Ez lehetővé teszi, hogy látni, vagy beszélni egy szeretett egy másik sarkában a világ, és néha hasít meg a világűrből — ez az elektromágneses sugárzás. Ez egy igazán remek dolog. Tehát vessünk egy pillantást a különböző típusú elektromágneses sugárzás, és miért ezek mind, sőt, ugyanaz a dolog.

amikor az atomok (ionok) vagy elemi részecskék (elektronok vagy protonok) alakú töltött részecskék elegendő energiát kapnak ahhoz, hogy mozogjanak és kölcsönhatásba lépjenek társaikkal, mágneses és elektromos mezőket hoznak létre. A két típusú mező kölcsönhatása elektromágneses jelenségeket generál (soha nem fogod kitalálni). Ami mind nagyon jó hír: az elektromágnesesség (EM) a természet egyik alapvető ereje, a négy természeti törvény halmaza, amely az ősrobbanás után átvette az irányítást, és univerzumunkat arra alakította, ami ma van.

az EM pite egyik különösen érdekes szelete az elektromágneses sugárzás. Ezek a jelenségek jelenleg a leggyorsabb dolgok vitathatatlan rekordját tartják. Tehát vessünk egy pillantást rájuk, kezdve:

az alapok

a fotonok valószínűleg legismertebb szerepük, mint a könnyű “hordozó” részecske, de ez csak a munkájuk része. Ezek az elemi részecskék számos más típusú hullám energiahordozói, amelyek együttesen alkotják az elektromágneses sugárzó (EMR) spektrumot. Mint minden hullámtípusra (igen, a vízen lévő hullámokra is), ezeket részben hullámhossz és frekvencia jellemzi. A növekvő frekvencia / csökkenő hullámhossz sorrendjében ezek lehetnek:

• rádióhullámok
• mikrohullámok
• infravörös sugárzás
• látható fény
• ultraibolya sugárzás
• X-sugarak
• gamma sugarak

első pillantásra vadul különböző dolgoknak tűnhetnek. Például a röntgensugarak segítségével a bőrön át lehet nézni, az ultravioletek pedig barnulást és bőrégést okoznak, ha nem használnak fényvédőt. Teljesen más, igaz?

Nos, nem igazán. Gondolj az emectromágneses sugárzás spektrum, mint egy gitár húr feszített nyolc frets. Játssz a legalacsonyabb hang, és kapsz rádióhullámok, játszani a legmagasabb, és kapsz gamma sugarak. A gitár, különböző vibrációs minták a húr ad ki különböző hangokat formájában jegyzetek-a felfogás őket változik, de ők mind alapvetően ugyanaz a dolog meg a különböző intenzitású beállításokat. Hasonlóképpen, a mágneses és elektromos mezők különböző oszcillációs mintái különböző típusú EMR-t generálnak. Teljesen másnak érzékeljük őket (néhányat egyáltalán nem tudunk közvetlenül érzékelni), de alapvetően ugyanazok a jelenségek különböző intenzitásokon.

egy forrás EM sugárzást generál, amikor energia van a rendszerben, mert ez teszi a részecskéket rezegni. Hüvelykujjszabályként a melegebb testek nagyobb teljesítményű hullámokat generálnak, túlnyomórészt magasabb frekvenciákon. A frekvenciát Hertzben (Hz) mérik, amelyet másodpercenként egy ciklusnak kell meghatározni. Egy Hz frekvencia azt jelenti, hogy másodpercenként egy hullám keletkezik, egy kHz azt jelenti, hogy másodpercenként 1000 hullám keletkezik, egy GHz pedig másodpercenként egy milliárdnak felel meg.

a hullámhossz egyenlő a frekvencia feletti sebességgel, és általában a két egymást követő gerinc közötti távolságot reprezentálja. Technikailag azonban bárhol mérhető a hullámon.

végül az elektromágneses sugárzás különbözik a többi EM jelenségtől, mivel ezek “távoli” hatások. Ezek a hullámok nem korlátozódnak a közeli tárgyakkal való kölcsönhatásra, ellentétben például az elektrosztatikus hatással. A létrehozás után a hullámok a térben is áthaladhatnak (“sugároznak”, ahol a “sugárzás” kifejezés származik) anélkül, hogy az őket generáló töltésekből további bemenet származna. Tehát ezek a hullámok addig tartanak, amíg el nem fogy az energia — vagy azért, mert eltalálnak néhány részecskét, amellyel kölcsönhatásba léphetnek, vagy azért, mert egyszerűen kifogynak.

