تعریف امواج الکترومغناطیس

تعریف امواج الکترومغناطیس

امواج الکترومغناطیس حاصل از میدان های متغیر مغناطیسی هستند. که در فضا انتشار می یابند. میدان های مغناطیسی مناطقی نامرئی (تابش) هستند. که توسط الکتریسیته تولید می شوند. با افزایش ولتاژ نیروی امواج الکترومغناطیس هم افزایش می یابد که بر حسب ولت بر متر (V/m) اندازه گیری می شود. در ادامه ی این مقاله بیشتر با انواع امواج، طیف، موج های طولی و عرضی، نحوه ی انتشار و البته تاثیرشان بر مغز آشنا می شویم.پامیشا مقاله تعریف امواج الکترومغناطیس باز نشر می کند.

تعریف امواج الکترومغناطیس

امواج الکترومغناطیسی حاصل میدان های الکتریکی متغییر که توسط نوسان جریان متناوب در طول آنتن است، در واحد زمان ساخته می شوند. این امواج الکترومغناطیس حاصل از بر هم کنش امواج الکتریکی متغیر و میدان های مغناطیسی متغیر در طول زمان هستند. واحد زمانی در این امواج تحت عنوان فرکانس موج تعریف می شود. فرکانس به تعداد نوسان یک موج در واحد زمان گفته می شود. در واقع این امواج شکلی از  انرژی می باشدکه به صورت امواج الکتریکی و مغناطیسی در قالب انرژی و به نام فوتون در فضای تحت نفوذ خود ساطع می شود. نمونه هایی از انرژی در امواج الکترومغناطیسی شامل اشعه ایکس (که بیشتر از نظر بالینی برای درمان ضایعات بدخیم مورد استفاده قرار می گیرد) ، نور مرئی ، نور مادون قرمز و موج رادیویی است. این امواج توسط سیم ها و وسایل الکترونیک ایجاد می شوند. با افزایش جریان، قدرت امواج بیشتر خواهد شد که البته با فاصله از آن ها قدرتشان برای آسیب رسانی کمتر می شود. میدان های الکتریکی و مغناطیسی با هم به عنوان میدان های الکترومغناطیسی یا EMF شناخته می شوند که می توانند از ساختمان، موجود زنده و بسیاری از مواد دیگر عبور کنند.

نظریه امواج الکترومغناطیسی

در سال ۱۸۷۳ ، جیمز کلرک ماکسول فیزیکدان اسکاتلندی ، تئوری یکپارچه ای از الکترومغناطیس را مطرح کرد که به علم الکترومغناطیس و چگونگی تعامل ذرات با بار الکتریکی و میدان های مغناطیسی می پردازد.

چهار اثر متقابل الکترومغناطیسی وجود دارد:

۱- نیروی جذب یا دافع بارهای الکتریکی معکوس با مربع فاصله بین آنها است.
۲- قطب های مغناطیسی به همراه جابجایی های الکتریکی یکدیگر را جذب و دفع می کنند.
۳- یک جریان الکتریکی در یک سیم، میدان مغناطیسی تولید می کند که جهت آن به جهت جریان بستگی دارد.
۴- یک میدان الکتریکی متحرک یک میدان مغناطیسی تولید می کند و بالعکس.
۵- ماکسول همچنین برای توصیف این پدیده ها مجموعه ای از فرمول ها را با نام معادلات ماکسول تدوبن نمود.

زمینه شکل گیری امواج الکترومغناطیسی ذره ای (فوتون)

فوتون ها به شکل ذره ای امواج الکترومغناطیس گفته می شود و هنگامی ایجاد می شود که ذره زیراتمی مانند الکترون توسط یک میدان الکتریکی شتاب داده و باعث حرکت آن شود. این فعل و انفعال موجب تولید میدانهای الکتریکی و مغناطیسی میگردد، که در یک زاویه از انرژی نوری به نام فوتون با زاویه های صحیح حرکت میکنند.

فوتونها در امواج هارمونیک با بالاترین سرعتی که در جهان امکان پذیر است( ۱۸۶،۲۸۲ مایل در ثانیه (۲۹۹،۷۹۲،۴۵۸ متر در ثانیه) در خلاء حرکت می کنند که به سرعت نور نیز معروف است.  امواج الکترومغناطیسی با توجه به فرکانس، طول موج یا انرژی خود دارای ویژگی های خاص خود می باشند.

