Follow along with the video below to see how to install our site as a web app on your home screen.
ملاحظة: This feature may not be available in some browsers.
أعضاء ملتقى الشعراء الذين لا يمكنهم تسجيل الدخول او لا يمكنهم تذكر كلمة المرور الخاصة بهم يمكنهم التواصل معنا من خلال خاصية اتصل بنا الموجودة في أسفل الملتقى، وتقديم ما يثبت لاستعادة كلمة المرور.
الطيف الكهرومغناطيسي
الطيف الكهرومغناطيسي أو الأشعة الكهرومغناطيسية أو الامواج الكهرومغناطيسية كلها تحمل نفس المعني الفيزيائي وحين التحدث عن جزء خاص من هذا الطيف الكهرومغناطيسي مثل الضوء المرئي والمايكروويف واشعة اكس واشعة جاما وموجات التلفزيون والراديو كلها عبارة اشعة تعرف باسم الاشعة الكهرومغناطيسية Electromagnetic Radiation وكلها لها نفس الخصائص ولكنها تختلف في الطول الموجي Wavelength أوالتردد Frequency ولتوضيح ذلك استعن بالعرض التوضيحي ادناه وقم بتحريك المؤشر لتغيير الطول الموجي. لاحظ أنه كلما ازداد الطول الموجي قل التردد والعكس صحيح.
وكما نعلم فإن الامواج المتكون في وسط مثل الماء فإن جزيئات الوسط (الماء) هي التي تتذبذب فتنتج اضرابات تنتشر في وسط الماء. وكذلك الحال في الامواج الصوتية حيث ان الصوت ينتقل من خلال اضراب في جزيئات الهواء على شكل تضاغط وتخلخل ينتشر في الفراغ. ولكن الحال مختلف في الامواج الكهرومغناطيسية حيث أن الذي يتموج (يتذبذب) في هذه الحالة هو المجال الكهربي الذي ينشئ من تذبذب الجسيمات المشحونة مثل الإلكترون ذو الشحنة السالبة أو البروتون ذو الشحنة الموجبة. فإذا افترضنا شحنة سالبة (إلكترون) مرتبطة بزنبرك لنجعلها تتذبذب تحت تإثير قوةالزنبرك كما في الشكل التوضيحي ادناه حيث بامكانك زيادة قوة الزنبرك من خلال المؤشر اسفل الشكل واعطاء الشحنة السالبة إزاحة صغير وتركها تتذبذب فينتج عن ذلك انبعاث اشعة الكهرومغناطيسية تنتشر في الفراغ بسرعة الضوء وتتأثر بها الشحنةالموجبة على الطرف المقابل.
الأشعة الكهرومغناطيسية
وهذا سبب تكون الاشعة الكهرومغناطيسية حيث ان تذبذب الشحنات المكونة للذرة يؤدي إلى انبعاث الطيف الكهرومغناطيسي والذي يقوم بدور الزنبرك هو درجة الحرارة التي تمد الشحنات بالطاقة أو اي نوع من انواع الإثارة Excitation مثل التصادمات وغيره. ويعتمد الطول الموجي للاشعة الكهرومغناطيسية على درجة اثارة الشحنة ومن هنا نجد ان الطبيف الكهرومغناطيسي له مدى واسع وللتميز بين الاطوال الموجية اعطيت اسماء مختلفة مثل اشعة المايكروويف والاشعة المرئية واشعة اكس واشعة جاما وهكذا كما نلاحظ في الشكل المقابل.
خصائص الاشعة الكهرومغناطيسية
الاشعة الكهرومغناطيسية تنتشر في الفراغ بسرعة ثابتة هي سرعة الضوء وقيمتها 3x108m/s2. تنتقل هذه الاشعة في الفراغ وتنقل الطاقة من المصدر source إلى المستقبل receiver. تم اكتشاف هذه الاشعة على مراحل حيث كان العالم هيرتز Hertz 1887 أول من عمل في هذا المجال وكان في ذلك الوقت فقط اشعة الراديو والاشعة المرئية ومن ثم تم اكتشاف باقي الطيف الكهرومغناطيسي من خلال الملاحظات والظواهر الفيزيائية.