tehát most van egy alapvető elképzelésünk arról, hogyan alakulnak ki, hűvös. Menjünk át minden típusú hullámon.

rádióhullámok

a rádióhullámok minden típusú EMR legalacsonyabb frekvenciájával rendelkeznek, fotonjai pedig a legkevesebb energiát hordozzák. Általában a 3khz és a 300 GHz közötti frekvenciát rádióhullámnak tekintik, bár egyes definíciók az 1 GHz-nél vagy a 3 GHz-nél nagyobb értéket mikrohullámként osztályozzák. Ez teszi a rádióhullámokat az EMR félékévé. A rádióhullámú fotonok távol vannak egymástól — 3khz-en, a hullámhossz 100 km (62 mi) hosszú, 1 mm (0.039 in) 300 GHz-en-ami azt jelenti, hogy kevesebb energiát hordoznak, mint más típusú ER.

az anyaggal való kölcsönhatásuk nagyrészt arra korlátozódik, hogy egy csomó elektromos töltést hozzon létre, amely sok atomon oszlik el — tehát minden töltés elég apró. Hasznos azonban, mivel ez a terjedés lehetővé teszi, hogy egy áramkörhöz kötött vezető átalakítsa a rádióhullámokat néhány elektromos jelré. Pár, hogy a sebesség (minden EM hullámok utazik a fénysebesség vákuumban), és ők nagyon jó a hosszú távú kommunikáció.

Alternatív megoldásként, ha van olyan karmester, amely nem kapcsolódik egy áramkörhöz, mondjuk egy repülőgép repülés közben, ezeknek a töltéseknek a szétválasztása új rádióhullámokat generál — ez lehetővé teszi a radarjelek “tükrözését” a dolgokról. A rádióhullámok abszorpciója vagy kibocsátása mindig elektromos áramot, hőt vagy mindkettőt termel.

mikrohullámok

a mikrohullámok 300 MHz (100 cm hullámhossz) és 300 GHz (0,1 cm) közötti frekvenciájú elektromágneses sugárzás. Egy kicsit energikusabb fotonok és egy rövidebb hullámhossz (ami nagyobb energiasűrűséget jelent) mellett ezek valójában rádióhullámok. Valójában a mikrohullámokat széles körben használják a kommunikációban is, de néhány kulcsfontosságú különbséggel a rádióhullámoktól.

először is, hogy közvetlen látóvonalra van szüksége a vevőhöz, mivel a mikrohullámok nem hajlanak (diffraktálnak) dombok vagy hegyek körül, nem tükrözik vissza az ionoszférából, vagy felszíni hullámokként követik a bolygó görbületét. De többet csomagolnak, mint a rádióhullámok, és átszúrják azokat a dolgokat, amelyeket a rádió nem tud — mint a vastag felhők vagy a por — a magasabb frekvenciájuk miatt.

a mikrohullámokat arra használják, hogy adatokat továbbítsanak vezeték nélküli hálózatokon, kommunikáljanak műholdakkal és űrhajókkal, autonóm és klasszikus járművekben ütközéselkerülő rendszerekhez, egyes rádióhálózatokhoz, kulcs nélküli beléptető rendszerekhez és garázskapu távirányítókhoz.

sütőkben is hasznosak. Ugyanaz a folyamat, amely lehetővé teszi a rádióhullám abszorpciójának hőtermelését, a 2,45 GHz-es (12 cm-es) mikrohullámú sütőt nagyon jól melegíti a víz. Mivel az ételnek mindig van legalább egy kis vize, ez azt jelenti, hogy a mikrohullámú sütők remek módja az élelmiszer felmelegedésének.

infravörös sugárzás

the sweetheart of cheesy action movies, infrared, or IR. Jön csak hosszú a látható spektrum, átívelő 300 GHz (1mm) az alsó látható határ (a piros szín) a 430 THz (700 nm). Ez az a spektrum, amelyen keresztül a legtöbb objektum kölcsönhatásba lép a sugárzó hővel. A rádió-és mikrohullámú sugárzástól eltérően az infravörös sugárzás kölcsönhatásba lép a dipólusokkal (erősen polarizált kémiai molekulák, például víz), ami azt jelenti, hogy számos olyan anyag — és szinte minden szerves anyag — elnyeli, amelyek rezgését hővé változtatják. Azonban a fordított is igaz, ami azt jelenti, hogy az ömlesztett anyagok általában sugárzik bizonyos szintű IR, ahogy felszabadítják a hőt.

