vă permite să vedeți sau să vorbiți cu o persoană iubită într — un alt colț al lumii și, uneori, vă prăjește din spațiu-este radiația electromagnetică. Este un lucru foarte puturos. Deci, să aruncăm o privire la toate tipurile diferite de radiații electromagnetice și de ce toate sunt, de fapt, același lucru.

când particulele încărcate sub formă de atomi (ioni) sau particule elementare (electroni sau protoni) primesc suficientă energie pentru a se deplasa și a interacționa cu colegii lor, încep să creeze câmpuri magnetice și electrice. Interacțiunea dintre aceste două tipuri de câmpuri generează (nu veți ghici niciodată) fenomene electromagnetice. Ceea ce este o veste foarte bună: electromagnetismul (EM) este una dintre forțele fundamentale din natură, setul de patru legi naturale care au preluat conducerea după Big Bang și au modelat universul nostru în ceea ce este astăzi.

o felie deosebit de interesantă din plăcinta EM este radiația electromagnetică. Aceste fenomene dețin în prezent recordul incontestabil pentru cele mai rapide lucruri vreodată. Așa că haideți să aruncăm o privire asupra lor, începând cu:

elementele de bază

fotonii sunt probabil cel mai bine cunoscuți pentru rolul lor de particulă purtătoare de lumină, dar aceasta este doar o parte din munca lor. Aceste particule elementare sunt purtătorii de energie pentru mai multe alte tipuri de unde, care luate împreună formează spectrul radiativ electromagnetic (EMR). Ca orice tip de undă (da, valuri pe apă incluse) sunt caracterizate în parte de lungime de undă și frecvență. În ordinea creșterii frecvenței/descrescătoare a lungimii de undă, acestea pot fi:

• unde radio
• microunde
• radiații infraroșii
• lumină vizibilă
• radiații ultraviolete
• raze X
• raze gamma

la prima vedere, ele pot părea a fi lucruri extrem de diferite. De exemplu, razele X pot fi folosite pentru a privi prin piele, iar ultravioletele vă oferă un bronz și o arsură a pielii dacă nu utilizați protecție solară. Total diferit, nu?

Ei bine, nu chiar. Gândiți-vă la spectrul de radiații emectromagnetice ca la un șir de chitară întins pe opt freturi. Redați cea mai mică notă și veți obține unde radio, jucați cea mai mare și veți obține raze gamma. Pe o chitară, diferite modele vibraționale din șir vor emite sunete distincte sub formă de note — percepția noastră despre ele variază, dar toate sunt practic același lucru setat pe Setări de intensitate diferite. În mod similar, diferite modele de oscilație ale câmpurilor magnetice și electrice vor genera diferite tipuri de EMR. Le percepem ca fiind complet diferite (unele pe care nu le putem simți deloc în mod direct), dar toate sunt practic aceleași fenomene pe intensități diferite.

o sursă generează radiații EM atunci când există energie în sistem, deoarece asta face ca particulele să vibreze. De regulă, corpurile mai fierbinți generează unde cu mai multă putere și predominant la frecvențe mai mari. Frecvența este măsurată în hertz (Hz), care este definit ca un ciclu pe secundă. O frecvență de un Hz înseamnă că o undă este generată în fiecare secundă, un kHz înseamnă că sunt generate 1.000 de unde pe secundă, iar un GHz corespunde unui miliard pe secundă.

lungimea de undă este egală cu viteza peste frecvență și este de obicei luată pentru a reprezenta distanța dintre două creste succesive. Din punct de vedere tehnic, însă, poate fi măsurat oriunde pe val.în cele din urmă, radiația electromagnetică se deosebește de restul fenomenelor EM prin faptul că acestea sunt efecte de câmp îndepărtat. Aceste unde nu se limitează la interacțiunea cu obiecte apropiate, spre deosebire de efectul electrostatic, de exemplu. Odată generate, undele pot, de asemenea, hurtle prin spațiu (ei ‘radia,’ în cazul în care termenul ‘radiații’ vine de la) fără nici mai mult de intrare de la taxele care le-a generat. Așa că aceste unde vor continua până când vor rămâne fără energie – fie pentru că lovesc unele particule cu care pot interacționa, fie pentru că pur și simplu se scurg.

