الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية نوعان من الطاقة الكهرومغناطيسية التي يمكن تسخيرها لأغراض مختلفة، حيث إن كلا الإشعاعين موجودان في طرفي الطيف الكهرومغناطيسي وغير مرئيين للعين البشرية، كما يعد الطيف الكهرومغناطيسي نطاق من الترددات الإشعاعية الكهرومغناطيسية المختلفة وأطوالها الموجية وطاقات الفوتون.
الطيف الكهرومغناطيسي
يغطي الطيف الكهرومغناطيسي الموجات الكهرومغناطيسية بترددات تتراوح من أقل من هرتز إلى أكثر من 1025 هرتز، كما أنها تتوافق مع أطوال موجية من آلاف الكيلومترات إلى جزء صغير من الحجم المتناهي الصغر، وقبل ستينيات القرن التاسع عشر كان يُعتقد أن الكهرباء والمغناطيسية قوتان منفصلتان، ومع ذلك فقد لاحظ جيمس ماكسويل ما يلي:
- ينتج تيار كهربائي في سلك مجال مغناطيسي يعتمد اتجاهه على اتجاه التيار.
- ينتج المجال الكهربائي المتحرك مجالًا مغناطيسيًا والعكس صحيح.
- تأتي الأقطاب المغناطيسية في أزواج تجذب وتتنافر، مثلما تفعل الشحنات الكهربائية.
حيث أدت هذه الاكتشافات إلى تطوير نظرية موحدة للكهرباء والمغناطيسية، مما أدى إلى ولادة الكهرومغناطيسية، حيث يتعامل هذا مع كيفية تفاعل الجسيمات المشحونة كهربائيًا مع بعضها البعض ومع المجال المغناطيسي، ويتم إنشاء الإشعاع الكهرومغناطيسي عندما يقوم مجال كهربائي بتسريع حركة الإلكترون، حيث تُنتج الحركة مجالات كهربائية ومغناطيسية متذبذبة تنتقل في حزمة من الطاقة الضوئية تسمى الفوتون.
كما تشترك الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية في أوجه تشابه مذهلة، على سبيل المثال: كلاهما غير مرئي للعين البشرية وينتقل على شكل موجات تتكون من مجالات الكهربائية والمغناطيسية متغيرة، حيث تكون الأمواج ذاتية الانتشار وتحمل حزمة من الطاقات التي تتحول إلى حرارة.
الاختلافات بين الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية
التردد
من المهم أن نحدد أولاً ماهية التردد، لذلك ينتقل الإشعاع الكهرومغناطيسي على شكل موجات، حيث تتكون الموجة البسيطة من جزأين، قمة الموجة وهي الجزء العلوي من الموجة والقاع وهو الجزء السفلي، يشكل هذان الجزءان دورة موجة كاملة.
باختصار التردد الكهرومغناطيسي هو عدد دورات الموجة التي يتم إجراؤها في وحدة زمنية خاصة في الثانية، ويتم قياسها بالهرتز، كما أن الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية لها ترددات مختلفة، حيث يغطي التردد نطاق 300 جيجا هرتز تقريبًا إلى 400 تيرا هيرتز ويبلغ طول موجته 1 مم – 750 نانومتر.
كما يشير هذا الطول الموجي إلى المسافة بين قمتي موجة متتاليتين ويحدد نطاق الطاقة والاهتزاز الشبكي للإشعاعات الكهرومغناطيسية، ويمكن تقسيم الأشعة تحت الحمراء عمومًا إلى ثلاثة أجزاء: تغطي الأشعة تحت الحمراء البعيدة المدى من 300 جيجا هرتز إلى 30 تيرا هيرتز ولها طول موجي من 1 مم – 10 ميكروميتر، يغطي منتصف الأشعة تحت الحمراء النطاق من 30 THz إلى 120 THz بطول موجي من 10 ميكروميتر – 2.5 ميكروميتر، تغطي الأشعة تحت الحمراء القريبة المدى من 120 THz إلى 400 THz بطول موجي 2.5 ميكروميتر – 750 نانومتر.
إلى جانب ذلك فإنه يمكن العثور على الأشعة فوق البنفسجية بشكل طبيعي في أشعة الشمس، وتشكل حوالي 10٪ من إجمالي ناتج ضوء الشمس، وله تردد يقع في حدود حوالي 8 × 1014 هيرتز إلى 3 × 1016 هيرتز، ويبلغ طول موجته حوالي 380 نانومتر إلى 10 نانومتر ومثل إشعاعات الأشعة تحت الحمراء، وهي مقسمة أيضًا إلى 3 نطاقات:
- الأشعة فوق البنفسجية الطويلة (UVA) أو الأشعة فوق البنفسجية القريبة لها طول موجي في حدود 315-400 نانومتر.
- UVB أو الأشعة فوق البنفسجية المتوسطة لها طول موجي من 280 – 315 نانومتر وأخيراً.
