المغناطيسية القديمة ( Paleomagnetism )

[محب بلاده]

المغناطيسية القديمة ( Paleomagnetism )

لحفظ المحاضرة... انقر هنا

تمهيد:
الهدف من هذا الفصل هو التعرف على المغناطيسية الأرضية وكيفية استخدامها كدليل على صحة نظرية زحزحة القارات المقدمة من قبل الفريد فاكنر عام (1912) ونظرية انتشار قاع المحيط المقدمة من قبل هاري هيس عام (1960)، واستناداً إلى المغناطيسية القديمة للأرض تم التوصل إلى ظاهرتين هما ظاهرة تجوال القطب الظاهري، وظاهرة الانقلابات المغناطيسية، واللتان تعدان دليلان مهمان على صحة النظريتين المذكورتين.
المغناطيسية الأرضية:
فيما يلي سوف نذكر بعض الأسس العامة في موضوع المغناطيسية الأرضية، وكيفية حساب اتجاهاتها، وكيفية حفظ الخصائص المغناطيسية في أنواع الصخور المختلفة، ومعلومات عديدة أخرى، كل ذلك تمهيداً لدراسة أدلة المغناطيسية القديمة المتمثلة بتجوال القطب الظاهري والانقلابات المغناطيسية.
أولاً: أصل المغناطيسية الأرضية (Origin of Earth Magnetism):
على الرغم من أن موضوع المغناطيسية الأرضية لم تكشف جميع جوانبه بعد، فان أكثر النظريات قبولاً في هذا المجال هي النظرية الديناميكية (DynamoTheory) ـ وتعرف أيضاً بنظرية الكهربائية المغناطيسية(Magnetic Field) ـ التي جاء بها إلساسر وبولارد (Elsasser and Bullard) اللذان افترضا أن الديناميكية اللازمة لتوليد الجزء الأكبر من المجال المغناطيسي الأرضي (ما يقرب من 94%) يوجد في الغلاف الخارجي لمنطقة اللب التي تتكون بصورة رئيسية من سبائك الحديد والنيكل مع كميات قليلة من العناصر الخفيفة كالكبريت والسيليكون وبعض العناصر المشعة، وتوجد مواد هذه المنطقة بشكل مائع وموصل للكهربائية.
وتفترض النظرية الديناميكية أن حركة دوران الأرض باتجاه عكس دوران عقرب الساعة مع وجود تيارات حمل حراري (Thermal Convection currents) في غلاف اللب الخارجي السائل ووجود لب داخلي صلب تؤدي إلى توليد تيارات كهربائية خفيفة (الشكل 1). ويؤدي التداخل بين التيارات الكهربائية وحركة تيارات الحمل الحراري في غلاف اللب الخارجي إلى توليد مجالاً مغناطيسياً. وتتأثر حركة السوائل في منطقة غلاف اللب بحركة دوران الأرض وبالتالي تؤثر الأخيرة على المجال المغناطيسي للأرض وتكسبه خاصية ثنائية الاستقطاب، حيث يلاحظ أن الأقطاب المغناطيس متقاربة مع بعضها اغلب الأوقات.
ومما تجدر الإشارة إلية أن نسبة ضئيلة من المجال الأرضي لا يعود مصدرها إلى باطن الأرض بل إلى حركة التيارات الكهربائية في منطقة الايونوسفير (Ionosphere) من الغلاف الجوي حتى أن بعض العلماء ذهب إلى الاعتقاد إن حوالي (3%) من المجال المغناطيسي الأرضي لا يمكن احتسابه على نظرية الجهد. بل انه يعود إلى جريان تيارات كهربائية من الأرض إلى الغلاف الخارجي وبالعكس من خلال سطح الأرض. وهذه العملية تحتاج إلى تيارات كهربائية كثافتها (10 –12 أمبير/سم3) وهو ما لم تتم ملاحظته حتى الآن في التيارات الجوية.

ثانياً: المجال المغناطيس الأرضي (Geomagnetic Field):
يعرف المجال المغناطيسي بأنه المنطقة التي تؤثر فيها القوة المغناطيسية على الأجسام المغناطيسية. ويوجد المجال المغناطيسي بثلاثة أبعاد حول المغناطيس ولكنه يمثل عادة بخطوط قوة وهمية تتجه من القطب الشمالي نحو القطب الجنوبي دون أن تتقاطع مع بعضها، لذا نرى الإبرة المغناطيسية تتجه بصورة موازية لاتجاه خطوط القوة المغناطيسية (الشكل 2).

الشكل (2): خطوط القوة للمغناطيسية الأرضية مع القطبية الاعتيادية (كما هي اليوم) (Montgomery,1997).

والمجال المغناطيسي عبارة عن قوة متجهة أي انه يتحدد بقيمة واتجاه، وهي قوة أو كثافة المجال المغناطيسي وباتجاه المجال الذي يمثل المماس لخط القوة المغناطيسية في أي نقطة من نقاط المجال، وتزداد قوة المجال باتجاه قطبي المغناطيس نتيجة لزيادة كثافة خطوط القوة المغناطيسية في تلك المنطقة وتقل كلما ابتعدنا عنها، وهذا ما يمكن مشاهدته بسهولة عند تقريب مغناطيس من براد الحديد، حيث نرى أن البراد يتركز في منطقة القطبين ويقل وسط القضيب.
ومهما قصر القضيب المغناطيسي فانه يبقى يحتفظ بقطبيه الشمالي والجنوبي، فلو قطعنا القطب الشمالي لأي مغناطيس فان قطبه الجنوبي سيولد قطباً شمالياً جديداً والعكس صحيح. ومن هذا يستدل على أن المغناطيسية هي صفة في التركيب الذري للمواد المكونة للمغناطيس، حيث تكون المادة مغناطيسية عندما تترتب مجموعات الذرات بصورة متوازية مع بعضهما وتفقد المواد مغناطيسيتها عندما تسخن إلى درجة حرارة معينة لأن ذلك يسبب حركة الذرات بشكل عشوائي مما يجعلها تضعف مغناطيسية بعضها البعض.
يحدد اتجاه المجال المغناطيسي الأرضي من خلال قياس زاويتين هما:
(1) زاوية الميل المغناطيسي (Inclination): وتسمى أيضاً بالـ (Magnetic Dip)، وهي الزاوية المحصورة بين الشمال المغناطيسي والمستوي الأفقي لسطح الأرض. تتراوح قيمتها من (0º) عند خط الاستواء إلى (90º) عند الأقطاب ويكون اتجاهها نحو الأسفل في نصف الكرة الشمالي ونحو الأعلى في نصفها الجنوبي. وتحسب قيمة هذا الزاوية بواسطة العلاقة الرياضية الآتية: (Tan I = 2 tan L) حيث أن (I) هي زاوية الميل المغناطيسي، و (L) هي قيمة دائرة العرض للأرض (الشكل 3).

الشكل(3): تغير ميل الإبرة نسبة لموقعها من خطوط العرض، إذ تكون أفقية عند خط الاستواء المغناطيسي،
وتكون عمودية عند القطب (Montgomery,1997).

