Elektromagnetisk stråling
Energi, der overføres eller udstråles gennem rummet i form af periodiske svingninger af elektriske og magnetiske felter, er kendt som elektromagnetisk stråling. (Figur \(\PageIndex{2}\)). Nogle former for elektromagnetisk stråling er vist i figur \(\(\PageIndex{4}\)\). I et vakuum bevæger alle former for elektromagnetisk stråling – uanset om det er mikrobølger, synligt lys eller gammastråler – sig med lysets hastighed (c), som er den hastighed, hvormed alle former for elektromagnetisk stråling bevæger sig i et vakuum, en grundlæggende fysisk konstant med en værdi på 2,99792458 × 108 m/s (hvilket svarer til ca. 3,00 × 108 m/s eller 1,86 × 105 mi/s). Det er ca. en million gange hurtigere end lydens hastighed.
Da de forskellige former for elektromagnetisk stråling alle har den samme hastighed (c), adskiller de sig kun i bølgelængde og frekvens. Som det fremgår af figur \(\PageIndex{3}\) og tabel \(\PageIndex{1}\), spænder bølgelængderne for velkendt elektromagnetisk stråling fra 101 m for radiobølger til 10-12 m for gammastråler, som udsendes ved kernereaktioner. Ved at se på nedenstående ligning kan vi se, hvordan frekvensen af elektromagnetisk stråling er omvendt proportional med bølgelængden:
\
For eksempel er radiobølgernes frekvens ca. 108 Hz, mens gammastrålernes frekvens er ca. 1020 Hz. Synligt lys, som er elektromagnetisk stråling, der kan registreres af det menneskelige øje, har bølgelængder på mellem ca. 7 × 10-7 m (700 nm, eller 4,3 × 1014 Hz) og 4 × 10-7 m (400 nm, eller 7,5 × 1014 Hz). Bemærk, at når frekvensen stiger, falder bølgelængden; c er en konstant og forbliver den samme. Tilsvarende når frekvensen falder, stiger bølgelængden.
Lær ligning 5.2.1 og lysets hastighed (med enheder) udenad. Desuden er det vigtigt at vide, hvilken side af det elektromagnetiske spektrum der er dødbringende.
| Enhed | Symbol | Bølgelængde (m) | Strålingstype |
|---|---|---|---|
| picometer | pm | 10-12 | gammastråle |
| nanometer | nm | 10-9 | x-ray |
| micrometer | μm | 10-6 | infrarødt |
| millimeter | mm | 10-3 | infrarødt |
| centimeter | cm | 10-2 | mikrobølge |
| meter | m | 100 | radio |
Lys opfører sig også som en pakke af energi. Det viser sig, at for lys er energien i “pakken” af energi proportional med dens frekvens.
\
\
Mens synligt lys stort set er ufarligt for vores hud, har ultraviolet lys med bølgelængder på ≤ 400 nm nok energi til at forårsage alvorlige skader på vores hud i form af solskoldning. Da ozonlaget absorberer sollys med bølgelængder på under 350 nm, beskytter det os mod de skadelige virkninger af den meget energirige ultraviolette stråling.
I dette kursus vil vi ikke foretage energiberegninger. Du bør kende forholdet mellem frekvens og energi. Du viser også, at kortbølget stråling er forbundet med en høj energi.
Energien af elektromagnetisk stråling øges med stigende frekvens og faldende bølgelængde.
Eksempel \(\PageIndex{1}\)
Hvad er lysets frekvens, hvis dets bølgelængde er 5,55 × 10-7 m?
Løsning
Vi bruger den ligning, der sætter lysets bølgelængde og frekvens i forbindelse med dets hastighed. Vi har
\
Vi dividerer begge sider af ligningen med 5,55 × 10-7 m og får
\
Bemærk, hvordan m-enhederne ophæves, så s står tilbage i nævneren. En enhed i en nævner angives med en -1-potens-s-1-og læses som “pr. sekund”.”
Ovelse \(\PageIndex{1}\)
Hvad er bølgelængden (i mm) for lys, hvis dets frekvens er 1.55 × 1010 s-1?
Svar
Eksempel \(\(\PageIndex{2}\)
Beregn frekvensen af stråling, hvis dens bølgelængde er 988 nm. Hvor i det elektromagnetiske spektrum findes denne stråling?
Svar
