To vám umožní vidět nebo mluvit s milovaného člověka v jiném koutě světa, a někdy to hranolky z vesmíru — je to elektromagnetické záření. Je to opravdu šikovná věc. Podívejme se tedy na všechny různé druhy elektromagnetického záření a proč jsou všechny ve skutečnosti stejné.

Když se nabité částice ve tvaru atomy (ionty), nebo elementární částice (elektrony nebo protony), přijímat dostatek energie, aby se pohybovat a komunikovat se svými vrstevníky, začnou vytvářet magnetické a elektrické pole. Souhra mezi těmito dvěma typy polí generuje (nikdy neuhodnete) elektromagnetické jevy. Což je velmi dobrá zpráva: elektromagnetismus (EM) je jednou ze základních sil v přírodě, sada čtyři přírodní zákony, které se ujal po Velkém Třesku a tvar našeho vesmíru do toho, co je dnes.

jeden obzvláště zajímavý kousek em koláče je elektromagnetické záření. Tyto jevy v současné době drží nesporný rekord pro nejrychlejší věci vůbec. Podívejme se na ně, počínaje:

základy

fotony jsou pravděpodobně nejlépe známé pro svou roli částice nesoucí světlo, ale to je jen část jejich práce. Tyto elementární částice jsou nosiči energie pro několik dalších druhů vln, které dohromady tvoří elektromagnetické radiační (EMR) spektrum. Jako každý typ vlny (Ano, včetně vln na vodě) jsou částečně charakterizovány vlnovou délkou a frekvencí. V pořadí rostoucí frekvence, klesající vlnové délky, mohou být:

• rádiové vlny
• mikrovlnné trouby
• infračervené záření
• viditelné světlo
• ultrafialového záření
• X-paprsky,
• gama paprsky

Na první pohled, mohou se zdají být naprosto odlišné věci. Stejně jako rentgenové paprsky lze použít k prohlížení pokožky a ultrafialové záření vám poskytne opálení a popálení kůže, pokud nepoužíváte opalovací krém. Úplně jiný, že?

No, vlastně ne. Představte si spektrum emektromagnetického záření jako kytarový řetězec natažený přes osm pražců. Zahrajte si NEJNIŽŠÍ notu a dostanete rádiové vlny, Zahrajte si nejvyšší a dostanete gama paprsky. Na kytaru, různé vibrační vzory v řetězci vydávají odlišné zvuky ve formě poznámek — naše vnímání se liší, ale všechny jsou v podstatě stejné, nastavené na různá nastavení intenzity. Podobně různé oscilační vzory magnetických a elektrických polí generují různé druhy EMR. Vnímáme je jako úplně jiné (některé přímo neumíme vůbec vycítit), ale jsou to v podstatě stejné jevy v různých intenzitách.

zdroj generuje EM záření, když je v systému energie, protože to způsobuje, že částice vibrují. Teplejší tělesa zpravidla generují vlny s větším výkonem a převážně na vyšších frekvencích. Frekvence se měří v hertzech (Hz), který je definován jako jeden cyklus za sekundu. Frekvence o jeden Hz znamená, že jedna vlna je generována každý druhý, jeden kHz znamená 1,000 vlny jsou generovány za sekundu, a jeden GHz odpovídá jedné miliardy za sekundu.

vlnová délka se rovná rychlosti nad frekvencí a obvykle se používá k reprezentaci vzdálenosti mezi dvěma po sobě jdoucími hřebeny. Technicky se ale dá měřit kdekoliv na vlně.

a konečně, elektromagnetické záření stojí na rozdíl od ostatních em jevů v tom, že jsou „daleko pole“ účinky. Tyto vlny nejsou omezeny na interakci s blízkými objekty, na rozdíl od elektrostatického efektu, například. Jakmile jsou vlny generovány, mohou také procházet prostorem („vyzařují“, odkud pochází termín „záření“) bez dalšího vstupu z nábojů, které je generovaly. Takže tyto vlny budou pokračovat, dokud jim dojdou energie — buď proto, že zasáhla některé částice mohou komunikovat s, nebo proto, že prostě zhasnout.

