نگاهی کامل به امواج الکترومغناطیسی و ماهیت و کارکرد آن‌ها

طیف الکترومغناطیسی

تابش الکترومغناطیسی در واقع به‌منزله‌ی جریانی از فوتون‌هایی است که در امواج منتقل می‌شوند. فوتون یک ذره‌ی بنیادی برای تمامی شکل‌های تابش الکترومغناطیسی است. اما شاید پرسش این باشد که فوتون چیست؟ می‌توانیم بگوییم فوتون یک توده‌ی انرژی از نور محسوب می‌شود که همیشه در حال حرکت است. در واقع، میزان انرژی که یک فوتون با خود حمل می‌کند، باعث می‌شود این ذره گاهی اوقات رفتاری همانند موج و گاهی اوقات هم رفتاری همانند ذره داشته باشد. دانشمندان از این پدیده با نام دوگانگی موجی‌ذره‌ای یاد می‌کنند. فوتون‌های کم‌انرژی همانند آن‌هایی که در امواج رادیویی وجود دارند، دارای رفتاری شبیه موج هستند و در همین حال، فوتون‌های باانرژی بالا همانند پرتوهای ایکس، بیشتر رفتارهای ذره‌ای از خود نشان می‌دهند.

تابش‌های الکترومغناطیسی می‌توانند از میان فضاهای خالی (خلأ) هم عبور کنند. همین امر موجب تمایز این امواج با سایر انواع موج‌ از قبیل موج‌های صوتی می‌شود که نیازمند وجود یک رسانا یا رابط برای انتقال خود هستند. تمامی شکل‌های تابش الکترومغناطیسی در طیف الکترومغناطیسی قرار می‌گیرند؛ طیفی که در آن تابش‌ها از پایین‌ترین سطح انرژی و بالاترین طول موج به بالاترین سطح انرژی و پایین‌ترین مقادیر طول موج مرتب شده‌اند. هر قدر که انرژی تابش‌ها بیشتر باشد، طبیعتا میزان قدرت آن هم بیشتر است و در نتیجه خطر آن‌ نیز بیشتر خواهد بود. تنها تفاوتی که میان یک موج رادیویی و یک پرتو گاما وجود دارد، در میزان سطوح انرژی فوتون‌های آن‌ها است. در تصویر زیر می‌توانید یک نمای کلی از طیف الکترومغناطیسی را مشاهده کنید.

 

حال به توضیح بیشتر این طیف می‌پردازیم:

امواج رادیویی

این امواج دارای بزرگ‌ترین میزان طول موج در طیف الکترومغناطیسی هستند و بزرگی آن‌ها به‌اندازه‌ی یک زمین فوتبال نیز می‌رسد. این امواج برای انسان نامرئی هستند. امواج رادیویی همان امواجی هستند که باعث پخش موسیقی از رادیوهای محلی و همچنین رسیدن صدا و تصویر به تلویزیون‌ها و همچنین انتقال سیگنال‌ها به گوشی‌های همراه می‌شوند. البته باید توجه داشت که امواج تلفن‌های همراه دارای طول موج کوتاه‌تری در قیاس با امواج رادیویی هستند؛ اما در قیاس با امواج مایکروویو طول موج بلندتری دارند.

امواج مایکروویو

این امواج نیز مثل امواج رادیویی نامرئی هستند. ما از مایکروویوها برای پختن یا گرم کردن غذایمان در فرهای مخصوص استفاده می‌کنیم. ماهواره‌های ارتباطی همچنین از مایکروویوها برای مخابره‌ی صوت در میان تلفن‌ها استفاده می‌کنند. انرژی امواج مایکروویو می‌تواند باعث نفوذ در دوده‌ها، مه‌ها و ابرها شود و از همین رو برای مخابره‌ی اطلاعات کاربرد دارد. برخی از این امواج در رادارها استفاده می‌شوند؛ همانند رادار دوپلری که هواشناس‌ها در اخبار هواشناسی از آن استفاده می‌کنند.

در کنار همه‌ی این موارد باید اشاره کنیم که تمامی جهان هستی نیز دارای امواج پس‌زمینه‌ی کیهانی با شدتی ضعیف است که دانشمندان آن‌ها را با نظریه‌ی بیگ‌بنگ و رویداد انفجار بزرگ مرتبط می‌دانند.

 تابش فروسرخ

فروسرخ میان بخش مرئی و نامرئی طیف الکترومغناطیسی جای می‌گیرد. کنترل‌های ریموت شما از امواج فروسرخ برای تعویض کانال استفاده می‌کنند. ما همچنین هر روز این امواج را از طریق گرمای رسیده از خورشید حس می‌کنیم. تصویربرداری فروسرخ می‌تواند تفاوت‌های دما بین پدیده‌های مختلف را آشکار کند.

مارها می‌توانند تابش فروسرخ را تشخیص دهند و همین توانایی باعث می‌شود آن‌ها قادر به شناسایی محل قرارگیری طعمه‌های خونگرم خودشان در تمام تاریکی شوند.

نور مرئی

نور مرئی در واقع تنها بخشی از طیف الکترومغناطیسی است که چشم‌های ما قادر به رؤیت آن‌ها در حالت عادی است. ما طول‌ موج‌های مختلفی از طیف فوق را به‌صورت رنگ‌هایی متفاوت و در قالب رنگ‌های رنگین‌کمان می‌بینیم. خورشید برای نمونه یک منبع نور مرئی طبیعی محسوب می‌شود. هنگامی که ما به جسمی نگاه می‌کنیم، چشم‌های ما رنگ نور بازتاب داده‌شده را می‌بینند و سایر رنگ‌ها تماما توسط جسم جذب می‌شوند.

 تابش فرابنفش

پرتوهای فرابنفش همان پرتوهایی هستند که باعث آفتاب‌سوخته شدن ما می‌شوند. انسان‌ها در حالت عادی قادر به رؤیت امواج فرابنفش نیستند؛ اما برخی از حشرات این توانایی را دارند. لایه‌ی اوزون در اتمسفر کره‌ی زمین بخش عمده‌ای از تابش‌های فرابنفش را مسدود می‌کند و مانع ورود آن‌ها به لایه‌های داخلی‌تر می‌شود. با این حال گفته می‌شود که لایه‌ی اوزون به علت استفاده از CFC-ها رو به تحلیل می‌رود و در نتیجه سطح تابش‌های فرابنفش نیز نسبت به گذشته بیشتر شده است. این امر می‌تواند به برخی عارضه‌های پوستی از جمله سرطان پوست منتهی شود.