Det lader dig se eller tale med en elsket i et andet hjørne af verden, og nogle gange friterer det dig fra det ydre rum — det er elektromagnetisk stråling. Det er en virkelig fiks ting. Så lad os tage et kig på alle de forskellige former for elektromagnetisk stråling, og hvorfor de alle er, faktisk, det samme.

når ladede partikler i form af atomer (ioner) eller elementære partikler (elektroner eller protoner) modtager nok energi til at bevæge sig rundt og interagere med deres jævnaldrende, begynder de at skabe magnetiske og elektriske felter. Samspillet mellem disse to typer felter genererer (du vil aldrig gætte) elektromagnetiske fænomener. Det er alle meget gode nyheder: elektromagnetisme (EM) er en af de grundlæggende kræfter i naturen, sættet med fire naturlige love, der tog ansvaret efter Big Bang og formede vores univers til det, det er i dag.

et særligt interessant stykke af EM pie er elektromagnetisk stråling. Disse fænomener har i øjeblikket den ubestridte rekord for de hurtigste ting nogensinde. Så lad os tage et kig på dem, begyndende med:

det grundlæggende

fotoner er nok bedst kendt for deres rolle som den lette ‘bærende’ partikel, men det er kun en del af deres job. Disse elementære partikler er energibærere for flere andre slags bølger, der tilsammen danner det elektromagnetiske strålingsspektrum (EMR). Ligesom enhver form for bølge (Ja, bølger på vand inkluderet) er de delvis karakteriseret ved bølgelængde og frekvens. I rækkefølge af stigende frekvens / faldende bølgelængde kan de være:

• radiobølger
• mikrobølger
• infrarød stråling
• synligt lys
• ultraviolet stråling
• røntgenstråler
• gammastråler

Ved første øjekast kan de synes at være vildt forskellige ting. Ligesom røntgenstråler kan bruges til at kigge gennem huden, og ultraviolette giver dig en solbrun og en hudforbrænding, hvis du ikke bruger solcreme. Helt anderledes, ikke?

Nå, ikke rigtig. Tænk på det emektromagnetiske strålingsspektrum som en guitarstreng strakt over otte bånd. Spil den laveste tone, og du får radiobølger, spiller den højeste, og du får gammastråler. På en guitar vil forskellige vibrationsmønstre i strengen afgive forskellige lyde i form af noter — vores opfattelse af dem varierer, men de er alle stort set de samme ting, der er indstillet på forskellige intensitetsindstillinger. Tilsvarende vil forskellige oscillationsmønstre af magnetiske og elektriske felter generere forskellige former for EMR. Vi opfatter dem som helt forskellige (nogle kan vi slet ikke mærke), men de er alle stort set de samme fænomener på forskellige intensiteter.

en kilde genererer EM-stråling, når der er energi i systemet, fordi det er det, der får partikler til at vibrere. Som tommelfingerregel genererer varmere kroppe bølger med mere kraft og overvejende ved højere frekvenser. Frekvensen måles i HTS (HS), som er defineret som en cyklus pr. En frekvens på en HS betyder, at der genereres en bølge hvert sekund, en hs betyder, at der genereres 1.000 bølger i sekundet, og en HS svarer til en milliard i sekundet.

bølgelængde er lig med hastighed over frekvens og tages normalt for at repræsentere afstanden mellem to på hinanden følgende kamme. Teknisk set kan det dog måles hvor som helst på bølgen.endelig står elektromagnetisk stråling adskilt fra resten af EM-fænomener, idet de er ‘fjernfelt’ – effekter. Disse bølger er ikke begrænset til at interagere med tætte objekter, i modsætning til den elektrostatiske effekt, for eksempel. Når de først er genereret, kan bølgerne også kaste sig gennem rummet (de ‘udstråler’, hvor udtrykket ‘stråling’ kommer fra) uden mere input fra de ladninger, der genererede dem. Så disse bølger vil fortsætte, indtil de løber tør for energi — enten fordi de rammer nogle partikler, de kan interagere med, eller fordi de simpelthen sprudler ud.

så nu har vi en grundlæggende ide om, hvordan de danner, cool. Lad os gennemgå hver type bølge.

radiobølger

radiobølger har de laveste frekvenser af alle typer EMR, og dens fotoner bærer den mindste mængde energi. Normalt betragtes alt mellem 3 og 300 gange som en radiobølge, selvom nogle definitioner klassificerer noget over 1 gange eller 3 gange som mikrobølger. Dette gør radiobølger til dovendyr af EMR. Radiobølgefotoner er placeret langt fra hinanden-ved 3 km er bølgelængden 100 km (62 mi) lang, 1 mm (0,039 tommer) ved 300 g — hvilket betyder, at de bærer mindre energi end andre typer ER.deres interaktion med stof er stort set begrænset til at skabe en masse elektriske ladninger spredt ud over mange atomer — så hver ladning er ret lille. Det er dog nyttigt, da denne spredning gør det muligt for en leder, der er bundet til et kredsløb, at omdanne radiobølger tilbage til nogle elektriske signaler. Par det med deres hastighed (alle EM-bølger rejser med lysets hastighed i et vakuum), og de er virkelig gode til langdistancekommunikation.

