الموجات الكهرومغناطيسية وانواعها واستخداماتها في حياتنا اليومية
المقدمة
الطاقة الكهرومغناطيسية هي احدى أنواع الطاقة الموجودة في الكون، كما تلعب دورا في الوظائف الحيوية للكائنات الحية كافة تستخدم في موجات الراديو وفي التلفزيون والاذاعة والاتصالات اللاسلكية وفي الطيف الراديوي بالإضافة الى الاستخدامات المتعلقة الانترنت تستخدم الأشعة فوق البنفسجية منها تستخدم كمطهر، كما تستخدم الأشعة تحت الحمراء في صقل مينا الاسنان وتستخدم في المعدات العسكرية مثل الكاميرات والنظارات الليلية وكذلك تستخدم في علاج السرطان مثل اشعة جاما لها القدرة على قتل الخلايا الحية حيث تقتل الخلية او النسيج الذي تمر علية.
وفي المقابل أيضا أن كثير من الدراسات العلمية توصلت ان لهذه الاشعاع الكهرومغناطيسي الكثير من الآثار السلبية على صحة الانسان فعلى سبيل المثال ان معدلات الإصابة بكل انواع السرطانات ولاسيما اللوكيميا ( للصغار والكبار ) تحدث نتيجة التعرض لموجات الرادار وموجات الراديو، وكذلك تأثيرها على الحامض النووي DNA فعند تعرض الحامض النووي داخل الخلية الحية الى موجات المايكروويف، وموجات الهاتف المحمول يؤدي الى تهتك ودمار في السلسلة الكيميائية للحامض، وايضا هنالك تأثيرات اخرى على النخاع الشوكي مما يؤثر على الكرات الحمراء والبيضاء وجهاز الدماغ والجهاز التناسلي ومن مصادر التلوث الكهرومغناطيسي الهاتف النقال حيث تنبعث منه أشعة كهرومغناطيسية بتردد ۹۰۰ مليون هرتز على شكل نبضات، وتصدم هذه النبضات بخلايا المخ ۲۱۷ مرة كل ثانية مما يؤدي الى بعض الأمراض.
1-1 الموجات الكهرومغناطيسية
مقدمة:
في عام ۱۸۲۰ لاحظ العالم أورستد Orested أنه إذا مر تيار في سلك فأنه ينشأ تأثير مغناطيسي متمثلا في انحراف ابرة مغناطيسية موضوعة بجوار السلك وقد ربط اكتشاف اورستد علاقة بين علم الكهربية وعلم المغناطيسية سميت الطيف الكهرومغناطيسي أو الأشعة الكهرومغناطيسية او الامواج الكهرومغناطيسية، كلها تحمل نفس المعنى الفيزيائي.
الموجات الكهرومغناطيسية Electromagnetic Waves هي الموجات التي تنتشر في الفراغ والأوساط المادية، ومن اشهر انواعها موجات الضوء والاشعة السينية واشعة جاما. وتتكون هذه الموجات من مجالين كهربائي ومغناطيسي متعامدين احدهما على الآخر متغيران الضوء المرئي والمايكروويف وأشعة اكس واشعة جاما وموجات التلفزيون والراديو كلها عبارة عن اشعة تعرف باسم الأشعة الكهرومغناطيسية Electromagnetic Radiation وكلها لها نفس الخصائص ولكنها تختلف في الطول الموجي الموجي Wavelength والتردد Frequency كما هو واضح في الشكل (۱۱) تتكون المجالات الكهرومغناطيسية من مجال مجال كهربائي ومجال مغناطيسي متعامدان على بعضمها عادة توصف هذه المجالات بالمقدار والاتجاه وتكون الموجات الكهرومغناطيسية من مجالات مغناطيسية متذبذبة، وتتفاعل بشكل مباشر مع الانظمة البيولوجية مثلا خلايا الانسان والحيوانات والنباتات وحتى نستطيع أن نفهم تلك التفاعلات بشكل أفضل فلابد من ان نتعرف على الخواص الفيزيائية للموجات التي تشكل لنا الطيف الكهرومغناطيسي.