الاشعة الكهرومغناطيسية لها طول موجي وتردد يحدد خصائصها وترتبط سرعة الاشعة الكهرومغناطيسية مع التردد والطول الموجي من خلال المعادلة
كما هو واضح في الشكل المقابل مخططاً لكامل الطيفالكهرومغناطيسي حيث يبدأ من امواج الراديو ذات الطول الموجي الطويل والتردد المنخفط ثم منطقة اشعة المايكروويف ومنطقة الاشعة تحت الحمراء ثم منطقة الاشعة المرئية ثم منطقة الاشعة فوق البنفسجية ثم منطقة اشعة اكس ثم منطقة اشعة جاما. وهذا التسلسل هو تبعاً لزيادة تردد هذه الموجات. ولكل منطقة من مناطق الطيف الكهرومغناطيسي خصائص تميزها عن بعضها البعض وبناء عليه نتجت تطبيقات مختلفة لهذه الاشعة وللعلم فإن منطقة الطيف المرئي هي التي منحنا الله سبحانه وتعالى القدرة على رؤيتها وهي المنطقة التي تستجيب لها شبكية العين لتتمكن من رؤية الاشياء من حولنا.
الطيف الكهرومغناطيسي
Region Wavelength
تجدر الاشارة إلى أن الاشعة الكهرومغناطيسية لها طاقة تعطى بالمعادلة
E = h
حيث أن الثابت h هو ثابت بلانك
h = 6.6x10-34 J.s
وتستخدم وحدة الالكترون فولت للتعبير عن طاقة الاشعة الكهرومغناطيسية
1 e.v. = 1.6 x 10-19 J
نستنتج من ذلك أنه كلما زاد التردد ازدادت الطاقة وعليه فإن طاقة اشعة جاما اكبر ما يمكن في الطيف الكهرومغناطيسي وكما نعلم ان جسم الانسان يتحمل طاقة اقصاها طاقة الطيف المرئي وتعتبر طاقة الطيف فوق الازرق ضارة وتسبب حرق لخلايا الجسم وكذلك طاقة اشعة اكس تستطيع اختراق جلد البشري والتعرض لها يسبب خطورة كبيرة. سنقوم بدراسة كل منطقة من مناطق الطيف الكهرومغناطيسي على حدى لتوضيح المزيد من المعلومات عن تولدها واستخداماتها.
تعني كلمة Infra تحت وهذا يعني اننا في منطقة الاشعة تحت الحمراء والتي ترددها اقل من تردد الاشعة الحمراء في الطيف الكهرومغناطيسي المرئي. الاجهزة التي تستخدم الاشعة تحت الحمراء يمكنها الرؤية في الظلام الدامس لأنها تعتمد على الاشعاع الحراري المنطلق من الاجسام (انظر أيضاً اجهزة الرؤية الليلية). ويسم الجهاز المستخددمللرؤية الليلية بالبالوميتر Balometers.
يقع طيف الاشعة تحت الحمراء بين الطيف المرئي وطيف اشعة المايكروويف. تغطي الاشعة تحت الحمراء منطقة واسعة من الطيف الكهرومغناطيسي ككل وتقسم إلى ثلاثة مناطق وهي على النحو التالي:
الاشعة تحت الحمراء القريبة Near infrared وهي الاقرب إلى الاشعة المرئية وبالتحديد اللون الأحمر.
الاشعة تحت الحمراء البعيد Far infrared وهي التي تكون الاقرب إلى اشعة المايكروويف.
الاشعة تحت الحمراء الوسطى Med infrared وهي التي تقع بين المنطقتين السابقتين.
الأشعة تحت الحمراء هي أشعة حرارية وتنبعث من كافة الاشياء من حولنا مثل الفرن او المصباح الحراري أو من الاحتكاك أو من تسخين أي جسم وتنبعث كذلك من اجسامنا وهي الاشعة التي تصلنا من الشمس ويشعر الجلد بالدفء عند التعرض إلى اشعة الشمس.
ولهذا تستخدم الاشعة تحت الحمراء في بعض الاحيان لتسخين الطعام أو الابقاء عليه ساخناً.
يجب التأكيد على نقطة هامة وهي أن الاشعة تحت الحمراء القريبة لا تعد ساخنة ولا يمكن الشعور بها وهي التي تستخدم في أجهزة الرموتكنترول للتحكم بالاجهزة عن بعد.
