Definisjon av elektromagnetisk stråling

Encyclopaedia Britannica/UIG / Getty Images

Elektromagnetisk stråling er selvopprettholdende energi med elektriske og magnetiske feltkomponenter. Elektromagnetisk stråling blir ofte referert til som 'lys', EM, EMR eller elektromagnetiske bølger. Bølgene forplanter seg gjennom et vakuum med lysets hastighet. Svingningene til de elektriske og magnetiske feltkomponentene er vinkelrett på hverandre og på retningen bølgen beveger seg i. Bølgene kan karakteriseres etter deres bølgelengder , frekvenser eller energi.

Pakker eller kvanter av elektromagnetiske bølger kalles fotoner. Fotoner har null hvilemasse, men de er momentum eller relativistisk masse, så de påvirkes fortsatt av tyngdekraften som vanlig materie. Elektromagnetisk stråling sendes ut hver gang ladede partikler akselereres.

Det elektromagnetiske spekteret

Det elektromagnetiske spekteret omfatter alle typer elektromagnetisk stråling. Fra den lengste bølgelengden/laveste energien til den korteste bølgelengden/høyeste energien er rekkefølgen på spekteret radio, mikrobølge, infrarød, synlig, ultrafiolett, røntgen og gammastråler. En enkel måte å huske rekkefølgen på spekteret på er å bruke mnemonic ' R abbits M spiste Jeg n I ery I vanlig og X ettertenksom G brenner.'

• Radiobølger sendes ut av stjerner og genereres av mennesker for å overføre lyddata.
• Mikrobølgestråling sendes ut av stjerner og galakser. Det er observert ved hjelp av radioastronomi (som inkluderer mikrobølger). Mennesker bruker det til å varme opp mat og overføre data.
• Infrarød stråling sendes ut av varme kropper, inkludert levende organismer. Det sendes også ut av støv og gasser mellom stjerner.
• De synlig spektrum er den lille delen av spekteret som oppfattes av menneskelige øyne. Det sendes ut av stjerner, lamper og noen kjemiske reaksjoner.
• Ultrafiolett stråling er sendes ut av stjerner, inkludert solen. Helseeffekter av overeksponering inkluderer solbrenthet, hudkreft og grå stær.
• Varme gasser i universet avgir røntgenstråler . De genereres og brukes av mennesker for diagnostisk bildediagnostikk.
• Universet sender ut gammastråling . Den kan brukes for bildebehandling, på samme måte som røntgenstråler brukes.

Ioniserende versus ikke-ioniserende stråling

Elektromagnetisk stråling kan kategoriseres som ioniserende eller ikke-ioniserende stråling. Ioniserende stråling har nok energi til å bryte kjemiske bindinger og gi elektroner tilstrekkelig energi til å unnslippe atomene deres, og danner ioner. Ikke-ioniserende stråling kan absorberes av atomer og molekyler. Mens strålingen kan gi aktiveringsenergi for å starte kjemiske reaksjoner og bryte bindinger, er energien for lav til å tillate elektronunnslipping eller -fanging. Stråling som er mer energisk enn ultrafiolett lys er ioniserende. Stråling som er mindre energisk enn ultrafiolett lys (inkludert synlig lys) er ikke-ioniserende. Ultrafiolett lys med kort bølgelengde er ioniserende.

Oppdagelseshistorie

Bølgelengder av lys utenfor det synlige spekteret ble oppdaget tidlig på 1800-tallet. William Herschel beskrev infrarød stråling i 1800. Johann Wilhelm Ritter oppdaget ultrafiolett stråling i 1801. Begge forskerne oppdaget lyset ved å bruke et prisme for å splitte sollys i dets komponentbølgelengder. Ligningene for å beskrive elektromagnetiske felt ble utviklet av James Clerk Maxwell i 1862-1964. Før James Clerk Maxwells enhetlige teori om elektromagnetisme, trodde forskerne at elektrisitet og magnetisme var separate krefter.

Elektromagnetiske interaksjoner

Maxwells ligninger beskriver fire hovedelektromagnetiske interaksjoner:

1. Kraften til tiltrekning eller frastøting mellom elektriske ladninger er omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden som skiller dem.
2. Et elektrisk felt i bevegelse produserer et magnetfelt og et bevegelig magnetfelt produserer et elektrisk felt.
3. En elektrisk strøm i en ledning produserer et magnetisk felt slik at retningen til magnetfeltet avhenger av strømmens retning.
4. Det er ingen magnetiske monopoler. Magnetiske poler kommer i par som tiltrekker og frastøter hverandre omtrent som elektriske ladninger.