tehát nem túl jó a hosszú távú kommunikációhoz, mivel csak a légkörben lévő víz szívja fel. De a TV távirányító segítségével IR parancsokat rövid távolságokon nagy sikerrel. IR detektorok hasznosak, ha próbál látni valamit, ami ad le hőt — mint például a betörő az éjszaka közepén. Infravörös is használják a csillagászat peer keresztül porfelhők keresve bolygók, ipari alkalmazások figyelemmel kíséri a hő szivárgás vagy túlmelegedés megelőzése, az időjárás előrejelzés, valamint bizonyos gyógyászati alkalmazások. A hadsereg nyilvánvalóan nagy rajongója az IR – nek is, mind megfigyelésekhez, mind lőszerekhez vezetve a cél felé.

Valójában pontosan így fedezték fel az emberek az IR-t. 1800-ban egy Sir William Herschel nevű csillagász először leírta az infravörös sugárzást azáltal, hogy megfigyelte annak hőmérőre gyakorolt hatását.

mint minden más elektromágneses sugárzás, az IR energiát hordoz, és úgy viselkedik, mint egy hullám, mint egy kvantumrészecske, a foton. A Földet elérő napenergia valamivel több mint fele infravörös sugárzásként működik – ezért a napfény olyan meleg.

látható fény

Ez az elektromágneses sugárzás intervalluma, amelyet a szemed felhangol. A látható fény a spektrumot 430-770 THz-ről (390-700 nm) terjed ki. Különböző színeket látunk, mert ennek a spektrumnak bizonyos bitjeit elnyelik az objektumok, a többi pedig tükröződik. Valami jelennek meg piros, meg kell nyelnie a hullámhossz, ami nem felel meg a szín, illetve beépíteni csak hullámhosszú vörös a szeme, hogy vegye fel.

a szín azonban abból is származhat, ahogyan a fény kölcsönhatásba lép egy adott objektummal. Az objektum textúráját ugyanaz a mechanizmus hozza létre. A hó például egyszerre fehér, matt és fényvisszaverő — de az egyes hókristályok üvegdaraboknak tűnnek. Itt megtudhatja, miért.

ultraibolya sugárzás

az EM spektrum 789 terahertz (THz) vagy annál nagyobb frekvencián ultraibolya. Az ultraibolya fény nagyon rövid hullámokból áll, 10 nm-től 400 nm-ig, sok energiát hordoz. Valójában az UV határától kezdve a fotonok elegendő energiát hordoznak ahhoz, hogy bizonyos kémiai kötéseket új elrendezésekké alakítsanak. Ami pokol, ha egy DNS-molekula vagy, csak próbálod megőrizni az információt. Még rosszabb az élő anyagoknál, bizonyos UV altípusok, amelyeknek nincs elegendő energiájuk a DNS közvetlen károsodásához (például az a altípus), továbbra is kockázatot jelentenek, mivel reaktív oxigénfajokat termelnek a testben, nagyon reaktív vegyületeket, amelyek eltérítik a kémiai kötéseket a DNS-ben.

összességében az UV sugárzás elég energikus ahhoz, hogy valódi veszélyt jelentsen az életre. Még a viszonylag alacsony energiájú UV is csúnya égési sérüléseket okozhat, sokkal rosszabb, mint a hőmérséklet okozta (mivel ezek szintén sugárzás-égések, amint azt fentebb kifejtettük). A nagyobb energiájú UV-sugárzásnak való kitettség rákhoz vezethet, mivel a hullámok pusztítanak a DNS-szálakon.

Ez az élő szervezetek károsodásának képessége mostantól közös vonás lesz a listán, mivel a frekvenciák csak tovább fognak növekedni. Az UV-spektrum magasabb végein (körülbelül 125 nm vagy annál kevesebb, néha “extrém UV” – nek nevezik) az ilyen hullámok által szállított energia olyan magas, hogy valójában az atomok kagylójából elektronokat szalagozhat egy fotoionizációnak nevezett folyamat során.

figyelembe véve, hogy az UV-sugárzás a nap teljes fényteljesítményének körülbelül 10% – át teszi ki, sok problémát okozna a szárazföldön élők számára (mivel a víz nagyon jó munkát végez az UV elnyelésében). Szerencsénkre földlakók, minket az ózonréteg és a légkör többi része véd, amelyek kiszűrik a legtöbb UV sugarat, mielőtt valódi károkat okoznának.

