Elektromagnetisk strålning
Energi som överförs, eller strålar, genom rymden i form av periodiska svängningar av elektriska och magnetiska fält kallas elektromagnetisk strålning. (Figur \(\PageIndex{2}\)). Några former av elektromagnetisk strålning visas i figur \(\(\PageIndex{4}\)). I ett vakuum färdas alla former av elektromagnetisk strålning – oavsett om det är mikrovågor, synligt ljus eller gammastrålar – med ljusets hastighet (c), som är den hastighet med vilken alla former av elektromagnetisk strålning färdas i ett vakuum, en grundläggande fysikalisk konstant med ett värde av 2,99792458 × 108 m/s (vilket är ungefär 3,00 × 108 m/s eller 1,86 × 105 mi/s). Detta är ungefär en miljon gånger snabbare än ljudets hastighet.
Då de olika typerna av elektromagnetisk strålning alla har samma hastighet (c), skiljer de sig endast i våglängd och frekvens. Som framgår av figur \(\PageIndex{3}\) och tabell \(\PageIndex{1}\) sträcker sig våglängden för välkänd elektromagnetisk strålning från 101 m för radiovågor till 10-12 m för gammastrålar, som avges vid kärnreaktioner. Om vi tittar på ekvationen nedan kan vi se hur frekvensen av elektromagnetisk strålning är omvänt proportionell mot dess våglängd:
\
Till exempel är frekvensen av radiovågor cirka 108 Hz, medan frekvensen av gammastrålar är cirka 1020 Hz. Synligt ljus, som är elektromagnetisk strålning som kan upptäckas av det mänskliga ögat, har våglängder mellan cirka 7 × 10-7 m (700 nm, eller 4,3 × 1014 Hz) och 4 × 10-7 m (400 nm, eller 7,5 × 1014 Hz). Observera att våglängden minskar när frekvensen ökar; c är en konstant och förblir oförändrad. På samma sätt ökar våglängden när frekvensen minskar.
Läs ekvation 5.2.1 och ljusets hastighet (med enheter) utantill. Dessutom är det viktigt att veta vilken sida av det elektromagnetiska spektrumet som är dödlig.
| Enhet | Symbol | Våglängd (m) | Typ av strålning |
|---|---|---|---|
| pikometer | pm | 10-12 | gammastrålning |
| nanometer | nm | 10-9 | x-ray |
| mikrometer | μm | 10-6 | infrarött |
| millimeter | mm | 10-3 | infrarött |
| centimeter | cm | 10-2 | mikrovågor |
| meter | m | 100 | radio |
Ljuset uppför sig också som ett paket av energi. Det visar sig att för ljus är energin i ”paketet” av energi proportionell mot dess frekvens.
\
\
Då synligt ljus i stort sett är ofarligt för vår hud, har ultraviolett ljus, med våglängder på ≤ 400 nm, tillräckligt med energi för att orsaka allvarlig skada på vår hud i form av solbränna. Eftersom ozonskiktet absorberar solljus med våglängder under 350 nm skyddar det oss från de skadliga effekterna av mycket energirik ultraviolett strålning.
I den här kursen kommer vi inte att göra energiberäkningar. Du bör känna till förhållandet mellan frekvens och energi. Dessutom visar du inse att strålning med kort våglängd är förknippad med hög energi.
Energin hos elektromagnetisk strålning ökar med ökande frekvens och minskande våglängd.
Exempel \(\PageIndex{1}\)
Vad är ljusets frekvens om dess våglängd är 5,55 × 10-7 m?
Lösning
Vi använder ekvationen som relaterar ljusets våglängd och frekvens med dess hastighet. Vi har
\
Vi delar båda sidorna av ekvationen med 5,55 × 10-7 m och får
\
Bemärk hur m-enheterna upphävs, vilket lämnar s i nämnaren. En enhet i en nämnare anges med en -1-potens-s-1-och läses som ”per sekund.”
Övningsuppgift \(\PageIndex{1}\)
Vad är ljusets våglängd (i mm) om dess frekvens är 1.55 × 1010 s-1?
Svar
Exempel \(\(\PageIndex{2}\)
Beräkna frekvensen av strålning om dess våglängd är 988 nm. Var i det elektromagnetiska spektrumet förekommer denna strålning?
Svar
