انتشار الموجات الكهرومغناطيسية وتطبيقاتها

مدى الموجات الراديوية

• الترددات المنخفضة جداً VLF ($3$–$30\,kHz$) والمنخفضة LF ($30$–$300\,kHz$): غالباً في الملاحة البحرية.
• المتوسطة MF ($300\,kHz$–$3\,MHz$): البث الإذاعي المعتاد.
• العالية HF ($3$–$30\,MHz$): بعض الهواتف والاتصال بين الطائرات والسفن.
• العالية جداً VHF ($30$–$300\,MHz$): بعض أجهزة التلفاز والإرسال الإذاعي وأنظمة التحكم بالحركة الجوية واتصالات الشرطة.

انتشار الموجات الكهرومغناطيسية

تنتشر الموجات في الأوساط المختلفة بسرعة $v$ تحددها السماحية الكهربائية $\varepsilon$ والنفاذية المغناطيسية $\mu$ للوسط: $v=\frac{1}{\sqrt{\varepsilon\mu}}$. وفي الفراغ: $\varepsilon_o=8.854\times10^{-12}\,F/m$ و $\mu_o=4\pi\times10^{-7}\,H/m$، ومنها $c=\frac{1}{\sqrt{\mu_o\varepsilon_o}}=2.997964\times10^{8}\,m/s$ ويقرب إلى $3\times10^{8}\,m/s$.

تنتشر الموجات الراديوية في الجو بطرائق منها:

• الموجات الأرضية ($530\,kHz$–$2\,MHz$): تتخذ مساراً قريباً جداً من سطح الأرض وينحني مسارها مع انحنائه، وتستعمل لأنظمة اتصالات محدودة المسافة لمحدودية قدرة بثها.
• الموجات السماوية ($2$–$30\,MHz$): تعتمد على طبقات الأيونوسفير عالية التأين التي تعكسها إلى الأرض. تكون الطبقات عالية التأين عند منتصف النهار وقليلة التأين ليلاً، إذ تختفي ليلاً الطبقة القريبة من الأرض (D-layer) وتبقى (F-layer)؛ لذا يكون تسلم هذه الموجات نهاراً لمدى أقل (انعكاسها من الطبقة السفلى D) ويكون ليلاً واضحاً لانعكاسها من الطبقة العليا F.
• الموجات الفضائية (أكثر من $30\,MHz$، نطاق VHF): موجات دقيقة (Microwaves) تنتشر في خطوط مستقيمة ولا تنعكس عن الأيونوسفير بل تنفذ خلالها، وتستثمر في الاتصال بين القارات باستعمال أقمار صناعية في مدار متزامن مع دوران الأرض تعمل كمعيدات تستقبل الإشارات الضعيفة وتعيد بثها.

الرادار (RADAR)

اختصار Radio Detection And Ranging أي الكشف وتحديد البعد بوساطة الموجات الراديوية. نظام إلكتروني يكشف الأهداف المتحركة أو الثابتة ويحدد مواقعها بإرسال موجات راديوية (الموجات الدقيقة) باتجاه الهدف واستقبال المنعكسة عنه؛ يدل زمن الذهاب والإياب على مدى الهدف، واتجاه عودة الموجات على موقعه. مكوناته الرئيسة: المذبذب، المضمن، المرسل، مفتاح الإرسال والاستقبال، الهوائي (يرسل الموجات بشكل حزم ضيقة موجهة ويتسلمها بعد انعكاسها)، الموقّت، المستقبل، معالج الإشارة (ينتقي إشارات الأهداف الصغيرة المتحركة ويحجب إشارات الأهداف الكبيرة والثابتة)، الشاشة.

التحسس النائي (الاستشعار عن بعد)

مجال يمدنا بالمعلومات عن سطح الأرض من غير احتكاك أو اتصال مباشر، باستثمار الموجات الكهرومغناطيسية (من الضوئية إلى نهاية الترددات الراديوية) المنعكسة أو المنبعثة من الأجسام. أنواعه:

• بحسب مصدر الطاقة: صور نشطة (مصدر طاقة مثبت على القمر نفسه يضيء الهدف ويتسلم المنعكس عنه)، وصور غير نشطة (تعتمد على الإشعاع المنبعث من الهدف نفسه).
• بحسب الطول الموجي: صور الأشعة المرئية، وصور الأشعة تحت الحمراء، وصور الأشعة المايكروية.

ومن مجالاته: اكتشاف الخامات المعدنية والبترولية، مراقبة الأنهار والجفاف والفيضانات، التخطيط العمراني، دراسة النباتات والتربة، التطبيقات العسكرية، وتصوير النجوم والكواكب.