(2) زاوية الانحراف المغناطيسي (Declination): وهي الزاوية المحصورة بين اتجاه الشمال المغناطيسي شرقاً أو غرباً مع الشمال الجغرافي للأرض. وتختلف قيمة زاوية الانحراف باختلاف المواقع على سطح الأرض. وفي حالة تطابق الشمال الجغرافي مع الشمال المغناطيسي (إذا افترضنا أن المغناطيس الأرضي ينطبق تماماً مع محور الدوران) فأن قيمة زاوية الانحراف تكون صفراً.
يتميز المجال المغناطيسي الأرضي بخاصيتين رئيسيتين: أولهما كونه ثنائي القطب (القطب المغناطيسي هو الموقع الذي تكون فيه زاوية الميل تساوي 90º). وثانيهما التغير المنتظم لقوة المجال أو كثافة خطوط القوة بين القطبين، حيث لجميع المناطق الواقعة على خط عرض مغناطيسي واحد نفس زاوية الميل المغناطيس ونفس قوة المجال المغناطيسي في حالة عدم وجود ما يمكن أن يؤثر على الخواص المغناطيسية في هذه المنطقة.
مغناطيسية المعادن والصخور:
يتغير البناء الذري لأغلب المواد تحت تأثير المجال المغناطيسي حيث ترتب مجمعة الذرات نفسها بموازاة خطوط القوة المغناطيسية أو على طولها، كما لو أنها كانت أبر بوصلة. ويتكون لها نتيجة لذلك أقطاباً شمالية وجنوبية. وبعد زوال تأثير المجال المغناطيسي فأن بعض المواد تفقد مغناطيسيتها في حين تحتفظ الأخرى بجزء منها. وهكذا نرى أن بعضاً من الصخور تحتفظ بالمجال المغناطيسي الذي كان سائداً وقت تكونها.
تحمل اغلب أنواع الصخور صفات مغناطيسية نتيجة لوجود كميات متفاوتة من المعادن المغناطيسية التي يمكن تقسيمها من الناحية الجيوكيميائية إلى ثلاثة مجموعات رئيسية من المعادن هي:
(1) مجموعة الحديد ـ التيتانيوم ـ الأوكسجين:
(2) مجموعة الحديد ـ الكبريت:
(3) مجموعة أكسيد الحديد المائية:
يمكن استخدام المعادن المغناطيسية كبوصلة لتحديد قيمة واتجاه المجال المغناطيسي الأرضي الذي كان سائداً وقت تكونها، إذا ما افترضنا أن هذه المعادن لم تتعرض إلى ما يمكن أن يؤثر على مغناطيسيتها بأي شكل من الأشكال. وتقسم مغناطيسية الصخور إلى مركبتين هما:
(1) مغناطيسية الحث (Induced Magnetism): وتتكون في الصخور لوجودها في مجال مغناطيسي وتفقدها بعد إزاحتها من المجال وخلال فترات متفاوتة.
(2) المغناطيسية المتبقية (Remnant Magnetism): وهي جزء المغناطيسية التي تحتفظ به الصخور بعد إبعادها من المجال المغناطيسي، ويحمل هذا الجزء من قبل المعادن الحديدية مثل معادن الماكنيتايت والهيمتايت والماكهمايت والفوستايت.
النسبة بين المغناطيسية المتبقية الطبيعية (NRM) المحفوظة في الصخور إلى مغناطيسية الحث في المجال المغناطيسي الحالي(F) في أي نموذج صخري، تدعى بنسبة كونكزبيرغ (Kongsberg Ratio) ويرمز لها بالحرف(Q).
فيما يلي عرض مختصر لطبيعة المغناطيسية المتبقية في كل من أنواع الصخور الرئيسة الثلاث، الرسوبية والنارية والمتحولة.
(1) مغناطيسية الصخور الرسوبية: فيما يتعلق بالصخور الرسوبية والترسبات البحرية منها بصفة خاصة فان الحبيبات المعدنية والأصداف البحرية وهياكل الكائنات الحية فيها تستقر ببطء في القيعان البحرية. وتمتاز اغلب الحبيبات المعدنية، خصوصاً المتعرية من الصخور النارية، بكونها معادن مغناطيسية يتصرف كل منها وكأنه مغناطيس صغير. وعندما توجد هذه الحبيبات بصورة عالقة قبل عملية الترسيب فأنها تكون حرة الحركة في الماء وتتأثر اتجاهاتها بالتيارات البحرية أكثر من تأثرها بالمجال المغناطيسي الأرضي. ويحدث نفس الشيء عندما ترسو هذه الحبيبات على سطح القاع. وبالنظر لكون ترسبات السطح لا تزال غير متماسكة فان الحبيبات تكون لديها القدرة على تحريك نفسها باتجاه المجال المغناطيسي للأرض وبذلك تحتفظ باتجاه المجال الأرضي بذلك الوقت. وعندما تترسب مواد جديدة فوقها تبدأ الترسبات الأولى تتماسك محتفظة باتجاه المجال المغناطيسي فيها.
(2) مغناطيسية الصخور النارية: بالنسبة للصخور النارية فان درجة حرارتها العالية التي تفوق درجة حرارة كوري (Curie Point) تجعل حركة الذرات فيها مبعثرة مما يؤدي إلى انعدام المغناطيسية فيها. أما عند التبريد فان حركة الذرات تقل بسبب قلة الطاقة الحرارية وعندئذ يظهر تأثير المجال المغناطيسي الأرضي على الذرات حيث تبدأ بترتيب نفسها بصورة موازية للمجال المغناطيسي الأرضي. وعندما تنخفض درجة الحرارة أكثر يصبح من الصعب على الذرات أن تتحرك بصورة مخالفة لاتجاه المجال الأرضي. وبذلك تخزن أو تحفظ اتجاه المجال المغناطيسي في ذلك الوقت.
[ملاحظة: درجة حرارة كوري: هي الدرجة الحرارية التي تفقد عندها المعادن مغناطيسيتها. ولما كانت أغلب أنواع الصخور تتكون من مجموعة من المعادن المختلفة فلا تمثل حرارة كوري في الصخور درجة حرارة محددة بل تمثل مدا حرارياً معيناً. وتعتمد درجة كوري على التركيب الكيميائي الأصلي للصخور وعلى عمليات الأكسدة والاختزال التي تتعرض لها، حيث تؤثر عمليات الأكسدة عادة في زيادة هذه الدرجة وعمليات الاختزال في إنقاصها].
(3) مغناطيسية الصخور المتحولة: تعد حالة وسطية بين مغناطيسية الصخور الرسوبية ومغناطيسية الصخور النارية.
الشدة المغناطيسية في الصخور الرسوبية والنارية: تحمل أغلب أنواع الترسبات كميات قليلة جداً من الحبيبات المعدنية، إضافة إلى أن تركيب الحبيبات يكون في الغالب مبعثراً بحيث يقلل المحصلة النهائية للمغناطيسية في هذه الترسبات، لذا فان شدة المغناطيسية في الصخور الرسوبية تكون في الغالب (1/100) عنها في الصخور النارية. إضافة إلى أن المغناطيسية تكون اقل استقراراً وثباتاً في الرسوبيات منها في الصخور النارية نتيجة لكون الرسوبيات قبل تصلبها وتحولها إلى صخور تحتاج إلى فترة طويلة، مما يعطي الفرصة الأكبر للعوامل الفيزيائية والكيميائية للتأثير عليها وتغير مغناطيسيتها.
التجوال الظاهري للقطب (Apparent Polar Wandering):
من الممكن تحديد مكان أي صخرة نسبة إلى القطب المغناطيسي من خلال دراسة المغناطيسية المتبقية في تلك الصخرة. فعلى سبيل المثال لو أن صخرة عمرها (500) مليون سنة تظهر ميلاً مغناطيسياً متبقياً مقداره صفراً، فهذا يعني أن الصخرة ـ وبغض النظر عن موقعها الجغرافي الحالي ـ كانت في الفترة ما قبل (500) مليون سنة موجودة قرب دائرة عرض صفر أي قرب خط الاستواء، إذ أنه يمكن الاستدلال من خلال قيمة الميل المحفوظ في الصخور والذي ينحصر، كما ذكرن سابقاً، بين (0º) عند خط الاستواء و(90º) عند الأقطاب، على موقع الصخرة بالنسبة لدوائر العرض الجغرافية في الفترة التي تولدت فيها مغناطيسيتها. ومن ملاحظة ما سبق، يتضح لنا أن كل ما تدلنا عليه المغناطيسية المتبقية هو موقع الصخرة نسبة لخطوط العرض، أما موقعها نسبة لخطوط الطول فلا يمكن تحديده.
وهذه الطريقة المستخدمة في تحديد مواقع الصخور القديمة نسبة للقطب المغناطيسي تعتمد على افتراضين رئيسين هما: الأول هو افتراض أن الصخرة لم تتعرض إلى ما يمكن أن يغير من قيمة واتجاه المغناطيسية المتولدة في وقت تكونها نتيجة لعمليات تكتونية أو حرارية. والثاني هو افتراض أن المجال المغناطيسي القديم كان بنفس الحالة التي هو عليها الآن ونعني تقارب القطبين المغناطيسي والجغرافي مع بعضهما.
باستخدام هذه الطريقة أصبح بالإمكان تحديد مواقع الصخور القديمة وبالتالي تحديد مواقع القارات واتجاهات حركتها، وبذلك فقد أضافت دراسة المغناطيسية القديمة أو المتبقية في الصخور أدلة جديدة ودامغة على أن المواقع الجغرافية ومن ضمنها القارات لم تكن ثابتة خلال الفترات الجيولوجية المختلفة من عمر الأرض (الشكل 4).