- UVC أو الأشعة فوق البنفسجية البعيدة التي يبلغ طولها الموجي 180-280 نانومتر.
عامل الخطر
تستحضر فكرة الإشعاع خيالًا مخيفًا، لكن من المهم الإشارة إلى أنه ليس كل إشعاع سيئًا، وفي الواقع ثبت أن استخدام الأشعة تحت الحمراء في إجراء الشفاء غير الجراحي آمن علميًا، حيث إن كل ما يمكن للعين البشرية رؤيته يشع أساسًا بالأشعة تحت الحمراء باستمرار، وهذا يمكن أن يعني فقط أن الأشعة تحت الحمراء ليست خطيرة.
ومع ذلك، قد يؤدي التعرض لفترة طويلة إلى الإضرار بالعيون، وهذا هو السبب في أن الأشخاص الذين يعملون في الصناعات التي تعرضهم للأشعة تحت الحمراء لفترة طويلة جدًا يرتدون نظارات واقية، كما يمكن لجرعات كبيرة من هذا الإشعاع أن تلحق الضرر بالجلد والأنسجة كما أنها مسؤولة عن تأثير الاحتباس الحراري، وهذا يتسبب في ارتفاع درجة الحرارة وتغيرات في أنماط الطقس، وهذا يشكل خطرا جسيما على كل من الإنسان والحيوان.
وعلى عكس الأشعة تحت الحمراء، فإن التعرض للأشعة فوق البنفسجية ضار بالجلد بسبب طاقتها العالية، ولقد ثبت أنه السبب الرئيسي لسرطان الجلد، ويحدث هذا عندما يتعرض الجلد للأشعة فوق البنفسجية، وقد يؤدي هذا التعرض إلى إطلاق الميلانين الذي يعمل بمثابة دفاع طبيعي للجسم ضد هذا الإشعاع؛ وذلك لامتصاص الأشعة فوق البنفسجية وتبديدها كحرارة.
ولكن عندما تغمر هذه الدفاعات نتيجة التعرض المستمر، فإنها ستؤدي إلى تفاعل سام يؤدي إلى حرق الجلد، ومن المحتمل أن يحدث هذا في غضون نصف يوم من الإفراط في الانغماس في الشمس، وعلى المدى الطويل يمكن للأشعة فوق البنفسجية أن تلحق الضرر بالحمض النووي في خلية الجسم، وهذا يمكن أن يؤدي إلى طفرة يمكن أن تؤدي إلى سرطان الجلد، ووفقًا لمؤسسة سرطان الجلد، فإن خطر الإصابة بسرطان الجلد، وهو النوع الأكثر فتكًا يكون مرتين للأشخاص الذين عانوا من حروق الجلد لخمس مرات أو أكثر.
ولحسن الحظ بالنسبة للأشخاص ذوي البشرة الداكنة، فإن هذا الخطر أقل من الأشخاص ذوي البشرة الفاتحة، ومثل الأشعة تحت الحمراء يمكن للأشعة فوق البنفسجية أيضًا أن تلحق الضرر بالعيون، وهذا لأن عيون الإنسان حساسة لجميع الإشعاعات الكهرومغناطيسية.
تأثير التسخين
يتم نشر كلاهما كموجات يتم تحويلها بعد ذلك إلى حرارة، ومع ذلك تختلف درجة تأثيرها الحراري إلى حد كبير، وعلى سبيل المثال تقوم الأشعة تحت الحمراء بتسخين جسم ما، بحيث ينتشر الدفء بشكل متساوٍ عبر هذا الجسم، وعلى عكس درجات الحرارة التقليدية، فإن الأشعة تحت الحمراء لا تسخن الهواء.
يمكننا أن نشعر بالحرارة من الأشعة تحت الحمراء، ويمكن استخدامها أيضًا لإعداد الأطعمة، ولكن في حالة الأشعة فوق البنفسجية لا يمكن الشعور بالحرارة بشكل مباشر على الرغم من أنها أكثر نشاطًا من الأشعة تحت الحمراء، ومن المهم الإشارة إلى أن الحرارة التي نشعر بها من أشعة الشمس هي الأشعة تحت الحمراء، وقد يتفاجأ هذا عندما نفكر في الحقائق التالية: ضوء الشمس هو المصدر الطبيعي الأساسي للأشعة فوق البنفسجية ونسبة الأشعة فوق البنفسجية المنبعثة من الشمس أكبر من نسبة الأشعة تحت الحمراء.
لذلك يمكننا أن نفترض بأمان أن الأشعة تحت الحمراء أكثر سخونة من الأشعة فوق البنفسجية؛ لأننا نشعر بها كحرارة بينما لا يمكننا أن نشعر مباشرة بالأشعة فوق البنفسجية، وهو يدخل في أجسامنا ويفكك الجزيئات دون توليد الكثير من الحرارة.
