الموجات تمثل نوع أو شكل من أشكال انتقال الطاقة، وحتى تنتقل تلك الموجات يجب أن تتواجد في وسط مادي فيما عدا الموجات الكهرومغناطيسية، والتي يعتبر من أنواعها الضوء، وأشعة جاما، وأشعة اكس، وموجات الراديو، وتتمتع الموجات بصفة الدورية، حيث أن الموجات عادة ما تشكل نمط متكرر من حيث الشدة خلال فترات زمنية متتابعة مع وجود فترة فاصلة بينها.
خواص الأمواج
الفروق الأساسية بين الموجات والجسيمات نجدها في سلوك الموجة بشكل أساسي وهذه الفروق تمثل خصائص الموجات:
الموجات يمكن أن تنعكس سواء انعكاس منتظم أو غير منتظم.
الموجات يمكن أن تنكسر عند الانتقال من وسط إلى آخر.
الموجات يمكن أن تحدث بها حيود عند سقوط الموجة على سطح أبعاده أقل من الموجة.
يمكن أن يحدث للموجات تتداخل سواء كان بناء أو هدام.
يمكن أن يحدث تشتت للموجات وتبعثر.
الموجات تنتشر انتشار خطي أو تتحرك في شكل خط مستقيم.
أنواع الموجات
قسم العلماء الموجات إلى:
الموجات الطولية وفيها يكون منحنى التموج موافقًا أو متطابق مع انتشار الموجات، حيث تنتقل الموجة في شكل تضاغط وتخلخل مثل ما هو في الصوت والنابض، وغالبًا ما تنتقل تلك الموجات في الأوساط السائلة والصلبة والغازية حيث أن انتقال هذا النوع من الموجات يحتاج إلى وجود تماسك بين الجزيئات.
الموجات العرضية وفيها يكون منحنى التموج عمودي على منحنى انتشار الموجة، حيث تأخذ الموجة شكل قمم وقيعان وتحتاج للانتقال إلى نوع من الأوساط المرنة مثل الوسط الصلب والسطح الحر السائل، مثل موجات الماء، والحبل المتحرك، والموجات الكهرومغناطيسية.
هناك تقسيم آخر لأنواع الموجات حيث تم تقسيمها إلى :
موجات كهرومغناطيسية.
موجات ميكانيكية.
ما هى الموجات الكهرومغناطيسية ؟
الموجات الكهرومغناطيسية أو الإشعاع الكهرومغناطيسي عبارة عن شكل من أشكال الطاقة التي تقوم الجسيمات المشحونة بإصداره وامتصاصه.
تتكون الموجة الكهرومغناطيسية من مجالين متعامدين الأول مجال كهربي والثاني مجال مغناطيسي، حيث يكونان متساويان في الشدة ويتعامدان مع اتجاه انتشار الموجة ويلاحظ أن المجالين يتغيران بشكل دوري مع تغير الزمن.
يمثل الإشعاع الكهرومغناطيسي نوعًا من الحقل المغناطيسي والذي يحدث نتيجة للشحنات المتحركة، حيث ترتبط بالحقول الكهرومغناطيسية البعيدة عن الشحنات المنتجة، ولذا فإننا هنا نلاحظ نوعين من السلوكيات للحقل الكهرومغناطيسي وهما الحقل القريب، والحقل البعيد ويمثل الحقل البعيد الإشعاع الكهرومغناطيسي بينما الشحنات والتيارات هى الحقل القريب.
يؤثر كل من المجال الكهربي والمجال المغناطيسي كل منهما في الآخر فنجد أن المجال الكهربي المتغير يترتب عليه توليد مجال مغناطيسي أو العكس، وتعتبر الإلكترونات هى العامل الرئيسي في تكون الإشعاع الكهرومغناطيسي لأنها الجسيمات التي يسهل حدوث التسارع لها مما يعمل على توليد الموجات.
إن الموجات الكهرومغناطيسية عادة ما تنتشر في مختلف الأوساط ولها سرعة ثابتة، ويتم احتساب تلك السرعة بناء على السماحية الكهربائية والنفاذية المغناطيسية للوسط الذي تنتشر به الموجات الكهرومغناطيسية، وتأتي المعادلة بالشكل التالي:
سرعة الموجة الكهرومغناطيسية = معكوس الجذر التربيعي لحاصل ضرب السماحية الكهربائية والنفاذية المغناطيسية.
لكن بشكل أساسي لا يمكن أن تزيد سرعة الموجات الكهرومغناطيسية في أي وسط عن سرعة انتشارها في الفراغ أو الفضاء، حيث أن قيمة السماحية الكهربائية والنفاذية المغناطيسية في الفراغ هى أعلى قيمة، وتساوي سرعة الموجات الكهرومغناطيسية في الفضاء سرعة الضوء التي تبلغ 300 ألف كيلومتر في الثانية.