________________________________________
العديد من الاشياء تصدر اشعة تحت الحمراء مثل جسم الانسان والحيوان والنباتات وكذلك الكرة الأرضية والشمس والاجرام السماوية، هذه الاشعة ليمكن رؤيتها بالعين المجردة وباستخدام اجهزة خاصة تمكن الانسان من الرؤية في الظلام الدامس باستخدام هذه الاشعة.
صورة الكرة الارضية مصورة بواسطة قمر صناعي يعمل في مدى ا لاشعة تحت الحمراء واختلاف الالوان علىالصورة هي نتيجة تحليل الكمبيوتر للصورة الحرارية ومن ثم تقسيمها إلى ألوان لنتسنتج توزيع السحبفي تلكاللحظة وموقع المسطحات المائية واليابسة علىالكرةالأرضية, هذه المعلوماتلايمكنتصويرهابدقة باستخدامالاشعة المرئية..
الطب:
يستخدم الأطباء الأشعة تحتالحمراء لمعالجة الأمراض الجلدية ولتخفيف الألم التي قد تصيب العضلات. يتم في هذه المعالجة تسليط الاشعة تحت الحمراء على جسم المريض حيث تخترق الجلد وتعمل على تدفأة الجلد بدرجة معينة لتنشيط الدورة الدموية.
الصناعة:
استخدمت الاشعة تحتالحمراء في بعض الافران الخاصة للطلاء الجاف للاسطح مثل الجلد والمعادن والاوراق والاقمشة. كذلك طور العلماء بعض النوافذ الخاصة المستخدمة في المكاتب والمنازل بحيث تعكس الاشعة تحت الحمراء وبهذا يمكن الحفاظ على درجة حرارة ثابتة للمكاتب. كما يستخدم بعض المصورين افلام حساسة للأشعة تحت الحمراء للتصوير في الظروف التي ينعدم فيها توفر الاشعة المرئية اي التصوير في الظلام باستخدام طيف الاشعة تحت الحمراء.
الأشعة فوق البنفسجية
Wavelength - 1 x 10 -8 to 5 x 10 -8 m
الأشعة فوق البنفسجية لها طول موجي أقصر من الطول الموجي للضوء الأزرق. الأشعة فوق البنفسجية غير مرئية بالنسبة للأنسان ولن بعض الحشرات والطيور يمكن أن ترى بواسطتها. كما أن هذه الاشعة تساعد على تنشيط التفاعلات الكيميائية في النباتات ولكن التعرض لها أكثر من اللازم يقتل الخلايا النباتية. اكتشفت الاشعة فوق البنفسجية في العام 1801 من قبل العالم Johann W. Ritter بواسطة تجربة عملية قام فيها باستخدام منشور لتحليل ضوء الشمس إلى ألوانه الاساسية وتعريض كل لون على عينة من الكلوريد ولاحظ ان الضوء الأحمر يحدث تأثير طفيف للكلوريد ولكن الضوء ذو اللوون البنفسجي سبب في اسمرار لون الكلوريد. وبمجرد تعريض الكلوريد إلى المنطقة بعد اللون البنفسجي احترقت عينة الكلوريد تماماً، وهذا اثبات على وجود طيف كهرومغناطيسي غير مرئي بعد اللون البنفسجي أطلق عليه بالاشعة فوق البنفسجية ultraviolet أو UV light.
قسم العلماء منطقة طيف الأشعة فزق البنفسجية إلى ثلاثة مناطق ترجع إلى طاقة الأشعة وهذه المناطق تعرف بـ:
• الأشعة فوق البنفسجية القريبة near ultraviolet وهي القريبة من الطيف المرئي.
• الاشعة فوق البنفسجية المتوسطة far ultraviolet وهي التي تقع بين المنطقة القريبة والمنطقة البعيدة.
• الاشعة فوق البنفسجية البعيدة extreme ultraviolet وهي الأقرب إلى أشعة اكس والتي لها اكبر طاقة.
