمة وعمودية على اتجاه الحركة، وتتميز الموجة الكهرومغناطيسية بكثافتها والتردد ν للتغير الزمني لكل من المجال المغناطيسي والكهربائي.

وبحسب نظرية الكم الحديثة، فإن الإشعاع الكهرومغناطيسي هو تدفق الفوتونات (وتسمى أيضًا كوانتا الضوء) عبر الفضاء، والفوتونات عبارة عن حزم من الطاقة التي تتحرك دائمًا بالسرعة العالمية للضوء، فالرمز h هو ثابت بلانك، بينما قيمة ν هي نفس قيمة تردد الموجة الكهرومغناطيسية للنظرية الكلاسيكية، كما أن الفوتونات التي لها نفس الطاقة hν متشابهة، وكثافة عددها تتوافق مع شدة الإشعاع، كما يُظهر الإشعاع الكهرومغناطيسي العديد من الظواهر لأنه يتفاعل مع الجسيمات المشحونة في الذرات والجزيئات والأشياء الأكبر من المادة.

تعتمد هذه الظواهر وكذلك طرق إنشاء الإشعاع الكهرومغناطيسي ومراقبته، والطريقة التي يحدث بها هذا الإشعاع في الطبيعة، واستخداماته التكنولوجية على تردده ν، كما يمتد طيف ترددات الإشعاع الكهرومغناطيسي من قيم منخفضة جدًا عبر نطاق موجات الراديو وموجات التلفزيون والميكروويف إلى الضوء المرئي وما بعده إلى القيم الأعلى بشكل كبير للأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما.[1]

أمثلة الإشعاع

فيما يلي بعض الأمثلة على أنواع مختلفة من الإشعاع:

أشعة الشمس فوق البنفسجية.
الحرارة من موقد الموقد.
ضوء الشمعة المرئي.
الأشعة السينية من جهاز الأشعة السينية.
اطلاق الاضمحلال الإشعاعي لليورانيوم لجسيمات ألفا.
موجات صوتية من الاستريو الخاص بك.
الميكروويف.
الإشعاع الكهرومغناطيسي من هاتفك المحمول.
ضوء الأشعة فوق البنفسجية من الضوء الأسود.
انبعاث جسيمات بيتا من عينة السترونشيوم 90.
سوبر نوفا إشعاع جاما.
إشعاع الميكروويف من موجه “Wi-Fi” الخاص بك.
موجات الراديو.
أشعة الليزر.[1]

خصائص الموجات الكهرومغناطيسية

هي أحد أشكال الطاقة الموجودة في كل مكان، وتأتي بأشكال عديدة على سبيل المثال، موجات الراديو، والميكروويف، والأشعة السيني، وأشعة جاما، وحتى ضوء الشمس، كما تتميز بالعديد من الخصائص التي سمحت لها بلعب دور كبير في العديد من التطبيقات في مختلف المجالات مثل الطب والاتصالات اللاسلكية، وفيما يلي أهم خصائص الموجات الكهرومغناطيسية:

السرعة

حيث تنتقل جميع الموجات الكهرومغناطيسية بنفس السرعة، أي حوالي 300000 كيلومتر في الثانية عبر فراغ (مما يعني أنها لا تحتاج إلى وسيط موصل)، كما تعتبر سرعة الضوء في الفراغ من أهم الثوابت في الفيزياء، كما إنها تلعب دورًا رئيسيًا في الفيزياء الحديثة.

التردد والطول الموجي

يُعرّف على أنه دورة واحدة من الموجة ويتم قياسه على أنه المسافة بين أي ذروتين متتاليتين للموجة، والذروة هي أعلى نقطة في الموجة، والقاع هو أدنى نقطة في الموجة، والتردد هو عدد الأطوال الموجية التي تأتي من خلال نقطة معينة في فترة زمنية معينة، والتي تقاس بعدد الدورات بطول موجة واحد أو موجة واحدة تمر في الثانية ووحدتها هي هرتز، والعلاقة بين الطول الموجي والتردد هي علاقة عكسية، كلما قل التردد زاد الطول الموجي، والعكس صحيح.

الطاقة

يمكن أن تصف الموجة من خلال طاقتها في وحدة تسمى إلكترون فولت (eV)، ويتم تحديد إلكترون فولت من خلال كمية الطاقة الحركية المطلوبة للتمكن من تحريك إلكترون بجهد كهربائي يعادل واحد فولت، وتجدر الإشارة إلى أن الطاقة تعتمد على التردد والطول الموجي، لذلك تتناقص الطاقة مع زيادة الطول الموجي، وتزداد مع زيادة التردد.

الزخم

يُعرّف الزخم بشكل كلاسيكي بأنه ناتج الكتلة والسرعة، لذلك يبدو غير طبيعي وذلك لأن الإشعاع الكهرومغناطيسي عديم الكتلة ويتكون من موجات، ومع ذلك أظهر أينشتاين أن الضوء يمكن أن يعمل كجسيم في ظل ظروف معينة وأن هناك ازدواجية موجة وجسيم بالنظر إلى إنها علاقة الطاقة والكتلة معًا في معادلته الشهيرة (E = mc ^ 2)، يصبح من المعقول أكثر أن الموجة (التي لها قيمة الطاقة) لا تحتوي فقط على معادلة الكتلة، ولكن أيضًا الزخم في الواقع أظهر أينشتاين أن الزخم (p) للفوتون هو نسبة طاقته إلى سرعة الضوء.

