det låter dig se eller prata med en älskad i ett annat hörn av världen, och ibland friterar det dig från yttre rymden — det är elektromagnetisk strålning. Det är en riktigt snygg sak. Så, låt oss ta en titt på alla olika typer av elektromagnetisk strålning och varför de alla är i själva verket samma sak.

När laddade partiklar i form av atomer (joner) eller elementära partiklar (elektroner eller protoner) får tillräckligt med energi för att röra sig och interagera med sina kamrater börjar de skapa magnetiska och elektriska fält. Samspelet mellan dessa två typer av fält genererar (du kommer aldrig gissa) elektromagnetiska fenomen. Vilket är alla mycket goda nyheter: elektromagnetism (EM) är en av de grundläggande krafterna i naturen, uppsättningen av fyra naturlagar som tog ansvaret efter Big Bang och formade vårt universum till vad det är idag.

en särskilt intressant skiva av EM pie är elektromagnetisk strålning. Dessa fenomen håller för närvarande den obestridda rekordet för de snabbaste sakerna någonsin. Så låt oss ta en titt på dem, börjar med:

grunderna

fotoner är förmodligen mest kända för sin roll som den lätta ’bärande’ partikeln, men det är bara en del av deras jobb. Dessa elementära partiklar är energibärare för flera andra typer av vågor, som tillsammans bildar det elektromagnetiska strålningsspektret (EMR). Liksom alla typer av våg (ja, vågor på vatten ingår) kännetecknas de delvis av våglängd och frekvens. För att öka frekvensen / minska våglängden kan de vara:

• radiovågor
• mikrovågor
• infraröd strålning
• synligt ljus
• ultraviolett strålning
• röntgenstrålar
• gammastrålar

vid första anblicken kan de tyckas vara väldigt olika saker. Liksom, röntgenstrålar kan användas för att kika igenom huden, och ultravioletter ger dig en solbränna och en hudbränna om du inte använder solskyddsmedel. Helt annorlunda, eller hur?

Tja, inte riktigt. Tänk på det emektromagnetiska strålningsspektret som en gitarrsträng sträckt över åtta band. Spela den lägsta noten och du får radiovågor, spela den högsta och du får gammastrålar. På en gitarr kommer olika vibrationsmönster i strängen att ge olika ljud i form av anteckningar — vår uppfattning om dem varierar, men de är alla i princip samma sak som ställs in på olika intensitetsinställningar. På liknande sätt kommer olika oscillationsmönster av magnetiska och elektriska fält att generera olika typer av EMR. Vi uppfattar dem som helt olika (vissa kan vi inte direkt känna alls) men de är alla i princip samma fenomen på olika intensiteter.

en källa genererar EM-strålning när det finns energi i systemet eftersom det är det som får partiklar att vibrera. Som tumregel genererar varmare kroppar vågor med mer kraft och övervägande vid högre frekvenser. Frekvensen mäts i hertz (Hz), som definieras som en cykel per sekund. En frekvens på en Hz betyder att en våg genereras varje sekund, en kHz betyder att 1000 vågor genereras per sekund och en GHz motsvarar en miljard per sekund.

våglängden är lika med hastighet över frekvens och tas vanligtvis för att representera avståndet mellan två på varandra följande vapen. Tekniskt kan det dock Mätas var som helst på vågen.slutligen skiljer sig elektromagnetisk strålning från resten av EM-fenomen genom att de är ’far-field’ – effekter. Dessa vågor är inte begränsade till att interagera med närliggande objekt, till skillnad från den elektrostatiska effekten, till exempel. När de väl har genererats kan vågorna också rusa genom rymden (de’ utstrålar’, där termen’ strålning ’ kommer ifrån) utan mer inmatning från de laddningar som genererade dem. Så dessa vågor kommer att fortsätta tills de tar slut på energi-antingen för att de träffar några partiklar som de kan interagera med, eller för att de helt enkelt fizzlar ut.

så nu har vi en grundläggande uppfattning om hur de bildar, coola. Låt oss gå igenom varje typ av våg.

radiovågor

radiovågor har de lägsta frekvenserna för alla typer av EMR, och dess fotoner bär minst mängd energi. Vanligtvis anses allt mellan 3 kHz och 300 GHz vara en radiovåg, även om vissa definitioner klassificerar något över 1 GHz eller 3 GHz som mikrovågor. Detta gör radiovågor sloths av EMR. Radiovågsfotoner är åtskilda långt ifrån varandra – vid 3 kHz är våglängden 100 km (62 mi) lång, 1 mm (0,039 tum) vid 300 GHz — vilket innebär att de bär mindre energi än andra typer av ER.deras interaktion med materia är i stor utsträckning begränsad till att skapa en massa elektriska laddningar spridda över många atomer — så varje laddning är ganska liten. Det är dock användbart eftersom denna spridning tillåter en ledare bunden till en krets att omvandla radiovågor tillbaka till vissa elektriska signaler. Koppla ihop det med sin hastighet (alla EM-vågor reser med ljusets hastighet i vakuum), och de är riktigt bra för långdistanskommunikation.

