Definition av elektromagnetisk strålning

Elektromagnetisk strålning är självbärande energi med elektriska och magnetiska fältkomponenter. Elektromagnetisk strålning benämns vanligtvis "ljus", EM, EMR eller elektromagnetiska vågor. Vågorna sprids genom ett vakuum med ljusets hastighet. Svängningarna hos de elektriska och magnetiska fältkomponenterna är vinkelräta mot varandra och mot riktningen i vilken vågen rör sig. Vågorna kan karakteriseras enligt deras våglängder, frekvenser eller energi.

Paket eller kvanta av elektromagnetiska vågor kallas fotoner. Fotoner har nollmassa, men de är momentum eller relativistisk massa, så de påverkas fortfarande av tyngdkraft som normal materia. Elektromagnetisk strålning avges varje gång laddade partiklar accelereras.

Det elektromagnetiska spektrumet

Det elektromagnetiska spektrumet omfattar alla typer av elektromagnetisk strålning. Från längsta våglängd / lägsta energi till kortaste våglängd / högsta energi är spektrumets ordning radio, mikrovågsugn, infraröd, synlig, ultraviolett, röntgenstrålning och gammastråle. Ett enkelt sätt att komma ihåg spektrumets ordning är att använda den mnemoniska "Rabbits Måt jagn Very Unormal eXfundersam Gardens."

• Radiovågor släpps ut av stjärnor och genereras av människan för att överföra ljuddata.
• Mikrovågsstrålning släpps ut av stjärnor och galaxer. Det observeras med radioastronomi (som inkluderar mikrovågor). Människor använder den för att värma mat och överföra data.
• Infraröd strålning avges av varma kroppar, inklusive levande organismer. Det släpps också ut av damm och gaser mellan stjärnor.
• Det synliga spektrumet är den lilla delen av spektrumet som uppfattas av mänskliga ögon. Det släpps ut av stjärnor, lampor och några kemiska reaktioner.
• Ultraviolett strålning släpps ut av stjärnor, inklusive solen. Hälsoeffekter av överexponering inkluderar solbränna, hudcancer och grå starr.
• Heta gaser i universum avger röntgenstrålar. De genereras och används av människan för diagnostisk avbildning.
• Universum avger gammastrålning. Det kan utnyttjas för avbildning, liknande hur röntgenstrålar används.

Joniserande kontra icke-joniserande strålning

Elektromagnetisk strålning kan kategoriseras som joniserande eller icke-joniserande strålning. Joniserande strålning har tillräckligt med energi för att bryta kemiska bindningar och ger elektroner tillräckligt med energi för att undkomma deras atomer och bildar joner. Icke-joniserande strålning kan absorberas av atomer och molekyler. Medan strålningen kan ge aktiveringsenergi för att initiera kemiska reaktioner och bryta bindningar, är energin för låg för att tillåta elektron utströmning eller infångning. Strålning som är mer energisk än att ultraviolett ljus joniserar. Strålning som är mindre energisk än ultraviolett ljus (inklusive synligt ljus) är icke-joniserande. Ultraviolett ljus med kort våglängd joniseras.

Upptäcktshistoria

Våglängder av ljus utanför det synliga spektrumet upptäcktes tidigt på 1800-talet. William Herschel beskrev infraröd strålning 1800. Johann Wilhelm Ritter upptäckte ultraviolett strålning 1801. Båda forskarna upptäckte ljuset med ett prisma för att dela solljus i dess komponentvåglängder. Ekvationerna för att beskriva elektromagnetiska fält utvecklades av James Clerk Maxwell 1862-1964. Innan James Clerk Maxwells enhetliga teori om elektromagnetism trodde forskare att elektricitet och magnetism var separata krafter.

Elektromagnetiska interaktioner

Maxwells ekvationer beskriver fyra huvudsakliga elektromagnetiska interaktioner:

1. Attraktionskraften eller avvisningen mellan elektriska laddningar är omvänt proportionell mot kvadratet på avståndet som skiljer dem.
2. Ett rörligt elektriskt fält producerar ett magnetfält och ett rörligt magnetfält producerar ett elektriskt fält.
3. En elektrisk ström i en tråd producerar ett magnetfält så att magnetfältets riktning beror på strömriktningen.
4. Det finns inga magnetiska monopol. Magnetpoler kommer i par som lockar och stöter varandra ungefär som elektriska laddningar.