آشنایی با کاربرد کلی امواج الکترومغناطیس و موارد استفاده و شدت تساطع آنها در پدیده‌های مختلف

در مقاله‌ای که پیش از این در زومیت منتشر شد، با ماهیت امواج الکترومغناطیس و انواع آن‌ها آشنا شدیم. پیش از این که این مقاله را آغاز کنیم، به چند نکته‌ی مهم از مقاله‌ی پیشین اشاره می‌کنیم.

• جیمز کلارک ماکسول، دانشمندی بود که امواج الکترومغناطیس را به‌صورت ریاضی نظریه‌پردازی کرد.
• امواج الکترومغناطیس می‌توانند بصورت فوتون‌ها یا بسته‌های انرژی فرض شوند که در قالب موج‌هایی با خصوصیات مشخص، حرکت می‌کنند.
• سه خصوصیت مهم امواج الکترومغناطیس عبارت است از: فرکانس (بسامد)، طول موج و انرژی.

در این مقاله، کاربرد این امواج را بررسی می‌کنیم. زندگی بدون امواج الکترومغناطیس ممکن نیست؛ بنابراین به مثال‌هایی از کاربرد آن‌ها در زندگی روزمره خواهیم پرداخت.

هر قسمت از طیف الکترومغناطیس کاربردهای متفاوتی در زندگی روزمره‌ی ما دارد. آن‌ها نقش پررنگی در فناوری دارند. اغلب وسایلی که ما در زندگی روزمره از آن‌ها استفاده می‌کنیم، با استفاده از این امواج عمل می‌کنند.

امواج رادیویی نسبتاً بیشترین طول موج (۰.۱ متر تا ۱۰۴ متر)، کمترین فرکانس و کمترین انرژی را در طیف امواج الکترومغناطیس دارند و بسته به طول موجشان کاربردهای متفاوتی دارند.

مارکونی، نخستین کسی بود که از امواج رادیویی استفاده عملی کرد. او در سال‌های ۱۸۹۰، نخستین فرستنده‌های رادیویی را ساخت. تا پایان قرن نوزدهم، او موفق شد سیگنال‌های تلگراف را در طول دریای آتلانتیک ارسال کند. این دستاورد، جایزه‌ی نوبل فیزیک در سال ۱۹۰۹ را برای او به ارمغان آورد.

�

امواج رادیویی از طریق آنتن‌ها تولید می‌شوند. آنتن‌ها ابزاری هستند که امواج رادیویی را دریافت یا ارسال می‌کنند. طول آنتن با توجه به فرکانس‌های دریافتی و ارسالی برحسب مگاهرتز و براساس متر محاسبه می‌شود. نماد آنتن را در نظر بگیرید که الگویی از چندین خط با طول‌های متفاوت تشکیل شده است. این امر به این دلیل است که برای دریافت طول موج‌های مختلف، به طول‌های متفاوتی نیاز است. یکی از روش‌های ساخت آنتن برای صرفه جویی در هزینه و فضا، ساخت دکل‌های عمودی است که بر روی زمین قرار می‌گیرند. به این ترتیب طول آنتن مورد نیاز، تا نصف کاهش می‌یابد. در اطراف دکل باید صفحه ای رسانا قرار بگیرد تا بهره وری آنتن افزایش پیدا کند.

رادیوی اف- ام و سیگنال‌های تلویزیونی از طول موج کوتاه امواج رادیویی استفاده می‌کنند. طول موج متوسط امواج رادیویی در برخورد با لایه‌های اتمسفر بازتاب پیدا می‌کند و به همین دلیل مسافت‌های بیشتری را می‌پیمایند. رادیوی ای- ام از این امواج استفاده می‌کند.

امواج مایکروویو به نوعی طول موج کوتاه‌تر امواج رادیویی هستند. آن‌ها به راحتی از اتمسفر و ابرها می‌گذرند، به همین دلیل از این امواج برای ارتباطات ماهواره‌ای استفاده می‌شود. از آنجا که این امواج برای انتقال اطلاعات از مکانی به مکان دیگر مناسب هستند، در رادار هم از آن‌ها استفاده می‌شود.