alternativt, om du har en ledare som inte är knuten till en krets, säg ett flygplan under flygning, kommer separation av dessa avgifter att generera nya radiovågor — det här gör att radarsignaler kan ’reflektera’ av saker. Absorption eller utsläpp av radiovågor producerar alltid en elektrisk ström, värme eller båda.

mikrovågor

mikrovågor är elektromagnetisk strålning med frekvenser mellan 300 MHz (våglängd 100 cm) och 300 GHz (0,1 cm). Bortsett från lite mer energiska fotoner och en kortare våglängd (vilket betyder mer energitäthet), är de kinda-radiovåg-ish verkligen. Faktum är att mikrovågor också används i stor utsträckning i kommunikation, men med några viktiga skillnader från radiovågor.

först är att du behöver en direkt siktlinje till mottagaren, eftersom mikrovågor inte böjer sig (diffrakt) runt kullar eller berg, reflekterar de inte tillbaka från jonosfären eller följer planetens krökning som ytvågor. Men de packar mer av en stans än radiovågor och kan tränga igenom några av de saker som radio inte kan — som tjocka moln eller damm — på grund av deras högre frekvens.

mikrovågor används för att överföra data över trådlösa nätverk, för att kommunicera med satellit och rymdfarkoster, i autonoma och klassiska fordon för kollisionsundvikande system, vissa radionät, nyckelfria inmatningssystem och fjärrkontroller av garageportar.

de är också användbara i ugnar. Samma process som tillåter radiovågabsorption att generera värme gör en 2,45 GHz (12 cm) mikrovågsugn mycket bra vid uppvärmning av vatten. Och eftersom mat alltid har åtminstone lite vatten, betyder det att mikrovågsugnar är ett snyggt sätt att värma upp mat.

infraröd strålning

älsklingen av ostliknande actionfilmer, infraröd eller IR. Det kommer bara långt av det synliga spektrumet, som sträcker sig från 300 GHz (1mm) till den nedre synliga gränsen (färgen röd) vid 430 THz (700 nm). Detta är det spektrum över vilket de flesta objekt du kommer att interagera med utstrålar värme. Till skillnad från radio — och mikrovågsstrålning interagerar infraröd strålning med dipoler (kraftigt polariserade kemiska molekyler som vatten), vilket innebär att den absorberas av ett brett spektrum av ämnen — och nästan alla organiska ämnen-som förvandlar vibrationen till värme. Det omvända är emellertid också sant, vilket innebär att bulkämnen i allmänhet utstrålar vissa nivåer av IR när de släpper ut sin värme.

så det är inte särskilt bra för långväga kommunikation, eftersom det bara skulle absorberas av vattnet i atmosfären. Men din TV-fjärrkontroll kan använda IR för att utfärda kommandon över korta avstånd med stor framgång. IR-detektorer är användbara om du försöker se något som avger värme — till exempel en inbrottstjuv mitt på natten. Infraröd används också i astronomi för att kika igenom dammmoln på jakt efter planeter, i industriella applikationer för att övervaka värmeläckage eller förhindra överhettning, i väderprognoser och i vissa medicinska applikationer. Militären är uppenbarligen också ett stort fan av IR, som använder den både för observationer och för att styra ammunition mot ett mål.

och som ödla-älskare där ute vet är infraröd strålning ett bra sätt att stråla värme där det behövs. Faktiskt, det är precis hur människor upptäckte IR. Tillbaka 1800 beskrev en astronom med namnet Sir William Herschel först IR-strålning genom att observera dess effekter på en termometer.liksom all annan elektromagnetisk strålning bär IR energi och beter sig både som en våg och som en kvantpartikel, fotonen. Lite över hälften av all solenergi som når jorden gör det som infraröd strålning — det är därför solljuset känns så varmt.

synligt ljus

detta är intervallet för elektromagnetisk strålning som dina ögon är inställda för att plocka upp. Synligt ljus spänner över spektrumet från 430-770 THz (390 till 700 nm). Vi ser olika färger eftersom vissa bitar av detta spektrum absorberas av objekt, och resten reflekteras. För att något ska verka rött för dig måste det absorbera våglängderna som inte motsvarar färgen och reflektera bara röda våglängder för dina ögon att plocka upp.

färg kan emellertid också uppstå från hur ljuset interagerar med ett visst objekt. Ett objekts struktur skapas också av ungefär samma mekanism. Snö verkar till exempel vara vit, matt och reflekterande samtidigt — men enskilda snökristaller ser ut som glasbitar. Du kan ta reda på varför här.

ultraviolett strålning

EM-spektrumet över frekvensen 789 terahertz (THz) eller mer kallas ultraviolett. Ultraviolett ljus består av riktigt korta vågor, från 10 nm till 400 nm, och bär mycket energi. Faktum är att fotoner från UV-gränsen bär tillräckligt med energi för att förändra vissa kemiska bindningar till nya arrangemang. Vilket är helvete om du är en DNA-molekyl som bara försöker bevara information. Ännu värre för levande saker, vissa UV-subtyper som inte har tillräckligt med energi för att skada DNA direkt (som subtyp a) utgör fortfarande en risk eftersom de producerar reaktiva syrearter inuti kroppen, mycket reaktiva föreningar som kapar kemiska bindningar i DNA.

