Co je to elektromagnetická vlna?
Termín elektromagnetická vlna popisuje způsob, jakým se elektromagnetické záření (EMR) pohybuje vesmírem. Různé formy EMR se vyznačují jejich vlnovými délkami, které se liší od mnoha yardů (metrů) do vzdálenosti menší než průměr atomového jádra. Celý rozsah, v klesajícím pořadí vlnové délky, přechází z rádiových vln přes mikrovlny, viditelné světlo, ultrafialové a rentgenové paprsky po gama paprsky a je známý jako elektromagnetické spektrum. Elektromagnetické vlny mají mnoho aplikací, a to jak ve vědě, tak ve každodenním životě.
V mnoha ohledech se elektromagnetická vlna chová podobně jako vlnka na vodě nebo zvuk na cestu přes médium, jako je vzduch. Například, pokud je na obrazovce zářilo světlo bariérou se dvěma úzkými štěrbinami, je vidět vzor světlých a tmavých pruhů. Tomu se říká vzorec rušení: kde hřebeny vln z jedné štěrbiny se setkávají s těmi z druhé, navzájem se posilují a vytvářejí jasný pruh, buT, kde se hřeben setká s koryto, se zruší a zanechává tmavý pruh. Světlo se také může ohýbat kolem překážky, jako je oceánské jističe kolem přístavní zdi: toto se nazývá difrakce. Tyto jevy poskytují důkaz o vlnové povaze světla.
Bylo dlouho předpokládáno, že stejně jako zvuk musí světlo projít nějakým médiem. Toto bylo dáno jméno „ether“, někdy napsáno „Aether“, a bylo považováno za neviditelný materiál, který vyplňoval prostor, ale skrze který by pevné objekty mohly projít neomezenými. Experimenty navržené k detekci éteru jeho účinku na rychlost světla v různých směrech se pro něj nezjistily žádný důkaz a myšlenka byla nakonec odmítnuta. Bylo zřejmé, že světlo a jiné formy EMR nevyžadovaly žádné médium a mohly cestovat přes prázdný prostor.
Vlnová délka a frekvence
Stejně jako vlna oceánu má elektromagnetická vlna vrcholS a žlaby. Vlnová délka je vzdálenost mezi dvěma identickými body vlny od cyklu k cyklu, například vzdálenost mezi jedním vrcholem nebo hřebenem a dalším. EMR lze také definovat z hlediska jeho frekvence, což je počet hřebenů, které procházejí v daném časovém intervalu. Všechny formy EMR cestují stejnou rychlostí: rychlost světla. Frekvence proto zcela závisí na vlnové délce: čím kratší vlnová délka, tím vyšší je frekvence.
energie
Kratší vlnová délka nebo vyšší frekvence nese EMR více energie než delší vlnové délky nebo nižší frekvence. Energie nesená elektromagnetickou vlnou určuje, jak to ovlivňuje. Nízkofrekvenční rádiové vlny mírně narušují atomy a molekuly, zatímco mikrovlny způsobují, že se pohybují asi intenzivně: materiál se zahřívá. Rentgenové paprsky a gama paprsky se balí mnohem více úderu: mohou zlomit chemické vazby a zaklepat elektrony z atomů a vytvářet ionty. Z tohoto důvodu jsou popsány jako IOnizing záření.
Původ elektromagnetických vln
Vztah mezi světlem a elektromagnetismem byl vytvořen prací fyzika Jamese Clerk Maxwella v 19. století. To vedlo ke studiu elektrodynamiky, ve kterém jsou elektromagnetické vlny, jako je světlo, považovány za poruchy nebo „vlnky“ v elektromagnetickém poli, vytvořeném pohybem elektricky nabitých částic. Na rozdíl od neexistujícího etheru je elektromagnetické pole jednoduše sférou vlivu nabité částice, a nikoli hmatatelnou materiální věcí.
pozdější práce, na počátku 20. století, ukázala, že EMR má také vlastnosti podobné částic. Částice, které tvoří elektromagnetické záření, se nazývají fotony . Ačkoli se to zdá být protichůdné, EMR se může chovat jako vlny nebo jako částice, v závislosti na typu prováděného experimentu. Toto je známé jako dualita vlnové částice. Platí se také na subatomické částice, celé atomy a dokonce i přestate velké molekuly, které se mohou někdy chovat jako vlny.
Dualita vlnových částic se objevila jako kvantová teorie. Podle této teorie představuje „vlna“ pravděpodobnost nalezení částice, jako je foton, na daném místě. Vlnová povaha částic a povaha vln podobných částic vedla k velkému množství vědecké debaty a některých ohromujících myšlenek, ale celkově se celkově shoda o tom, co to vlastně znamená.
V kvantové teorii se elektromagnetické záření vytváří, když subatomické částice uvolňují energii. Například elektron v atomu může absorbovat energii, ale musí nakonec klesnout na nižší hladinu energie a uvolnit energii jako EMR. V závislosti na tom, jak je pozorováno, se toto záření může objevit jako částice nebo elektromagnetická vlna.
používá
Mnoho moderních technologií závisí na elektromagnetických vlnách. Rádio, televize, mobilní telefony a internet se spoléhají na přenos RADFrekvence IO EMR prostřednictvím kabelů vzduchu, prostoru nebo optických vláken. Lasery používané k záznamu a přehrávání DVD a zvukových CD používají světelné vlny k psaní a čtení z disků. Rentgenové stroje jsou nezbytným nástrojem v oblasti medicíny a zabezpečení letišť. Ve vědě naše znalost vesmíru pochází z velké části z analýzy světla, rádiových vln a rentgenových paprsků od vzdálených hvězd a galaxií.
Nebezpečí
Nezamí se, že elektromagnetické vlny nízké energie, jako jsou rádiové vlny, jsou škodlivé. Při vyšších energiích však EMR představuje rizika. Ionizující záření, jako jsou rentgenové paprsky a gama paprsky, mohou zabíjet nebo poškodit živé buňky. Mohou také změnit DNA, která může vést k rakovině. Riziko pro pacienty z lékařských rentgenových paprsků je považováno za zanedbatelné, ale radiografy, kteří jsou jim pravidelně vystaveni, nosí olověné zástěry-které rentgenové paprsky nemohou proniknout-aby se chránily. Ultrafialové světlo, přítomné na slunci, může způsobit spálení a může také způsobit rakovinu kůže, pokud je expozice nadměrná.