deci, acum avem o idee de bază a modului în care se formează, rece. Să trecem prin fiecare tip de val.

unde Radio

undele Radio au cele mai mici frecvențe dintre toate tipurile de EMR, iar fotonii săi transportă cea mai mică cantitate de energie. De obicei, orice între 3kHz și 300 GHz este considerat a fi o undă radio, deși unele definiții clasifică orice peste 1 GHz sau 3Ghz ca microunde. Acest lucru face ca undele radio să fie leneșii EMR. Fotonii cu unde Radio sunt distanțați la distanță — la 3kHz, lungimea de undă este de 100 km (62 mi) lungime, 1 mm (0,039 in) la 300 GHz — ceea ce înseamnă că transportă mai puțină energie decât alte tipuri de ER.

interacțiunea lor cu materia este în mare parte limitată la crearea unei grămezi de sarcini electrice răspândite pe o mulțime de atomi — deci fiecare sarcină este destul de mică. Este util, totuși, deoarece această răspândire permite unui conductor legat de un circuit să transforme undele radio înapoi în unele semnale electrice. Cuplați asta cu viteza lor (toate undele EM călătoresc cu viteza luminii în vid) și sunt foarte bune pentru comunicațiile pe distanțe lungi.

alternativ, dacă aveți un conductor care nu este legat de un circuit, să zicem un avion în zbor, separarea acestor sarcini va genera noi unde radio — Aceasta este ceea ce permite semnalelor radar să ‘reflecte’ lucrurile. Absorbția sau emisia undelor radio produce întotdeauna un curent electric, căldură sau ambele.

microundele

microundele sunt radiații electromagnetice cu frecvențe cuprinse între 300 MHz (lungime de undă 100 cm) și 300 GHz (0,1 cm). În afară de fotoni puțin mai energici și o lungime de undă mai scurtă (ceea ce înseamnă mai multă densitate de energie), sunt într-adevăr un fel de undă radio. De fapt, microundele sunt utilizate pe scară largă și în comunicare, dar cu câteva diferențe cheie față de undele radio.

În primul rând este că aveți nevoie de o linie directă de vedere către receptor, deoarece microundele nu se îndoaie (difractează) în jurul dealurilor sau Munților, nu se reflectă înapoi din ionosferă sau urmează curbura planetei ca unde de suprafață. Dar împachetează mai mult un pumn decât undele radio și pot străpunge unele dintre lucrurile pe care radioul nu le poate — cum ar fi norii groși sau praful — datorită frecvenței lor mai mari.microundele sunt utilizate pentru a transmite date prin rețele fără fir, pentru a comunica cu sateliții și navele spațiale, în vehicule autonome și clasice pentru sisteme de evitare a coliziunilor, unele rețele radio, Sisteme de intrare fără cheie și telecomenzi pentru uși de garaj.

sunt utile și în cuptoare. Același proces care permite absorbția undelor radio pentru a genera căldură face ca un cuptor cu microunde de 2,45 GHz (12cm) să fie foarte bun la încălzirea apei. Și din moment ce mâncarea are întotdeauna cel puțin puțină apă, înseamnă că cuptoarele cu microunde sunt o modalitate inteligentă de a încălzi mâncarea.

radiații infraroșii

iubita filmelor de acțiune brânzos, infraroșu, sau IR. Acesta vine doar lung din spectrul vizibil, care se întinde de la 300 GHz (1mm) până la limita vizibilă inferioară (culoarea roșie) la 430 THz (700 nm). Acesta este spectrul peste care majoritatea obiectelor cu care veți interacționa radiază căldură. Spre deosebire de radiațiile radio și cu microunde, radiația infraroșie interacționează cu dipolii (molecule chimice puternic polarizate, cum ar fi apa), ceea ce înseamnă că este absorbită de o gamă largă de substanțe — și aproape toate substanțele organice — care îi transformă vibrația în căldură. Cu toate acestea, inversul este, de asemenea, adevărat, ceea ce înseamnă că substanțele în vrac radiază, în general, unele niveluri de IR pe măsură ce își eliberează căldura.