takže teď máme základní představu o tom, jak se tvoří, v pohodě. Pojďme projít každý typ vlny.

rádiové vlny

Rádiové vlny mají nejnižší frekvence všech typů EMR, a jeho fotony nesou nejmenší množství energie. Obvykle je cokoli mezi 3kHz a 300 GHz považováno za rádiovou vlnu, i když některé definice klasifikují cokoli nad 1 GHz nebo 3 GHz jako mikrovlny. Díky tomu jsou rádiové vlny lenochody EMR. Fotony rádiových vln jsou od sebe vzdáleny — při 3khz je vlnová délka 100 km (62 mi) dlouhá, 1 mm (0.039 in) při 300 GHz-což znamená, že nesou méně energie než jiné typy ER.

Jejich interakce s hmotou je do značné míry omezena na vytvoření spoustu elektrických nábojů, které jsou rozprostřeny v mnoha atomů — takže každý náboj je velmi malý. Je to užitečné, nicméně, protože toto šíření umožňuje vodiči svázanému s obvodem transformovat rádiové vlny zpět na některé elektrické signály. Spojte to s jejich rychlostí (všechny em vlny cestují rychlostí světla ve vakuu) a jsou opravdu dobré pro komunikaci na dlouhé vzdálenosti.

alternativně, pokud máte vodič, který není vázán na obvod, řekněme letadlo za letu, oddělení těchto nábojů vygeneruje nové rádiové vlny — to je to, co umožňuje radarovým signálům „odrážet“ věci. Absorpce nebo emise rádiových vln vždy vytváří elektrický proud, teplo nebo obojí.

Mikrovlny

Mikrovlny jsou elektromagnetické záření s frekvencí mezi 300 MHz (vlnová délka 100 cm) a 300 GHz (0,1 cm). Kromě trochu energičtějších fotonů a kratší vlnové délky (což znamená větší hustotu energie) jsou to vlastně rádiové vlny. Ve skutečnosti jsou mikrovlny také široce používány v komunikaci, ale s několika klíčovými rozdíly od rádiových vln.

První je, že budete potřebovat přímá viditelnost přijímače, jako mikrovlnné trouby nemusíte ohýbat (odrážet) kolem kopce nebo hory, které se odrážejí zpět od ionosféry, nebo sledovat planety zakřivení jako povrchové vlny. Ale balí více úderu než rádiové vlny a mohou prorazit některé z věcí, které Rádio nemůže — jako husté mraky nebo prach — kvůli jejich vyšší frekvenci.

mikrovlnné trouby se používají pro přenos dat přes bezdrátové sítě, komunikovat s družice a kosmické lodi, v autonomních a klasických vozidel pro zabránění vzniku kolize systémy, některé rádiové sítě, bezklíčové vstupní systémy a garážová vrata dálkových ovladačů.

jsou také užitečné v pecích. Stejný proces, který umožňuje absorpci rádiových vln generovat teplo, činí mikrovlnnou troubu 2.45 GHz (12cm) velmi dobrou při ohřevu vody. A protože jídlo má vždy alespoň trochu vody, znamená to, že mikrovlnné trouby jsou šikovný způsob, jak zahřát jídlo.

infračervené záření

miláček kýčovitých akčních filmů, infračervených nebo IR. Přichází jen dlouho viditelného spektra, od 300 GHz (1 mm) do dolní viditelné hranice (červená barva) při 430 THz (700 nm). Toto je spektrum, přes které většina objektů budete komunikovat s vyzařovat teplo. Na rozdíl od rádiové a mikrovlnné záření, infračervené záření interaguje s dipóly (silně polarizované chemické molekuly, jako je voda), což znamená, že dostane absorbována širokou škálu látek — a téměř všechny organické látky — zapnout jeho vibrace do tepla. Opak je však také pravdou, což znamená, že sypké látky obecně vyzařují některé úrovně IR, když uvolňují své teplo.