الشكل (4): منحني التجوال القطبي يعكس حقيقة تجوال القارات. (A) عند تبلور الصخور فان معادنها المغناطيسية تصطف باتجاه الحقل المغناطيسي المعاصر لها. ولكن زحزحة القارات تغير موقع القارات نسبة للقطب المغناطيسي. (B) على افتراض أن القارات ثابتة فان الانحراف نسبة للقطب المغناطيسي يعطي التجوال القطبي (Montgomery,1997).

من الجدير بالذكر أن هذه الطريقة سميت بطريقة التجوال الظاهري للقطب وذلك لان العينة الصخرية المدروسة والواقعة عند خط الاستواء في الوقت الحاضر مثلاً قد تعطي ميلاً مغناطيسياً مقداره (90º)، ويفهم من هذا الرقم أن القطب المغناطيسي في زمن تصلب الصخرة كان واقعاً عند خط الاستواء، ولكن الحقيقة هي أن موقع القطب ثابت ولكن الصخرة هي التي كانت واقعة على القطب في زمن تصلبها وتحركت بعد ذلك إلى خط الاستواء.
والدليل على صحة هذه الفكرة هو انه لو كان منحني تجوال القطب يعود إلى تغير موقع القطب المغناطيسي نفسه نتيجة لتغيرات المجال المغناطيسي الأرضي فقط وليس لتغير المواقع الجغرافية للقارات، فمن المتوقع أن تتطابق جميع خطوط منحنيات تجوال القطب في جميع مناطق الكرة الأرضية لكي تعطي منحنياً واحداً، ولكن الملاحظ هو وجود اختلاف في المنحنيات باختلاف المواقع الجغرافية (الشكل 5).
في (الشكل 5) يتبين لنا طبيعة التجوال الظاهري للقطب والمأخوذ من عدد من العينات الصخرية. الشكل (A) يظهر الخصائص المغناطيسية للصخور في أمريكا الشمالية والتي يتبين منها أن القطب المغناطيسي الشمالي انتقل ظاهرياً في مسار متعرج خلال بضعة ملايين من السنين، بينما دلائل من قارات أخرى تبين نفس الانتقال ولكن بمسار مختلف تماماً. كيف يمكن لقارات مختلفة أن تعطي مسارات مختلفة للانتقال القطبي؟ إن دلائل المغناطيسية القديمة تدل ضمناً على أنه، إذا افترضنا أن القارات بقيت ثابتة فان كل قارة سوف يكون لها قطب مغناطيسي خاص بها، وهذا غير ممكن. من الشكل (B) يتبين جواب السؤال السابق والذي يتلخص بكون القطب المغناطيسي ثابتاً والقارات هي التي تتحرك. على سبيل المثال، إذا كانت كل من أوربا وأمريكا الشمالية متصلة مع بعضها فان حقل المغناطيسية القديمة المحفوظ في صخورها سوف يشير إلى موقع قطب مغناطيسي واحد حتى بعد انفصالها عن بعضها. تتابع الصخور في كل من القارتين سوف يشير إلى أن القطب اتخذ مسار مختلف في انتقاله إلى موقعه الحالي.

الشكل (5): التغير الظاهري في مواقع الأقطاب المغناطيسية في الماضي الجيولوجي مستنبط من دراسات المغناطيسية القديمة للصخور.
(A) مسارات التجوال القطبي على افتراض أن القارات ثابتة. (B) مسارات التجوال

الانقلابات المغناطيسية (Magnetic Reversals):
ذكرنا سابقاً، أن حركة المواد المائعة في منطقة اللب الخارجي للأرض هي السبب الرئيسي لتوليد المجال المغناطيسي الأرضي. لذلك فان عدم انتظام حركة المواد السائلة فيها يولد اختلافاً في قيمة واتجاه المجال المغناطيسي ويكون أحياناً من القوة بحيث يؤدي إلى عكس المجال المغناطيسي وجعل قطبه الشمالي يحل محل قطبه الجنوبي وبالعكس. وليس هناك حتى الآن تفسير واضح لسبب تغير المواد المائعة في منطقة اللب الخارجي لاتجاه حركتها والتي تؤدي بالتالي لتغير القطبية المغناطيسية. وتستغرق عملية تغير القطبية حوالي (2000) سنة، حيث تنخفض قيمة الميل المغناطيسي إلى الصفر ثم ترتفع ثانية في الاتجاه الآخر حتى تصل إلى نفس قيمتها السابقة في الاتجاه الجديد (الشكل 6).