Ez azonban nem minden rossz hír. Az UV sugárzás kulcsfontosságú a D-vitamin szintéziséhez a legtöbb szárazföldi gerincesben, beleértve az embereket is. Az UV-sugarakat fotográfiában és csillagászatban is használják, bizonyos biztonsági alkalmazásokban (számlák vagy hitelkártyák hitelesítésére), kriminalisztikában, sterilizálóként, és természetesen szoláriumokon is.

röntgen/Röntgen sugárzás

30 petahertztől 30 exahertzig terjedő frekvenciákkal (a “peta” 15 nullát jelent, az ” exa ” 18 nullát jelent) és a 0,01-10 nanométeres hullámhosszokkal a röntgensugarak nagyon energikusak. Azok, akiknek hullámhossza 0,2–0 alatt van.Az 1 nm-t “kemény” röntgensugaraknak nevezik. Az orvosok arra használják őket, hogy lássák a csontokat a testben, mert olyan aprók és erősek, hogy a lágy szöveteink gyakorlatilag átlátszóak számukra. Ugyanez vonatkozik a poggyászra a repülőtéren-a kemény röntgensugarak közvetlenül rajtuk keresztül láthatók. Hullámhosszuk összehasonlítható az egyes atomok méretével, ezért a geológusok használják őket a kristályszerkezetek meghatározására.

a röntgensugarak (és az energikusabb gamma-sugarak) olyan fotonokból állnak, amelyek mindegyike minimális ionizációs energiát hordoz (mindegyik fotoionizálható), ezért ionizáló sugárzásnak nevezik. Ezek okozhat hatalmas károkat organizmusok és biomolekulák, gyakran érintő szövetek nagyon mélyen a bőr alatt, mivel könnyen behatolnak a legtöbb anyag.

Wilhelm Röntgenről, a német tudósról nevezték el őket, aki 1895.November 8-án fedezte fel őket. Röntgen maga x-sugárzásnak nevezte őket, mert akkoriban meglehetősen titokzatos volt — senki sem értette igazán, mi ez a sugárzás, vagy mit tett.

Gamma sugarak

ezek az EMR-ek az egyetlen legnagyobb energiájú fotonnal, amelyekről tudunk. Frekvenciájuk meghaladja a 30 exahertzt, hullámhosszuk pedig 10 pikométer alatt van (az 1 pikométer egy nanométer ezredrésze vagy egy méter milliárd ezredrésze), ami kisebb, mint egy atom átmérője. Ezek többnyire radioaktív bomlásból származnak itt a földön (például atomok vagy Csernobil), de nevetségesen erős gammasugár-kitörésekben is előfordulhatnak, valószínűleg a haldokló csillagok terméke szupernóva vagy a nagyobb hipernova, mielőtt neutroncsillagokká vagy fekete lyukakká összeomlana. Ezek az élő szervezetek számára az EM-sugárzás egyetlen leghalálosabb típusa. Szerencsére nagyrészt elnyeli őket a Föld légköre.

a mesterséges gamma-sugarakat néha a drágakövek megjelenésének megváltoztatására használják, például a fehér Topáz kék topázvá alakítására. Az Egyesült Államok is kísérletezik velük, hogy hozzon létre egyfajta röntgen gép szteroidok, amely képes beolvasni akár 30 konténerek óránként. Egy ötlet, hogy nevetségesen behatolás gamma sugarak, tudom, hogy a bányászati műveletek használja a gamma ray generátorok, hogy nézze át hatalmas halom érc, majd válassza ki a leggazdagabb feldolgozásra. Egyéb felhasználások közé tartozik a besugárzás (orvosi berendezések vagy élelmiszerek sterilizálására), a rákos daganatok elpusztítására, valamint a nukleáris gyógyászatban.

röviden, ezeket a kategóriákat használjuk az elektromágneses sugárzás leírására. Vannak dolgaik, amiken szeretnek átmenni, és amikből visszatükröződnek. Ők a fény, amit nem látsz, és kellemesek, nagyon veszélyesek, és néha őrülten halálosak.