takže to není moc dobré pro komunikaci na dlouhé vzdálenosti, protože by se jen absorbovala vodou v atmosféře. Dálkové ovládání televizoru však může s velkým úspěchem používat IR k vydávání příkazů na krátké vzdálenosti. IR detektory jsou užitečné, pokud se snažíte vidět něco, co vydává teplo – například zloděj uprostřed noci. Infračervené záření se také používá v astronomii k prohlížení prachových mraků při hledání planet, v průmyslových aplikacích ke sledování úniků tepla nebo zabránění přehřátí, při předpovědi počasí a v některých léčivých aplikacích. Armáda je také, očividně, velký fanoušek IR, používat to jak pro pozorování, tak pro vedení munice k cíli.

A jako ještěrka-milovníky tam venku vím, infračervené záření je skvělý způsob, jak paprsek tepla, kde je potřeba. Ve skutečnosti, to je přesně to, jak lidé objevili IR. V roce 1800 astronom jménem Sir William Herschel poprvé popsal IR záření pozorováním jeho účinků na teploměr.

stejně jako všechny ostatní elektromagnetické záření, IR nese energii a chová se jako vlna a jako kvantová částice, foton. Něco přes polovinu veškeré sluneční energie, která se dostane na Zemi, to dělá jako infračervené záření-proto se sluneční světlo cítí tak teplé.

Viditelné světlo

Toto je interval elektromagnetického záření, že vaše oči jsou naladěni vyzvednout. Viditelné světlo pokrývá spektrum od 430-770 THz (390 do 700 nm). Vidíme různé barvy, protože určité části tohoto spektra jsou absorbovány objekty a zbytek se odráží. Aby se vám něco zdálo červené, musí absorbovat vlnové délky, které neodpovídají barvě, a odrážet pouze červené vlnové délky, aby se vaše oči zvedly.

barva však může také vzniknout ze způsobu interakce světla s konkrétním objektem. Struktura objektu je také vytvořena téměř stejným mechanismem. Například sníh se zdá být bílý, matný a zároveň reflexní-ale jednotlivé sněhové krystaly vypadají jako kousky skla. Můžete zjistit, proč zde.

ultrafialové záření

EM spektra přes četnost 789 terahertzové (THz) nebo více, se nazývá ultrafialové. Ultrafialové světlo se skládá z opravdu krátkých vln, od 10 nm do 400 nm, a nese spoustu energie. Ve skutečnosti, počínaje UV hranicí, fotony nesou dostatek energie, aby změnily určité chemické vazby na nová uspořádání. Což je peklo, pokud jste molekula DNA, která se jen snaží uchovat informace. Ještě horší pro živé věci, některé UV podtypy, které nemají dost energie na poškození DNA přímo (jako podtyp A) stále představují riziko, protože produkují reaktivní formy kyslíku uvnitř těla, vysoce reaktivní sloučeniny, které hijack chemické vazby v DNA.

celkově je UV záření natolik energetické, že začíná být skutečným nebezpečím pro život. Dokonce i relativně nízkoenergetické UV záření může způsobit ošklivé popáleniny kůže, mnohem horší než ty, které jsou způsobeny jednoduše teplotou (protože jsou také radiační popáleniny, jak je vysvětleno výše). Vystavení UV záření s vyšší energií může vést k rakovině, protože vlny způsobují zmatek na vláknech DNA.

tato schopnost poškozovat živé organismy bude od nynějška na seznamu běžným rysem, protože frekvence se budou dále zvyšovat. Na vyšší koncích UV spektra (kolem 125 nm nebo méně, je někdy nazýváno „extrémní UV“), energie se provádí pomocí těchto vln je tak vysoká, že může vlastně pásu elektrony z atomů mušle v procesu zvaném fotoionizační.