الشكل (6): انقلاب خطوط القوى المغناطيسية للمجال الأرضي الموثقة بواسطة دراسات المغناطيسية القديمة لعدد من النماذج الصخرية في العالم. (A) خطوط القوى المغناطيسية ذات القطبية الاعتيادية (Normal Polarity). (B)خطوط القوى المغناطيسية ذات القطبية المعكوسة (Reverse Polarity) (Hamblin and Christiansen,1998).

في عام (1960) اكتشف كل من رونالد ماسون (Ronald Masson) وآرثر راف (Arthur Raff) وفيكتور فاكواير (Vector Vacquier) من معهد سكربس لعلم المحيطات أن قاع المحيط في الساحل الغربي من أمريكا الشمالية يظهر أحزمة أو مناطق ذات خواص مغناطيسية. واظهر مخطط المغناطيسية الذي تم اكتشافه وجود أجسام مغناطيسية ممتدة بالاتجاه شمال ـ جنوب وأخرى باتجاه جنوب ـ شمال بصورة متعاقبة وغير مرتبطة بأي مظهر تركيبي يمكن أن يعطي تفسيراً لمثل هذا المخطط (الشكل 7).

الشكل (7): أشرطة الانقلابات المغناطيسية على جانبي الحواجز الوسط محيطية (من موقع USGS على الانترنيت).

وبقي تفسير شكل هذا المخطط غامضاً حتى عام (1963)، إذ استطاع كل من فاين (Vine) وماثيوس (Mattews) من جامعة كامبرج إيجاد تفسير مقنع لها عند دراستهما للحاجز المحيطي الأطلسي وذلك بان افترضا أن نمطية السلوك المغناطيسي هذه يمكن إرجاعها إلى الانقلاب الحاصل في اتجاه المجال المغناطيسي الأرضي الذي حدث عدة مرات في الماضي.
وأوضح العالمان أن الصخور النارية المنصهرة (صخور بازلتية) قد اندفعت على طول محور سلسلة المرتفع المحيطي الوسطي وعندما بردت اتخذت اتجاه الشمال المغناطيسي في ذلك الوقت ولنفترض أنه كان يمثل الاتجاه الاعتيادي. وعندما تندفع مواد منصهرة جديدة في وقت آخر تدفع المواد الأولى بعيداً عن محور المرتفع وحين تبرد المواد الجديدة المندفعة فأنها تأخذ اتجاه المجال المغناطيسي الأرضي في ذلك الوقت، فإذا كان اتجاه المجال في ذلك الوقت عكس ما هو عليه في الحالة الأولى فان الصخور تحتفظ باتجاه المجال الجديد وهكذا يتكون في كل فترة منطقة أو حزام من مواد منصهرة ذات مغناطيسية تمثل اتجاه المجال المغناطيسي في وقت تكونها.
وبذلك تتكون أحزمة أو انطقة من الصخور ذات مساحات تتناسب مع كمية المواد المنصهرة المندفعة نحو الأعلى وذات مغناطيسية تعبر قطبيتها عن اتجاهين إحداهما اعتيادي والآخر مقلوب اعتماداً على قطبية المجال المغناطيسي الأرضي وقت تصلب المواد المندفعة. وبإمكان أي جهاز لقياس المغناطيسية يستخدم على سطح المحيط أن يظهر المخطط المغناطيسي على شكل أشرطة أو أحزمة من الشواذ المغناطيسية الموجبة والسالبة موزعة بصورة متماثلة على جانبي محور المرتفعات المحيطية الوسيطة.
تاريخ الانقلابات المغناطيسية:
من خلال دراسة النماذج الصخرية في القيعان البحرية تم اكتشاف (171) حالة انقلاب في القطبية المغناطيسية خلال الـ (76) مليون سنة الماضية، منها (9) انقلابات حدثت خلال الأربعة ملايين سنة الماضية. وكانت أطول فترة متواصلة للقطبية الاعتيادية قد تجاوزت (3) مليون سنة، في حين سجلت اقصر فترة بـ (50) ألف سنة. أما بالنسبة للفترة الحالية التي تمثل القطبية الاعتيادية فهي مستمرة منذ ما يزيد عن (700) ألف سنة. ومن المعروف أن قيمة المجال المغناطيسي تنخفض بصورة منتظمة بمعدل (6%) منذ عام (1835)، وإذا ما استمر الانخفاض بهذا المعدل فان قيمة المجال المغناطيسي ستصل إلى الصفر خلال الألفي سنة القادمة.

المصادر:
أولاً: المصادر العربية:
الموسوي، صباح ناجي، وحسين حميد كريم، 1991: (مقدمة في الجيولوجيا البحرية). منشورات جامعة البصرة، مركز علوم البحار، 647 صفحة.
ثانياً: المصادر الأجنبية:
1. Hamblin, W.K., Christiansen E.H., and 1998: (Earth's Dynamic Systems). Prentice Hall, New Jersey, Eighth Edition, P.739.
2. Montgomery, C.W., 1997: (Fundamentals of Geology). Wm. C. Brown Publishers, Third Edition, P. 411.

[البلبلة]

[محب بلاده]

بارك الله فيك على المرور

[Laila204]

اريد بحث حول
التطبيقات العملية للظواهر الكهرومغناطيسية

[محب بلاده]

بارك الله فيك على المرور

[محب بلاده]