Alternativt, hvis du har en leder, der ikke er bundet til et kredsløb, siger et fly under flyvning, vil adskillelse af disse afgifter generere nye radiobølger — det er det, der gør det muligt for radarsignaler at ‘reflektere’ ud af ting. Absorption eller emission af radiobølger producerer altid en elektrisk strøm, varme eller begge dele.

mikrobølger

mikrobølger er elektromagnetisk stråling med frekvenser mellem 300 MHG (bølgelængde 100 cm) og 300 GHG (0,1 cm). Bortset fra lidt mere energiske fotoner og en kortere bølgelængde (hvilket betyder mere energitæthed), er de kinda-radio-bølge-ish virkelig. Faktisk bruges mikrobølger også i vid udstrækning i kommunikation, men med et par vigtige forskelle fra radiobølger.

først er, at du har brug for en direkte synsfelt til modtageren, da mikrobølger ikke bøjer (diffract) omkring bakker eller bjerge, de reflekterer ikke tilbage fra ionosfæren eller følger planetens krumning som overfladebølger. Men de pakker mere af et slag end radiobølger og kan gennembore gennem nogle af de ting, som radio ikke kan — som tykke skyer eller støv — på grund af deres højere frekvens.

mikrobølger bruges til at transmittere data via trådløse netværk, til at kommunikere med satellit og rumfartøjer, i autonome og klassiske køretøjer til kollisionsundgåelsessystemer, nogle radionetværk, nøglefri indgangssystemer og garageport Fjernbetjeninger.

de er også nyttige i ovne. Den samme proces, der tillader radiobølgeabsorption at generere varme, gør en 2,45 G (12 cm) mikrobølgeovn meget god til opvarmning af vand. Og da mad altid har mindst noget vand, betyder det, at mikrobølgeovne er en smidig måde at opvarme mad på.

infrarød stråling

BILLEDKREDITTER NASA / JPL.

kæresten af osteagtige actionfilm, infrarød eller IR. Det kommer lige lang af det synlige spektrum, der spænder fra 300 GG (1 mm) til den nedre synlige grænse (farven rød) ved 430 TG (700 nm). Dette er det spektrum, over hvilket de fleste objekter, du vil interagere med, udstråler varme. I modsætning til radio — og mikrobølgestråling interagerer infrarød stråling med dipoler (stærkt polariserede kemiske molekyler såsom vand), hvilket betyder, at den absorberes af en lang række stoffer — og næsten alle organiske stoffer-der omdanner dens vibration til varme. Det modsatte er imidlertid også sandt, hvilket betyder, at bulkstoffer generelt udstråler nogle niveauer af IR, når de frigiver deres varme.

så det er ikke særlig godt for langdistancekommunikation, da det bare ville blive absorberet af vandet i atmosfæren. Men din TV-fjernbetjening kan bruge IR til at udstede kommandoer over korte afstande med stor succes. IR-detektorer er nyttige, hvis du prøver at se noget, der afgiver varme — såsom en indbrudstyv midt om natten. Infrarød bruges også i astronomi til at kigge gennem støvskyer på jagt efter planeter, i industrielle applikationer til at overvåge for varmelækager eller forhindre overophedning, i vejrudsigter og i visse medicinske anvendelser. Militæret er naturligvis også en stor fan af IR, der bruger det både til observationer og til at lede ammunition mod et mål.

og som firbenelskere derude ved, er infrarød stråling en fantastisk måde at stråle varme på, hvor det er nødvendigt. Faktisk, det er præcis, hvordan folk opdagede IR. Tilbage i 1800 beskrev en astronom ved navn Sir Vilhelm Herschel først IR-stråling ved at observere dens virkninger på et termometer.

som al anden elektromagnetisk stråling bærer IR energi og opfører sig både som en bølge og som en kvantepartikel, fotonen. Lidt over halvdelen af al solenergi, der når Jorden, gør det som infrarød stråling — derfor føles sollys så varmt.

synligt lys

Dette er intervallet for elektromagnetisk stråling, som dine øjne er indstillet til at afhente. Synligt lys spænder over spektret fra 430-770 THC (390 til 700 nm). Vi ser forskellige farver, fordi visse bits af dette spektrum absorberes af objekter, og resten reflekteres. For at noget skal virke rødt for dig, skal det absorbere bølgelængderne, der ikke svarer til farven og afspejler bare røde bølgelængder for dine øjne at afhente.

farve kan dog også opstå fra den måde, hvorpå lys interagerer med en bestemt genstand. Et objekts tekstur er også skabt af stort set den samme mekanisme. Sne ser for eksempel ud til at være hvid, mat og reflekterende på samme tid — men individuelle snekrystaller ligner glasstykker. Du kan finde ud af hvorfor her.