انواع اصلی میدان ها و امواج الکترومغناطیسی

دو دسته اصلی از EMF ها وجود دارد:

1. EMF با فرکانس بالا (یونساز): شامل اشعه ایکس و گاما که از پرتوهای یونیزان طیف الکترومغناطیسی هستند و این قابلیت را دارند که مستقیما روی سلول ها یا  DNAتاثیر بگذارند.
2. EMF با فرکانس پایین تا متوسط (غیر یونساز): این نوع از  EMFها جزو تابش غیریونیزان طیف الکترومغناطیسی هستند و به طور مستقیم روی DNA یا سلول ‌ها تاثیر نمی گذارند. این میدان ها از خطوط برق، وسایل برقی، امواج رادیویی، نور مرئی، امواج مایکروویو و تشعشعات مادون قرمز ایجاد می شوند. البته عدم تاثیر گذاری این امواج بر روی یاخته های موجودات هنوز در حال پژوهش های گوناگون بوده و تاثیر پذیری موجودات از میدان های الکتریکی با فرکانس بالا همچنان محل بحث و تحقیقات دانشمندان است. نمونه این موضوع تاثیرات امواج موبایل ، امواج مایکرویو و …بر روی انسان است.

طیف الکترومغناطیس چیست؟

منظور از طیف الکترومغناطیسی تمام فرکانس های ممکن انرژی الکترومغناطیسی است که از طول موج های بسیار بلند (در فرکانس پایین مانند امواج برق) تا طول موج های بسیار کوتاه (اشعه ایکس و گاما) متغیر می باشد. طول موج به طول یک موج در یک نوسان کامل اتلاغ می شود. فرکانس در واقع عکس این موضوع است و به تعداد نوسانات در واحد زمان گفته می شود.

به صورت کلی امواج الکترومغناطیس در هر شکل از طیف هایی که در انواع امواج با آن ها آشنا شدیم دارای ویژگی های مختلفی مثل نحوه ی تولید یا تابش، نحوه ی تعامل با محیط و کاربرد هستند. در واقع طیف الکترومغناطیسی، بازه ی فرکانس های تابش الکترومغناطیسی است که از بسامدهای کم رادیویی تا پرتوهای گاما را شامل می شود. در ادامه می خواهیم بیشتر با منابع تولید و انتشار امواج آشنا شویم.

طیف سنجی امواج الکترومغناطیسی:

امواج الکترومغناطیس رایج عبارتند از: امواج رادیویی ، مایکروویوها ، مادون قرمز (IR) ، نور مرئی ، ماوراء بنفش (UV) ، اشعه X و اشعه گاما.

به طور معمول  پرتوهایی با انرژی کم مانند امواج رادیویی طول موج بلندتری دارند و در عوض پرتوهائی مانند: مایکروویو، مادون قرمز، مرئی و نور ماوراء بنفش طول موج کوتاه تری را دارند. همچنین امواجی با انرژی بسیار بالا، مانند پرتوهای X و اشعه گاما نیز بر اساس میزان انرژی فوتون ان ها بررسی می شود.

فرکانس:

تعداد برآمدگی هایی که در یک ثانیه از یک نقطه معین عبور می کنند به عنوان فرکانس موج توصیف می شوند.

طول موج

امواج الکترومغناطیس دارای برآمدگی ها و فرورفتگی هایی مشابه موج های اقیانوس هستند. فاصله بین این برآمدگی ها و فرورفتگی ها، طول موج است. کوتاهترین طول موج فقط کسری از اندازه اتم است، در حالی که طولانی ترین طول موج هایی که دانشمندان در حال حاضر مطالعه می کنند می توانند از قطر سیاره ما بزرگتر باشند.

نحوه ی انتشار امواج الکترومغناطیس به چه صورت است

در محل زندگی ما یعنی کره ی زمین هم EMF های طبیعی وجود دارد و هم مصنوعی. به عنوان مثال انرژی که باعث می شود قطب نما جهت شمال را نشان دهد نمونه ی یک موج الکترومغناطیسی طبیعی است. EMF های مصنوعی یا ساخت بشر در دو دسته ی فرکانس های رادیویی و ELF یعنی بخش های غیر یونیزه کننده ی طیف الکترومغناطیس قرار می گیرند و از منابع مختلفی ایجاد می شوند که در ادامه با آن ها آشنا می شویم.