از امواج مایکروویو در اجاق‌های مایکروویو استفاده می‌شود. این امواج در برخورد با مولکول‌های آب، دمای آن‌ها را بالا می‌برند و به همین دلیل باعث گرم شدن غذا می‌شوند.

فرو سرخ تابشی است که از اجسام گرم ساطع می‌شود. حتی خود شما در حال تشعشع فروسرخ هستید. تابش فروسرخ توسط همه‌ی اجسام جذب شده و آن‌ها را گرم می‌کند. امواج فروسرخ اساس کار دوربین‌های حساس به گرما و دوربین‌های دید در شب هستند.

ریموت کنترل‌ها از اشعه‌ی فروسرخ برای ارسال سیگنال استفاده می‌کنند. برخی از لوازم آشپزخانه مانند توسترها هم با استفاده از امواج فروسرخ کار می‌کنند.

نور مرئی تنها قسمت از طیف امواج الکترومغناطیس است که چشم انسان قادر به تشخیص آن است. خورشید منبع طبیعی نور مرئی است. به واسطه‌ی نور مرئی است که ما قادریم اشیا را ببینیم. دوربین‌های عکاسی هم به واسطه‌ی نور مرئی کار می‌کنند.

گر چه این امواج کاربردهای زیادی دارند؛ اما ضررهایی هم دارند. خورشید منبع تابش فرابنفش است و به همین دلیل تابش شدید آن بر پوست انسان در درازمدت به سرطان پوست منجر می‌شود. به همین دلیل است که برنزه کردن پوست با امواج فرابنفش (یو- وی) چندان توصیه نمی شود. این تابش می‌تواند ارگانیسم‌های زنده‌ی کوچک مانند باکتری‌ها و ویروس‌ها را بکشد. از تابش فرابنفش برای ضد عفونی کردن وسایل پزشکی هم استفاده می‌شود. امواج فرابنفش باعث می‌شوند موادی که فلوئورسنت هستند، درخشش بیشتری داشته باشند. چنین موادی در طراحی اسکناس‌ها به کار می‌روند؛ بنابراین با تابش امواج فرابنفش می‌توان فهمید که اسکناس جعلی یا حقیقی است. اشعه فرابنفش مسئول سنتز ویتامین دی در بدن نیز هست؛ به همین دلیل است که برای ساخت ویتامین دی در بدنتان، باید در معرض تابش آفتاب قرار بگیرید.

اساس کار دستگاه‌های رادیولوژی در مراکز پزشکی، اشعه‌ی ایکس است. اشعه‌ی ایکس از گوشت می‌گذرد، اما از اجسام سختی مانند استخوان عبور نمی‌کند. به همین دلیل از اشعه ایکس برای تشخیص شکستگی استخوان یا هرگونه ناهنجاری در آن استفاده می‌شود. از اشعه‌ی ایکس برای از بین بردن سلول‌های سرطانی هم استفاده می‌شود.

دیگر کاربرد اشعه ایکس، بررسی سنگ‌های معدنی و نشان دادن حفره یا شکستگی در آن است. از آن‌ها برای موارد امنیتی هم استفاده می‌شود.

امواج گاما پر انرژی ترین امواج در طیف امواج الکترومغناطیس هستند. هسته‌های پرتوزا، از خود اشعه‌ی گاما ساطع می‌کنند. از اشعه‌ی گاما در درمان تومورهای سرطانی استفاده می‌شود. دیگر کاربرد پزشکی آن، تهیه عکس‌های پزشکی است؛ بدین شکل که فرد مقداری ماده‌ی رادیواکتیو می‌بلعد و سپس تصویری از نشر پرتوی گاما در بدن او تهیه می‌شود. پرتوی گاما می‌تواند میکروارگانیسم‌های کوچک را از بین ببرد. از این پرتو برای ضدعفونی وسایل پزشکی نیز استفاده می‌شود.

شدت تابش امواج الکترومغناطیس، شار تابشی است که از آن‌ها نشر یا بازتاب یا توسط آن‌ها دریافت می‌شود. شدت تابش به چند عامل مانند زاویه‌ی فضایی و شار تابش بستگی دارد. از واحد شدت تابش برای اندازه گیری تابش نشر شده از آنتن‌های رادیویی هم استفاده می‌شود.