۲-۱ خصائص الاشعة الكهرومغناطيسية :
المجالات الكهرومغناطيسية هي موجات تنطلق بسرعة ٣٠٠ ألف كيلومتر في الثانية وتحمل طاقة يطلق عليها الفوتونات، وتتكون هذه المجالات من مجالين ينتشران في اتجاهين متعامدين هما المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي بواسطة طول الموجة او التردد أو الطاقة، وترتبط هذه العوامل الثلاثة الطول الموجي التردد الطاقة بعلاقات فيما بينها الكهرومغناطيسية لها طول موجي وتردد يحدد خصائصها وترتبط بسرعة الإشعاع الكهرومغناطيسية مع التردد والطول الموجي من خلال المعادلة
c=νλ............(1-1)
سرعة الموجة : C
التردد : v
الطول الموجيةλ
الشكل (۱۱) يوضح الموجات الكهرومغناطيسية والعلاقة بين تردد أطوال الموجة الطيف الكهرومغناطيسي يبدأ من امواج الراديو ذات الطول الموجي الطويل والتردد المنخفض ثم منطقة أشعة المايكروويف ومنطقة الأشعة تحت الحمراء ثم منطقة الأشعة المرئية ثم منطقة الأشعة فوق البنفسجية ثم منطقة أشعة اكس ثم منطقة اشعة جاما. وهذه التسلسل هو تبعاً لزيادة التردد هذه الموجات. ولكل منطقة من مناطق الطيف الكهرومغناطيسي خصائص تميزها عن بعضها البعض وبناء علية انتجت تطبيقات مختلفة لهذه الأشعة. وللعلم فإن منطقة الطيف المرئي هي الي منحنا الله سبحانه وتعالى القدرة على رؤيتها وهي المنطقة الي تستجيب لها شبكية العين لتتمكن من رؤية الأشياء من حولنا يتحدد تأثير الموجات الكهرومغناطيسية على النظم البيولوجية من ناحية بشدة المجالات ومن ناحية أخرى طاقة الفوتون.
۱- انواع الموجات الكهرومغناطيسية
يطلق مفهوم الموجات الكهرومغناطيسية على الموجات الى تنشئ نتيجة الاهتزازات بين مجال كهربائي ومجال مغناطيسي، أي انها تتكون من مجالات كهربائية ومغناطيسية متذبذبة، وتنتقل بسرعة عالية في الفراغ، ويمكن تقسيم الموجات الكهرومغناطيسية الى نطاق من الترددات الشي يعرف باسم الطيف الكهرومغناطيسي ومن الأمثلة على الموجات الكهرومغناطيسية
١ - موجات الراديو : تنشأ موجات الراديو عن اهتزاز الالكترونات في الهوائي ترسل موجات الراديو بطريقة خاصة توضح استخدامها كموجات الراديو او للتلفاز وكيفية استخدامها لتكوين الصور أو الأصوات.
٢ - الموجات الدقيقة Micro Waves : هي موجات راديوية قصيرة الطول الموجي يتراوح طولها بين ( ۱۰ نانومتر إلى ۳×۱۰ اس ۸ نانومتر ) ويمكن توليدها بواسطة اجهزة الكترونية خاصة. ولقصر طولها الموجي فأنها تستثمر في انظمة البث الاذاعي وفي التلفاز والرادار وملاحة الطيران وانظمة الاتصالات من مثل اجهزة الهاتف النقال. ومن التطبيقات العملية لهذه الموجات أيضاً افران الميكروويف إذ تؤمن عمليات الطبخ المنزلي بوقت قصير.
٣ - الموجات تحت الحمراء Infrared Waves : تطلق الاجسام الحارة هذه النوع من الاشعاع، وفي الحقيقة فإن كل الاجسام تطلق الاشعة تحت الحمراء بنسب متفاوتة حيث ينتج هذه الاشعاع عن اهتزاز الجزيئات السريع، وكلما زادت حرارة الجسم فأن الموجات تحت الحمراء تصبح اقصر .
٤- الضوء المرئي
إن شكل المحسوس لجميع البشر بل ولمعظم الكائنات من الموجات الكهرومغناطيسية هو الضوء المرئي وطيفه الذي تستطيع العين البشرية أن تميز . وينتج الضوء عموما عند تسخين الأجسام لدرجة حرارة عالية، نتيجة لإعادة ترتيب الإلكترونات في الذرات والجزيئات، وتتراوح أطوال موجات الضوء المرئي بين حوالي ۷ میکرومتر للضوء الأحمر ويقل حتى يصل إلى حوالي ٠،٤ ميكرومتر للضوء البنفسجي أي يتراوح تردد موجاته بين ۲۱۰۱٤، هيرتز للضوء الأحمر وحتى ۷۰۵×١٤٨۱۰ هيرتز للضوء البنفسجي). ويتكون طيف الضوء المرئي من سبعة ألوان مرتبة حسب الطول الموجي من الأكبر للأصغر كالتالي : الأحمر، و البرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي. تعتبر الشمس المصدر الرئيس للضوء المرئي ضمن حدود المجموعة الشمسية، وتعتمد حساسية العين البشرية للضوء على الطول الموجي له وتبلغ هذه الحساسية ذروتها عند الطول الموجي المتوسط (حوالي ٠،٥٦ ميكرومتر ) أي ما بين الضوء الأصفر والأخضر .
