محتويات
هل سرعة الموجة الكهرومغناطيسية خلال العازل اقل من سرعتها في الفراغ
سرعة الموجة الكهرومغناطيسية خلال العازل اقل من سرعتها في الفراغ بالفعل.
والسبب في انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ أكبر من سرعة انتشاره في الأوساط العازلة التفاعلات بين جزيئات المادة والأمواج الكهرومغناطيسية، فتنتقل هذه الأمواج عبر الجزيئات، وتتفاعل مع الجزيئات المكونة للمادة جزيء جُزيء لتنقل الطاقة الكهرومغناطيسية لها.
تفاعل الطاقة الكهرومغناطيسية مع الذرات يسبب تباطؤ في انتشار الأمواج في المواد العازلة، لذا يحتاج الانتشار إلى وقت أكبر للانتشار من أجل التفاعل مع الجزيئات، ونقل الطاقة منها، لذا عند إجراء مقارنة بين سرعة الطاقة الكهرومغناطيسية بالفراغ والمواد العازلة نستنتج أنها أسرع في الفراغ.
ففي الفراغ لا توجد جزيئات لتتفاعل معها الطاقة الكهرومغناطيسية بل إنها تسبح بحرية وتكون على شكل أمواج كهرومغناطيسية، وبشكل عام إعاقة حركة الطاقة الكهرومغناطيسية في الأوساط العازلة يؤثر على سرعة انتقال الأصوات والاتصالات والإشارات في هذه الأوساط.
هذا ما يفسر استخدام الأوساط العازلة للنظام الكهرومغناطيسي ونظام الاتصالات من خلال مراعاة تصميمات وتطورات النظام لعزل الصوت ووقوع صدمات كهربائية بسبب الطاقة الناتجة، لذا يتن الابتعاد عن هذه المواد عند اتباع طرق توليد الموجات الكهرومغناطيسية. [1]
هل تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ
نعم، تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ، ولا تحتاج لأوساط مادية كي تنتشر فيها.
ففي الأساس الموجات الكهرومغناطيسية هي موجات غير ميكانيكية أي لا تنشأ من الحركة الاهتزازية، وفي الحقيقة الموجات الكهرومغناطيسية لا تحتاج إلى أوساط عازلة للانتشار، لأنها تمر بحرية في الفراغ.
تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية من مصدر الاضطرابات إلى خارجه، وفي جميع الاتجاهات، لا تتوقف الطاقة عن انتشارها إلى أن يعيقها وسط عازل للطاقة.
والحري الذكر أن الموجات الكهرومغناطيسية كلما ابتعدت عن مصدرها يزداد انتشارها، وكلما زاد عدد الموجات في منطقة معينة ازدادت الطاقة المنقولة، والعكس صحيح تقل الطاقة المنقولة بنقصان الموجات. [2]
ما هي خصائص الموجات الكهرومغناطيسية
تتعدد الخصائص التي تتمتع فيها الموجات الكهرومغناطيسية، يمكن حصر هذه الخصائص على النحو التالي:
- طبيعة الموجات الكهرومغناطيسية مُستعرضة، بمعنى أن قابليتها للاستقطاب عالية جداً.
- تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية عندما يتعامد المجال الكهربائي مع المجال المغناطيسي في زاوية قائمة مع اتجاه انتشار الموجة.
- تبلغ سرعة انتقال الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ 3 × 10 8 متر / بالثانية، وهي سرعة ثابتة.
- لا تتطلب الموجات الكهرومغناطيسية إلى وسط مادي كي تنتشر فيه، لأنها موجات غير ميكانيكية.
- يحسب المجال الكهرومغناطيسي لأي منبع طاقة وفقاً للقانون التالي: c = f × lect، بحيث أن:
- f هو التردد ويقاس بالواحدة الدولية هيرتز.
- lect هو الطول الموجي، ويقاس بالواحدة الدولية متر.
- بمعنى يعطى قانون المجال المغناطيسي بحاصل ضرب التردد بالطول الموجي.
- كون أن السرعة الثابتة للضوء تساوي 3 × 10 8 متر / بالثانية نستنتج أن العلاقة بين التردد وسرعة الضوء والطول الموجي تؤدي إلى معرفة أن الموجات الكهرومغناطيسية تنتقل بسرعة الضوء بغض النظر عن الطول الموجي والتردد.
- كل من المجالين المغناطيسي والكهربائي المتذبذب في نفس الطور، ويتم حساب سرعة الموجة الكهرومغناطيسية بنسبة المجال الكهربائي إلى المجال المغناطيسي. [3]
كيف تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية
تنشأ الموجات الكهرومغناطيسية عندما يحدث تلامس بين مجالين الأول كهربائي والآخر مغناطيسي، بمعنى أن هذه الموجات عبارة عن تركيبة تحتوي على موجات كهربائية ومغناطيسية متذبذبة، والحري بالذكر أن هذه الموجات هي حلول معادلات ماكسويل، والمعادلات الأساسية للديناميكا الكهربائية، أما عن طريقة إنتاجها وانتقالها يكون على النحو التالي:
- ينتج المجال الكهربائي عن جسيم مشحون بالطاقة، يؤثر المجال الكهربائي الناتج على الجسيمات المشحونة الأخرى مما يؤدي إلى تسارع الشحنات الموجبة باتجاه المجال، والشحنات السالبة بالاتجاه المعاكس لها.
- يَنتج المجال المغناطيسي عن جسم مشحون متحرك، يؤثر المجال بالجسيمات المتحركة الأخرى، فتكون القوة المؤثرة على هذه الشحنات متعامدة مع اتجاه سرعتها، أي تغير اتجاه السرعة فقط لا سرعتها.
- ينتج المجال الكهرومغناطيسي بجسم مشحون متسارع، وتكون الموجات الكهرومغناطيسية مجالات كهربائية ومغناطيسية تنتقل في الفراغ بسرعة الضوء.
- يقال عن الجسيم المشحون أنه متسارع عندما يتأرجح حول موضع التوازن.
- تنقل الموجات الكهرومغناطيسية الطاقة في الفَراغ أسرع من الأوساط المَادية العَازلة. [4]
ما هي مصادر الموجات الكهرومغناطيسية
المصدر الأساسي للموجات الكهرومغناطيسية مزيج من موجات المجال الكهربائي والمغناطيسي، والتي تنشأ من تحرك الشحنات.
جميع الموجات الكهرومغناطيسية تبدأ بجسيم مشحون يخلق مجال كهربائي، ومع تسارع الجسيم المشحون تنشأ تموجات أو تذبذبات في المجال الكهربائي فينتج عن ذلك مجال مغناطيسي كما تنبأ ماكسويل في معادلاته.
يكون المجال المغناطيسي الناتج عمودي على المجال الكهربائي بزاوية تسعين درجة، وهكذا تنشأ الموجات المغناطيسية، والخري بالذكر أن هذه الموجات تنتشر في الفراغ دون الحاجة لوجود وسط عازل، هذا ما يفسر وصول أشعة الضوء من الشمس إلى الأرض رغم المسافة الشاسعة بينها. [5]
سرعة الموجة الكهرومغناطيسية داخل المواد العازلة (مثل الزجاج، والبلاستيك، والخشب) تكون أقل من سرعتها في الفراغ