الاستقطاب

تتكون الموجات الكهرومغناطيسية من عمودي المجالين الكهربائي والمغناطيسي، وكذلك عموديًا على اتجاه انتشار الموجة، ويهدف استقطاب الموجة الكهرومغناطيسية إلى إعطاء وصف لحجم واتجاه المجال الكهربائي للموجة، والاستقطاب يتم تعريف الموجة على وجه التحديد على أنها خاصية للموجة الكهرومغناطيسية التي تصف التغير في الاتجاه في الوقت والحجم النسبي لمتجه المجال الكهربائي، بالإضافة إلى أن الاستقطاب من أهم خصائص الموجات الكهرومغناطيسية حيث أن لها استخدامات عديدة في الليزر والتصوير.

الطيف الكهرومغناطيسي

للموجات الكهرومغناطيسية أشكال عديدة، بما في ذلك الضوء المرئي، لكن هذا ليس سوى جزء صغير من الطيف الكهرومغناطيسي، كما يتضمن على مجموعة كبيرة من الأطوال الموجية الكهرومغناطيسية، وقد طور الفيزيائي الاسكتلندي جيمس كلارك ماكسويل نظرية كهرومغناطيسية لشرح هذه الموجات.[2]

تأثير الموجات الكهرومغناطيسية على الانسان

حيث تؤثر على الأنظمة الحية والكيميائية من حولنا، بغض النظر عما إذا كانت تتأثر بالضغط أو درجة الحرارة، مع مراعاة كل من قوة الموجة وتواترها، وتأثير الموجة الكهرومغناطيسية منخفضة التردد محدود وبالتالي، فإنه يؤثر على تواتر الضوء المرئي والمواد الشائعة من حولنا من خلال الحرارة أو الحرارة أو قوة الإشعاع.

أما الموجة التي لها تردد إشعاعي أعلى، مثل الأشعة فوق البنفسجية، وحقيقة أنها أكبر، فإن تأثيرها والضرر الناتج عنها أقوى وأكثر فاعلية، ولا تعتمد فقط على التسخين، ويرجع ذلك إلى القدرة العالية للفوتونات المفردة على تدمير جميع الجسيمات الفردية كيميائيًا، وهناك تأثير سلبى للموجات الكهرومغناطيسية على الأنسان، وهي:

يمكن أن يتسبب الإشعاع الكهرومغناطيسي القوي في أنتاج تيارات كهربائية في الأجهزة الموصلة به فتصبح قوية بما يكفي لعمل شرارات عندما يتجاوز الجهد المستحث جهد الانهيار المحيط ، وهذا يمكن أن يسبب صدمة كهربائية للأشخاص أو الحيوانات، كما يمكن أن تسبب انبعاثات التردد اللاسلكي من خطوط الكهرباء أحيانًا صدمات لعمال البناء من المعدات القريبة، مما يتسبب في قيام إدارة السلامة والصحة المهنية بوضع معايير للتعامل السليم.

يمكن أن تظهر شرارات من الإشعاع الكهرومغناطيسي في المواد القابلة للاشتعال القريبة أو الغازات التي يمكن أن تكون خطيرة خاصة بالقرب من المتفجرات أو الألعاب النارية، كما تُعرف المخاطر المرتبطة بالوقود ويمكن استخدامها لتقييم مخاطر الإشعاع الكهرومغناطيسي للوقود، والتي تتضمن على كثافة طاقة قصوى تبلغ 0.09 وات / م 2 للترددات التي تقل عن 225 ميجاهرتز (أي 4.2. متر لمبرد 40 واط)، ومن أمثلتها:

يمكن أن تكون التسخين الكهربائي من المجالات الكهرومغناطيسية خطراً بيولوجياً، فقد يؤدي لمس هوائي أو الاقتراب منه أثناء تشغيل جهاز إرسال عالي القدرة إلى حدوث حروق خطيرة، وهذا نوع من الحرق يمكن أن يحدث في فرن الميكروويف، حيث يعتمد تأثير التسخين الكهربائي على قوة وتردد الموجات الكهرومغناطيسية، وكذلك على المسافة إلى المصدر، حيث تكون العينان والخصيتان أكثر عرضة للحرارة بواسطة موجات الراديو بسبب قلة تدفق الدم في هذه المناطق، وهناك حاجة إلى الدم لتبديد الحرارة المتراكمة.

يمكن أن تسبب طاقة التردد الراديوي عند مستويات كثافة الطاقة من 1 إلى 10 ميغاواط / سم 2 أو أعلى تسخينًا محسوسًا للأنسجة، المستويات النموذجية لطاقة التردد اللاسلكي التي يواجهها عامة الناس أقل بكثير من المستوى المطلوب لتوليد حرارة كبيرة، ولكن قد يتم تجاوز حدود التعرض الآمن في بعض أماكن العمل بالقرب من مصادر التردد اللاسلكي القوية.[1][2