Hvad er en elektromagnetisk bølge?

Udtrykket elektromagnetisk bølge beskriver, hvordan elektromagnetisk stråling (EMR) bevæger sig gennem rummet. Forskellige former for EMR er kendetegnet ved deres bølgelængder, der varierer fra mange meter (meter) til en afstand mindre end diameteren af ​​en atomkerne. Det fulde interval, i faldende rækkefølge af bølgelængde, går fra radiobølger gennem mikrobølger, synligt lys, ultraviolet og røntgenstråler til gammastråler og er kendt som det elektromagnetiske spektrum. Elektromagnetiske bølger har mange anvendelser, både i videnskab og i hverdagen.

lysbølger

I mange henseender opfører en elektromagnetisk bølge sig på samme måde som krusninger på vandet eller til lyd, der rejser gennem et medium såsom luft. For eksempel, hvis et lys er lyste på en skærm gennem en barriere med to smalle spalter, ses et mønster af lys og mørke striber. Dette kaldes et interferensmønster: hvor bølgernes kamre fra den ene spalte møder dem fra den anden, forstærker de hinanden og danner en lys stribe, BUT Hvor en kam møder et trug, annullerer de sig og efterlader en mørk stribe. Lys kan også bøje sig omkring en hindring, som havbrydere omkring en havnevæg: dette er kendt som diffraktion. Disse fænomener giver bevis for den bølgeagtige karakter af lys.

Det blev længe antaget, at Lys, ligesom lyd, skal rejse gennem en slags medium. Dette fik navnet "Ether", som undertiden stavede "Aether" og blev antaget at være et usynligt materiale, der fyldte rum, men gennem hvilket faste genstande kunne passere uhindret. Eksperimenter designet til at detektere etheren ved dens virkning på lysets hastighed i forskellige retninger kunne alle ikke finde noget bevis for det, og ideen blev endelig afvist. Det var tydeligt, at lys og andre former for EMR ikke krævede noget medium og kunne rejse gennem tomt rum.

bølgelængde og frekvens

Ligesom en havbølge har en elektromagnetisk bølge toppenS og trug. Bølgelængden er afstanden mellem to identiske punkter i bølgen fra cyklus til cyklus, for eksempel afstanden mellem den ene top eller crest og den næste. EMR kan også defineres med hensyn til dens frekvens, som er antallet af kamre, der går forbi i et givet tidsinterval. Alle former for EMR rejser med samme hastighed: lysets hastighed. Derfor afhænger frekvensen helt af bølgelængden: jo kortere bølgelængden er, jo højere er frekvensen.

Energi

Kortere bølgelængde eller højere frekvens bærer EMR mere energi end længere bølgelængder eller lavere frekvenser. Den energi, der bæres af en elektromagnetisk bølge, bestemmer, hvordan den påvirker stoffet. Lavfrekvensradiobølger mildt forstyrrede atomer og molekyler, mens mikrobølger får dem til at bevæge sig mere kraftigt: materialet opvarmes. Røntgenstråler og gammastråler pakker meget mere af et stempel: De kan bryde kemiske bindinger og banke elektroner fra atomer og danner ioner. Af denne grund beskrives de som IOnizing stråling.

Oprindelsen af ​​elektromagnetiske bølger

Forholdet mellem lys og elektromagnetisme blev etableret af fysikernes kontores arbejde Maxwell i det 19. århundrede. Dette førte til studiet af elektrodynamik, hvor elektromagnetiske bølger, såsom lys, betragtes som forstyrrelser eller "krusninger" i et elektromagnetisk felt, skabt af bevægelsen af ​​elektrisk ladede partikler. I modsætning til den ikke-eksisterende ether er det elektromagnetiske felt simpelthen sfæren til indflydelse af en ladet partikel og ikke en håndgribelig, materiel ting.

Senere arbejde i begyndelsen af ​​det 20. århundrede viste, at EMR også havde partikellignende egenskaber. Partiklerne, der udgør elektromagnetisk stråling kaldes fotoner . Selvom det ser ud til at være modstridende, kan EMR opføre sig som bølger eller som partikler, afhængigt af den type eksperiment, der udføres. Dette er kendt som bølgepartikel-dualiteten. Det gælder også for subatomære partikler, hele atomer og endda afsluttee store molekyler, som alle undertiden kan opføre sig som bølger.

Bølgepartikel-dualiteten fremkom, da kvanteteori blev udviklet. I henhold til denne teori repræsenterer "bølgen" sandsynligheden for at finde en partikel, såsom en foton, på et givet sted. Partiklernes bølge-lignende karakter og den partikellignende natur af bølger har givet anledning til stor videnskabelig debat og nogle forbløffende ideer, men ingen samlet konsensus om, hvad det faktisk betyder.

I kvanteteori produceres elektromagnetisk stråling, når subatomære partikler frigiver energi. For eksempel kan et elektron i et atom absorbere energi, men det skal til sidst falde til et lavere energiniveau og frigive energien som EMR. Afhængig af hvordan det observeres, kan denne stråling fremstå som en partikel eller en elektromagnetisk bølge.

bruger

En hel del moderne teknologi afhænger af elektromagnetiske bølger. Radio, tv, mobiltelefoner og internettet er afhængige af transmission af RADIO -frekvens EMR gennem luft, rum eller fiberoptiske kabler. Laserne, der plejede at optage og afspille DVD'er og lyd -cd'er, bruger lette bølger til at skrive til og læse fra diske. Røntgenmaskiner er et vigtigt værktøj inden for medicin og lufthavnsikkerhed. I videnskab kommer vores viden om universet stort set fra analyse af lys, radiobølger og røntgenstråler fra fjerne stjerner og galakser.

farer

Det antages ikke, at elektromagnetiske bølger med lav energi, såsom radiobølger, er skadelige. Ved højere energier udgør EMR imidlertid risici. Ioniserende stråling, såsom røntgenstråler og gammastråler, kan dræbe eller skade levende celler. De kan også ændre DNA, hvilket kan føre til kræft. Risikoen for patienter fra medicinske røntgenstråler betragtes som ubetydelige, men radiografer, der regelmæssigt udsættes for dem, bærer blyforklæder-som røntgenstråler ikke kan trænge ind-for at beskytte sig selv. Ultraviolet lys, til stede i sollys, kan forårsage solskoldning og kan også forårsage hudkræft, hvis eksponering er overdreven.