Sammantaget är UV-strålning energisk nog att det börjar vara en verklig fara för livet. Även relativt låg energi UV kan orsaka otäcka hudbrännskador, mycket värre än de som orsakas helt enkelt av temperatur (eftersom de också är strålningsbrännskador, som förklarats ovan). Exponering för UV med högre energi kan leda till cancer, eftersom vågorna orsakar kaos på DNA-strängar.

denna förmåga att skada levande organismer kommer att vara ett vanligt inslag från och med nu på listan, eftersom frekvenserna bara fortsätter att öka ytterligare. Vid de högre ändarna av UV-spektrumet (cirka 125 nm eller mindre, ibland kallad ”extrem UV”) är energin som bärs av dessa vågor så hög att den faktiskt kan ta bort elektroner från atomernas skal i en process som kallas fotoionisering.

Med tanke på att UV-strålning utgör cirka 10% av solens totala ljusutgång, skulle det orsaka mycket problem för allt som bor på land (eftersom vatten gör ett ganska bra jobb med att absorbera UV). Lyckligtvis för oss jordbor är vi skyddade av ozonskiktet och resten av atmosfären, som filtrerar bort de flesta UV-strålar innan de orsakar någon verklig skada.

det är dock inte alla dåliga nyheter. UV-strålning är nyckeln till syntesen av D-vitamin i de flesta ryggradsdjur, inklusive människor. UV-strålar används också i fotografi och astronomi, i vissa säkerhetsapplikationer (för att autentisera räkningar eller kreditkort), i kriminalteknik, som sterilisator och naturligtvis på solarium.

röntgenstrålar / r Acigntgen strålning

med frekvenser från 30 petahertz till 30 exahertz (”peta” betyder 15 nollor, ” exa ” betyder 18 nollor) och våglängder från 0,01 till 10 nanometer är röntgenstrålarna mycket energiska. De med våglängder under 0,2-0.1 nm kallas hårda röntgenstrålar. Läkare använder dem för att se benen inuti kroppen eftersom de är så små och kraftfulla att våra mjuka vävnader är praktiskt taget transparenta för dem. Samma sak gäller bagage på flygplatsen-hårda röntgenstrålar kan se rakt igenom dem. Deras våglängd är jämförbar med storleken på enskilda atomer, varför geologer använder dem för att bestämma kristallstrukturer.

röntgenstrålar (och de mer energiska gammastrålarna) består av fotoner som alla bär minsta joniseringsenergi (de kan alla photoionize), och kallas således joniserande strålning. De kan orsaka massiva skador på organismer och biomolekyler, som ofta påverkar vävnader mycket djupt under huden eftersom de lätt tränger igenom de flesta Materia.

de är uppkallade efter Wilhelm r Ackintgen, den tyska forskaren som upptäckte dem den 8 November 1895. R saxaktgen själv kallade dem X-strålning eftersom det var ganska mystiskt vid den tiden — ingen förstod verkligen vad denna strålning var eller vad den gjorde.

gammastrålar

dessa är EMRs med de enskilda fotonerna med högsta energi som vi känner till. De har frekvenser över 30 exahertz och våglängder på under 10 pikometrar (1 pikometer är en tusendel av en nanometer eller en tusendel av en miljarddel av en meter), vilket är mindre än en atoms diameter. De är mestadels resultatet av radioaktivt förfall här på jorden (som nukes eller Tjernobyl), men kan också komma i löjligt kraftfulla gammastrålningsbrott, sannolikt produkten av döende stjärnor som går supernova eller den större hypernova innan de kollapsar i neutronstjärnor eller svarta hål. De är den enskilt mest dödliga typen av EM-strålning för levande organismer. Lyckligtvis absorberas de till stor del av jordens atmosfär.

artificiella gammastrålar används ibland för att ändra utseendet på ädelstenar, såsom att göra vit topas till blå topas. USA experimenterar också med att använda dem för att skapa en slags röntgenmaskin på steroider som kan skanna upp till 30 behållare per timme. För att få en uppfattning om hur löjligt penetrerande gammastrålar är, vet att gruvdrift använder gammastrålegeneratorer för att titta igenom stora högar malm och välja de rikaste för bearbetning. Andra användningsområden inkluderar bestrålning (används för att sterilisera medicinsk utrustning eller livsmedel), för att döda cancer tumörer och i kärnmedicin.

kort sagt, det här är de kategorier vi använder för att beskriva elektromagnetisk strålning. De har saker de gillar att gå igenom, och saker som de reflekterar från. De är ljuset du inte kan se och kan vara trevligt, väldigt farligt och ibland Vansinnigt dödligt.