مختبر الفيزياء

حجب الموجات الكهرومغناطيسية.

سؤال التجربة:

ما المواد التي تحجب الموجات الكهرومغناطيسية (موجات الراديو)؟

التحليل:

1. التلخيص. أي المواد أكثر فاعلية لحجب موجات الراديو؟

الفلزّات تحجب موجات الراديو.

3. قارن. ما العلاقة بين الطول الموجي للموجة المستخدمة في المذياع واتساع الفتحة أو الفتحات في المواد المستخدمة لحجب موجات الراديو؟

اتساع الفتحة في المواد المستخدمة صغير مقارنة مع طول موجة الراديو.

4. تفسير البيانات. ما الصفات المشتركة بين المواد التي تعمل على حجب موجات الراديو؟

المواد مصنوعة من الفلزّات وهي مواد موصلة للكهرباء، وتعمل المجالات الكهربائية للموجات الكهرومغناطيسية على مسارعة الإلكترونات داخل الفلزات، لذلك تنقل طاقة الموجات إلى الفلزّ بدلًا من جعلها تذهب إلى المذياع.

الاستنتاج والتطبيق:

1. اشرح. قدم توضيحاً حول ما قد يحدث للمجالين الكهربائي والمغناطيسي لموجات الراديو التي منعت من الوصول إلى المذياع باستخدام المواد الحاجبة.

تمتص طاقة المجال الكهربائي على سطح الفلزّ بوساطة الإلكترونات حرّة الحركة.

2. استنتج. لماذا لم تكن تغطية المذياع بذراعيك فعّالة في إيقاف موجات الراديو؟

تنفذ موجات الراديو من خلال جسم الإنسان ومن خلال الأجسام غير الفلزية، مع حدوث امتصاص قليل جداً، والمواد غير الفلزّيّة؛ كالأشجار والإنسان لا تعدّ موصّلات جيدة.

3. استخدم التفسير العلمي. تمتص مياه المحيط موجات الراديو وتحد من اختراقها بحيث تصل إلى عمق يساوي طول الموجة تقريباً تحت السطح، وبسبب ذلك تستخدم موجات بترددات صغيرة جداً (40-80)Hz للتواصل مع الغواصات تحت الماء، لماذا قد يكون موقع محطة إرسال الموجات الراديوية ذات القدرة العالية والمستخدمة للاتصال بغواصة ما موجود في منطقة نائية بعيدة عن المحيط (مساعدة: قدر طول الهوائي المستخدم إذا كان طوله يساوي نصف الطول الموجي).

يكون طول هوائي الإرسال المستخدم للاتصال مع الغوّاصات طويل للغاية، لأن طول الهوائي يجب أن يكون مساوياً لنصف الطول الموجي وبعض الهوائيات يبلغ طولها 5000 m تقريباً، وتوضع هذه الهوائيات في مناطق غير مأهولة بالسكان عادة حتى لا يتأثر السكان بالمخاطر التي قد تنجم عنه والتي تؤثر على الصحة والبيئة.

التوسع في البحث:

كيف يكون حجم الثقوب في الأسلاك الفلزية المشبكة الموضوعة على باب فرن الميكروويف مقارنة بطول موجة الميكروويف التي ترددها 2.4GHz؟

لموجات فرن الميكرويف النموذجيّ طول موجة راديو تساوي 2.4GHz) 12.5 cm) وهو أكبر كثيراً من حجم الثقب، وبسبب ذلك يحدث تسرب صغير في الفرن.

الفيزياء في الحياة:

افترض أنك تريد إرسال بعض الصور أو المعلومات المخزّنة على القرص المغناطيسي لحاسوبك إلى صديقك، فما الذي يتعن عليك عمله لحماية القرص من الموجات الكهرومغناطيسية خلال الإرسال؟

يجب أن تركّز إجابات الطالب على تغليف الأقراص بمادة توقف نفاذ الموجات الكهرومغناطيسية وتحجبها، وعلى الطلاب أن يأخذوا في الاعتبار أن المجال المغناطيسي للموجة الكهرومغناطيسية ضعيف جداً مقارنة بالمجال الكهربائي، ولذلك فإن حماية الأقراص في أثناء الشحن النموذجيّ لا تشكل مشكلة أبداً، فعلى سبيل المثال تكون الرقائق المغلفة للرسائل فعّالة في حجب الموجات الكهرومغناطيسية وتمنع محو البيانات المسجلة على الأقراص.