EMF  هایی با فرکانس بسیار پایین

مانند خطوط برق، سیم کشی برق و وسایل برقی (ریش تراش، سشوار، پتوهای برقی و…)

تابش فرکانس رادیویی:

این نوع از امواع از طریق دستگاه ها و تجهیزات مخابراتی بی سیم مخصوصا تلفن های همراه، کنتورهای هوشمند و دستگاه های بی سیم قابل حمل مانند تبلت ها و رایانه های لپ تاپ. سایر منابع تشعشعات رادیویی عبارتند از:

سیگنال های رادیویی و تلویزیونی

رادارها یا ایستگاه های ماهواره ای

دستگاه های تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) و تجهیزات صنعتی (این دستگاه ها در فرکانس های رادیویی کمی بالاتر از تلفن های همراه کار می کنند).

مایکروویوها

که فرکانس های رادیویی تا حدی بالاتر از تلفن های همراه منتشر می کنند.

تلفن های بی سیم

که معمولا فرکانس های رادیویی مشابه تلفن های همراه منتشر می کنند.

ایستگاه های پایه تلفن همراه یا همان دکل‌های آنتن

که برای شبکه‌ های تلفن همراه، رادیو و تلویزیون استفاده می شوند که انواع مختلفی از انرژی فرکانس رادیویی را منتشر می‌کنند. طبق مطالعه ای که برای ارزیابی قرار گرفتن در معرض منابع مختلف EMFهای فرکانس رادیویی در میان کودکان در اروپا انجام شد، تنها عامل اصلی در قرار گرفتن در معرض کل EMF فرکانس رادیویی، نزدیکی به این دکل ها است.

تلویزیون ها و صفحه های کامپیوتری

که میدان های الکترومغناطیسی در فرکانس های مختلف و همچنین میدان های الکتریکی ساکن تولید می کنند.

شبکه های محلی بی سیم یا همان Wi-Fi

که انواع خاصی از سیستم‌های شبکه‌ ی بی‌سیم و منبع مهمی برای تشعشعات فرکانس رادیویی هستند. اکثر دستگاه‌های وای ‌فای از نظر فرکانس‌های رادیویی حدودا شبیه تلفن‌های همراه هستند. البته دستگاه های جدید وای فای، قرار گرفتن در معرض تابش فرکانس رادیویی را به طور قابل توجهی کمتر از تلفن های همراه کرده اند.

کنتورهای هوشمند برق و گاز

که تقریباً با فرکانس‌های رادیویی مشابه تلفن‌های همراه کار می‌کنند و اطلاعات مربوط به مصرف برق یا گاز واحدهای مسکونی و تجاری را به شرکت‌های خدمات شهری منتقل می‌کنند.

امواج الکترومغناطیس طولی و عرضی

موج

ارتعاش یا نوسانی است که باعث انتقال انرژی در محیط می شود. در موج الکترومغناطیسی، برعکس موج مکانیکی، انرژی بدون اینکه نیازی به انتقال جرم داشته باشد منتقل می شود. همچنین در امواج الکترومغناطیسی میدان های الکتریکی و مغناطیسی به صورت عمودی بر یکدیگر نوسان می کنند، با سرعت نور منتشر می شوند و هیچ نیازی هم به محیط مادی برای انتشار ندارند. ما می توانیم امواج را به دو دسته ی طولی و عرضی تقسیم کنیم.

امواج طولی

در مثل امواج صوتی، راستای انتشار و نوسان موج ها یکی است ولی در امواج عرضی، این موج ها به صورت عمود بر هم نوسان می کنند مانند امواج الکترومغناطیسی.

امواج الکترومغناطیس طولی و عرضی

موج، ارتعاش یا نوسانی است که باعث انتقال انرژی در محیط می شود. در موج الکترومغناطیسی، برعکس موج مکانیکی، انرژی بدون اینکه نیازی به انتقال جرم داشته باشد منتقل می شود. همچنین در امواج الکترومغناطیسی میدان های الکتریکی و مغناطیسی به صورت عمودی بر یکدیگر نوسان می کنند، با سرعت نور منتشر می شوند و هیچ نیازی هم به محیط مادی برای انتشار ندارند. ما می توانیم امواج را به دو دسته ی طولی و عرضی تقسیم کنیم.

