Promieniowanie elektromagnetyczne (promieniowanie EM) jest wszędzie wokół ciebie; jest to fundamentalne nie tylko dla twojego zrozumienia fizyki, ale także dla twojego przetrwania. Na przykład bez promieniowania słonecznego Ziemia nie mogłaby podtrzymać życia.
To, co naukowcy z NASA i ich krewniacy nazywają promieniowaniem elektromagnetycznym, można określić w kategoriach fizycznych jako falę. Fale elektromagnetyczne łączy kilka ważnych cech, ale ich praktyczny wpływ na świat zmienia się od możliwości szybkiego gotowania jedzenia do błyskawicznego przekazywania informacji ponad ogromne odległości.
Krótsze fale wiążą się z wyższymi częstotliwościami i wysoką energią, podczas gdy wyższe częstotliwości znajdują się w krótkiej części widma o dłuższych falach. Stosunkowo wąskie widmo widzialne oferuje ludzkiemu oku, a tym samym intuicyjnemu umysłowi, znacznie mniejszy obraz całkowitej rzeczywistości niż to, co naprawdę się dzieje przez cały czas.
Czym są fale elektromagnetyczne?
Nafala elektromagnetyczna
składa się z fali pola elektrycznego oscylującej w płaszczyźnie prostopadłej (pod kątem prostym) do fali pola magnetycznego. Ponieważ promieniowanie elektromagnetyczne działa jak fala, każda konkretna fala elektromagnetyczna będzie miałaczęstotliwość (fa; czasami oznaczane przezνzamiast tego) idługość fali λ(grecka litera lambda) z nim związana.Jednak fale elektromagnetyczne nie wymagają fizycznego medium, takiego jak powietrze (atmosfera ziemska jest obciążona gazami i nie jest tylko „przestrzeń”) lub wody, przez którą się propagują, a tym samym mogą przemierzać próżnię pustej przestrzeni – co robią z prędkością światłado, czyli 3 × 108 m/s, czyli około 6 bilionów mil na godzinę. Być może nie trzeba dodawać, że jest to najszybsza prędkość we wszechświecie!
Widmo elektromagnetyczne
Fale elektromagnetyczne mogą mieć różne długości fal i różne częstotliwości, o ileiloczyn długości fali i częstotliwości danej fali jest równy prędkości światła(czyli λf = c). Pomyśl o drużynie zapaśników z tej samej wąskiej kategorii wagowej; niektóre będą wyższe i szczuplejsze, inne krótsze i bardziej zwarte, ale z definicji wszystkie mają bardzo zbliżoną masę, pomimo bardzo różniącego się wyglądu.
Zakres długości fal w widmie EM jest podzielony na kilka rodzajów promieniowania elektromagnetycznego. W kolejności od najniższej częstotliwości (najwyższa energia, najdłuższa długość fali) do najwyższej (najniższa energia, najkrótsza długość fali) te rodzaje promieniowania to:
- Fale radiowe:Te fale, które pozwoliły na słuchanie „audycji” na długo przed internetem,
Wartości λ zaczynające się od około 1 mi sięgające poza 108 m (100 mln m). Mikrofale:Kuchenki mikrofalowe są najbardziej oczywistym technologicznym przejawem tego rodzaju promieniowania, które obejmuje widmo długości fali od około 10-3 m (1 milimetr lub mm) do 1 m. Promieniowanie podczerwone:Światło podczerwone leży między 7 × 10-7 m (700 nanometrów lub nm) i 1 mm, i jest zbierany przez sprzęt optyczny i wykorzystywany do wizualnego wykorzystania w goglach „noktowizyjnych”. *Widzialne światło:Widoczne widmo światła istnieje w wąskim paśmie między około 4
× 10-7 mi 7
× 10-7 m (400 nm i 700 nm). Od najniższego do najwyższegoenergia, a więc od najdłuższego do najkrótszegodługość fali,kolejność spektralna widocznych kolorów może być zapamiętana przez„Roy G. Biwak”: czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski, indygo i fioletowy. Promieniowanie ultrafioletowe:Światło ultrafioletowe (10-8 m do 4 × 10-7 m lub 10 nm do 400 nm) jest stosowany w solarium i jest emitowany przez słońce; to rodzaj energii EM, która powoduje oparzenia słoneczne i prawdopodobnie raka skóry.
Promienie rentgenowskie:To promieniowanie o wyższej energii (10-11 do 10-8 m lub 0,01 do 10 nm) jest stosowany w diagnostyce; duże narażenia mogą być niebezpieczne dla zdrowia. *Promienie gamma:Najwyższa energia EM znajduje się w przestrzeni kosmicznej; to promieniowanie ma długość fali krótszą niż 1/100 nanometra. Atmosfera na szczęście odfiltrowuje większość z nich.
Przykładowy problem z widmem elektromagnetycznym
Budzisz się na planecie, na której prędkość światła wynosi 60 metrów na sekundę, ale prawa fizyczne są takie same jak na Ziemi. Jeśli długości fal światła niebieskiego i czerwonego na tej planecie wynoszą odpowiednio 5 cm i 10 cm, a żółty znajduje się dokładnie pomiędzy nimi w widmie, to jaka jestczęstotliwośćżółtego światła tutaj?
Długość fali λ żółtego światła na tej planecie musi być w połowie odległości między 5 a 10 cm, czyli 7,5 cm. Ponieważ λf = c = 300 m/s,
f=\frac{60}{0.075}=800\text{ cykli na sekundę}
- Cykle na sekundę mają swoje własnejednostka pochodnaw fizyce herc (Hz).