Electromagnetic Radiation
Energia, która jest przekazywana, lub wypromieniowywana, przez przestrzeń w postaci okresowych oscylacji pól elektrycznych i magnetycznych jest znana jako promieniowanie elektromagnetyczne. (Rysunek). Niektóre formy promieniowania elektromagnetycznego pokazano na rysunku \(\PageIndex{4}). W próżni wszystkie formy promieniowania elektromagnetycznego – mikrofale, światło widzialne czy promienie gamma – poruszają się z prędkością światła (c), która jest prędkością, z jaką wszystkie formy promieniowania elektromagnetycznego poruszają się w próżni, fundamentalną stałą fizyczną o wartości 2,99792458 × 108 m/s (co odpowiada około 3,00 × 108 m/s lub 1,86 × 105 mi/s). Jest to około milion razy szybciej niż prędkość dźwięku.
Ponieważ różne rodzaje promieniowania elektromagnetycznego mają tę samą prędkość (c), różnią się jedynie długością fali i częstotliwością. Jak pokazano na rysunku i w tabeli, długość fali znanego nam promieniowania elektromagnetycznego wynosi od 101 m dla fal radiowych do 10-12 m dla promieni gamma, które są emitowane przez reakcje jądrowe. Patrząc na poniższe równanie widzimy, że częstotliwość promieniowania elektromagnetycznego jest odwrotnie proporcjonalna do długości fali:
Na przykład częstotliwość fal radiowych wynosi około 108 Hz, natomiast częstotliwość promieni gamma wynosi około 1020 Hz. Światło widzialne, czyli promieniowanie elektromagnetyczne, które może być wykryte przez ludzkie oko, ma długość fali od około 7 × 10-7 m (700 nm, czyli 4,3 × 1014 Hz) do 4 × 10-7 m (400 nm, czyli 7,5 × 1014 Hz). Należy zauważyć, że gdy częstotliwość wzrasta, długość fali maleje; c jako stała pozostaje niezmienna. Podobnie, gdy częstotliwość maleje, długość fali rośnie.
Zapamiętaj równanie 5.2.1 i prędkość światła (z jednostkami). Ponadto ważne jest, aby wiedzieć, która strona widma elektromagnetycznego jest śmiertelna.
| Unit | Symbol | Wavelength (m) | Type of Radiation |
|---|---|---|---|
| pikometr | pm | 10-12 | promień gamma |
| nanometr | nm | 10-9 | x-ray |
| mikrometr | μm | 10-6 | podczerwień |
| milimetr | mm | 10-3 | podczerwień |
| centymetr | cm | 10-2 | mikrofale |
| metr | m | 100 | radio |
Światło również zachowuje się jak paczka energii. Okazuje się, że w przypadku światła energia „pakietu” energii jest proporcjonalna do jego częstotliwości.
Podczas gdy światło widzialne jest zasadniczo nieszkodliwe dla naszej skóry, światło ultrafioletowe, o długości fali ≤ 400 nm, ma wystarczającą energię, aby spowodować poważne uszkodzenia skóry w postaci oparzeń słonecznych. Ponieważ warstwa ozonowa pochłania światło słoneczne o długości fali mniejszej niż 350 nm, chroni nas przed szkodliwym działaniem wysokoenergetycznego promieniowania ultrafioletowego.
W tym kursie nie będziemy wykonywać obliczeń energetycznych. Powinieneś znać związek między częstotliwością a energią. Należy również uświadomić sobie, że promieniowanie o krótkiej długości fali wiąże się z dużą energią.
Energia promieniowania elektromagnetycznego wzrasta wraz ze wzrostem częstotliwości i zmniejszeniem długości fali.
Przykład
Jaka jest częstotliwość światła, jeśli długość jego fali wynosi 5,55 × 10-7 m?
Rozwiązanie
Korzystamy z równania, które wiąże długość fali i częstotliwość światła z jego prędkością. Mamy
Dzielimy obie strony równania przez 5,55 × 10-7 m i otrzymujemy
Zauważ, jak jednostki m anulują się, pozostawiając s w mianowniku. Jednostka w mianowniku jest oznaczana przez -1 potęgę-s-1 i odczytywana jako „na sekundę.”
Ćwiczenie
Jaka jest długość fali (w mm) światła, jeśli jego częstotliwość wynosi 1.55 × 1010 s-1?
Odpowiedź
Przykład
Oblicz częstotliwość promieniowania, jeżeli jego długość fali wynosi 988 nm. Gdzie to promieniowanie znajduje się w widmie elektromagnetycznym?
Odpowiedź
.