تشع شمسنا كافة الأطياف الكهرومغناطيسية ولكن الأشعاع الذي يسبب اسمرار الجلد عند التعرض لأشعة الشمس هو الاشعة فوق البنفسجية حيث أن جزء غير بسيط من هذه الأشعة تستطيع اختراق الغلاف الجوي، ولا شك في اننا قد لاحظنا لسعة أشعة الشمس على الجلد عند تعرضنا مباشرة لها، هذه اللسعة لا نشعر بها في حالة سقوط اشعة الشمس من خلال نافذة من الزجاج لأن الزجاج يمتص الاشعة الفوق بنفسجية. والصورة المبينة في الشكل توضح كيف تبدو الشمس بالاشعة الفوق بنفسجية عند طول موجي 171 أنجستروم.
The Angstrom is a unit length equal to 10-10 meters.
________________________________________
وضع العلماء مراصد حساسة للأشعة الفوق بنفسجية على الأقمار الإصطناعية لقياس هذه الأشعة المنبعثة من المجرات والنجوم في هذا الكون الفسيح. تظهر الصورة توهج الكرة الأرضية عند تصويرها بمنظار يعمل بالأشعة فوق البنفسجية والجزء اللامع من الصورة يوضح الجزء من الكرة الأرضية المقابل للشمس.
تطبيقات الاشعة فوق البنفسجية
الطب:
تستخدم الأشعة فوق البنفسجية الصادرة من مصابيح خاصة في تعقيم ادوات الجراحة حيث أن الاشعة فوق البنفسجية تقتل البكتيريا والفيروسات.
الصناعة:
تستخدم الأشعة الفوق بنفسجية في صناعة الدوائر الإلكترونية الرقيقة.
العلوم:
استخدم العلماء الأشعة فوق البنفسجية في دراسة مستويات الطاقة للذرات المختلفة. كا يمكن لعلماء الفلك من تحديد المسافات بين المجرات والنجوم من خلال رصد طيف الأشعة الفوق بنفسجية المنبعثة منها. كذلك يدرس العلماء من خلال مصابيح خاصة تأثير الأشعة فوق البنفسجية على المواد حتي نتأكد من صمودها تحت اشعة الشمس قبل استخدامها في الصناعات المختلفة.
خطورة الاشعة فوق البنفسجية والحماية منها
التعرض للأشعة الشمس المباشرة التي تحتوي على الأشعة فوق البنفسجية يسبب ألام شديدة في العين أو حرق للجلد أو سرطان الجلد. كما أن هذه الاشعة تسبب دمار للنباتات التي تحافظ على طبقة الأوزون. وللوقاية يمكن استخدام النظارات الشمسية التي تمتص هذه الأشعة والابتعاد عن التعرض لأشعة الشمس المباشرة. وتجدر الاشارة أن شاشات التلفزيون تبعث اشعة فوق بنفسجية بالإضافة إلى الاشعة المرئية ولهذا يجب أن أن تكون شاشات التلفزيون بعيدة عنا بما فيه الكفاية لتقليل خطورة هذه الأشعة. والمسافة الصحيحة هي عشرة اضعاف قطر التلفزيون.
اكتشفت اشعة اكس عام 1895 بواسطة العالم الألماني وليام رونتجين Wilhelm Roentgen. حيث قام العالم رونتجين بقذف شعاع الكتروني ذو طاقة حركة عالية خلال تعجيلها في فرق جهد كبير يصل إلى 30000 فولت في انبوبة زجاجية مفرغة من الهواء. عند اصطدام الالكترونات المعجلة بزجاج الأنبوبة المفرغة لاحظ رونتجين توهج واضح على شاشة فوسفورية مثبتة على مسافة قصيرة من . هذا التوهج استمر حتى حين وضع لوح خشبي بين الأنبوبة المفرغة والشاشة الفوسفورية. استنتج رونتجين ان هناك اشعة قوية تنبعث من هذه الأنبوبة وقد اطلق رونتجين على هذه الأشعة باشعة x حيث أنه لم يكن يعلم بعد عن خصائصها. وفي المانيا يطلق عليها باسم اشعة رونتجين.
تنتج اشعة اكس عندما تفقد الالكترونات طاقتها فجأة عند اصطدامها بذرات اخرى. الجهاز الذي ينتج اشعة اكس يعمل على تعجيل الالكترونات المنبعثة من فتيلة إلى سرعات عالية لتصطدم بمعدن يسمى الهدف Target. وعندما تعطي الالكترونات المعجلة جزء من طاقتها إلى ذرات المعدن لاثارته والجزء الباقي ينبعث على صورة اشعة كهرومغناطيسية (اشعة اكس).
