Cos'è un'onda elettromagnetica?

Il termine onda elettromagnetica descrive il modo in cui la radiazione elettromagnetica (EMR) si muove attraverso lo spazio. Diverse forme di EMR si distinguono per le loro lunghezze d'onda, che variano da molti iarde (metri) a una distanza più piccola del diametro di un nucleo atomico. L'intervallo completo, in ordine decrescente di lunghezza d'onda, passa dalle onde radio attraverso microonde, luce visibile, ultravioletta e raggi X a raggi gamma ed è noto come spettro elettromagnetico. Le onde elettromagnetiche hanno molte applicazioni, sia nella scienza che nella vita di tutti i giorni.

onde luminose

Per molti aspetti, un'onda elettromagnetica si comporta in modo simile a increspature sull'acqua o per suonare viaggiando attraverso un mezzo come l'aria. Ad esempio, se una luce viene brillata su uno schermo attraverso una barriera con due fessure strette, si vede un motivo di strisce di luce e scure. Questo è chiamato un modello di interferenza: dove le creste delle onde da una fessura incontrano quelle dall'altra, si rafforzano a vicenda, formando una striscia luminosa, BUt Dove una cresta incontra una depressione, si annullano, lasciando una striscia scura. La luce può anche piegarsi attorno a un ostacolo, come gli oceani attorno a una parete del porto: questo è noto come diffrazione. Questi fenomeni forniscono prove della natura ondulata della luce.

Si presumeva da tempo che, come il suono, la luce dovesse viaggiare attraverso una sorta di mezzo. Questo è stato dato il nome "Ether", a volte scritto "etere" e si pensava che fosse un materiale invisibile che riempiva lo spazio, ma attraverso il quale gli oggetti solidi potevano passare senza ostacoli. Esperimenti progettati per rilevare l'etere dal suo effetto sulla velocità della luce in diverse direzioni non sono riusciti a trovarne alcuna prova e l'idea è stata finalmente respinta. Era evidente che la luce e altre forme di EMR non richiedevano alcun mezzo e potevano viaggiare attraverso lo spazio vuoto.

lunghezza d'onda e frequenza

Proprio come un'onda sull'oceano, un'onda elettromagnetica ha il piccos e depressioni. La lunghezza d'onda è la distanza tra due punti identici dell'onda da un ciclo all'altro, ad esempio la distanza tra un picco o la cresta e la successiva. L'EMR può anche essere definito in termini di frequenza, che è il numero di creste che passano in un determinato intervallo di tempo. Tutte le forme di EMR viaggiano alla stessa velocità: la velocità della luce. Pertanto, la frequenza dipende interamente dalla lunghezza d'onda: più corta dalla lunghezza d'onda, maggiore è la frequenza.

energia

Lunghezza d'onda più breve o una frequenza più alta, EMR trasporta più energia rispetto a lunghezze d'onda più lunghe o frequenze più basse. L'energia trasportata da un'onda elettromagnetica determina il modo in cui influisce sulla materia. Le radio a bassa frequenza onde leggermente perturbano atomi e molecole, mentre le microonde li fanno muovere più vigorosamente: il materiale si riscalda. I raggi X e i raggi gamma preparano molto più un pugno: possono rompere i legami chimici e bussare elettroni dagli atomi, formando ioni. Per questo motivo, sono descritti come ioradiazione nicing.

l'origine delle onde elettromagnetiche

La relazione tra luce ed elettromagnetismo fu stabilita dall'opera del fisico James Clerk Maxwell nel XIX secolo. Ciò ha portato allo studio dell'elettrodinamica, in cui le onde elettromagnetiche, come la luce, sono considerate disturbi o "increspature", in un campo elettromagnetico, creati dal movimento di particelle caricate elettricamente. A differenza dell'etere inesistente, il campo elettromagnetico è semplicemente la sfera di influenza di una particella carica e non una cosa materiale tangibile.

Il lavoro successivo, all'inizio del XX secolo, ha mostrato che anche EMR aveva proprietà simili a particelle. Le particelle che compongono le radiazioni elettromagnetiche sono chiamate fotoni . Sebbene sembri contraddittorio, EMR può comportarsi come onde o particelle, a seconda del tipo di esperimento che viene effettuato. Questo è noto come dualità a onda-particella. Si applica anche a particelle subatomiche, atomi interi e persino smettereE grandi molecole, tutte a volte possono comportarsi come onde.

La dualità delle particelle d'onda è emersa mentre veniva sviluppata la teoria quantistica. Secondo questa teoria, l '"onda" rappresenta la probabilità di trovare una particella, come un fotone, in una determinata posizione. La natura simile a un'onda delle particelle e la natura simile a una particella delle onde ha dato origine a una grande quantità di dibattito scientifico e alcune idee sbalorditive, ma nessun consenso generale su cosa significhi effettivamente.

Nella teoria quantistica, le radiazioni elettromagnetiche vengono prodotte quando le particelle subatomiche rilasciano energia. Ad esempio, un elettrone in un atomo può assorbire energia, ma alla fine deve scendere a un livello di energia inferiore e rilasciare l'energia come EMR. A seconda di come si osserva, questa radiazione può apparire come una particella o un'onda elettromagnetica.

usa

Molta tecnologia moderna dipende dalle onde elettromagnetiche. Radio, televisione, telefoni cellulari e Internet si basano sulla trasmissione di RADEMR di frequenza IO attraverso cavi aria, spazio o in fibra ottica. I laser usati per registrare e riprodurre DVD e CD audio usano le onde luminose per scrivere e leggere dai dischi. Le macchine a raggi X sono uno strumento essenziale in medicina e sicurezza dell'aeroporto. Nella scienza, la nostra conoscenza dell'universo deriva in gran parte dall'analisi della luce, dalle onde radio e dai raggi X da stelle e galassie distanti.

pericoli

Non si pensa che le onde elettromagnetiche a bassa energia, come le onde radio, siano dannose. A energie più elevate, tuttavia, EMR pone rischi. Le radiazioni ionizzanti, come raggi X e raggi gamma, possono uccidere o danneggiare le cellule viventi. Possono anche alterare il DNA, il che può portare al cancro. Il rischio per i pazienti dalle radiografie mediche è considerato trascurabile, ma i radiografi, che sono esposti a loro regolarmente, indossano i grembiuli di piombo-che i raggi X non possono penetrare-per proteggersi. La luce ultravioletta, presente alla luce solare, può causare scottature solari e può anche causare il cancro della pelle se l'esposizione è eccessiva.