الإشعاع الكهرومغناطيسي هو شكل من أشكال الطاقة التي تنتقل عبر الفضاء والمادة على شكل موجات. تتميز هذه الموجات بطولها الموجي وترددها وطاقتها، وتلعب دورًا حاسمًا في مختلف جوانب الفيزياء والتكنولوجيا والحياة اليومية.
الموجات الكهرومغناطيسية هي تذبذبات للمجالات الكهربائية والمغناطيسية التي تنتقل عبر الفضاء. على عكس الموجات الميكانيكية، فهي لا تحتاج إلى وسط للانتشار، مما يعني أنها يمكن أن تنتقل عبر الفراغ. تتولد هذه الموجات عن طريق حركة الجسيمات المشحونة، مثل الإلكترونات.
تبلغ سرعة الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ حوالي \(3.00 \times 10^8\) متر في الثانية، والمعروفة باسم سرعة الضوء. المعادلة التي تربط سرعة \(c\) والطول الموجي \(\lambda\) والتردد \(f\) للموجات الكهرومغناطيسية هي:
\(c = \lambda f\)حيث \(c\) هي سرعة الضوء، \(\lambda\) هو الطول الموجي، و \(f\) هو تردد الموجة.
يشمل الطيف الكهرومغناطيسي جميع أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي، بدءًا من أشعة جاما ذات الأطوال الموجية القصيرة جدًا إلى موجات الراديو ذات الأطوال الموجية الطويلة جدًا. يتم تصنيف الطيف على النحو التالي، من الأقصر إلى الأطول موجة: أشعة جاما، الأشعة السينية، الأشعة فوق البنفسجية، الضوء المرئي، الأشعة تحت الحمراء، الموجات الدقيقة، وموجات الراديو.
تتمتع كل فئة من فئات الطيف الكهرومغناطيسي بخصائص واستخدامات فريدة، بدءًا من التصوير الطبي بالأشعة السينية وحتى الاتصال بموجات الراديو.
تشمل الخصائص الرئيسية للموجات الكهرومغناطيسية ما يلي:
تتولد الموجات الكهرومغناطيسية عن طريق تسارع الشحنات، وعادةً ما تكون الإلكترونات. عندما يتسارع الإلكترون، فإنه يزعج المجالات الكهربائية والمغناطيسية المجاورة له، مما يخلق موجات تنتشر إلى الخارج. يمكن أن يحدث هذا في الظواهر الطبيعية، مثل البرق، أو في مصادر اصطناعية مثل الهوائيات.
عندما تصطدم الموجات الكهرومغناطيسية بالمادة، هناك عدة نتائج محتملة:
وتعتمد هذه التفاعلات على خصائص المادة والطول الموجي للموجة الكهرومغناطيسية.
للموجات الكهرومغناطيسية مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك:
إحدى التجارب البسيطة لتوضيح الطبيعة الموجية للضوء هي تجربة الشق المزدوج. من خلال تسليط الضوء من خلال شقين متقاربين على الشاشة، يتم إنشاء نمط تداخل من العصابات الساطعة والداكنة. يوضح هذا النمط السلوك الموجي للضوء، وتحديدًا ظاهرتي التداخل والحيود.
مثال آخر هو توليد موجات الراديو، والتي يمكن إثباتها باستخدام دائرة إرسال راديو AM أساسية. يوضح هذا كيف تنتج التيارات الكهربائية المتذبذبة في الهوائي موجات كهرومغناطيسية يمكن اكتشافها بواسطة جهاز استقبال لاسلكي.
يشمل الإشعاع الكهرومغناطيسي مجموعة واسعة من الموجات، بدءًا من أشعة جاما وحتى موجات الراديو، ولكل منها خصائص وتطبيقات فريدة. إن فهم هذه الموجات وتفاعلاتها مع المادة أمر أساسي في العديد من مجالات العلوم والتكنولوجيا والحياة اليومية. ومن خلال التجارب والملاحظات البسيطة، يمكن استكشاف وفهم سلوك هذه الموجات.
