Elektromagnetische Strahlung (EM-Strahlung) ist überall um Sie herum; es ist nicht nur für Ihr Verständnis der Physik von grundlegender Bedeutung, sondern auch für Ihr Überleben. Ohne die Strahlung der Sonne zum Beispiel könnte die Erde kein Leben erhalten.
Was Wissenschaftler der NASA und ihresgleichen als elektromagnetische Strahlung bezeichnen, kann physikalisch als Welle bezeichnet werden. Elektromagnetische Wellen vereinen einige wichtige Eigenschaften, aber ihre praktischen Auswirkungen auf die Welt variiert von der Fähigkeit, Essen schnell zuzubereiten, bis hin zur schnellen Übertragung von Informationen über enorme Entfernungen.
Kürzere Wellenlängen sind mit höheren Frequenzen und hoher Energie verbunden, während höhere Frequenzen auf einem kurzwelligen Teil des Spektrums mit längeren Wellenlängen sitzen. Das relativ schmale sichtbare Spektrum bietet dem menschlichen Auge und damit dem intuitiven menschlichen Verstand ein weitaus kleineres Bild der totalen Realität als das, was wirklich ständig vor sich geht.
Was sind elektromagnetische Wellen?
EinElektromagnetische Wellebesteht aus einer elektrischen Feldwelle, die in einer Ebene senkrecht (im rechten Winkel) zu einer magnetischen Feldwelle schwingt. Da elektromagnetische Strahlung als Welle wirkt, hat jede bestimmte elektromagnetische Welle aFrequenz (f; manchmal bezeichnet mitνstattdessen) undWellenlänge λ(der griechische Buchstabe Lambda) damit verbunden.
Elektromagnetische Wellen benötigen jedoch kein physikalisches Medium wie Luft (die Erdatmosphäre ist mit Gasen beladen und nicht nur "Raum") oder Wasser, durch das sie sich fortpflanzen können, und können daher das Vakuum des leeren Raums durchqueren – was sie mit Lichtgeschwindigkeit tunc, das ist 3 × 108 m/s oder etwa 6 Billionen Meilen pro Stunde. Vielleicht unnötig zu erwähnen, dass dies die schnellste Geschwindigkeit im Universum ist!
Das elektromagnetische Spektrum
Elektromagnetische Wellen können in vielen verschiedenen Wellenlängen und Frequenzen auftreten, solangedas Produkt aus Wellenlänge und Frequenz einer bestimmten Welle ist gleich der Lichtgeschwindigkeit speed(d. h. λf = c). Denken Sie an eine Gruppe von Wrestlern derselben engen Gewichtsklasse; einige werden höher und schlanker sein, andere kürzer und kompakter, aber per Definition haben alle trotz sehr unterschiedlicher Erscheinungsbilder fast die gleiche Masse.
Der Wellenlängenbereich des EM-Spektrums wird in eine Reihe von Arten elektromagnetischer Strahlung unterteilt. Von der niedrigsten Frequenz (höchste Energie, längste Wellenlänge) bis zur höchsten Frequenz (niedrigste Energie, kürzeste Wellenlänge) sind diese Strahlungsarten:
- Radiowellen:Diese Wellen, die es ermöglichten, "Sendungen" lange vor dem Internet zu hören, haben
λ Werte ab ca. 1 m und über 10. hinaus8 m (100 Mio. m). Mikrowellen:Mikrowellenherde sind die offensichtlichste technologische Manifestation dieser Art von Strahlung, die das Wellenlängenspektrum von etwa 10. umfasst-3 m (1 Millimeter oder mm) bis 1 m. Infrarotstrahlung:Infrarotlicht liegt zwischen 7 × 10-7 m (700 Nanometer oder nm) und 1 mm und wird von optischen Geräten gesammelt und in "Nachtsicht"-Brillen visuell verwendet. *Sichtbares Licht:Das sichtbare Lichtspektrum existiert in einem schmalen Band zwischen etwa 4
× 10-7 m und 7
× 10-7 m (400 nm und 700 nm). Vom niedrigsten zum höchstenEnergie, und daher vom längsten zum kürzestenWellenlänge,die spektrale Ordnung sichtbarer Farben kann man sich merken durch"Roy G. Biwak": rot, orange, gelb, grün, blau, indigo und violett. UV-Strahlung:Ultraviolettes Licht (10-8 m bis 4 × 10-7 m, oder 10 nm bis 400 nm) wird in Solarien verwendet und von der Sonne emittiert; Es ist die Art von EM-Energie, die Sonnenbrand und wahrscheinlich Hautkrebs verursacht.
Röntgen:Diese energiereichere Strahlung (10-11 bis 10-8 m oder 0,01 bis 10 nm) wird in der Diagnostik verwendet; große Expositionen können gesundheitsgefährdend sein. *Gamma Strahlen:Das EM mit der höchsten Energie wird durch den Weltraum gezogen; diese Strahlung hat Wellenlängen, die kürzer als 1/100 Nanometer sind. Glücklicherweise filtert die Atmosphäre die meisten davon heraus.
Beispielproblem des elektromagnetischen Spektrums
Sie wachen auf einem Planeten auf, auf dem die Lichtgeschwindigkeit beruhigende 60 Meter pro Sekunde beträgt, aber die physikalischen Gesetze im Allgemeinen sind die gleichen wie auf der Erde. Wenn die Wellenlängen von blauem Licht und rotem Licht auf diesem Planeten 5 cm bzw. 10 cm betragen, wobei Gelb im Spektrum genau dazwischen sitzt, was ist dann dieFrequenzvon gelbem Licht hier?
Die Wellenlänge λ des gelben Lichts auf diesem Planeten muss die halbe Entfernung zwischen 5 und 10 cm oder 7,5 cm betragen. Da λf = c = 300 m/s,
f=\frac{60}{0.075}=800\text{ Zyklen pro Sekunde}
- Zyklen pro Sekunde hat seine eigenenabgeleitete Einheitin der Physik Hertz (Hz).