Ultraviolet stråling

em-spektret over frekvensen af 789 teraherts (TH) eller mere kaldes ultraviolet. Ultraviolet lys består af virkelig korte bølger, fra 10 nm til 400 nm, og bærer meget energi. Faktisk, fra UV-grænsen, bærer fotoner nok energi til at ændre visse kemiske bindinger til nye arrangementer. Hvilket er helvede, hvis du er et DNA-molekyle, der bare prøver at bevare information. Endnu værre for levende ting udgør visse UV-undertyper, der ikke har nok energi til at beskadige DNA direkte (såsom subtype A), stadig en risiko, fordi de producerer reaktive iltarter inde i kroppen, stærkt reaktive forbindelser, der kaprer kemiske bindinger i DNA.

samlet set er UV-stråling energisk nok til, at den begynder at være en reel fare for livet. Selv relativt lavenergi UV kan forårsage ubehagelige hudforbrændinger, langt værre end dem, der blot skyldes temperatur (da de også er strålingsforbrændinger, som forklaret ovenfor). Eksponering for UV med højere energi kan føre til kræft, da bølgerne ødelægger DNA-tråde.

denne evne til at skade levende organismer vil være et fælles træk fra nu af på listen, da frekvenserne kun vil fortsætte med at stige yderligere. I de højere ender af UV-spektret (omkring 125 nm eller mindre, undertiden kaldet “ekstrem UV”), er energien, der bæres af disse bølger, så høj, at den faktisk kan fjerne elektroner fra atomernes skaller i en proces kaldet fotoionisering.

i betragtning af at UV-stråling udgør omkring 10% af solens samlede lysudgang, ville det medføre mange problemer for noget, der lever på land (da vand gør et ret godt stykke arbejde med at absorbere UV). Heldigvis for os jordboere, vi er beskyttet af osomonlaget og resten af atmosfæren, som filtrerer de fleste UV-stråler ud, før de forårsager nogen reel skade.

det er dog ikke alle dårlige nyheder. UV-stråling er nøglen til syntesen af D-vitamin i de fleste land hvirveldyr, herunder mennesker. UV-stråler bruges også i fotografering og astronomi, i visse sikkerhedsapplikationer (til godkendelse af regninger eller kreditkort), i retsmedicin, som sterilisator og selvfølgelig på solarier.

røntgenbilleder / r Larsntgen stråling

med frekvenser fra 30 petaherts til 30 eksaherts (‘peta’ betyder 15 nuller, ‘eksa’ betyder 18 nuller) og bølgelængder fra 0,01 til 10 nanometer er røntgenstråler meget energiske. Dem med bølgelængder under 0,2-0.1 nm kaldes ‘hårde’ røntgenstråler. Læger bruger dem til at se knoglerne inde i kroppen, fordi de er så små og kraftfulde, at vores bløde væv er næsten gennemsigtige for dem. Det samme gælder bagage i lufthavnen-hårde røntgenstråler kan se lige igennem dem. Deres bølgelængde kan sammenlignes med størrelsen på individuelle atomer, hvorfor geologer bruger dem til at bestemme krystalstrukturer.

røntgenstråler (og de mere energiske gammastråler) består af fotoner, som alle bærer minimal ioniseringsenergi (de kan alle fotoionisere) og kaldes således ioniserende stråling. De kan forårsage massiv skade på organismer og biomolekyler, der ofte påvirker væv meget dybt under huden, da de let trænger igennem det meste stof.de er opkaldt efter den tyske videnskabsmand, der opdagede dem den 8.November 1895. R. R. K. N. selv kaldte dem røntgenstråling, fordi det var ret mystisk på det tidspunkt — ingen forstod virkelig, hvad denne stråling var, eller hvad den gjorde.

gammastråler

Dette er EMR ‘ erne med de enkelte fotoner med højeste energi, vi kender til. De har frekvenser på over 30 eksahertser og bølgelængder på under 10 picometre (1 picometer er en tusindedel af et nanometer eller en tusindedel af en milliarddel af en meter), som er mindre end diameteren af et atom. De skyldes for det meste radioaktivt henfald her på jorden (som nukes eller Tjernobyl), men kan også komme i latterligt kraftige gamma-ray bursts, sandsynligvis produktet af døende stjerner, der går supernova eller den større hypernova, før de kollapser i neutronstjerner eller sorte huller. De er den mest dødelige type EM-stråling for levende organismer. Heldigvis absorberes de stort set af Jordens atmosfære.kunstige gammastråler bruges undertiden til at ændre udseendet af ædelstene, såsom at omdanne hvid topas til blå topas. USA eksperimenterer også med at bruge dem til at skabe en slags røntgenmaskine på steroider, der kan scanne op til 30 containere i timen. For at få en ide om, hvor latterligt penetrerende gammastråler er, ved at minedrift bruger gamma ray generatorer til at se gennem store bunker malm og vælge de rigeste til behandling. Andre anvendelser inkluderer bestråling (bruges til at sterilisere medicinsk udstyr eller fødevarer), til at dræbe kræfttumorer og inden for nuklearmedicin.

kort sagt, dette er de kategorier, vi bruger til at beskrive elektromagnetisk stråling. De har ting, de kan lide at passere igennem, og ting, som de reflekterer fra. De er det lys, du ikke kan se og kan være behageligt, meget farligt og nogle gange sindssygt dødbringende.