الاشعة الكهرومغناطيسية Electromagnetic Radiation والتي نختصرها بالاحرف EM هي شكل من اشكال الطاقة تحيط بنا من كل جانب وتأخذ اشاكل مختلفة مثل امواج الراديو radio waves والميكروويف microwaves واشعة اكس X-rays واشعة جاما gamma rays. كما ان اشعة الشمس هي شكل من طاقة الاشعة الكهرومغناطيسية لكنها ضوء مرئي وهي تشكل جزء بسيط من الطيف الكهرومغناطيسي الكلي الذي يحتوي على مدى واسع من الاطوال الموجية.
النظرية الكهرومغناطيسية Electromagnetic theory
كان في قديم الزمان يعتقد العلماء ان الكهربية والمغناطيسية قوى منفصلة عن بعضها البعض، حتى جاء العالم الاسكتلندي الفيزيائي جيمس كلارك ماكسويل James Clerk Maxwell بنظرية وحدت القوة الكهربية والمغناطيسية في نظرية سميت بالنظرية الكهرومغناطيسية theory of electromagnetism. تتعامل النظرية الكهرومغناطيسية مع كيف تتفاعل الجسيمات المشحونة كهربائيا مع بعضها البعض ومع المجال المغناطيسي.
هناك اربعة انواع من التفاعلات الكهرومغناطيسية الاساسية وهي على النحو التالي:
(١) قوة التجاذب أو التنافر بين الشحنات الكهربائية تتناسب عكسيا مع المسافة بينها.
(٢) تأتي الاقطاب المغناطيسية في ازواج تتجاذب وتتنافر مع بعضها البعض كما تفعل الشحنات الكهربائية.
(٣) ينتج التيار الكهربي المار في سلك مجالا مغناطيسيا اتجاها يعتمد على اتجاه التيار الكهربي.
(٤) المجال الكهربي المتغير يولد مجالا مغناطيسيا والعكس صحيح.
طور العالم ماكسويل مجموعة من الصيغ الرياضية تعرف باسم معادلات ماكسويل Maxwell’s equations لوصف هذه الظواهر.
الامواج والمجال Waves and fields
يتولد الاشعاع الكهرومغناطيسي عند تعجيل (او تسريع) جسيم ذري مثل الالكترون بواسطة المجال الكهربي. حركة الجسيم المشحون بتسارع يولد مجلا كهربيا متردد ومجالا مغناطيسيا متردد ومتعامدين على بعضهما البعض وينتشران في الفراغ في صورة حزم من الطاقة الضوئية تعرف باسم الفوتون. تتحرك الفوتونات في صورة امواج توافقية باقصى سرعة ممكنة وهي سرعة الضوء والتي تبلغ 300,000 كيلومتر في الثانية في الفراغ. تمتلك الامواج التوافقية (الفوتونات) خصائص محددة نميزها عن بعضها البعض من خلال التردد frequency او الطول الموجي wavelength او الطاقة energy.
الطيف الكهرومغناطيسي The EM spectrum
تمتد الاشعة الكهرومغناطيسية على نطاق واسع جدا من الاطوال الموجية والترددات. يعرف هذا المدى باسم الطيف الكهرومغناطيسي. يقسم الطيف الكهرومغناطيسي إلى اقسام بدلالة التناقص في الطول الموجي والزيادة في التردد والطاقة. واعطي لكل قسم منها اسم مثل امواج الراديو والميكروويف والاشعة تحت الحمراء والضوء المرئي والاشعة فوق البنفسجية واشعة اكس واشعة جاما. في العادة نعبر عن الاشعاع منخفض الطاقة مثل امواج الراديو باستخدام التردد اما الميكروويف وحتى الاشعة فوق البنفسجية فنعبر عنها باستخدام الاطوال الموجية والاشعة عالية الطاقة مثل اشعة اكس واشعة كاما نعبر عنها بالطاقة لكل فوتون.
امواج الراديو Radio waves
تقع امواج الراديو في اقل مدى من الطيف الكهرومغناطيسي بتردد يصل إلى 30GHz حيث ان 1GHz = 109Hz وطولها الموجي اكبر من 10 mm. تستخدم امواج الراديو في الاتصالات الصوتية ونقل البيانات.
ميكروويف Microwaves
تقع امواج الميكروويف في مدى الطيف الكهرومغناطيسي بين امواج الراديو والاشعة تحت الحمراء. تمتلك ترددات تتراوح بين 3GHz وحتى 30THz حيث ان THz = 1012Hz. وتتراوح الاطوال الموجية من 10mm وحتى 100μm. تستخدم الميكروويف في الاتصالات ذات النطاق الواسع وانظمة الرادار وكمصد تسخين لافران الميكروويف وفي العديد من التطبيقات الصناعية.
اشعة تحت حمراء Infrared
تقع الاشعة تحت الحمراء في مدى الطيف الكهرومغناطيسي بين الميكروويف والضوء المرئي. تمتلك ترددات من 30THz وحتى 400THz واطوال موجية في المدى من 100μm وحتى 740nm. الاشعة تحت الحمراء غير مرئية لعين الانسان لكن نشعر بها كحرارة اذا كانت شدتها عالية بما فيه الكفاية.
ضوء مرئي Visible light
يوجد الضوء المرئي في منتصف الطيف الكهرومغناطيسي بين الاشعة تحت الحمراء والاشعة فوق البنفسجية. تمتلك ترددات في المدى من 400THz وحتى 800THz واطوال موجية من 740nm وحتى 380nm. ويعرف الضوء المرئي بصورة عامة على انه الجزء المرئي للعين من الطيف الكهرومغناطيسي.
اشعة فوق بنفسجية Ultraviolet
تقع الاشعة فوق البنفسجية في الطيف الكهرومغناطيسي بين الضوء المرئي واشعة اكس. تمتلك ترددات في المدى من 8×1014 إلى 3×1016 هيرتز واطوال موجية من 380nm وحتى 10nm. تعتبر الاشعة فوق البنفسجية احد مكونات ضوء الشمس وهي اشعة غير مرئية للعين. لها الكثير من التطبيقات الطبية والصناعية كما انها تشكل خطر على الانسجة الحية.
اشعة اكس X-rays
تصنف اشعة اكس باشعة اكس الضعيفة soft X-rays واشعة اكس القوية hard X-rays. تقع اشعة اكس الضعيفة في الطيف الكهرومغناطيسي بين الاشعة فوق البنفسجية واشعة جاما. تمتلك ترددات من 3×1016 إلى 1018 هيرتز واطوال موجية من 10nm وحتى 100pm. اما اشعة اكس القوية فيه ايضا تقع في نفس مدى اشعة جاما. الا ان الفرق الوحيد بينها يرجع إلى مصدر توليدها فاشعة اكس تنتج من الالكترونات المسرعة في حين ان اشعة جاما تتولد بواسطة نواة الذرة.
اشعة جاما Gamma-rays
تقع اشعة جاما في مدى الطيف الكهرومغناطيسي فوق اشعة اكس الضعيفة. وتمتلك ترددات اكبر من 1018 هيرتز واطوال موجية اقصر من 100pm. تسبب اشعة جاما ضررا بالغا للانسجة الحية وهذا ما جعلها مفيدة في القضاء على الخلايا السرطانية بتطبيق جرعات محسوبة بدقة على مناطق صغيرة من جسم الانسان.
