pozwala zobaczyć lub porozmawiać z ukochaną osobą w innym zakątku świata, a czasami smaży cię z kosmosu-to promieniowanie elektromagnetyczne. To naprawdę fajna rzecz. Spójrzmy więc na różne rodzaje promieniowania elektromagnetycznego i dlaczego wszystkie są, w rzeczywistości, tym samym.

gdy naładowane cząstki w kształcie atomów (jonów) lub cząstek elementarnych (elektronów lub protonów) otrzymują wystarczającą energię do poruszania się i interakcji z rówieśnikami, zaczynają tworzyć pola magnetyczne i elektryczne. Wzajemne oddziaływanie tych dwóch rodzajów pól generuje (nigdy nie zgadniesz) zjawiska elektromagnetyczne. Co jest bardzo dobrą wiadomością: elektromagnetyzm (EM) jest jedną z podstawowych sił w przyrodzie, zestawem czterech naturalnych praw, które przejęły kontrolę po Wielkim Wybuchu i ukształtowały nasz wszechświat w to, czym jest dzisiaj.

jednym z ciekawszych elementów em pie jest promieniowanie elektromagnetyczne. Zjawiska te są obecnie niekwestionowanym rekordem najszybszych rzeczy w historii. Przyjrzyjmy się im, zaczynając od:

podstawy

fotony są prawdopodobnie najbardziej znane ze swojej roli jako cząstki przenoszącej światło, ale to tylko część ich pracy. Te cząstki elementarne są nośnikami energii dla kilku innych rodzajów fal, które razem tworzą widmo promieniowania elektromagnetycznego (EMR). Jak każdy rodzaj fali (tak, w tym fale na wodzie) charakteryzują się częściowo długością fali i częstotliwością. W kolejności rosnącej częstotliwości / malejącej długości fali mogą to być:

• fale radiowe
• mikrofale
• promieniowanie podczerwone
• światło widzialne
• promieniowanie ultrafioletowe
• promienie rentgenowskie
• promienie gamma

na pierwszy rzut oka mogą wydawać się zupełnie innymi rzeczami. Promienie rentgenowskie mogą być używane do przeglądania skóry, a ultrafiolety dają opaleniznę i poparzenie skóry, jeśli nie używasz filtrów przeciwsłonecznych. Zupełnie inaczej, prawda?

cóż, nie bardzo. Pomyśl o spektrum promieniowania elektromagnetycznego jako strunie gitary rozciągniętej na osiem progów. Odtwórz najniższą nutę i dostaniesz fale radiowe, Odtwórz najwyższą I dostaniesz promienie gamma. Na gitarze różne wzory wibracji w strunie będą emitować różne dźwięki w postaci nut – nasze postrzeganie ich jest różne, ale wszystkie są zasadniczo takie same, ustawione na różnych ustawieniach intensywności. Podobnie, różne wzory oscylacji pól magnetycznych i elektrycznych będą generować różne rodzaje EMR. Postrzegamy je jako zupełnie inne (niektóre nie możemy bezpośrednio wyczuć w ogóle), ale wszystkie są w zasadzie tymi samymi zjawiskami na różnych intensywnościach.

źródło generuje promieniowanie EM, gdy w układzie jest energia, ponieważ to powoduje wibracje cząstek. Z reguły gorętsze ciała generują fale o większej mocy i przeważnie o wyższych częstotliwościach. Częstotliwość jest mierzona w hercach (Hz), który jest zdefiniowany jako jeden cykl na sekundę. Częstotliwość jednej Hz oznacza, że jedna fala jest generowana w każdej sekundzie, jedna kHz oznacza 1000 fal generowanych na sekundę, a jedna GHz odpowiada miliardowi na sekundę.

długość fali jest równa prędkości nad częstotliwością i zwykle przyjmuje się, że reprezentuje odległość między dwoma kolejnymi grzbietami. Technicznie jednak można go zmierzyć w dowolnym miejscu na fali.

wreszcie promieniowanie elektromagnetyczne różni się od reszty zjawisk EM tym, że są one efektami „dalekiego pola”. Fale te nie są ograniczone do interakcji z obiektami w pobliżu, w przeciwieństwie do efektu elektrostatycznego, na przykład. Po wygenerowaniu fale mogą również pędzić przez przestrzeń („promieniują”, skąd pochodzi termin „promieniowanie”) bez większego udziału ładunków, które je wygenerowały. Fale te będą się utrzymywać, dopóki nie zabraknie im energii-albo dlatego, że uderzają w cząstki, z którymi mogą wchodzić w interakcje, albo dlatego, że po prostu znikają.