deci nu este foarte bun pentru comunicațiile pe distanțe lungi, deoarece ar fi absorbit de apa din atmosferă. Dar telecomanda televizorului dvs. poate utiliza IR pentru a emite comenzi pe distanțe scurte cu mare succes. Detectoarele IR sunt utile dacă încercați să vedeți ceva care degajă căldură — cum ar fi un hoț în mijlocul nopții. Infraroșu este, de asemenea, utilizat în astronomie pentru a privi prin nori de praf în căutarea planetelor, în aplicații industriale pentru a monitoriza scurgerile de căldură sau pentru a preveni supraîncălzirea, în Prognoza meteo și în anumite aplicații medicinale. Armata este, de asemenea, evident, un mare fan al IR, folosindu-l atât pentru observații, cât și pentru ghidarea munițiilor către o țintă.

și, după cum știu iubitorii de șopârle, radiația infraroșie este o modalitate excelentă de a transmite căldura acolo unde este nevoie. De fapt, exact așa au descoperit oamenii IR. În 1800, un astronom pe nume Sir William Herschel a descris pentru prima dată radiația IR observând efectele sale asupra unui termometru.

ca toate celelalte radiații electromagnetice, IR transportă energie și se comportă atât ca o undă, cât și ca o particulă cuantică, fotonul. Un pic mai mult de jumătate din toată energia solară care ajunge pe Pământ o face ca radiația infraroșie — de aceea lumina soarelui se simte atât de caldă.

lumina vizibila

acesta este intervalul de radiatie electromagnetica pe care ochii sunt reglati sa-l detecteze. Lumina vizibilă se întinde pe spectrul de la 430-770 THz (390 până la 700 nm). Vedem culori diferite pentru că anumiți biți din acest spectru sunt absorbiți de obiecte, iar restul se reflectă. Pentru ca ceva să vă pară roșu, trebuie să absoarbă lungimile de undă care nu corespund culorii și să reflecte doar lungimile de undă roșii pentru ca ochii să le poată ridica.

cu toate acestea, culoarea poate apărea și din modul în care lumina interacționează cu un anumit obiect. Textura unui obiect este, de asemenea, creată de același mecanism. Zăpada, de exemplu, pare a fi albă, mată și reflectorizantă în același timp — dar cristalele individuale de zăpadă arată ca niște bucăți de sticlă. Puteți afla de ce aici.

radiații ultraviolete

spectrul EM pe frecvența de 789 terahertzi (THz) sau mai mult se numește ultraviolet. Lumina ultravioletă este compusă din Unde foarte scurte, de la 10 nm la 400 nm și poartă multă energie. De fapt, pornind de la granița UV, fotonii transportă suficientă energie pentru a modifica anumite legături chimice în noi aranjamente. Ceea ce este iadul Dacă ești o moleculă de ADN care încearcă doar să păstreze informațiile. Chiar mai rău pentru lucrurile vii, anumite subtipuri UV care nu au suficientă energie pentru a deteriora direct ADN-ul (cum ar fi subtipul a) prezintă încă un risc, deoarece produc specii reactive de oxigen în interiorul corpului, compuși foarte reactivi care deturnează legăturile chimice din ADN.în general, radiația UV este suficient de energică încât începe să fie un pericol real pentru viață. Chiar și radiațiile UV relativ scăzute pot provoca arsuri ale pielii, mult mai grave decât cele cauzate pur și simplu de temperatură (deoarece sunt și arsuri de radiații, așa cum s-a explicat mai sus). Expunerea la UV cu energie mai mare poate duce la cancer, deoarece valurile fac ravagii pe firele ADN.

această capacitate de a deteriora organismele vii va fi o caracteristică comună de acum înainte pe listă, deoarece frecvențele vor continua să crească în continuare. La capetele superioare ale spectrului UV (în jur de 125 nm sau mai puțin, uneori numit „UV extrem”), energia transportată de aceste unde este atât de mare încât poate de fapt să scoată electronii din cochilii atomilor într-un proces numit fotoionizare.având în vedere că radiația UV reprezintă aproximativ 10% din producția totală de lumină a soarelui, ar provoca o mulțime de probleme pentru orice lucru care trăiește pe uscat (deoarece apa face o treabă destul de bună de a absorbi UV). Din fericire pentru noi, pământenii, suntem protejați de stratul de ozon și de restul atmosferei, care filtrează majoritatea razelor UV înainte de a provoca daune reale.