Vzhledem k tomu, že UV záření představuje asi 10% slunce je celkový světelný výkon, mohlo by to způsobit spoustu problémů pro cokoliv živého na zemi (protože voda dělá docela dobrou práci absorbovat UV). Naštěstí pro nás pozemšťany jsme chráněni ozonovou vrstvou a zbytkem atmosféry, která odfiltruje většinu UV paprsků dříve, než způsobí skutečné poškození.

není to však všechno špatná zpráva. UV záření je klíčem k syntéze vitaminu D u většiny suchozemských obratlovců, včetně lidí. UV paprsky jsou také používány při fotografování a astronomie, v některých bezpečnostních aplikací (k ověření účtů nebo kreditních karet), v kriminalistice, jako sterilizátor, a samozřejmě, na opalování lůžek.

X-rays / Röntgen záření

S frekvencí v rozmezí od 30 petahertz do 30 exahertz (‚peta‘ znamená 15 nul, ‚exa‘ znamená 18 nul) a vlnové délky od 0,01 do 10 nanometrů, X-paprsky, jsou velmi energický. Ti s vlnovými délkami pod 0,2-0.1 nm se nazývají „tvrdé“ rentgenové paprsky. Lékaři používají jim vidět kosti uvnitř těla, protože jsou tak malé a mocný, že naše měkké tkáně jsou prakticky transparentní. Totéž platí se zavazadly na letišti-tvrdé rentgenové paprsky vidí přímo skrz ně. Jejich vlnová délka je srovnatelná s velikostí jednotlivých atomů, a proto je geologové používají k určení krystalových struktur.

rentgenové záření (a energičtější záření gama) jsou tvořeny fotony, které všechny nesou minimální ionizační energii(všechny mohou fotoionizovat) a nazývají se tak ionizujícím zářením. Mohou způsobit masivní poškození organismů a biomolekul, často postihující tkáně velmi hluboko pod kůží, protože snadno pronikají většinou hmoty.

jsou pojmenovány po Wilhelmu Röntgenovi, německém vědci, který je objevil 8. listopadu 1895. Sám Röntgen je nazval X-radiací, protože to bylo v té době docela záhadné-nikdo opravdu nechápal, co toto záření je nebo co dělá.

Gamma paprsky

Jedná se o EMR s jedinými fotony s nejvyšší energií, o kterých víme. Mají kmitočty nad 30 exahertz, a vlnových délek pod 10 picometers (1 picometer je tisícina nanometru nebo tisícinu miliardtiny metru), což je méně než průměr atomu. Většinou jsou výsledkem radioaktivního rozpadu na Zemi (jako bomby nebo Černobyl), ale mohou také přijít v neskutečně silné gama záblesky, pravděpodobně výrobek z umírající hvězdy stane supernova nebo větší hypernova, než se hroutí do neutronové hvězdy nebo černé díry. Jedná se o jediný nejsmrtelnější Typ EM záření pro živé organismy. Naštěstí jsou z velké části pohlceny zemskou atmosférou.

umělé gama paprsky se někdy používají ke změně vzhledu drahých kamenů, jako je přeměna bílého topazu na modrý topaz. USA také experimentují s jejich použitím k vytvoření jakéhosi rentgenového přístroje na steroidech, který dokáže skenovat až 30 kontejnerů za hodinu. Získat představu o tom, jak směšně razantní gama paprsky jsou, vím, že těžební operace použití gamma ray generátory podívat se přes obrovské hromady rudy a vyberte nejbohatší ke zpracování. Mezi další použití patří ozařování (používané ke sterilizaci zdravotnického vybavení nebo potravin), k ničení rakovinných nádorů a v nukleární medicíně.

Stručně řečeno, jedná se o Kategorie, které používáme k popisu elektromagnetického záření. Mají věci, kterými rádi procházejí, a věci, od kterých se odrážejí. Jsou to světlo, které nevidíte a může být příjemné, velmi nebezpečné, a někdy, šíleně smrtící.