więc teraz mamy podstawowe pojęcie o tym, jak się tworzą, fajne. Przejdźmy przez każdy rodzaj fali.

fale radiowe

fale radiowe mają najniższe częstotliwości wszystkich typów EMR, a ich fotony przenoszą najmniejszą ilość energii. Zazwyczaj wszystko pomiędzy 3kHz a 300 GHz jest uważane za falę radiową, chociaż niektóre definicje klasy coś powyżej 1 GHz lub 3GHz jako mikrofale. To sprawia, że fale radiowe są leniwcami EMR. Fotony fal radiowych są oddalone od siebie znacznie-przy 3khz, długość fali wynosi 100 km (62 mil), 1 mm (0,039 cala) przy 300 GHz — co oznacza, że przenoszą mniej energii niż inne typy ER.

ich interakcja z materią jest w dużej mierze ograniczona do tworzenia wiązki ładunków elektrycznych rozłożonych na wielu atomach — więc każdy ładunek jest dość mały. Jest to jednak użyteczne, ponieważ to rozprzestrzenianie się pozwala przewodnikowi przywiązanemu do obwodu przekształcić fale radiowe z powrotem w niektóre sygnały elektryczne. Połącz to z ich prędkością (wszystkie fale EM poruszają się z prędkością światła w próżni) i są naprawdę dobre do komunikacji dalekiego zasięgu.

alternatywnie, jeśli masz przewód, który nie jest związany z obwodem, powiedzmy samolot w locie, oddzielenie tych ładunków wygeneruje nowe fale radiowe — to jest to, co pozwala sygnałom radarowym „odbijać” rzeczy. Absorpcja lub emisja fal radiowych zawsze wytwarza prąd elektryczny, ciepło, lub jedno i drugie.

mikrofale

mikrofale to promieniowanie elektromagnetyczne o częstotliwościach od 300 MHz (długość fali 100 cm) do 300 GHz (0,1 cm). Oprócz nieco bardziej energicznych fotonów i krótszej długości fali (co oznacza większą gęstość energii), są one tak naprawdę podobne do fal radiowych. W rzeczywistości mikrofale są również szeroko stosowane w komunikacji, ale z kilkoma kluczowymi różnicami od fal radiowych.

Po pierwsze, potrzebujesz bezpośredniej linii wzroku do odbiornika, ponieważ mikrofale nie wyginają się (dyfrakują) wokół wzgórz lub gór, nie odbijają się od jonosfery ani nie podążają za krzywizną planety jako fale powierzchniowe. Ale pakują więcej uderzeń niż fale radiowe i mogą przebijać się przez niektóre rzeczy, których radio nie może — jak grube chmury lub kurz — ze względu na ich wyższą częstotliwość.

mikrofale są używane do przesyłania danych przez Sieci bezprzewodowe, do komunikacji z satelitami i statkami kosmicznymi, w autonomicznych i klasycznych pojazdach do systemów unikania kolizji, niektórych sieci radiowych, bezkluczykowych systemów wejściowych i pilotów do bram garażowych.

przydają się również w piekarnikach. Ten sam proces, który umożliwia absorpcję fali radiowej do generowania ciepła, sprawia, że kuchenka mikrofalowa 2,45 GHz (12 cm) jest bardzo dobra przy podgrzewaniu wody. A ponieważ jedzenie zawsze ma co najmniej trochę wody, oznacza to, że kuchenki mikrofalowe są sprytnym sposobem na podgrzanie jedzenia.

promieniowanie podczerwone

ulubieniec tandetnych filmów akcji, podczerwieni lub IR. Jest to po prostu długie widmo widzialne, obejmujące od 300 GHz (1 mm) do dolnej granicy widzialnej (kolor czerwony) przy 430 THz (700 nm). To jest widmo, w którym większość obiektów, z którymi będziesz oddziaływać, emituje ciepło. W przeciwieństwie do promieniowania radiowego i mikrofalowego, promieniowanie podczerwone oddziałuje z dipolami (silnie spolaryzowanymi cząsteczkami chemicznymi, takimi jak woda), co oznacza, że jest absorbowane przez szeroką gamę substancji — i prawie wszystkie substancje organiczne — które zamieniają jego wibracje w ciepło. Jednak odwrotna jest również prawda, co oznacza, że substancje luzem na ogół promieniują niektóre poziomy IR, gdy uwalniają swoje ciepło.

