Elektromagnetische straling (EM-straling) is overal om je heen; het is niet alleen van fundamenteel belang voor je begrip van natuurkunde, maar ook voor je eigen overleving. Zonder straling van de zon, bijvoorbeeld, zou de aarde het leven niet in stand kunnen houden.
Wat wetenschappers van NASA en hun verwanten elektromagnetische straling zijn gaan noemen, kan in natuurkundige termen worden beschreven als een golf. Elektromagnetische golven zijn verenigd door een paar belangrijke kenmerken, maar hun praktische impact op de wereld varieert van het vermogen om snel voedsel te koken tot het snel overdragen van informatie over enorme afstanden.
Kortere golflengten worden geassocieerd met hogere frequenties en hoge energie, terwijl hogere frequenties op een korte golflengtegedeelte van het spectrum zitten met langere golflengten. Het relatief smalle zichtbare spectrum biedt het menselijk oog, en dus de intuïtieve menselijke geest, een veel kleiner beeld van de totale werkelijkheid dan wat er werkelijk de hele tijd aan de hand is.
Wat zijn elektromagnetische golven?
Eenelektromagnetische golfbestaat uit een elektrische veldgolf die oscilleert in een vlak loodrecht (loodrecht) op een magnetische veldgolf. Aangezien elektromagnetische straling als een golf werkt, heeft elke bepaalde elektromagnetische golf eenfrequentie (f; soms aangeduid metνin plaats daarvan) engolflengte λ(de Griekse letter lambda) die ermee verbonden is.
Voor elektromagnetische golven is echter geen fysiek medium zoals lucht nodig (de atmosfeer van de aarde is beladen met gassen en is niet louter "ruimte") of water waardoor ze zich kunnen voortplanten, en kunnen daarom het vacuüm van de lege ruimte doorkruisen - wat ze doen met de snelheid van het lichtc, dat is 3 × 108 m/s, of ongeveer 6 biljoen mijl per uur. Misschien overbodig om te zeggen dat dit de hoogste snelheid in het universum is!
Het elektromagnetische spectrum
Elektromagnetische golven kunnen in veel verschillende golflengten en verschillende frequenties voorkomen, zolang alshet product van de golflengte en frequentie van een bepaalde golf is gelijk aan de lichtsnelheid(dat wil zeggen, λf = c). Denk aan een squadron worstelaars uit dezelfde smalle gewichtsklasse; sommige zullen groter en slanker zijn, andere korter en compacter, maar per definitie hebben ze allemaal heel dicht bij dezelfde massa, ondanks sterk uiteenlopende verschijningsvormen.
Het golflengtebereik over het EM-spectrum is onderverdeeld in een aantal soorten elektromagnetische straling. In volgorde van laagste frequentie (hoogste energie, langste golflengte) tot hoogste frequentie (laagste energie, kortste golflengte) zijn deze soorten straling:
- Radio golven:Deze golven, die het mogelijk maakten om lang voor het internet naar "uitzendingen" te luisteren, hebben
λ waarden vanaf ongeveer 1 m en verder dan 108 m (100 miljoen m). Magnetrons:Magnetronovens zijn de meest voor de hand liggende technologische manifestatie van dit soort straling, die het golflengtespectrum overspant van ongeveer 10-3 m (1 millimeter of mm) tot 1 m. Infrarood straling:Infrarood licht ligt tussen 7 × 10-7 m (700 nanometer of nm) en 1 mm, en wordt verzameld door optische apparatuur en visueel gebruikt in "nachtzicht" -brillen. *Zichtbaar licht:Het zichtbare spectrum van licht bestaat in een smalle band tussen ongeveer 4
× 10-7 m en 7
× 10-7 m (400 nm en 700 nm). Van laag naar hoogenergie, en dus van langste naar kortstegolflengte,de spectrale volgorde van zichtbare kleuren kan worden onthouden door:"Roy G. biv": rood, oranje, geel, groen, blauw, indigo en violet. Ultraviolette straling:Ultraviolet licht (10-8 m tot 4 × 10-7 m, of 10 nm tot 400 nm) wordt gebruikt in zonnebanken en wordt uitgestraald door de zon; het is het soort EM-energie dat zonnebrand en waarschijnlijk huidkanker veroorzaakt.
Röntgenstralen:Deze straling met hogere energie (10-11 tot 10-8 m, of 0,01 tot 10 nm) wordt gebruikt in de diagnostiek; grote blootstellingen kunnen onveilig zijn voor de gezondheid. *Gamma stralen:De EM met de hoogste energie wordt door de ruimte gevonden; deze straling heeft golflengten die korter zijn dan 1/100e van een nanometer. De atmosfeer filtert gelukkig de meeste hiervan.
Voorbeeld probleem elektromagnetisch spectrum
Je wordt wakker op een planeet waar de lichtsnelheid een kalme 60 meter per seconde is, maar fysieke wetten zijn in het algemeen hetzelfde als op aarde. Als de golflengten van blauw licht en rood licht op deze planeet respectievelijk 5 cm en 10 cm zijn, met geel er precies tussenin in het spectrum, wat is dan defrequentievan geel licht hier?
De golflengte λ van geel licht op deze planeet moet de helft zijn van de afstand tussen 5 en 10 cm, oftewel 7,5 cm. Aangezien λf = c = 300 m/s,
f=\frac{60}{0.075}=800\text{ cycli per seconde}
- Cycli per seconde heeft zijn eigenafgeleide eenheidin de natuurkunde, de hertz (Hz).