الإشعاع الكهرومغناطيسي

# وسم · @ مؤلف · ! عالم

الإشعاع الكهرومغناطيسي هو تذبذبات منتشرة للمجالين الكهربائي والمغناطيسي. تنقل الطاقة والزخم دون الحاجة إلى وسط. يمتد الطيف من الموجات الراديوية الطويلة إلى أشعة غاما. الضوء المرئي ليس إلا شريحة ضيقة من هذا المدى.

التاريخ

تنبأ جيمس كلارك ماكسويل نظريًا بوجود هذه الموجات في القرن التاسع عشر، ولاحقًا أنتجها هاينريش هرتس في المختبر. وأدرك العلماء أن الضوء المرئي هو أيضًا موجة كهرومغناطيسية.

كيف يعمل

إذا هززت شحنة كهربائية، فإنها تُنشئ حولها مجالًا كهربائيًا متغيرًا، وهذا بدوره يولّد مجالًا مغناطيسيًا، وهكذا تنتقل الموجة إلى الأمام. يشبه ذلك هز حبل: تنتقل النفضة على طوله.

💡 فرن الميكروويف يستخدم إشعاعًا بطول موجي نحو 12 سم، مما يجعل جزيئات الماء تدور وتسخّن الطعام، بينما لا يسخن الطبق الجاف تقريبًا.

الإشعاع الكهرومغناطيسي هو اضطراب في المجال الكهرومغناطيسي، ينتشر في الفراغ بسرعة الضوء c ≈ 3×10⁸ م/ث. ويوصف تقليديًا بمعادلات ماكسويل، التي يُشتق منها معادلة الموجة للحقلين E وB. والحلول هي موجات مستعرضة: حيث يكون المتجهان E وB متعامدين على بعضهما وعلى اتجاه الانتشار. كموميًا، يتكون الإشعاع من فوتونات طاقتها E = hν وزخمها p = h/λ. الطيف: موجات راديوية (10³–10⁻¹ م)، ميكروويف (10⁻¹–10⁻³ م)، تحت الحمراء (10⁻³–7×10⁻⁷ م)، مرئي (7×10⁻⁷–4×10⁻⁷ م)، فوق البنفسجية (4×10⁻⁷–10⁻⁸ م)، أشعة سينية (10⁻⁸–10⁻¹² م)، أشعة غاما (<10⁻¹² م).

التاريخ

وحد جيمس كلارك ماكسويل عام 1865 الكهرباء والمغناطيسية، وتنبأ بوجود موجات كهرومغناطيسية، تطابقت سرعتها مع سرعة الضوء، مما دل على الطبيعة الكهرومغناطيسية للضوء. وكان هاينريش هرتس أول من أنتج موجات راديوية تجريبيًا عام 1887. واكتشف فيلهلم رونتغن الأشعة السينية عام 1895. وأرسى ماكس بلانك (1900) وألبرت أينشتاين (1905) نظرية الكم، مفسرين الظاهرة الكهروضوئية. وكان فريدريك هيرشل قد اكتشف الأشعة تحت الحمراء قبل ذلك في عام 1800.

كيف يعمل

بحسب معادلات ماكسويل، يولّد المجال المغناطيسي المتغير مجالًا كهربائيًا دوّاميًا، والعكس صحيح، مما ينشئ موجة ذاتية الاستدامة. تتناسب طاقة الموجة مع مربع السعة والتردد (علاقة بلانك للفوتونات). ينتج عن تأثير دوبلر انزياح نحو الأحمر أو الأزرق عند حركة المصدر. التفاعل مع المادة: امتصاص، وانعكاس، وانكسار. ويستخدم التحليل الطيفي تفريق الإشعاع لتحليل تركيب المواد.

\nabla^2 \mathbf{E} = \frac{1}{c^2} \frac{\partial^2 \mathbf{E}}{\partial t^2}

E هو متجه شدة المجال الكهربائي، c سرعة الضوء في الفراغ، c ≈ 3×10⁸ م/ث، ∇² هو مؤثر لابلاس (مجموع المشتقات المكانية الثانية)

E = h\nu = \frac{hc}{\lambda}

E طاقة الفوتون، h ثابت بلانك، h ≈ 6.626×10⁻³⁴ جول·ثانية، ν تردد الإشعاع، c سرعة الضوء، λ الطول الموجي

c = \frac{1}{\sqrt{\mu_0 \varepsilon_0}}

c سرعة الضوء في الفراغ، μ₀ النفاذية المغناطيسية، μ₀ ≈ 4π×10⁻⁷ هنري/م، ε₀ السماحية الكهربائية، ε₀ ≈ 8.854×10⁻¹² فاراد/م

مسائل مفتوحة وحقائق طريفة

مشكلة التسلسل الهرمي: لماذا القوة الكهرومغناطيسية أقوى بعدة مراتب أسية من الجاذبية؟; طبيعة التشابك الكمومي في التفاعلات الكهرومغناطيسية; تفاعل الضوء مع المواد فوق الطبيعية (لتحقيق الاختفاء مثلاً); فك الترابط الكمومي للحالات الكهرومغناطيسية في الأوساط الحارة

💡 المجال الكهرومغناطيسي له كتلة سكونية صفرية، لذا تسافر الفوتونات دومًا بسرعة الضوء، ولا يمر الزمن بالنسبة لها.

لا مقالات بعد

الإشعاع الكهرومغناطيسي

التاريخ

كيف يعمل

التاريخ

كيف يعمل

التاريخ

كيف يعمل

مسائل مفتوحة وحقائق طريفة

مقالات ذات صلة