بعد دراسة طيف اشعة اكس وتحليله تبين أن له طول موجي أقصر من الطول الموجي للأشعة فوق البنفسجية وهذا يعني أن طاقتها أكبر. ولهذا السبب تستطيع اشعة اكس من اختراق جسم الانسان ولكنها لاتخترك العظم ولهذا استخدمت في تصوير العظام حيث بوضع فيلم حساس لاشعة اكس خلف ساق شخص ما وتسليط اشعة اكس لفترة زمنية قصيرة على الجانب الأخر من الساق يمكن تصوير ظل اشعة اكس على الفيلم ورؤية صورة واضحة لشكل العظم.
واذا افترضنا ان أعيننا يمكن ان ترى في مدى ترددات اشعة اكس فإن الصورة التي سنرها ستكون شبيهة بتلك التي تأخذ في المستشفى.!!!!
تطبيقات اشعة اكس
الطب:
من خصائص اشعة اكس عند تسليطها على جسم الانسان لفترة زمنية متناهية في القصر يمكن تصور العظام حيث انها تنفذ من الجلد ولا تنفذ من العظم وبهذا تستخدم في تشخيص الكسور التي قد تصيب العظام. والشكل التوضيحي التالي يوضح كيف تظهر الصورة باشعة اكس حرك المربع فوق اليد....
الصناعة:
تستخدم اشعة اكس في الصناعة لفحص المواد المستخدمة في التصنيع والتأكد من جودتها، وكذلك في مراقبة الامتعة في المطارات.
العلوم:
تستخدم اشعة اكس في الابحاث العلمية لدراسة التركيب البلوري للمواد ولمعرفة المواد الداخلة في تركيب مادة مجهولة مثل كشف المواد المكونة للخليط الذي استخدمه الفراعنة في التحنيط.
خطورة اشعة اكس والحماية منها
بالرغم من الاستخدامات العديدة لاشعة اكس فإن التعرض لها اكثر من اللازم يؤدي إلى الاصابة بمرض السرضان أو حرق لخلايا الجلد أي أنها اشغعة خطيرة على الحلايا الحية، وللحماية منها حين استخدامها في أحد التطبيقات سابقة الذكر يستخدم جدار حاجز من الرصاص حيث أن الرصاص اكثر المواد امتصاصاً لهذه الاشعة.
كما ان الغلاف الجوي يحمي الكرة الارضية من هذه الاشعة المنبعثة من الشمس أو النجوم حيث يقوم بامتصاصها قبل وصولها إلى سطح الأرض وخطورة ثقب الأوزون تكمن من وجود ثغرة يمكن لهذه الاشعة النفاذ منها إلى سطح الأرض.
ماذا يمكن أن نرى بواسطة اشعة اكس؟
العديد من مكونات الكون مثل الشمس والنجوم والمجرات والثقوب السوداء والنجوم الوامضة تصدر اشعة اكس. ولهذا تم ارسال اقمار اصطناعية بها مراصد حساسة لاشعة اكس وتلتقط صور مبنية علي اسعة اكس المنبعثة من تلك الأجسام، وفي الجدول التالي بعض لهذه الصور.
التقطت هذه الصورة في مارس 1996 للكرة الأرضية بواسطة قمر صناعي تابع لوكالة الفضاء NASA، وتوضح الصورة في المنطقة الحمراء اشعة اكس تكونت من اصطدام جسيمات مشحونة بالطبقات العليا للغلاف الجوي وهي غير خطيرة لأها لاتنفذ إلى سطح الأرض.
الشمس ايضاً تطلق اشعة اكس والصورة المقابلة اخذت للشمس في 27 ابريل 2000 بواسطة قمر صناعي Yokoh
صورة توضح ثقب اسود تصل درجة حرارته إلى مليون درجة مئوية يبعث اشعة اكس.