قام الشاب الالماني هينريتش هرتز احد تلاميذ هرمان فون (من كبار علماء الفيزياء في ذلك الوقت) باستكمال نظرية ماكسويل حيث بداء بتجريدها من الأسس القابلة للنزاع وأوقف استخدام عنصر الأثير في التجارب حتى لا يبقي سوى الحقول الكهربية والمغناطيسية والتي سريعا ما تتحول عنً دور الوسائط البسيطة لتصبح أدوات فيزيائية ضرورية. ثم قام بالتحقق العملي من حدس نظرية ماكسويل بمعني أن الموجات الكهرومغناطيسية تتوالد بسرعة الضوء (انتقال الضوء) وباستخدام المعدة الكهربية التي تم إنتاجها في عام ١٨٨٧ والتي ترسل موجات كهرومغناطيسية طويلة المدى وسرعان ما يتوالد الضوء. وبعدما اثبت عملياً أن هذه الموجات يمكن أن تنعكس وتنكسر كالضوء، وضح أن الاختلاف بينهما يرجع لطبيعة الضوء والأشعة الكهرومغناطيسية. وقد كان هذا أساس لدراسة علم البصريات الجديد. ولم يحدث من قبل في تاريخ الفيزياء أن حصرت القوانين مثل هذه الظواهر المتعددة.
وقام الهولندي هندريك انتون لورنتس بتعديل النظرية في عام ١٨٩٥ بعدما قد تم اكتشاف الجزئية الحاملة للشحنة الكهربية (السالبة) لأول مرة.
وقد استطاع التوصل لتعبير (الميكروسكوب) المجهري من نظرية ماكسويل باتخاذ جزئه الأول في الحسبان.
بعض الظواهر البصرية وحتى التنبىء جديد بتأثير ديمان قبل ما يصبح في وضوح علمي
وبالطبع لم تتأخر النظرية لمقابلة (مواجهة) أولتتكهن حدودها (العملية). فمنذ البداية لم يتكهن ديمان بنتائج نظرياته. فمن نظرية لورنتس لم نسع إلى نقل جزئية صغيرة من العنصر الكيميائي المرسل عن طريق الأشعة المرسلة من جسم اسود وشرح نتائجها ااتي تظهر في صورة أشعة فوق بنفسجية على معدن ما. (تسمى هذه الظاهرة بالآثار الكهروضوئية وكان قد اكتشفها هرتز عام ١٨٨٧). وأخيرا نستطيع القول أن سرعة الضوء تتطابق مع النتائج المتوقعة لتجربة الأمريكي ألبير ميشيل سون في عام ١٨٨١ (فسرعة الضوء لجسم ترجع للمرجع الذي يقاس في الداخل) وهو ما يعطي نتائج صعبة الشرح . ولهذا ستجني هذه التجربة حتى عام ١٩٠٥ والحدث لنظرية النظرية المقتصرة لأينشتين (لاستقبال) لاستلام ترجمة . أما بالنسبة للألغاز الأخرى فلم يحل إلا في نطاق الفيزياء الكمية.

الكهرومغناطيسية، وعدة التطبيقات

الحديث عن الكهرباء كطاقة لها مجالات كثيرة تفوق ما توصل إليه ماكسويل، مما يتطلب إعادة النظر بدقة في عدد كبير من الظواهر الكهرومغناطيسية. وتبقي بالطبع ركيزة النظرية في اهم مجالات التطبيق.
تطور استخدام الاتصالات بموجات هرتز في القرن التاسع عشر بفضل اختراع المبثات والاستقبالات الأكثر اتقاناً وفي عام ١٨٩٥ اتم الروسي ألكسندر بوبوف في المعمل أول بث لإشارات مورس وهكذا عرف التلغراف اللاسلكي. وبعد مرور ستة سنوات ، نجح الإيطالي جاليليوم ماركونى/ باستخدام هذا النمط من الاتصالات بين القارتين الأوربية والأمريكية وبفضل التقدم التكنولوجي للنصف الأول من القرن العشرين (ظهور وتطور لأنابيب) أصبح ممكنا نقل الصوت ثم الصورة. إذ تنعكس موجات هرتز بمجرد مقابلة عائق وهو ما أدى إلي اكتشاف الرادار .

* كهرباء القوة الكمية
فمن الصعب تصديق أن نظرية ماكسويل لورنس لم تظلم في فجر القرن العشرين. فعلي العكس لقد ساهمت في تطوير نظريات الميكانيكا النسبية الشابة بطريقة استطاعت عبور هذه الحقبة بلا عوائق ولكنها تأثرت بالثورة الكمية. في واقع الأمر، وبغرض استنتج إينشتين فيما بعد أن الحقل الكهرومغناطيسي لم يكن مكتملاً في الشكل كما افترض ماكسويل في نظريته ولتأكد استخدم حبوب صغيرة شبيهة بجزيئات لكتلة حاملة (لا وجود لها) والتي قد أطلق عليها بعد عدة سنوات فوتون) وهي تساوي (جزء من الطاقة الضوئية في نظرية الكميات) وقد أسست في عام ١٩٢٧ المعادلة الكمية للحقل الكهرومغناطيسي (خاصيته) بشكل أدق علي ايدي الفيزيائي الإنجليزي بول ديراك. وبعد عامين استطاع كل من الألماني فرنر هاينسبرج والسويسري فولجاك بولى دراسة الكمية للتفاعل ما بين الجزئيات ذات الشحنات والحقل الكهرومغناطيسي متوصلين لما أسمينا بالكهرباء القوة الكمية.
وقام الأمريكي ويلز لامب في عام ١٩٤٧ بقياس هام لذرة الهيدروجين وقد اسمي من بعد لامب شيفت وقد أسهمت كل المحاولات التي قد قاموا بها حتى الآن في معرفة نسبة هذا القياس من خلال كهرباء القوة الكمية في الوصول لنتائج لا حصر لها. تعين بعد ذلك تحليل الاختلاف بين القياس التجريبي والنظري وبعد عامين من الجهود المكثفة سمحت لواضعي النظريات ، لاسيما اليابانى شينشرو توموناجا والامريكي جوليان شوينجر وريتشارد فينمان بوضع معادلة رياضية متقدمة تسمح بإزالة الكميات المتناهية الصغر التي تظهر في حسابتهم والتوصل لنتائج نظرية متوافقة والنتائج العلمية وقد سمي هذا الاجراء "التعميم" علي كهرباء القوة الكمية.

• توحيد التفاعل الضعيف

ونجحت كهرباء القوة الكمية في إعادة وضع الحسابات التجريبية بدقة متناهية لتعد نظرية مرجعية لوصف التفاعلات الأساسية للفيزياء (تفاعل نووي قوي وتفاعل نووي ضعيف) وعلي هذا النموذج وفي عام ١٩٦٧ توحدت نظريات كل من التفاعل الكهرومغناطيسي والتفاعل النووي الضعيف وهو المسئول عن الإشعاع الناتج (والذي ينفصل منه نيترون إلي بروتون وإلكترون) ، وبفضل أعمال الأمريكين ستيفن فينبرج والباكستاني عابدوس سلام فقد سميت النظرية الموحدة الآل كترو الضعيف، وهي التي جربت نجاح ، فمثلاُ في عام ١٩٨٣ اكتشف فريق العمل الإيطالي كارلو روبيا ، لجزئيات وسيطة في التفاعل بناءً علي نظرية W-، W ZO, " الكنز ، قاموس العلوم " Flammarion ١٩٩٧ وهو نص غير مسموح بنشرة أو بيعة دون إذن الناشر.
الكهرباء والمغناطيس
حدس فريداي
ماكسويل والموجات الكهرومغناطيسية
الكهرومغناطيسية و وكثرة التطبيقات
كهرباء القوة الكمية (توحيد التفاعل الضعيف)

• الكهرباء والمغناطيس

عندما اكتشف الأستاذ الفيزيائي هانس كريستبان رستد بجامعة كوبنهاجن أن مرور تيار كهربائي في سلك موصل للكهرباء يتسبب في تحريك الابره المغنطيسية الموضوعة بجانبه لم يكن يشك انه بذلك قد فتح الباب لعلم الكهرومغناطيسية والتي تعد ركيزة أساسية لفيزياء القرن التاسع عشر. بالطبع كان متوقع مثل هذه الظواهر الكهر‍بائية والمغناطيسية فبنجامين فرانكلين كان قد عرف إن الزوبعة ذات الطبيعة كهربية تؤثر علي عمل البوصلة ولكنه لم يستطيع قياس هذا التأثير بدقة .
ومنذ بداية القرن التاسع عشر بني نظام النظري لهذا الفرع من الفيزياء علي محورين منفصلين تماماً: الكهرباء الساكنة من جهة والمغناطيسية الساكنة من جهة أخري. وتصف الكهرباء الساكنة التفاعلات بين الأجسام ذو الشحنات الكهربية بينما المغناطيسية الساكنة تدرس التفاعلات بين الأجسام الممغنطة. ويقدمان هذان المجالات بعض التشابهات فمثلاً خاصية التباعد (التنافر والتجاذب عند الأجسام ) فلا يتجاذب المغناطيس والجسم ذا الشحنات الكهربية ويتم شحن الجسم كهربياً بالسالب أو الموجب بينما وعندها لا ينفصلان حتى ولو تم كسر المغناطيس علي اثنتين.


