طيف الأشعة الكهرومغناطيسية
| English | العربية |
|---|---|
| electromagnetic waves/ɪˌlektrəʊməɡˈnetɪk weɪvz/ | موجات كهرومغناطيسية |
| spectrum/ˈspektrəm/ | طيف |
| vacuum/ˈvækjuːm/ | فراغ |
| microwave/ˈmaɪkrəʊweɪv/ | ميكروي |
| infrared/ˌɪnfrəˈred/ | الأشعة تحت الحمراء |
| ultraviolet/ˌʊltrəˈvaɪəlɪt/ | الأشعة فوق البنفسجية |
| gamma/ˈɡæmə/ | غاما |
جميعاً من عائلة واحدة
- الراديو، الحرارة من النار، حروق الشمس، الأشعة السينية الطبية — كلها موجات كهرومغناطيسية.
- تختلف فقط في الطول الموجي (وبالتالي التردد).
- عائلة واحدة، طيف واحد.
ما يشتركون فيه
- جميع الموجات الكهرومغناطيسية عرضية.
- في الفراغ تنتقل جميعها بنفس السرعة، $c = 3.00 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
الطيف الكهرومغناطيسي
مرر عبر الطيف
الموجات الراديوية والضوء المرئي وأشعة غاما كلها نفس الموجة — يتغير فقط الطول الموجي، ومع ذلك يتغير التردد وطاقة الفوتون والاستخدام اليومي.
جميع الموجات الكهرومغناطيسية مستعرضة.
نعم — كل موجة كهرومغناطيسية مستعرضة، وجميعها تسير بسرعة $c$ في الفراغ.
في الفراغ، أي موجة كهرومغناطيسية تسير الأسرع؟
في الفراغ تسير كل موجة كهرومغناطيسية بسرعة $c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
ماذا تشترك فيه جميع الموجات الكهرومغناطيسية؟ حدد كل الخيارات الصحيحة.
عدم الحاجة لوسط هو بالضبط ما يسمح لضوء الشمس بعبور الفضاء. الاستقطاب المستعرض هو ما يجعل كل واحدة منها قابلة للاستقطاب، على عكس الصوت.
الطيف بالترتيب
- من الطول الموجي الطويل إلى القصير: راديو · ميكروويف · تحت الأحمر · مرئي · فوق البنفسجي · أشعة X · غاما.
- مع انخفاض الطول الموجي، يزداد التردد.
رتب هذه حسب زيادة التردد (الأدنى أولاً).
يزداد التردد كلما قل الطول الموجي: راديو (الأطول) → ميكروويف → مرئي → أشعة إكس (أقصر بكثير).
رتب الطيف الكهرومغناطيسي حسب زيادة الطول الموجي.
زيادة الطول الموجي تعني انخفاض التردد وانخفاض طاقة الفوتون، لذا فإن قراءة القائمة عكسياً تجيب على الأسئلة الثلاثة.
الأطوال الموجية والارتباط
- احفظ رتب القدر: الراديو $> 10^{-1}\ \text{m}$؛ الميكروويف $10^{-1}$ إلى $10^{-3}\ \text{m}$؛ الأشعة تحت الحمراء $10^{-3}$ إلى $7 \times 10^{-7}\ \text{m}$؛ المرئية $400$–$700\ \text{nm}$؛ فوق البنفسجية $4 \times 10^{-7}$ إلى $10^{-8}\ \text{m}$; الأشعة السينية $10^{-8}$ إلى $10^{-13}\ \text{m}$; أشعة جاما أقل من حوالي $10^{-10}\ \text{m}$.
- الضوء المرئي هو الحزام الضيق $400$–$700\ \text{nm}$ — بنفسجي في الطرف القصير، أحمر في الطرف الطويل.
- انتقل بين $\lambda$ و$f$ باستخدام $c = f\lambda$.
للضوء المرئي أطوال موجية تقارب:
حوالي $400\ \text{nm}$ (بنفسجي) إلى $700\ \text{nm}$ (أحمر) — شريحة صغيرة من الطيف الكامل.
للموجة الراديوية طول موجي $3.0\ \text{m}$. ما ترددها بالميجاهرتز؟ (استخدم $c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.)
$f = \dfrac{c}{\lambda} = \dfrac{3.0 \times 10^{8}}{3.0} = 1.0 \times 10^{8}\ \text{Hz} = 100\ \text{MHz}$.
تسمية المنطقة
- أسئلة الامتحان تعطيك طولاً موجياً أو تردداً وتطلب أي منطقة. حول إلى طول موجي إذا لزم الأمر، ثم ضعه على السلم.