در امواج طولی مثل امواج صوتی، راستای انتشار و نوسان موج ها یکی است ولی در امواج عرضی، این موج ها به صورت عمود بر هم نوسان می کنند مانند امواج الکترومغناطیسی.

انرژی

موج الکترومغناطیسی همچنین می تواند از نظر انرژی آن در واحد اندازه گیری به نام ولت الکترون (EV) توصیف شود. ولت الکترون مقدار انرژی جنبشی مورد نیاز برای انتقال یک الکترون از طریق پتانسیل یک ولت است. با کوتاه شدن طول موج ، انرژی افزایش می یابد.

طناب پرش را در نظر بگیرید که انتهای آن بالا و پایین کشیده میشود. مسلماَ انرژی بیشتری لازم است تا طناب موج بیشتری داشته باشد.

امواج الکترومغناطیس شامل امواج رادیویی، روی موج، فروسرخ (مادون قرمز)، نور مرئی، فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما هستند. که بر اساس بسامدشان نامگذاری شده اند. معمولاَ تشعشع کم مصرف این امواج، مانند امواج رادیویی، به صورت فرکانس بیان می شود.

تشعشع امواج مایکروویو ها، مادون قرمز و نور ماوراء بنفش معمولاً به صورت طول موج بیان می شوند و تشعشع با انرژی بالاتر، مانند پرتوهای X و اشعه گاما، به صورت فوتون بیان می شود.

امواج رادیویی:

امواج رادیویی در پایین ترین محدوده طیف الکترومغناطیسی قرار دارند و فرکانس آنها تا حدود ۳۰ میلیارد هرتز یا ۳۰ گیگا هرتز (گیگاهرتز) و طول موج بیشتر از حدود ۱۰ میلی متر (۰.۴ اینچ) است.

مایکروویو:

امواج مایکروویو در محدوده طیف امواج الکترومغناطیسی بین رادیو و مادون قرمز قرار دارند. فرکانس امواج مایکروویو از حدود 3 گیگاهرتز تا حدود 30 تریلیون هرتز یا 30 تراهرتز (THz) و طول موج حدود 10 میلی متر (0.4 اینچ) تا 100 میکرومتر (میکرومتر) یا 0.004 اینچ است. کاربرد امواج مایکروویو در ارتباطات پهنای باند، رادار و به عنوان منبع گرما برای اجاق های مایکروویو  بوده و کاربرد صنعتی نیز دارد.

فرو سرخ:

مادون قرمز در محدوده طیف امواج الکترومغناطیسی بین مایکروویوها و نور مرئی قرار دارد. امواج مادون قرمز دارای فرکانسهایی از حدود 30 THz تا حدود 400 THz و طول موج در حدود 100 میکرون متر (0.004 اینچ) تا 740 نانومتر (نانومتر) یا 0.00003 اینچ است. امواج مادون قرمز توسط چشم غیر مسلح قابل روئیت نمی باشند ولی میتوان گرمای ناشی از آن را حس کرد.

نور مرئی

نور مرئی در میان طیف امواج الکترومغناطیسی ، بین امواج مادون قرمز و UV قرار گرفته است که  دارای فرکانس هایی در حدود 400 THz تا 800 THz و طول موج در حدود 740 نانومتر (0.00003 اینچ) تا 380 نانومتر (000015 اینچ) است.

ماوراء بنفش

نور ماوراء بنفش در محدوده طیف پرتو الکترومغناطیسی بین نور مرئی و اشعه X قرار دارد. دارای فرکانسهایی در حدود 8 × 1014 تا 3 × 1016 هرتز و طول موج در حدود 380 نانومتر (000015 اینچ) تا حدود 10 نانومتر (0.0000004 اینچ) است. نور ماوراء بنفش تابعی از نور خورشید است.

اشعه ایکس

پرتوهای X تقریباً به دو دسته تقسیم می شوند:

اشعه X نرم و اشعه X سخت.