وبعد العرض الذي قدمه الفيزيائي درستد بأسبوع قام أندري ماري أمبير بإعطاء شرح لما كان قد لاحظه. واستخدم السلك الموصل ذو الشحنات الكهربية (أو أكثرتحديدا قطعة ضئيل من هذا السلك) كأداة أولية وأعاد استخدام ظاهرة المغناطيسية الناتجة عن التفاعلات بين الأسلاك الكهربية. فعرف أن السلك الموصل للكهرباء قابل للتأثير علي المغناطيس، هذا إلا إذا كان المغناطيس في داخله مساوي لعدة (عقد) أو دوائر من التيارات الأولية. وهكذا تمكن أمبير شيئا فشئ من وضع حلول لمجموعة من ألغاز الظواهر المغناطيسية، مكتشفا الأصل (المصدر) المشترك للظواهر المغنطيسية والكهربية: فتنتج المغناطيسية ببساطة من وجود التيارات الكهربية أو بمعني آخر عند انتقال الشحنات الكهربية.
ونتيجة لأبحاث مايكل فيريداي المتأثر بتجربة درستد قد تمكن العلماء من فهم العلاقة بين الكهرباء والمغناطيس فهو لم يتوقف عن محاولة إثبات تأثيرهما العكسي على بعضهما عن طريق نقل القوة الكهربية عن طريق جسم ممغنط داخل جسم موصل. وفي عام ١٨٣١ توصل فيريداي إلي أن تأثير الكهرباء والمغناطيس على بعض لا يتم إلا إذا ما كانت حركة الجسم الممغنط ذات علاقة بالسلك الكهربي، وتلعب هذه الظاهرة المسماة بالتأثير الكهرومغناطيسي دوراً هاماً في توليد الكهرباء الصناعية.

حدس فريداي

وقد شهد فريدي نقاش قديم حول الفيزياء يدور حول التفاعل اللحظي (السريع) للأجسام عن بعد. ففكرة أن التفاعل ما بين جسمين يعتمد علي طبيعتين وعلي المسافة الفاصلة وليس علي الوسط الذي يفصلهم صدمته. حيث أنها لا توضح الطريقة التي يتم بها التفاعل بين جسم وأخر. وهكذا قام أمبير بدراسة نظرية الجاذبية لنيوتين ونظرية الكهرباء الساكنة لكولومب بواسون ونظرية المغناطيسية الساكنة. فكان فريدي يؤمن بفكرة الانتقال من جسمين قريبين من بعضهما وكان يرتكز في هذا على التجربة العلمية التي ساهمت في توضيح كمية الشحنات التي تتراكم وتنتقل علي سطح جسمين مفصولين بعازل لا تعتمد فقط علي المسافة الفاصلة بين الموصلين ولكن أيضا علي طبيعة الوسط الفاصل بينهما.


ماكسويل والموجات الكهرومغناطيسية.

لم يستطيع فريداي بلورة نظريته بطريقة قطعية حيث أنه لم يكن مقتنعا ببعض النظريات الرياضية المستخدمة. و أكمل ويليام تومكسوله (اللورد كيشن المستقل) تجاربه ومن بعده جيمس كلارك ماكسويل الذي قام بتحديد أسس المجال (الحقل) الكهربي والمغناطيسي بهدف وصف تأثيرهما في الفضاء المحيط للشحنات الكهربية الثابتة او المتحركة، معتمداً بذلك علي الرياضيات التي سمحت له بوصف توالد التأثيرات من جسم إلي جسم قريب منه. فالمعادلات التي حولت مشتقات جزئية (فاستخدم جوزيف فدريه في مطلع القرن هذه المعادلات لوصف توالد الحرارة) وأكمل وطور القوانين السابقة للكهرومغناطيسية وفي عام ١٨٦٤ توصل إلي تسع معادلات أصلية (التي قلصت من بعد إلي أربع) وبفضل هذه النظرية تمكن من حساب سرعة توالد الشحنات الكهربية والمغناطيسية والتي لم يتم قياسها من قبل. وعن طريق هذه المعادلات استطاع ماكسويل استنتاج أن سرعة التوالد تتطابق مع ظاهرة شديدة الاختلاف معها : الضوء. ولكنه لم يقم بعمل مقارنة بين الضوء والموجات الكهرومغناطيسية. وتمكن من استنتاج أن التوالد للظواهر الكهرومغناطيسية والضوء ينتج من نفس الوسط الغامض الذي كان يعتمد عليه ماكسويل لوضع معادلاته.

[محب بلاده]

الكهرومغناطيسية ـ موضوع علمي فيزيائي

الفيزياء "