- أسفل $400\ \text{nm}$ مباشرة يوجد فوق البنفسجي؛ أعلى $700\ \text{nm}$ مباشرة يوجد تحت الأحمر.
- أشعة X وغاما تتداخل في الطول الموجي — تُفرق بينهما حسب مصدرها (أشعة X من الإلكترونات، غاما من الأنوية)، لذا قد يكون أي اسم صحيحاً في منطقة التداخل.
للموجة الكهرومغناطيسية طول موجي 500 نانومتر. ما ترددها بوحدات 1e14 هرتز؟
f = c/lambda = 3.00e8/5.00e-7 = 6.0e14 هرتز، في اللون الأخضر من النطاق المرئي. حول النانومتر إلى متر قبل القسمة.
مثال محلول: أي منطقة، وما هي الفترة؟
(أ) ليزر يصدر موجات بطول موجي $8.1 \times 10^{-8}\ \text{m}$. (ب) رابط قمر صناعي يستخدم $12\ \text{GHz}$. سمّ كل منطقة وأوجد فترة موجات القمر الصناعي بالبيكوثانية.
- (أ) $8.1 \times 10^{-8}\ \text{m} = 81\ \text{nm}$، وهو أقل من $400\ \text{nm}$ لكنه أكبر من $10^{-8}\ \text{m}$: فوق البنفسجي. تردده هو $f = \dfrac{c}{\lambda} = \dfrac{3.00 \times 10^{8}}{8.1 \times 10^{-8}} = 3.7 \times 10^{15}\ \text{Hz}$.
- (ب) $\lambda = \dfrac{c}{f} = \dfrac{3.00 \times 10^{8}}{12 \times 10^{9}} = 0.025\ \text{m}$: بضعة سنتيمترات، إذن ميكروويف.
- الدورة: $T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{12 \times 10^{9}} = 8.3 \times 10^{-11}\ \text{s} = 83\ \text{ps}$.
- التحقق: $1\ \text{ps} = 10^{-12}\ \text{s}$، لذا اقسم على $10^{-12}$ للتحويل — إجابة قدرها $0.083\ \text{ps}$ تعني أن البادئة تم تطبيقها بالطريقة الخاطئة.
للموجة الكهرومغناطيسية طول موجي $5.0 \times 10^{-9}\ \text{m}$. في أي منطقة من الطيف تقع؟
$5.0 \times 10^{-9}\ \text{m} = 5\ \text{nm}$ — أقصر من $10^{-8}\ \text{m}$ (قاعدة نطاق الأشعة فوق البنفسجية)، إذن أشعة إكس.
للميكروويف في رابط الأقمار الصناعية تردد $12\ \text{GHz}$. ما هو دورها بالبيكوثانية؟
$T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{12 \times 10^{9}} = 8.3 \times 10^{-11}\ \text{s}$، و$1\ \text{ps} = 10^{-12}\ \text{s}$، إذن $T = 83\ \text{ps}$.
$c = 3.00 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ هي السرعة في الفراغ (الهواء قريب بما يكفي). في الزجاج أو الماء تنخفض سرعة الموجة وينقص طولها الموجي، لكن ترددها يبقى ثابتاً — التردد ثابت بسبب المصدر. وترتيب الطيف حسب التردد هو عكس ترتيبه حسب الطول الموجي.
عند مرور الضوء من الهواء إلى الزجاج، تقل سرعته وطوله الموجي كلاهما لكن ____ لا يتغير.
التردد تحدد بواسطة المصدر. بما أن $v = f\lambda$، فإن طول موجي أصغر $v$ مع نفس $f$ يعني سرعة أصغر $\lambda$.
التعرف عليها من خلال استخداماتها
- راديو: بث. ميكروويف: هواتف، روابط الأقمار الصناعية، أفران. تحت الأحمر: تحكم عن بعد، تصوير حراري، تدفئة.
- مرئي: رؤية، إشارات الألياف الضوئية. فوق البنفسجي: فلورية، تعقيم، حروق الشمس.
- أشعة X: تصوير طبي. غاما: تعقيم المعدات، علاج السرطان.
لقد فهمت الأمر
- جميع الموجات الكهرومغناطيسية عرضية وتنتقل بسرعة $c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ في الفراغ
- ترتيب حسب الطول الموجي: راديو → ميكروويف → IR → مرئي → UV → X-ray → gamma (التردد يسير بالعكس)
- الضوء المرئي هو $400$–$700\ \text{nm}$؛ استخدم $c = f\lambda$ و$T = \dfrac{1}{f}$ لتسمية المنطقة