więc nie jest zbyt dobry do komunikacji dalekiego zasięgu, ponieważ po prostu zostałby wchłonięty przez wodę w atmosferze. Ale pilot TV może używać podczerwieni do wydawania poleceń na krótkich dystansach z dużym powodzeniem. Detektory podczerwieni są przydatne, jeśli próbujesz zobaczyć coś, co wydziela ciepło — na przykład włamywacza w środku nocy. PODCZERWIEŃ jest również wykorzystywana w astronomii do przeglądania chmur pyłu w poszukiwaniu planet, w zastosowaniach przemysłowych do monitorowania wycieków ciepła lub zapobiegania przegrzaniu, w prognozowaniu pogody i w niektórych zastosowaniach medycznych. Wojsko jest również, oczywiście, wielkim fanem IR, używając go zarówno do obserwacji, jak i do kierowania amunicji w kierunku celu.

i jak wiedzą miłośnicy jaszczurek, promieniowanie podczerwone to świetny sposób na przesyłanie ciepła tam, gdzie jest potrzebne. Tak właśnie ludzie odkryli IR. W 1800 roku astronom o nazwisku Sir William Herschel po raz pierwszy opisał promieniowanie IR obserwując jego wpływ na termometr.

podobnie jak wszystkie inne promieniowanie elektromagnetyczne, IR przenosi energię i zachowuje się zarówno jak fala, jak i jak cząstka kwantowa, Foton. Nieco ponad połowa całej energii słonecznej, która dociera do ziemi, robi to jako promieniowanie podczerwone-dlatego światło słoneczne jest tak ciepłe.

światło widzialne

jest to interwał promieniowania elektromagnetycznego, który twoje oczy są dostrojone do odbioru. Światło widzialne obejmuje widmo od 430-770 THz (390 do 700 nm). Widzimy różne kolory, ponieważ niektóre fragmenty tego spektrum są absorbowane przez obiekty, a reszta jest odbijana. Aby coś wydawało ci się czerwone, musi pochłaniać fale, które nie odpowiadają kolorowi i odbijać tylko czerwone fale, aby twoje oczy mogły je odebrać.

jednak kolor może również wynikać ze sposobu, w jaki światło wchodzi w interakcję z konkretnym obiektem. Tekstura obiektu jest również tworzona przez ten sam mechanizm. Na przykład śnieg wydaje się być biały, matowy i odblaskowy w tym samym czasie — ale pojedyncze kryształy śniegu wyglądają jak kawałki szkła. Możesz dowiedzieć się dlaczego tutaj.

promieniowanie ultrafioletowe

widmo EM na częstotliwości 789 teraherców (THz) lub większej nazywa się ultrafioletem. Światło ultrafioletowe składa się z naprawdę krótkich fal, od 10 nm do 400 nm, i przenosi dużo energii. W rzeczywistości, począwszy od granicy UV, fotony mają wystarczająco dużo energii, aby zmienić pewne wiązania chemiczne w nowe układy. Co jest piekłem, jeśli jesteś cząsteczką DNA próbującą zachować informacje. Co gorsza, niektóre podtypy UV, które nie mają wystarczająco dużo energii, aby bezpośrednio uszkodzić DNA (takie jak Podtyp A), nadal stanowią zagrożenie, ponieważ wytwarzają reaktywne formy tlenu w organizmie, wysoce reaktywne związki, które przejmują wiązania chemiczne w DNA.

ogólnie promieniowanie UV jest na tyle energiczne, że zaczyna być prawdziwym zagrożeniem dla życia. Nawet stosunkowo niskoenergetyczne promieniowanie UV może powodować nieprzyjemne oparzenia skóry, znacznie gorsze niż te spowodowane po prostu temperaturą (ponieważ są to również oparzenia promieniowaniem, jak wyjaśniono powyżej). Ekspozycja na promieniowanie UV o wyższej energii może prowadzić do raka, ponieważ fale sieją spustoszenie na nici DNA.

ta zdolność do uszkadzania organizmów żywych będzie od teraz powszechną cechą na liście, ponieważ częstotliwości będą nadal rosły. Na wyższych końcach spektrum UV (około 125 nm lub mniej, czasami nazywane „ekstremalnym UV”), energia przenoszona przez te fale jest tak wysoka, że może ona faktycznie usuwać elektrony z powłok atomów w procesie zwanym fotojonizacją.