أنواع الموجات الكهرومغناطيسية
قسم العلماء الموجات الكهرومغناطيسية إلى نوعين هما:
الموجات الكهرومغناطيسية الطبيعية ومن أشهر أمثلتها الضوء إلى جانب الأشعة السينية وهى تلك الأشعة التي تتكون من أغلفة بعض الذرات، وأشعة غاما وهى نوع من الأشعة الكهرومغناطيسية الناتجة عن أنوية الذرات التي تمتلك نشاط إشعاعي.
الموجات الكهرومغناطيسية الصناعية وهى نوع من الأشعة قام الإنسان بتوليدها إو إنتاجها.
كما تم تقسيم الموجات الكهرومغناطيسية من حيث طريقة انتشارها سواء على سطح الأرض أو في الغلاف الجوي إلى:
الموجات السطحية.
الموجات السماوية.
الموجات الفضائية.
انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الفضاء
إن الموجات الكهرومغناطيسية لا تحتاج لأي وسط مادي للانتشار أو الانتقال وأكبر الأدلة على ذلك موجات الضوء التي تصل إلينا عبر الفراغ أو الفضاء.
يمثل الإشعاع الكهرومغناطيسي انتشارا للموجات الكهرومغناطيسية في الفضاء بمكوناتها، ويحدث ذلك نتيجة لاهتزاز المجالين الكهربي والمغناطيسي وتحركهما للأمام والخلف مع تعامدها معًا وتعامدها على اتجاه انتشار الموجة.
تنقل الموجات الكهرومغناطيسية الطاقة عبر مختلف المواد ما عدا المعادن فهى تعكسها لذا لا يصلح استخدام الموجات الكهرومغناطيسية في الأماكن ذات الواجهات والأسطح المعدنية.
تنطبق على الموجات الكهرومغناطيسية كافة خصائص الموجات، فتتعرض للانكسار عند الانتقال من وسط إلى آخر مع حد منتظم بينهما وكذلك جزء من الموجة ينعكس، بينما تتعرض للتشتت في حال كان الحد الفاصل متعرج أو غير منتظم، كما تتعرض للحيود عند السقوط على سطح ذو أبعاد أقل من الموجة, ولكن خط السير للموجة عندما تتحرك داخل وسط واحد أو وسط متجانس أو في الفضاء يكون في شكل خط مستقيم.
استخدامات الموجات الكهرومغناطيسية
توجد الكثير من الاستخدامات الطبية للموجات الكهرومغناطيسية إذ نجدها في أشعة جاما المستخدمة في علاج السرطان.
الأشعة السينية التي تستخدم في عمليات تحديد أماكن الإصابات أو الاضطرابات الداخلية.
الأشعة الفوق بنفسجية والتي تستخدم في المصابيح الشمسية والفلورية.
الموجات تحت الحمراء والتي تستخدم في علاج بعض الأمراض الجلدية وكذلك في صقل المينا.
إلى جانب استخدامات أخرى بخلاف الاستخدامات الطبية كما هو الحال مع موجات الميكروويف وموجات الراديو.
خواص الأمواج
الفروق الأساسية بين الموجات والجسيمات نجدها في سلوك الموجة بشكل أساسي وهذه الفروق تمثل خصائص الموجات:
الموجات يمكن أن تنعكس سواء انعكاس منتظم أو غير منتظم.
الموجات يمكن أن تنكسر عند الانتقال من وسط إلى آخر.
الموجات يمكن أن تحدث بها حيود عند سقوط الموجة على سطح أبعاده أقل من الموجة.
يمكن أن يحدث للموجات تتداخل سواء كان بناء أو هدام.
يمكن أن يحدث تشتت للموجات وتبعثر.
الموجات تنتشر انتشار خطي أو تتحرك في شكل خط مستقيم.
أنواع الموجات
قسم العلماء الموجات إلى:
الموجات الطولية وفيها يكون منحنى التموج موافقًا أو متطابق مع انتشار الموجات، حيث تنتقل الموجة في شكل تضاغط وتخلخل مثل ما هو في الصوت والنابض، وغالبًا ما تنتقل تلك الموجات في الأوساط السائلة والصلبة والغازية حيث أن انتقال هذا النوع من الموجات يحتاج إلى وجود تماسك بين الجزيئات.
الموجات العرضية وفيها يكون منحنى التموج عمودي على منحنى انتشار الموجة، حيث تأخذ الموجة شكل قمم وقيعان وتحتاج للانتقال إلى نوع من الأوساط المرنة مثل الوسط الصلب والسطح الحر السائل، مثل موجات الماء، والحبل المتحرك، والموجات الكهرومغناطيسية.
هناك تقسيم آخر لأنواع الموجات حيث تم تقسيمها إلى :
موجات كهرومغناطيسية.
موجات ميكانيكية.
ما هى الموجات الكهرومغناطيسية ؟
الموجات الكهرومغناطيسية أو الإشعاع الكهرومغناطيسي عبارة عن شكل من أشكال الطاقة التي تقوم الجسيمات المشحونة بإصداره وامتصاصه.
تتكون الموجة الكهرومغناطيسية من مجالين متعامدين الأول مجال كهربي والثاني مجال مغناطيسي، حيث يكونان متساويان في الشدة ويتعامدان مع اتجاه انتشار الموجة ويلاحظ أن المجالين يتغيران بشكل دوري مع تغير الزمن.