پرتوهای X نرم طیف وسیعی از تشعشات الکترومغناطیسی می باشند. که بین اشعه UV و گاما قرار گرفته است. پرتوهای نرم  ایکس دارای فرکانسهایی در حدود 3 × 1016 تا حدود 1018 هرتز و طول موج در حدود 10 نانومتر (4 × 10-7 اینچ) تا حدود 100 پیکومتر (بعد از ظهر) یا 10 − 8 اینچ است.

پرتوهای سخت X  در همان محدوده طیف تشعشعات الکترومغناطیسی اشعه گاما می باشند که تنها  تفاوت آنها منبع انرژِ  آنهاست: پرتوهای X با شتاب الکترون ها تولید می شوند ، در حالی که پرتوهای گاما توسط هسته های اتمی تولید می شوند.

اشعه گاما

پرتوهای گاما در طیف وسیعی از پرتوهای نرم X قرار دارند. پرتوهای گاما فرکانسهای بیش از حدود 1018 هرتز و طول موجهای کمتر از 100 بعد از ظهر (9 − 10 − 4 اینچ) دارند. تشعشعات گاما به بافت زنده آسیب زده و برای انسان بسیار خطرناک است.

آیا امواج مغناطیسی مضر هستند؟

شکی نیست که قرار گرفتن در معرض امواج کوتاه مدت در مقادیر بسیار زیاد میدانهای الکترومغناطیسی می تواند برای سلامتی مضر باشد. با وجود تحقیقات گسترده، تا به امروز هیچ شواهدی مبنی بر مضر بودن میدانهای الکترومغناطیسی سطح پایین برای سلامت انسان وجود ندارد.

امواج الکترومغناطیس کاربردهای گوناگونی را در صنایع مختلف دارد، از بحث کمک به ارتباطات گرفته تا درمان سرطان. این امواج الکترومغناطیسی مانند تمامی تکنولوژی های نوین در صورت عدم رعایت نکات بهداشتی و مطلوب ، طبیعتا عارضه هایی را به همراه خواهد داشت.

این امواج اگر در محیط پیرامونی انسان با قدرت بالا و یا به مدت طولانی وجود داشته باشد، احتمال آسیب زایی به بافت سلولی ما را افزایش می دهد. مراقبت های بهداشتی و رعایت برخی از موارد در خصوص امواج الکترومغناطیس تا حد بسیار زیادی احتمال عارضه های ناشی از این امواج را به حداقل می رساند.

عوارض طیف الکترومغناطیس برای بدن

درست است که کاربردهای امواج الکترومغناطیس باعث شده زندگی بشر امروزی به شکل قابل توجهی پیشرفت کند اما این کاربردها نمی توانند باعث چشم پوشی از عوارضی زیستی و بهداشتی انواع طیف الکترومغناطیسی شوند. برخی از این عوارض عبارتند از:

• بالا رفتن دمای بدن
• تپش قلب
• فشار خون بالا
• خستگی و ضعف
• تاری دید
• آب مروارید زودرس
• حالت تهوع
• سرگیجه و سردرد
• وزوز گوش
• و …

امواج الکترومغناطیس مغز

نتایج تحقیقات گسترده حاکی از آن است که انواع طیف الکترومغناطیس، می توانند بر حافظه و مغز انسان تاثیر گذاشته و باعث اختلال در روند طبیعی کارکرد آن ها شوند. دلیل این قضیه هم مشخص است چراکه مغز دارای امواج با طول موج و فرکانس مخصوص به خود است و هیچوقت استراحت نمی کند حتی در حالت خواب. اگر هر موج الکترومغناطیسی با هر فرکانسی در سلول های مغزی نفوذ کنند ممکن است باعث اختلال در یادگیری و حافظه ی فرد شوند.

همچنین می توان به آزمایش پذیرش اکسیژن از طرف هموگلوبین که ثابت نمود امواج تلفن همراه باعث جذب کمتر اکسیژن در خون می شود هم اشاره نمود. کاهش جذب اکسیژن در خون می تواند به خودی خود مشکلات زیادی برای انسان ایجاد کند. حتی اگر تلفن همراه در جیب شما باشد باز هم می تواند سهم ۵ تا ۱۰ درصدی مصرف اکسیژن مغز را کاهش دهد. بنابراین لازم است چاره ای اندیشید تا حالا در معرض «امواج الکترومغناطیسی» زیادی هستیم سلامت بدن خود و عزیزانمان را حفظ کنیم.  

منبع: پارس شیلد