biorąc pod uwagę, że promieniowanie UV stanowi około 10% całkowitej ilości światła słonecznego, spowodowałoby to wiele problemów dla wszystkiego, co żyje na lądzie (ponieważ woda dobrze absorbuje promieniowanie UV). Na szczęście dla nas, Ziemian, jesteśmy chronieni przez warstwę ozonową i resztę atmosfery, które odfiltrowują większość promieni UV, zanim spowodują prawdziwe szkody.

to jednak nie wszystkie złe wieści. Promieniowanie UV jest kluczem do syntezy witaminy D u większości kręgowców lądowych, w tym u ludzi. Promienie UV są również używane w fotografii i astronomii, w niektórych aplikacjach zabezpieczających (do uwierzytelniania rachunków lub kart kredytowych), w kryminalistyce, jako sterylizator i oczywiście na solarium.

promienie rentgenowskie/promieniowanie rentgenowskie

przy częstotliwościach od 30 petaherców do 30 eksaherców („Peta” oznacza 15 zer, ” exa ” oznacza 18 zer) i długościach fal od 0,01 do 10 nanometrów, promieniowanie rentgenowskie jest bardzo energetyczne. Te o długościach fal poniżej 0,2-0.1 nm nazywane są „twardymi” promieniami rentgenowskimi. Lekarze używają ich, aby zobaczyć kości wewnątrz ciała, ponieważ są tak małe i potężne, że nasze tkanki miękkie są dla nich praktycznie przezroczyste. To samo dotyczy bagażu na lotnisku-twarde prześwietlenia mogą je przejrzeć. Ich długość fali jest porównywalna do wielkości pojedynczych atomów, dlatego geolodzy używają ich do określania struktur krystalicznych.

promienie rentgenowskie (i bardziej energiczne promienie gamma) składają się z fotonów, które wszystkie niosą minimalną energię jonizacji (wszystkie mogą się fotojonizować) i dlatego nazywane są promieniowaniem jonizującym. Mogą wyrządzić ogromne szkody organizmom i biomolekułom, często wpływając na tkanki bardzo głęboko pod skórą, ponieważ łatwo przenikają przez większość materii.

zostały nazwane na cześć niemieckiego naukowca Wilhelma Röntgena, który odkrył je 8 listopada 1895 roku. Sam Röntgen nazwał je promieniowaniem X, ponieważ było to dość tajemnicze w tym czasie — nikt tak naprawdę nie rozumiał, czym jest to promieniowanie ani co robi.

promienie Gamma

są to EMR z pojedynczymi fotonami o najwyższej energii, o których wiemy. Mają częstotliwości przekraczające 30 eksaherców i długości fal poniżej 10 pikometrów (1 pikometr to tysięczna nanometru lub tysięczna miliardowej metra), która jest mniejsza niż średnica atomu. Są one głównie wynikiem rozpadu promieniotwórczego na ziemi (jak Atomówki czy Czarnobyl), ale mogą również pochodzić z absurdalnie potężnych rozbłysków gamma, prawdopodobnie produkt umierających gwiazd, które przechodzą w supernową lub większą hipernowę przed zapadnięciem się w gwiazdy neutronowe lub czarne dziury. Są jednym z najbardziej śmiercionośnych rodzajów promieniowania EM dla organizmów żywych. Na szczęście są one w dużej mierze absorbowane przez ziemską atmosferę.

sztuczne promienie gamma są czasami używane do zmiany wyglądu kamieni szlachetnych, takich jak przekształcanie białego topazu w niebieski topaz. USA eksperymentuje również z ich wykorzystaniem do stworzenia swego rodzaju maszyny rentgenowskiej na sterydach, która może skanować do 30 pojemników na godzinę. Aby zorientować się, jak śmiesznie penetrujące są promienie gamma, wiedz, że operacje wydobywcze wykorzystują Generatory promieniowania gamma do przeglądania ogromnych stosów rudy i wybierania najbogatszych do przetwarzania. Inne zastosowania obejmują napromieniowanie (stosowane do sterylizacji sprzętu medycznego lub środków spożywczych), do zabijania guzów nowotworowych oraz w medycynie nuklearnej.

W skrócie, są to kategorie, których używamy do opisu promieniowania elektromagnetycznego. Mają rzeczy, przez które lubią przechodzić, i rzeczy, z których się odbijają. Są światłem, którego nie widać i mogą być przyjemne, bardzo niebezpieczne, a czasami szalenie zabójcze.