Elektromágneses sugárzás
Elektromágneses sugárzásnak nevezzük azt az energiát, amely az elektromos és mágneses mezők periodikus rezgései formájában terjed, vagy sugárzik a térben. (\(\PageIndex{2}\) ábra). Az elektromágneses sugárzás néhány formája a \(\PageIndex{4}\) ábrán látható. Vákuumban az elektromágneses sugárzás minden formája – legyen az mikrohullám, látható fény vagy gammasugárzás – a fénysebességgel (c) halad, amely az elektromágneses sugárzás minden formájának sebessége vákuumban, egy alapvető fizikai állandó, amelynek értéke 2,99792458 × 108 m/s (ami körülbelül 3,00 × 108 m/s vagy 1,86 × 105 mi/s). Ez körülbelül egymilliószor gyorsabb, mint a hangsebesség.
Mivel az elektromágneses sugárzás különböző fajtái mind ugyanolyan sebességűek (c), csak a hullámhosszban és a frekvenciában különböznek. Amint az \(\PageIndex{3}\) ábra és a \(\PageIndex{1}\) táblázat mutatja, az ismert elektromágneses sugárzás hullámhossza a rádióhullámok esetében 101 m-től a nukleáris reakciók által kibocsátott gammasugarak esetében 10-12 m-ig terjed. Az alábbi egyenletet tekintve láthatjuk, hogy az elektromágneses sugárzás frekvenciája fordítottan arányos a hullámhosszával:
\
A rádióhullámok frekvenciája például körülbelül 108 Hz, míg a gammasugaraké körülbelül 1020 Hz. A látható fény, amely az emberi szem által érzékelhető elektromágneses sugárzás, hullámhossza körülbelül 7 × 10-7 m (700 nm, azaz 4,3 × 1014 Hz) és 4 × 10-7 m (400 nm, azaz 7,5 × 1014 Hz) között van. Vegyük észre, hogy a frekvencia növekedésével a hullámhossz csökken; a c állandó marad. Hasonlóképpen, ha a frekvencia csökken, a hullámhossz nő.
Kérlek, jegyezd meg az 5.2.1. egyenletet és a fénysebességet (mértékegységekkel). Ezenkívül fontos tudni, hogy az elektromágneses spektrum melyik oldala halálos.
| Egység | Szimbólum | Hullámhossz (m) | Sugárzástípus |
|---|---|---|---|
| pikométer | pm | 10-12 | gammasugárzás |
| nanométer | nm | 10-9 | x-ray |
| micrometer | μm | 10-6 | infrared |
| milliméter | mm | 10-3 | infrared |
| centiméter | cm | 10-2 | mikrohullám |
| méter | m | 100 | rádió |
A fény is energiacsomagként viselkedik. Kiderült, hogy a fény esetében az energia “csomag” energiája arányos a frekvenciájával.
\
\
Míg a látható fény lényegében ártalmatlan a bőrünkre, addig a ≤ 400 nm hullámhosszúságú ultraibolya fénynek elegendő energiája van ahhoz, hogy súlyos károsodást okozzon a bőrünkben leégés formájában. Mivel az ózonréteg elnyeli a 350 nm-nél kisebb hullámhosszúságú napfényt, megvéd minket a nagy energiájú ultraibolya sugárzás káros hatásaitól.
Ebben a kurzusban nem fogunk energiaszámításokat végezni. Ismernie kell a frekvencia és az energia közötti kapcsolatot. Azt is mutasd meg, hogy a rövid hullámhosszú sugárzás nagy energiával jár.
Az elektromágneses sugárzás energiája a frekvencia növekedésével és a hullámhossz csökkenésével nő.
Példa \(\PageIndex{1}\)
Mi a fény frekvenciája, ha a hullámhossza 5,55 × 10-7 m?
Megoldás
Az egyenletet használjuk, amely a fény hullámhosszát és frekvenciáját a sebességével kapcsolja össze. Megvan
\
Az egyenlet mindkét oldalát elosztjuk 5,55 × 10-7 m-rel, és megkapjuk
\
Megjegyezzük, hogy az m egységek kioltják egymást, így a nevezőben s marad. A nevezőben lévő egységet egy -1-es hatvány jelzi-s-1 – és “másodpercenként”-ként olvasható.”
GYakorlat \(\PageIndex{1}\)
Mi a fény hullámhossza (mm-ben), ha a frekvenciája 1?55 × 1010 s-1?
Válasz
Példa \(\PageIndex{2}\)
Kalkulálja ki a sugárzás frekvenciáját, ha a hullámhossza 988 nm. Hol jelenik meg ez a sugárzás az elektromágneses spektrumban?
Válasz