يمثل الإشعاع الكهرومغناطيسي نوعًا من الحقل المغناطيسي والذي يحدث نتيجة للشحنات المتحركة، حيث ترتبط بالحقول الكهرومغناطيسية البعيدة عن الشحنات المنتجة، ولذا فإننا هنا نلاحظ نوعين من السلوكيات للحقل الكهرومغناطيسي وهما الحقل القريب، والحقل البعيد ويمثل الحقل البعيد الإشعاع الكهرومغناطيسي بينما الشحنات والتيارات هى الحقل القريب.
يؤثر كل من المجال الكهربي والمجال المغناطيسي كل منهما في الآخر فنجد أن المجال الكهربي المتغير يترتب عليه توليد مجال مغناطيسي أو العكس، وتعتبر الإلكترونات هى العامل الرئيسي في تكون الإشعاع الكهرومغناطيسي لأنها الجسيمات التي يسهل حدوث التسارع لها مما يعمل على توليد الموجات.
إن الموجات الكهرومغناطيسية عادة ما تنتشر في مختلف الأوساط ولها سرعة ثابتة، ويتم احتساب تلك السرعة بناء على السماحية الكهربائية والنفاذية المغناطيسية للوسط الذي تنتشر به الموجات الكهرومغناطيسية، وتأتي المعادلة بالشكل التالي:
سرعة الموجة الكهرومغناطيسية = معكوس الجذر التربيعي لحاصل ضرب السماحية الكهربائية والنفاذية المغناطيسية.
لكن بشكل أساسي لا يمكن أن تزيد سرعة الموجات الكهرومغناطيسية في أي وسط عن سرعة انتشارها في الفراغ أو الفضاء، حيث أن قيمة السماحية الكهربائية والنفاذية المغناطيسية في الفراغ هى أعلى قيمة، وتساوي سرعة الموجات الكهرومغناطيسية في الفضاء سرعة الضوء التي تبلغ 300 ألف كيلومتر في الثانية.
أنواع الموجات الكهرومغناطيسية
قسم العلماء الموجات الكهرومغناطيسية إلى نوعين هما:
الموجات الكهرومغناطيسية الطبيعية ومن أشهر أمثلتها الضوء إلى جانب الأشعة السينية وهى تلك الأشعة التي تتكون من أغلفة بعض الذرات، وأشعة غاما وهى نوع من الأشعة الكهرومغناطيسية الناتجة عن أنوية الذرات التي تمتلك نشاط إشعاعي.
الموجات الكهرومغناطيسية الصناعية وهى نوع من الأشعة قام الإنسان بتوليدها إو إنتاجها.
كما تم تقسيم الموجات الكهرومغناطيسية من حيث طريقة انتشارها سواء على سطح الأرض أو في الغلاف الجوي إلى:
الموجات السطحية.
الموجات السماوية.
الموجات الفضائية.
انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الفضاء
إن الموجات الكهرومغناطيسية لا تحتاج لأي وسط مادي للانتشار أو الانتقال وأكبر الأدلة على ذلك موجات الضوء التي تصل إلينا عبر الفراغ أو الفضاء.
يمثل الإشعاع الكهرومغناطيسي انتشارا للموجات الكهرومغناطيسية في الفضاء بمكوناتها، ويحدث ذلك نتيجة لاهتزاز المجالين الكهربي والمغناطيسي وتحركهما للأمام والخلف مع تعامدها معًا وتعامدها على اتجاه انتشار الموجة.
تنقل الموجات الكهرومغناطيسية الطاقة عبر مختلف المواد ما عدا المعادن فهى تعكسها لذا لا يصلح استخدام الموجات الكهرومغناطيسية في الأماكن ذات الواجهات والأسطح المعدنية.
تنطبق على الموجات الكهرومغناطيسية كافة خصائص الموجات، فتتعرض للانكسار عند الانتقال من وسط إلى آخر مع حد منتظم بينهما وكذلك جزء من الموجة ينعكس، بينما تتعرض للتشتت في حال كان الحد الفاصل متعرج أو غير منتظم، كما تتعرض للحيود عند السقوط على سطح ذو أبعاد أقل من الموجة, ولكن خط السير للموجة عندما تتحرك داخل وسط واحد أو وسط متجانس أو في الفضاء يكون في شكل خط مستقيم.
استخدامات الموجات الكهرومغناطيسية
توجد الكثير من الاستخدامات الطبية للموجات الكهرومغناطيسية إذ نجدها في أشعة جاما المستخدمة في علاج السرطان.
الأشعة السينية التي تستخدم في عمليات تحديد أماكن الإصابات أو الاضطرابات الداخلية.
الأشعة الفوق بنفسجية والتي تستخدم في المصابيح الشمسية والفلورية.
الموجات تحت الحمراء والتي تستخدم في علاج بعض الأمراض الجلدية وكذلك في صقل المينا.
إلى جانب استخدامات أخرى بخلاف الاستخدامات الطبية كما هو الحال مع موجات الميكروويف وموجات الراديو.