***966;***965;***963;***953;***954;***942;"(الفيزياء من الكلمة الأغريقية فيزيك"، وتعني معرفة الطّبيعة) هي العِلم الذي يدرس المادةوحركتها. بالإضافة إلى مفاهيم أخرى كالفضاءوالزمن، ويتعامل مع خصائص كونية محسوسة يمكن قياسها مثل القوةوالطاقةوالكتلةوالشحنة. وتعتمد الفيزياء المنهج التجريبي، أي أنها تحاول تفسير الظواهر الطّبيعية والقوانين التي تحكم الكون عن طريق نظريات قابلة للاختبار.
تعتبر الفيزياء من أحد أقدم التّخصصات الأكاديمية، فهي قد بدأت بالبزوغ منذ العصور الوسطى وتميزت كعلم حديث في القرن السابع عشر، وباعتبار أن أحد فروعها، وهو علم الفلك، يعد من أعرق العلوم الكونية على الإطلاق.
وللفيزياء مكانة متميزة في الفكر الإنساني، فهي تأثّرت كما كان لها الأثر الحاسم في بعض الحقول المعرفية والعلمية الأخرى مثل الفلسفةوالرياضياتوعلم الأحياء. ولقد تجسدت أغلب التّطورات التي أحدثتها بشكل عملي في عدّة قطاعات من التقنيةوالطب. فعلى سبيل المثال، أدى التّقدم في فهم الكهرومغناطيسية إلى الانتشار الواسع في استخدام الأجهزة الكهربائية مثل التلفازوالحاسوب؛ و كذلك تطبيقات الديناميكا الحرارية إلى التطور المذهل في مجال المحركات ووسائل النقل الحديثة؛ والميكانيكا الكمية إلى اختراع معدات مثل المجهر الإلكتروني؛ كما كان لعصر الذرة، بجانب آثاره المدمرة، استعمالات هامة في علاج السرطان وتشخيص الأمراض وتوليد الطاقة.
معظم الفيزيائيين اليوم يكونون متخصصين في مجالين متكاملين وهما الفيزياء النظرية أو الفيزياء التجريبية، وتهتم الأولى بصياغة النظريات بإعتماد نماذج رياضية، فيما تهتم الثانية بإجراء الاختبارات على تلك النظريات، بالإضافة إلى اكتشاف ظواهر طبيعية جديدة. وبالرغم من الكم الهائل من الاكتشافات المهمّة التي حققتها الفيزياء في القرون الأربعة الماضية، إلا أن العديد من المسائل لا تزال بدون حلول إلى حد الآن ، كما أن هناك مجالات نظرية وتطبيقية تشهد نشاطاً وأبحاثاً مكثّفة.
ملاحظة: اعتبار أن " الفيزياء فرع من الرياضيات" عبارة خاطئة تماماً, لأن النماذج الرياضية تستعمل في علم الفيزياء فقط لتسهيل فهم الظواهر الفيزيائية. وأن مضامين النماذج الرياضية في أي علم من العلوم الطبيعية لا يتدخل في شأنها علم الرياضيات.
الكهرومغناطيسية
الكهرومغناطيسية : هى فيزياء المجال المغناطيسي (ويسمى أيضا حقل مغناطيسي) ،حيث يؤثر ذلك المجال على الشحنة الكهربية أو الجسيم المشحون كهربيا (والمقصود بالجسيم يختلف من آن لآخر ففى الكهرومغناطيسية الكلاسيكية يكون المقصود بالجسيم هو الجسيم النقطى اما في الكهرومغناطيسية الكمية يكون المقصد هو الجسيم الأولى), وفى المقابل يتأثر الحقل بوجود تلك الجسيمات وحركتها في المجال .
الحقل المغناطيسي المتغير يخلق مجالا كهربيا (وهذه الظاهرة تسمى بالحث الكهرومغناطيسي وهى أساس عمل المولدات الكهربائيةوالمحركات الكهربيةوالمحول الكهربي), وبالمثل يخلق حقل كهربي متغير حقلا مغناطيسيا ؛ وبسبب هذه التبادلية ما بين الحقلين الكهربي والمغناطيسي يصبح من الطبيعى أن نعتبرهم وجهان لعملة واحدة ألا وهى المجال الكهرومغناطيسي .
ينشئ المجال المغناطيسي نتيجة لحركة الشحنات الكهربية (كمثال:التيار الكهربائي) ، ويسبب المجال المغناطيسي في وجود تلك القوي المغناطيسية المصاحبة للمغناطيس .
ماذا تدرس الكهرومغناطيسية؟
تدرس الكهرومغناطيسية التفاعل الذي يتم بين الجسيمات المشحونة وبين المجالات الكهربائية والمجالات المغناطيسية. ويمكن تقسيم الكهرومغناطيسية إلى؛ كهرباء ساكنة أو "إلكتروستاتيكا" وهي تدرس الشحنات والحقول الكهربائية الساكنة، والديناميكا الكهربائية أو "إلكتروديناميكا" وهو يصف التفاعل بين الشحنات المتحركة والإشعاع الكهرومغناطيسي. ومع أن المعرفة الكهرباء والمغنطيسية تطورت منذ القدم بشكل منفصل، فقد توصلت النظرية الكلاسيكية للكهرومغناطيسية، خلال القرنين الثامن و التاسع عشر، إلى تحديد العلاقة بين الظاهرتين من خلال قانون لورنتز ومعادلات ماكسويل. وتمكنت هذه الأخيرة من وصف الموجات الكهرومغناطيسية وفهم الطبيعة الموجية للضوء.
تهتم الكهرباء الساكنة بدراسة الظواهر المرتبطة بالأجسام المشحونة في حالة السكون، والقوى التي تسلطها على بعضها البعض كما يصفها قانون كولوم. ويمكن تحليل سلوك هذه الأجسام من تجاذب أو تنافر من خلال معرفة القطبية والمجال الكهربائي المحيط بها، حيث يكون متناسبا مع مقدار الشحنة والأبعاد التي تفصلها. للكهرباء الساكنة عدة تطبيقات، بدءا من تحليل الظواهر الكهرومغناطيسية مثل العواصف الرعدية إلى المكثفات التي تستعمل الهندسة الكهربائية.
وعندما تتحرك الأجسام المشحونة كهربائيا في حقل كهرومغناطيسي فإنها تنتج مجالا مغناطيسيا يحيط بها فتختص الديناميكا الكهربائية بوصف الأثار التي تنتج عن ذلك من مغناطيسية وإشعاع الكهرومغناطيسي وحث كهرومغناطيسي. وتنظوي هذه المواضيع ضمن ما يعرف بالديناميكا الكهربائية الكلاسيكية، حيث تشرح معادلات ماكسويل هذه الظواهر بطريقة جيدة وعامة. وتفضي هذه النظريات إلى تطبيقات مهمة ومنها المولدات الكهربائية والمحركات الكهربائية. وفي العشرينات من القرن العشرين، ظهرت نظرية الديناميكا الكهربائية الكمومية وهي تتضمن قوانين الميكانيكا الكمومية، و تصف التفاعل بين الإشعاع الكهرومغناطيسي والمادة عن طريق تبادل الفوتونات. وهناك صياغة نسبية تقدم تصحيحات لحساب حركة الأجسام التي تسير بسرعات تقارب سرعة الضوء. تتدخل هذه الظواهر في معجلات الجسيمات و الأنابيب الكهربائية التي تحمل فروق جهد وتيارات كهربائية عالية.