nu este o veste proastă, cu toate acestea. Radiațiile UV sunt esențiale pentru sinteza vitaminei D la majoritatea vertebratelor terestre, inclusiv la oameni. Razele UV sunt, de asemenea, utilizate în fotografie și astronomie, în anumite aplicații de securitate (pentru autentificarea facturilor sau a cărților de credit), în criminalistică, ca sterilizator și, desigur, pe paturile de bronzare.

radiatii X/R radiatii cu raze X

cu frecvențe cuprinse între 30 petahertz și 30 exahertz („peta” înseamnă 15 zerouri, ” exa ” înseamnă 18 zerouri) și lungimi de undă de la 0,01 la 10 nanometri, razele X sunt foarte energice. Cei cu lungimi de undă sub 0,2–0.1 nm se numesc raze X ‘dure’. Medicii le folosesc pentru a vedea oasele din interiorul corpului, deoarece sunt atât de mici și puternice încât țesuturile noastre moi sunt practic transparente pentru ei. Același lucru este valabil și pentru bagajele de la aeroport — radiografiile dure pot vedea chiar prin ele. Lungimea lor de undă este comparabilă cu dimensiunea atomilor individuali, motiv pentru care geologii le folosesc pentru a determina structurile cristaline.

razele X (și razele gamma mai energetice) sunt alcătuite din fotoni care toți transportă energie de ionizare minimă (toți pot fotoioniza) și sunt astfel numiți radiații ionizante. Ele pot provoca daune masive organismelor și biomoleculelor, afectând adesea țesuturile foarte adânc sub piele, deoarece pătrund cu ușurință prin cea mai mare parte a materiei.

sunt numite după Wilhelm R. R. N. T. gen, omul de știință German care le-a descoperit pe 8 noiembrie 1895. R-ul însuși le-a numit radiație X, deoarece era destul de misterioasă la acea vreme — nimeni nu înțelegea cu adevărat ce este această radiație sau ce a făcut.

raze Gamma

acestea sunt EMR-urile cu fotonii cu cea mai mare energie pe care o cunoaștem. Au frecvențe mai mari de 30 exahertzi și lungimi de undă sub 10 picometri (1 picometru este o miime de nanometru sau o miime de miliardime de metru), care este mai mică decât diametrul unui atom. Acestea sunt în mare parte rezultate din dezintegrarea radioactivă aici pe pământ (cum ar fi nucleele nucleare sau Cernobîlul), dar pot veni și în explozii de raze gamma ridicol de puternice, probabil produsul stelelor pe moarte care devin supernova sau hipernova mai mare înainte de a se prăbuși în stele neutronice sau găuri negre. Ele sunt cel mai mortal tip de radiații EM pentru organismele vii. Din fericire, ele sunt în mare parte absorbite de atmosfera Pământului.

razele gamma artificiale sunt uneori folosite pentru a modifica aspectul pietrelor prețioase, cum ar fi transformarea topazului alb în topaz albastru. SUA experimentează, de asemenea, utilizarea lor pentru a crea un fel de aparat cu raze X pe steroizi care poate scana până la 30 de containere pe oră. Pentru a vă face o idee despre cât de ridicol sunt razele gamma penetrante, știți că operațiunile miniere folosesc generatoare de raze gamma pentru a privi prin grămezi uriașe de minereu și pentru a selecta cele mai bogate pentru procesare. Alte utilizări includ iradierea (utilizată pentru sterilizarea echipamentelor medicale sau a produselor alimentare), pentru a ucide tumorile canceroase și în medicina nucleară.pe scurt, acestea sunt categoriile pe care le folosim pentru a descrie radiațiile electromagnetice. Au lucruri prin care le place să treacă și lucruri din care reflectă. Sunt lumina pe care nu o poți vedea și pot fi plăcute, foarte periculoase și, uneori, extrem de mortale.