هنا

[ثامر الحيدري]

كيف تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية في الفضاء



الطاقة ، وهي مقياس للقدرة على القيام بالعمل ، تأتي في أشكال عديدة ويمكن أن تتحول من نوع إلى آخر، وتشمل أمثلة الطاقة المخزنة أو المحتملة البطاريات والمياه خلف السد، الأجسام المتحركة هي أمثلة على الطاقة الحركية، وتقوم الجسيمات المشحونة – مثل الإلكترونات والبروتونات – بإنشاء حقول كهرومغناطيسية عندما تتحرك ، وتنقل هذه الحقول نوع الطاقة التي نسميها الإشعاع الكهرومغناطيسي ، أو الضوء .
ما هي الموجات الكهرومغناطيسية والميكانيكية
الأمواج الميكانيكية والموجات الكهرومغناطيسية طريقتان مهمتان لنقل الطاقة في العالم من حولنا، والأمواج في الماء والموجات الصوتية في الهواء مثالان على الأمواج الميكانيكية، تتسبب الموجات الميكانيكية في حدوث اضطراب أو اهتزاز في المادة ، سواء كانت صلبة أو غازية أو سائلة أو بلازما، وتتشكل موجات الماء عن طريق الاهتزازات في السائل وتتشكل الأمواج الصوتية عن طريق الاهتزازات في الغاز (الهواء)، وتنتقل هذهالموجات الميكانيكية عبر وسيط من خلال التسبب في ارتطام الجزيئات ببعضها البعض ، مثل سقوط الدومينو الذي ينقل الطاقة من واحد إلى آخر، ولا يمكن أن تنتقل الموجات الصوتية في فراغ الفضاء لأنه لا توجد وسيلة لنقل هذه الموجات الميكانيكية .
طبيعة الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ أو الفضاء
يمكن أن تكون الكهرباء ثابتة ، مثل الطاقة التي يمكن أن تجعل شعرك يقف، ويمكن أن تكون المغناطيسية ثابتة أيضًا ، كما هي في مغناطيس الثلاجة، ويؤدي الحقل المغناطيسي المتغير إلى إحداث تغيير في المجال الكهربائي والعكس – كلاهما مرتبطان، وهذه الحقول المتغيرة تشكل موجات كهرومغناطيسية، وتختلف الموجات الكهرومغناطيسية عن الأمواج الميكانيكية من حيث أنها لا تحتاج إلى وسيلة للنشر، وهذا يعني أن الموجات الكهرومغناطيسية يمكن أن تنتقل ليس فقط من خلال الهواء والمواد الصلبة ، ولكن أيضا من خلال فراغ الفضاء.
في الستينيات من القرن التاسع عشر ، طور عالم اسكتلندي يدعى جيمس كليرك ماكسويل نظرية علمية لشرح الموجات الكهرومغناطيسية، ولقد لاحظ أن المجالات الكهربائية والحقول المغناطيسية يمكن أن تتضافر معًا لتكوين موجات كهرومغناطيسية، ولخص هذه العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية في ما يشار إليه الآن باسم “معادلات ماكسويل” .
طبق هاينريش هيرتز ، عالم فيزياء ألماني ، نظريات ماكسويل على إنتاج واستقبال الموجات اللاسلكية، وحدة تردد الموجة اللاسلكية – دورة واحدة في الثانية – سميت هيرتز ، تكريما لهينريش هيرتز، وتجربته مع موجات الراديو حل مشكلتين، أولاً أثبت أن سرعة موجات الراديو تساوي سرعة الضوء، وهذا أثبت أن الموجات اللاسلكية كانت شكلاً من أشكال الضوء، ثانياً ، اكتشف هيرتز كيفية جعل الحقول الكهربائية والمغناطيسية تنفصل عن الأسلاك وتحرر كموجات ماكسويل – الموجات الكهرومغناطيسية .
مما يتكون الضوء
يتكون الضوء من حزم منفصلة من الطاقة تسمى الفوتونات، وتحمل الفوتونات زخمًا ، وليس لها كتلة ، وتتحرك بسرعة الضوء، وكل الضوء له خصائص تشبه الجسيمات والموجة، وتعد الأداة التي تعمل على تحويل الضوء إلى طيف للتحليل مثالًا على مراقبة خاصية الضوء المشابهة للموجة، وتتم ملاحظة طبيعة الضوء التي تشبه الجسيمات بواسطة أجهزة الكشف المستخدمة في الكاميرات الرقمية – حيث تقوم الفوتونات الفردية بتحرير الإلكترونات التي يتم استخدامها للكشف عن بيانات الصورة وتخزينها .
الطريقة التي ينتقل بها الموج الكهرومغناطيسي في الفراغ
أود أولاً أن أشرح كيف تسير الموجة في وسط ما، نحن نعلم أن الموجة عبارة عن اضطراب ولها طاقة معينة مرتبطة بها ، لذلك عندما تدخل هذه الموجة إلى الوسط ، فإنها تحدد أساسًا جزيئات الوسط ليهتز هذا الاهتزاز ينتقل من جسيم إلى آخر وبالتالي تنتقل الموجة في وسط، الآن كيف تنتقل موجة كهرومغناطيسية في فراغ أو فضاء ، كما نعلم من معادلات ماكسويل أن المجال المغناطيسي المتغير ينتج مجالًا كهربائيًا والعكس صحيح، ولا تتطلب الموجة الكهرومغناطيسية (EM) أي وسيطة حيث أن الحقول الكهربائية والحقول المغناطيسية تولد بعضها البعض باستمرار حيث تنتشر الموجة .
الإشعاع الكهرومغناطيسي في الفيزياء
في الفيزياء ، يشير الإشعاع الكهرومغناطيسي إلى موجات (أو كوانتا ، فوتونات) من الحقل الكهرومغناطيسي ، تنتشر (تشع) عبر الفضاء ، تحمل طاقة مشعة كهرومغناطيسية، ويشمل موجات الراديو ، وأجهزة الميكروويف ، والأشعة تحت الحمراء ، والضوء (المرئي) والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما .
من الناحية الكلاسيكية ، يتكون الإشعاع الكهرومغناطيسي من الموجات الكهرومغناطيسية ، وهي تذبذبات متزامنة للحقول الكهربائية والمغنطيسية التي تنتشر بسرعة الضوء ، ويمكن تمييز موقع الموجة الكهرومغناطيسية داخل الطيف الكهرمغنطيسي إما بتردد التذبذب أو طول الموجة، وتسمى الموجات الكهرومغناطيسية ذات الترددات المختلفة بأسماء مختلفة لأنها لها مصادر وتأثيرات مختلفة على المادة .
تنبعث الموجات الكهرومغناطيسية بواسطة جسيمات مشحونة كهربائياً تخضع لتسارع، ويمكن لهذه الموجات أن تتفاعل فيما بعد مع جسيمات مشحونة أخرى ، مما يؤدي إلى قوة عليها، وتحمل موجات EM الطاقة والزخم بعيدًا عن جسيم مصدرها، ويمكن أن تنقل تلك الكميات إلى المادة التي تتفاعل معها، ويرتبط الإشعاع الكهرومغناطيسي بتلك الموجات الكهرومغناطيسية التي لها حرية نشر نفسها دون التأثير المستمر للشحنات المتحركة التي تنتجها ، لأنها حققت مسافة كافية من تلك الشحنات .