ما هو الطيف الكهرومغناطيسي
الطّيف الكهرومغناطيسي مصطلح عام يشمل جميع الترددات الممكنة من الإشعاعات الكهرومغناطيسية. ويُعرَف الطّيف الكهرومغناطيسي ايضاً (يسمى عادة بالطّيف فقط) بخطوط الأشعة الصادرة من جسم أسود عند درجة حرارة معينة (لكل خط طول موجة معينة وتردد معين). لكل عنصر كيميائي طيف يميزه، أي له مجموعة خطوط متسلسلة تميزه عن غيره، ويسمى هذا الطيف “طيف انبعاث”. يتغير طيف الأشعة المنبعثة من جسم بتغير درجة حرارة الجسم، ويُختار اللون الأسود بالذات لأنه «مثالي» في امتصاص الأشعة ومثالي أيضا في إصدار الأشعة. يكون طيف العناصر عادة في نطاق الضوء المرئي.
يمتدُ الطّيفُ الكهرومغناطيسيّ من الترددات المنخفضة مثل الترددات المستخدمة في الرّاديو، عبر الترددات المتوسطة مثل ترددات أشعة الضوء المرئيّ، إلى الترددات العالية مثل أشعة إكس، وينتهي بأشعة غاما. ويـُعتبرُ أنّ حدَّ أقصرِ طولٍ موجيّ هو طول بلانك، وأكبر طول موجيّ ممكن هو حجم الكون كله. (شاهد علم الفضاء الطّبيعي).
نطاقات الطيف الكهرومغناطيسي
الطيف عبارة عن المجموعة الكاملة للأمواج الكهرومغناطيسية. ونهتم عادة في البحث العلمي بأطياف العناصر حيث يتميز كل عنصر بطيف مميز له مثل بصمة الإصبع عند الأشخاص، ويظهر في هيئة خطوط ضوئية متوازية متجاورة ذات ألوان مختلفة مميزة. وأطياف العناصر تقع بصفة أساسية في نطاق الضوء المرئي من الطيف الكهرومغناطيسي – بين الضوء الأحمر وله طول موجة نحو 700 نانومتر والضوء البنفسجي وله طول موجة 400 نانومتر (انظر الشكل أسفله).
ويتكون الطيف الكهرومغناطيسي من أمواج:
- موجات راديوية
- موجات صغرية
- أشعة تحت الحمراء
- الطيف المرئي (أحمر، برتقالي، أصفر، أخضر، أزرق، بنفسجي)
- أشعة فوق البنفسجية
- أشعة السينية
- أشعة غاما
طيف الضوء المرئي، وهو يقع في وسط طيف الأشعة الكهرومغناطيسية الكلي
وتشمل هذه المجموعات الرئيسية مجموعات تحتية ثانوية أخرى.
يتكون الطيف الكهرومغناطيسي من مجموعات من الموجات لها نفس الخصائص إلا أنها تختلف في أطوالها الموجية وفي تردداتها. كما في الشكل:
1- المجموعات اللاسلكية (الراديوية).
2- الأشعة تحت الحمراء.
3- موجات الطيف المرئي.
4- موجات الأشعة فوق البنفسجية.
5- موجات الأشعة السينية.
6- موجات أشعة غاما.
والجدول أدناه يمثل هذه الموجات وبعض خصائصها. الطيف الكهرومغناطيسي
المجموعة
الطول الموجي (1) التردد (هيرتز) الطاقة (إلكترون فولت)
الموجات الراديوية
> 910 < 3 × 910 < 510
الميكرويف
610 - 910 3 × 910 - 3 ×1210 -510 - 0.01
الأشعة تحت الحمراء
7000 - 610 3 × 1210 - 4.3 × 1410 0.01 - 2
الطيف المرئي
4000 - 7000 4.3 ×1410 - 7.5 ×1410 2 - 3
الأشعة فوق البنفسجية
4000 - 10 7.5 × 1410 - 3 × 1710 3 - 310
الأشعة السينية
10 - 0.1 3 × 1710 - 3 × 1910 310 - 510
أشعة غاما
< 0.1 > 3 × 1910 > 510
يرتبط تردد الموجة مع طولها الموجي بالعلاقة التالية:
سرعة الانتشار = طول الموجة × التردد وبما أن سرعتها ثابتة وهي سرعة الضوء في الفراغ (أو الهواء) = 3 × 810 م / ث = 300000000 م/ث.
إذاً:
س = l × ت د حيث: س: سرعة الضوء في الفراغ = 3 × 810 م / ث. l : طول الموجة. ت د: تردد الموجة.
وتستخدم هذه الموجات في عمليات الإرسال اللاسلكي مثل: 1- الإرسال الإذاعي 2- الإرسال التلفازي 3- الرادار 4- توجيه الطائرات والسفن 5- موجات مركبات الفضاء
ويختلف طول موجات اللاسلكي المستخدمة في كل من هذه الأغراض. وأطولها موجات الإذاعة (موجات طويلة ومتوسطة وقصيرة)، وأقصرها موجات الرادار وموجات مركبات الفضاء والتي تسمى بالموجات الدقيقة.
– تزداد قدرة الموجات اللاسلكية على اختراق طبقات الهواء المتأينة كلما ازداد ترددها، لذلك تستخدم الموجات القصيرة (عالية التردد) في الموجات السماوية بهدف تغطية مساحات أوسع.
وكلما كانت الموجات عالية التردد، كلما استطاعت النفاذ إلى الفضاء الخارجي، مثل: موجات التلفاز والردار، لذلك يمكن الاستفادة من الموجات اللاسلكية القصيرة جداً (الموجات الدقيقة Microwave) في الاتصال بالأقمار الصناعية ومركبات الفضاء لقدرتها على اختراق جميع الطبقات المتأينة إلى الفضاء الخارجي.
الأشعة تحت الحمراء هي أشعة غير مرئية لكننا نحس بوجودها عن طريق الحرارة المتولدة عنها، وتظهر في الطيف الكهرومغناطيسي بنهاية الطيف المرئي ويتراوح طولها الموجي بين 0.7 إلى 1 ميكروميتر.
يمكن دراسة أسطح الأجسام ومكوناتها عن طريق الأشعة تحت الحمراء، كما يمكن استخدامها في دراسة أنواع الصخور والمعادن المكونة لأسطح الأجسام في التصوير.
يعتمد إشعاع الجسم للأشعة الحمراء على ما يلي: 1- طبيعة سطح الجسم. 2- درجة حرارة الجسم.