والضوء المرئي من أهم مقومات الحياة حيث يمثل الطاقة الأساسية في عملية التمثيل الضوئي في النبات المصدر الرئيس للغذاء والأوكسجين على ظهر البسيطة
٥ - الأشعة فوق البنفسجية
يعني مصطلح الأشعة فوق البنفسجية الإشعاعات الكهرومغناطيسية التي يفوق ترددها تردد الضوء البنفسجي، وتمتد الأطوال الموجبة لهذه الشريحة بين الطول الموجي للضوء البنفسجي الذي يبلغ حوالي ۰،۳۸ ميكرون وحتى حوالي 1 نانومتر النانومتر - ۹۸۱۰ متر)، أي أنه يتراوح تردد الموجات فوق البنفسجية بين ١٤٨١٠٧،٥ وإلى ۳×۱۷۸۱۰ هيرتز.
وتعتبر الشمس أحد أهم مصادر الأشعة فوق البنفسجية كما يمكن إنتاج هذه الأشعة بيسر بواسطة مصابيح خاصة شديدة الوهج لاستخدامها في العديد من الاغراض العلمية والتسخين وتمتص معظم الأشعة فوق البنفسجي القادمة من الشمس بواسطة ذرات وجزيئات الطبقة العليا من الغلاف الجوي المحيط بالأرض
والمعروفة بطبقة الستراتوسفير الأمر الذي يقي الانسان وكثيرا من الكائنات الحية الآخر من التأثيرات الضارة لهذه الاشعة
٦ - الاشعة السينية X - Rays : يستخدم انبوب خاص الانتاج هذه النوع من الموجات حيث تقذف الالكترونات السريعة جدا على هدف معدني مما ينتج عنه انطلاق اشعة قصيرة الموجة وتتميز بقدرة عالية على الاختراق. وتستطيع هذه الاشعة الانتقال عبر المواد عالية الكثافة مثل الرصاص وكلما كان الطول الموجي للأشعة السينية كبيره كلما قلت قدرتها على الاختراق وعندئذ تستخدم الاختراق اللحم داخل جسم الانسان ولكنها لا تستطيع اختراق العظم، ولذلك فإن الصورة باستخدام الأشعة السينية تظهر صورة العظام واضحة وجميع انواع الاشعة السينية ضارة حيث انها تتلف الخلايا الحية في جسم الإنسان
٧ - اشعة جاما Rays- : موجات الكهرومغناطيسية عالية التردد ذات طاقة عالية جدا لها اثار مدمرة على الانسجة والخلايا الحية وتستخدم في الطب العلاج الأورام السرطانية.
١ - ٤ استخدامات الموجات الكهرومغناطيسية في حياتنا اليومية
تعتبر الموجات الكهرومغناطيسية اشعاعاً من اشعاعات الطاقة التي تمتلك مجالاً كهربائياً ومغناطيسياً متغير بمرور الوقت حيث تتحرك بسرعات عالية جدا، وتستطيع الانتقال في الفراغ، ويوجد العديد من الاستخدامات لها في حياتنا اليومية، ومن هذه الاستخدامات ما يأتي :
١ - الراديو والتلفاز : تستخدم الموجات الراديوية عادة الاغراض بث الاشارة عن العديد من التقنيات المختلفة أو بمساعدة الاقمار الصناعية حيث يمكنها الانتقال عبر الهواء بسهولة، كما انه لا يتم امتصاصها من خلال العوائق التي تواجهها في مسارها، مما يجعل القدرة على الاتصال المسافات طويلة ممكناً.
۲- افران الميكروويف : تستفيد افران الميكروويف من طاقة العالية التي تمتلكها الموجات الكهرومغناطيسية لتسخين وطهي الطعام، اذ يعتبر مدى تردد الموجات التي يستخدمها مرتفعاً، إذ تنعكس الموجات الكهرومغناطيسية عند اصطدامها بسطحه الداخلي ويمتصها الطعام الموجود داخله.
٣- اجهزه الاتصال: تستخدم العديد من اجهزن الاتصال كالهواتف الخلوية ووسائل الاتصال اللاسلكي الموجات الكهرومغناطيسية لنقل البيانات فيما بينمها ، حيث يتيح التردد العالي للموجات التنقل عبر الغلاف الجوي بسهوله ولمسافات طويلة ، كما تستخدم من اجل ارسال واستقبال البيانات من الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض .
٤- المعدات العسكرية تستخدم الموجات الكهرومغناطيسية في العديد من المعدات العسكرية للمساعدة في العمليات على اختلافها ، مثل الكاميرات، ونظارات الرؤية الليلية .
٥ - علاج السرطان : تمتلك بعض الموجات الكهرومغناطيسية ذات الطاقة العالية ، مثل اشعه جاما القدرة على قتل الخلايا الحيه ، لذا تستخدم في المجال الطبي العلاج مرض السرطان ، حيث تقتل الخلية أو النسيج السرطاني الذي تمر عبره .