Hva er en elektromagnetisk bølge?

Begrepet elektromagnetisk bølge beskriver måten elektromagnetisk stråling (EMR) beveger seg gjennom rommet. Ulike former for EMR utmerker seg med bølgelengdene, som varierer fra mange meter (meter) til en avstand mindre enn diameteren til en atomkjerne. Hele området, i synkende rekkefølge av bølgelengde, går fra radiobølger gjennom mikrobølger, synlig lys, ultrafiolett og røntgenstråler til gammastråler og er kjent som det elektromagnetiske spekteret. Elektromagnetiske bølger har mange applikasjoner, både i vitenskap og i hverdagen.

Lysbølger

På mange måter oppfører en elektromagnetisk bølge seg på samme måte som krusninger på vann, eller for å høres gjennom et medium som luft. For eksempel, hvis et lys lyser på en skjerm gjennom en barriere med to smale spalter, sees et mønster av lys og mørke striper. Dette kalles et interferensmønster: der bølgene fra den ene spalten møter dem fra den andre, forsterker de hverandre, og danner en lys stripe, BUt der en kam møter et trau, avbryter de og etterlater en mørk stripe. Lys kan også bøye seg rundt et hinder, som havbrytere rundt en havnevegg: dette er kjent som diffraksjon. Disse fenomenene gir bevis på lyslignende lys.

Det var lenge antatt at lys, som lyd, må reise gjennom et slags medium. Dette fikk navnet "eter", noen ganger stavet "eter", og ble antatt å være et usynlig materiale som fylte rom, men gjennom hvilke faste gjenstander kunne passere uhindret. Eksperimenter designet for å oppdage eteren av dens effekt på lysets hastighet i forskjellige retninger klarte ikke å finne noen bevis for det, og ideen ble endelig avvist. Det var tydelig at lys, og andre former for EMR, ikke krevde noe medium og kunne reise gjennom tomt rom.

bølgelengde og frekvens

Akkurat som en havbølge har en elektromagnetisk bølge topps og trau. Bølgelengden er avstanden mellom to identiske punkter i bølgen fra syklus til syklus, for eksempel avstanden mellom den ene toppen, eller Crest, og den neste. EMR kan også defineres i form av frekvensen, som er antallet crests som går forbi i et gitt tidsintervall. Alle former for EMR reiser med samme hastighet: lysets hastighet. Derfor avhenger frekvensen helt av bølgelengden: jo kortere bølgelengde, jo høyere frekvens.

energi

Kortere bølgelengde, eller høyere frekvens, EMR har mer energi enn lengre bølgelengder eller lavere frekvenser. Energien som bæres av en elektromagnetisk bølge bestemmer hvordan den påvirker materie. Radiobølger med lav frekvens mildt forstyrrer atomer og molekyler, mens mikrobølger får dem til å bevege seg mer kraftig: materialet varmes opp. Røntgenbilder og gammastråler pakker mye mer av et slag: de kan bryte kjemiske bindinger og slå elektroner fra atomer og danne ioner. Av denne grunn blir de beskrevet som ioNizing Radiation.

Opprinnelsen til elektromagnetiske bølger

Forholdet mellom lys og elektromagnetisme ble etablert ved fysikeren James Clerk Maxwell på 1800 -tallet. Dette førte til studiet av elektrodynamikk, der elektromagnetiske bølger, som lys, blir sett på som forstyrrelser, eller "krusninger", i et elektromagnetisk felt, skapt ved bevegelse av elektrisk ladede partikler. I motsetning til den ikke-eksisterende eteren, er det elektromagnetiske feltet ganske enkelt innflytelsesfæren fra en ladet partikkel, og ikke en håndgripelig, materiell ting.

Senere arbeid, på begynnelsen av 1900-tallet, viste at EMR også hadde partikkellignende egenskaper. Partiklene som utgjør elektromagnetisk stråling kalles fotoner . Selv om det virker motstridende, kan EMR oppføre seg som bølger eller som partikler, avhengig av typen eksperiment som utføres. Dette er kjent som bølgepartikelen dualitet. Det gjelder også subatomiske partikler, hele atomer og til og med sluttere store molekyler, som alle noen ganger kan oppføre seg som bølger.

Bølgepartikkeldualiteten dukket opp som kvanteteori ble utviklet. I følge denne teorien representerer "bølgen" sannsynligheten for å finne en partikkel, for eksempel et foton, på et gitt sted. Den bølgelignende naturen til partikler og den partikkellignende naturen til bølger har gitt opphav til mye vitenskapelig debatt og noen overveldende ideer, men ingen generell enighet om hva det faktisk betyr.

I kvanteteori produseres elektromagnetisk stråling når subatomiske partikler frigjør energi. For eksempel kan et elektron i et atom absorbere energi, men det må til slutt falle til et lavere energinivå og frigjøre energien som EMR. Avhengig av hvordan den observeres, kan denne strålingen fremstå som en partikkel eller en elektromagnetisk bølge.

bruker

Mye moderne teknologi avhenger av elektromagnetiske bølger. Radio, TV, mobiltelefoner og Internett er avhengige av overføring av radio frekvens EMR gjennom luft, rom eller fiberoptiske kabler. Laserne pleide å spille inn og spille DVD -er og lyd -CD -er bruker lysbølger for å skrive til og lese fra platene. Røntgenmaskiner er et viktig verktøy innen medisin og flyplasssikkerhet. I vitenskap kommer vår kunnskap om universet i stor grad fra analyse av lys, radiobølger og røntgenbilder fra fjerne stjerner og galakser.

farer

Det antas ikke at elektromagnetiske bølger med lav energi, som radiobølger, er skadelige. Ved høyere energier gir EMR imidlertid risikoer. Ioniserende stråling, for eksempel røntgenbilder og gammastråler kan drepe eller skade levende celler. De kan også endre DNA, noe som kan føre til kreft. Risikoen for pasienter fra medisinske røntgenbilder anses som ubetydelig, men radiografer, som blir utsatt for dem regelmessig, bruker blyforkle-hvilke røntgenbilder som ikke kan trenge gjennom-for å beskytte seg selv. Ultraviolett lys, til stede i sollys, kan forårsake solbrenthet og kan også forårsake hudkreft hvis eksponering er overdreven.