تعتبر القوى والظواهر الناجمة عن الكهرومغناطيسية من أكثر الأمور المحسوسة في حياتنا اليومية بعد تلك التي تسببها الجاذبية. فعلى سبيل المثال، الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية مرئية تشع من جسيمات مَشحونة ومُعَجلة. وتجد مبادئ الكهرومغناطيسية إلى يومنا هذا العديد من التطبيقات التقنية والعلمية والطبية. وما الأجهزة الكهربائية مثل الراديو، والتلفاز، والهاتف، والقطارات المغناطيسية المعلقة، والألياف البصرية، وأجهزة الليزر إلا بضع أمثلة عن هذه التطبيقات التي صنعت تقدما نوعيا في تاريخ البشرية.
القوة الكهرومغناطيسية
القوة الكهرومغناطيسية هى القوة التى يؤثر بها المجال الكهرومغناطيسي علي الجسيمات الكهربية .
القوة الكهرومغناطيسية هى واحدة من بين أربع قوي أساسية في الطبيعة ؛ وباقى تلك القوي الأساسية هى القوي النووية القوية (وهى تلك المسئولة عن ترابط نواة الذرة),والقوي النووية الضعيفةوالجاذبية ؛ فأي قوة في عالمنا عبارة عن تجميع لنسب مختلفة من هذه القوي الأربع الأساسية.
القوي الكهرومغناطيسية هى المسئولة عمليا عن كل مظاهر الحياة اليومية العادية فيما عدا الجاذبية؛فكل القوي المؤثرة في ربط مابين الذرات وبعضها البعض يمكن ارجاعها إلى القوة الكهرومغناطيسية التى تؤثر على الجسيمات الكهربية في الذرة من الكتروناتوبروتونات؛ وبذلك يمكن اعتبار قوي "الشد" و"الدفع" التى نتعرض لها في حياتنا اليومية العادية عند الاصطدام بالأجسام العادية آتية من قوى الترابط ما بين الذرات المكونة لأجسامنا وتلك الذرات المكوة للأجسام التى صدمناها.
المغناطيس الكهربائي
المغناطيس الكهربـائي عبـارة عـن مغناطيس تتولد فيه المغناطيسية فقـط بسـبب تـدفق تيـار كهربي خلال سلك ما. وعادة ما تـُصنع المغناطيسـات الكهربيـة من ملف من السلك بعدد لفات كبير لزيادة التأثير المغناطيسي. ويُمكن زيادة المجال المغناطيسي الذي ينتجه الملـف بـوضع مـادة مغناطيسـية، كـقضيب حـديدي، داخل الملفات. ويتسـبب التيـار المـار خلال الملف في تحول الحديد إلى مغناطيس مؤقت.
الموجات الكهرومغناطيسية
ينتقل الضوء ، والموجات اللاسلكية، وأشعة إكس، وصـور الطاقـة الإشعاعي الأخرى خلال الفضاء كموجــــات طاقــــة تـســـمى الموجـــات الكهرومغناطيسية. ولتلك الموجات قمة وقاع، تمامًا كالأمواج التي تتكون عندما نلقي بحجر في الماء الساكن. وتُـسمى المسافة بين قمـم الموجات بطول الموجة، وتقاس بالمتر. ويُـسمى عدد الموجات فـي الثانيـة بـالتردد ويقـاس بـالهرتز. وتنتقـل جـميع الموجات الكهرومغناطيسية بسرعة الضوء، وهي تردد موجة كهرومغنطيسية مضروبًا في طول الموجة نفسها.
لا بد و أنكم تعلمون أننا محاطون و بشكل مستمر و من جميع الجهات بأنواع مختلفة من أمواج الطاقة قليل منها مرئي و غالبيتها غير مرئية منها ما هو من صنع الطبيعة كالأمواج الضوئية التي تأتينا من الشمس و الأشعة الكونية و منها ما هو من صنع الإنسان كالأمواج الضوئية القادمة من المصابيح و الأمواج اللاسلكية الناتجة عن الهاتف الخلوي ( الجوال ) .
إذا تغاضينا عن أمواج الطاقة الميكانيكية ( كالأمواج الصوتية ) فإننا نستطيع أن نجزم بان معظم الأمواج الموجودة من حولنا هي أمواج ذات طبيعة كهرومغناطيسية و التي تشكل بمجموعها ما يسمى بالطيف الكهرومغناطيسي .
الآن لو أردنا أن نتحدث عن الطيف الكهرومغناطيسي نفسه فلا بد أن نذكركم بالجزء الأكثر شعبية منه أو الجزء الذي يعرفه معظمكم وهو الطيف الضوئي ( أو طيف ألوان قوس قزح ) أو ما يسمى علميا بطيف الضوء المرئي و على الرغم من أنه لا يشكل إلا جزءا بسيطا من الطيف الكهرومغناطيسي إلا أنه و في نفس الوقت قد ساهم في فهم المبدأ العام بشكل ممتاز .
الطيف الكهرومغناطيسي و عملية الإشعاع لن نفهمها تماما دون المرور بمفاهيم مثل طول الموجة و التردد و لكن قبل أن نخوض أيضا في هذين المفهومين نحن بحاجة للتعرف على طبيعة هذه الطاقة التي نسميها الطاقة الكهرومغناطيسية .
طبيعة الإشعاع الكهرومغناطيسي ( الطاقة الكهرومغناطيسية ) :
إن الاسم الذي أطلق على هذا الطاقة هو نتيجة لتفسير العلماء لطبيعتها فكلمة كهرومغناطيسي تجمع بين كلمتي كهربائي و مغناطيسي وهذا بالضبط التفسير الذي قدمه العلماء لهذه الطاقة فهي ( أي الإشعاع الكهرومغناطيسي ) عبارة عن سيل من الطاقة في مسار يحوي حقلين مغناطيسي و كهربائي تسير في الحقل المغناطيسي أمواج مغناطيسية و تسير في الحقل الكهربائي أمواج كهربائية و تتراوح الطاقة الكهرومغناطيسية جيئة و ذهابا بين هذين الحقلين أو المجالين بحيث أنه عندما تزداد شدة أحد الحقلين تنقص شدة الآخر و العكس بالعكس .
هذا يعني أن الموجتين ( أو نوعي الطاقة في الحقلين المختلفين ) مرتبطين معا و يتغيران معا بشكل متعاكس و تسمى سرعة التغير هذه بالتردد و بمعنى آخر أن التردد هو عدد المرات في الثانية التي تتغير بها الطاقة في الحقلين من أقصى قيمة لها و تعود لنفس هذه القيمة القصوى بمعنى أخر أنها عدد الأمواج التي تتشكل من هذا التغير خلال ثانية واحدة .
و لأن الطاقة الكهرومغناطيسية تتألف من تركيبة لموجتين مغناطيسية و كهربائية فقد ارتأى العلماء أن يسموها الأمواج الكهرومغناطيسية لأن طبيعتها موجية .
إذن التردد هو عدد المرات التي تصل فيها الطاقة الموجية لأقصى قيمة لها في اتجاه واحد . أما طول الموجة فهو مقياس آخر للموجة مرتبط بالتردد فهو يمثل المسافة بين أقصى قيمتين متتاليتين أو قاعين متتاليتين في نفس الاتجاه للطاقة الموجية .
أما حرصنا على الفهم الصحيح للطبيعة الموجية و المختلطة ( بين الكهربائية و المغناطيسية ) فلأنه سيشكل القاعدة الأساسية لفهم أنواع الطيف الكهرومغناطيسي و تقسيماته ( تصنيفاته ) وفقا للتردد أو لطول الموجة .
ومن الأمواج الكهرومغناطيسية التي تحيط بنا أشعة غاما - أشعة إكس ( الأشعة السينية ) - الأشعة فوق البنفسجية - الضوء المرئي ( الذي نستطيع تحسسه بالعين ) الأشعة تحت الحمراء - الأمواج المايكروية كالتي تستخدم بأفران المايكروويف - أمواج الرادار - الإرسال التلفزيوني - و أمواج الراديو و غيرها.