صورة باشعة اكس لبقايا مجرة تعرضت إلى انفجار عظيم توضح المناطق الزرقاء مكان تركيز اشعة اكس بينما المناطق الخضراء هي اشعة مرئية والمناطق الحمراء لاشعة الراديو المنبعثة، وهذا يعتمد على توزيع درجة الحرارة للمجرة.
اكتشفت اشعة جاما بواسطة العلم الفرنسي فيلارد Villard في العام 1990. هذه الاشعة ذات الطول الموجي الاقصر في الطيف الكهرومغناطيسي وذات الطاقة الأعلى وذلك لأانها تنتج من التصادمات النووية وكذلك من العناصر المشعة. وكما هو الحال في انتاج اشعة اكس تم تعجيل الالكترونات في فرق جهد عالي هنا يتم تعجيل الأنوية بطاقة عالية جداً باستخدام المعجلات مثل السيكلترون cyclotron والسنكلترون synchrotron.
في الطبيعة تنتج اشعة جاما من الشمس نتيجة للتفاعلات النووية وتصل طاقة اشعة جاما إلى مليون الكترون فولت. وتعتبر المجرات السماوية والنجوم المنتشرة في الفضاء من مصادر اشعة اكس. ويعمل علماء الفلك على دراسة هذه الاشعة بواسطة مراصد مخصصة لهذا الغرض لفهم اسرار هذا الكون. كما ان العناصر المشعة مثل ليورانيوم تنتج أشعة جاما باستمرار.
تقطع اشعة جاما مسافات فلكية في الفضاء وتمتص هذه الاشعة فقط عند اصطدامها بالغلاف الجوي للكرة الأرضية. وبهذا يشكل الغلاف الجوي حماية للمخلوقات الحية من هذه الاشعة المدمرة وفي الشكل التوضيحي يبين تأثير الغلاف الجوي للأرض على الطيف الكهرومغناطيسي. نلاحظ أن الاشعة المرئية فقط هي التي تعبر الغلاف الجوي بينما الأطوال الموجية الأقصر تمنع من الوصول لسطح الأرض وذلك لأنها تمتص بواسطة طبقة الأوزون في الغلاف الجوي.
تطبيقات اشعة جاما
الطب:
تستخدم اشعة جاما في الطب لقتل الخلايا المتسرطنة ومنعها من النمو. حيث تنفذ اشعة جاما في الجلد وتعمل على تأيين الخلايا وهذا يسبب قتل تلك الخلايا.
الصناعة:
تستخدم اشعة جاما في الصناعة لفحص انابيب البترول واكتشاف نقاط الضعف فيها. حيث تستخدم اشعة جاما في تصوير هذه الانابيب بتسليط اشعة جاما على الانابيب ويوضع فيلم حساس خلف الانابيب وتتكون صورة الظل على الفيلم حيث تظهر مناطق الضعف بصورة مميزة مثل تصوير عظم الانسان بواسطة اشعة اكس. كما تستخدم اشعة جاما في تخليص المواد الغذائية المصنعة من الجراثيم والباكتيريا وغيره. وتستخدم اشعة جاما في المفاعلات والقنابل النووية.
العلوم:
تستخدم اشعة جاما في تطوير المفاعلات والقنابل النووية والتجارب العلمية لكشف اسرار النواة.
خطورة اشعة جاما والحماية منها
التعرض لأشعة جاما يسبب تأيين للخلايا البشرية وتتسبب بصورة رئيسية في الإصابة بالسرطان. ولوقاية الاشخاص الذين يعملون في مجال اشعة جاما يستخدم حاجز سمكه 1سم من الرصاص حيث ان له أكبر معامل امتصاص لهذه الاشعة.
ماذا يمكن أن نرى بواسطة اشعة جاما؟
توضح الصورة المقابل كيف صورة للقمر باشعة جاما حيث يبدو موهجاً كالشمس، إن الرؤيا بواسطة مراصد تعمل باشعة جاما يتعطينا صورة لما يحدث في اعماق المجرات والنجوم والأجرام السماوية، حيث يطمح علماء الفلك من دراسة طيف اشعة جاما المنبعثة من تلك الأجسام فتح افاق جديد في الفيزياء والتحقق من النظريات التي تفسر نشأة الكون.
تبين الصورة التالية جزء من الكون الفسيح وتوضح النشاط الأشعاعي لأجرام السماوية
