Co to jest fala elektromagnetyczna?

Termin fala elektromagnetyczna opisuje sposób, w jaki promieniowanie elektromagnetyczne (EMR) porusza się po przestrzeni.Różne formy EMR wyróżniają się długościami fali, które różnią się od wielu jardów (metrów) do odległości mniejszej niż średnica jądra atomowego.Pełny zakres, w zmniejszającej się rzędu długości fali, przechodzi od fal radiowych przez mikrofalowe, światło widzialne, ultrafiolet i promieniowanie rentgenowskie do promieni gamma i jest znany jako widmo elektromagnetyczne.Fale elektromagnetyczne mają wiele zastosowań, zarówno w nauce, jak i w życiu codziennym.

Fale świetlne

Pod wieloma względami fala elektromagnetyczna zachowuje się podobnie jak zmarszczki na wodzie lub do dźwięku przemieszczającego się przez medium, takie jak powietrze.Na przykład, jeśli światło wpadnie na ekran przez barierę z dwoma wąskimi szczelinami, widać wzór światła i ciemnych pasków.Nazywa się to wzorem zakłóceń: tam, gdzie grzebienia fal z jednego szczeliny spotykają się z drugiej, wzmacniają się nawzajem, tworząc jasny pasek, ale tam, gdzie grzebień spotyka się z koryta, odwołują się, pozostawiając ciemny pasek.Światło może również pochylać się wokół przeszkody, podobnie jak łamania oceaniczne wokół ściany portu: jest to znane jako dyfrakcja.Zjawiska te dostarczają dowodów na falę przypominającą naturę światła.

Od dawna zakładano, że podobnie jak dźwięk światło musi podróżować przez jakiś medium.Dano to nazwę „Eter”, czasami pisał „eter” i uważano, że jest niewidzialnym materiałem, który wypełniał przestrzeń, ale przez które stałe obiekty mogły przejść bez przeszkód.Eksperymenty zaprojektowane w celu wykrycia eteru na podstawie jego wpływu na prędkość światła w różnych kierunkach nie znalazły żadnych dowodów na to, a pomysł został ostatecznie odrzucony.Było oczywiste, że światło i inne formy EMR nie wymagały żadnego medium i mogło przemieszczać się przez pustą przestrzeń.

Długość fali i częstotliwość

Podobnie jak fala oceaniczna, fala elektromagnetyczna ma szczyty i koryta.Długość fali jest odległością między dwoma identycznymi punktami fali od cyklu do cyklu, na przykład odległość między jednym pikiem lub grzebieniem, a następną.EMR można również zdefiniować w kategoriach jego częstotliwości, czyli liczby grzebień, które przechodzą w danym przedziale czasowym.Wszystkie formy EMR podróżują z tą samą prędkością: prędkość światła.Dlatego częstotliwość zależy całkowicie od długości fali: im krótsza długość fali, tym wyższa częstotliwość.

Energia

Krótsza długość fali lub wyższa częstotliwość, EMR przenosi więcej energii niż dłuższe długości fali lub niższe częstotliwości.Energia przenoszona przez falę elektromagnetyczną określa, w jaki sposób wpływa ona na materię.Fale radiowe o niskiej częstotliwości łagodnie zaburzają atomy i cząsteczki, podczas gdy mikrofalowe powodują, że poruszają się bardziej energicznie: materiał się nagrzewa.Promieniowanie rentgenowskie i promienie gamma zawracają znacznie więcej ciosu: mogą łamać wiązania chemiczne i pukać elektrony z atomów, tworząc jony.Z tego powodu są one opisane jako promieniowanie jonizujące.

Pochodzenie fal elektromagnetycznych

Związek między światłem a elektromagnetyzmem został ustanowiony przez dzieło fizyka Jamesa Clerka Maxwella w XIX wieku.Doprowadziło to do badania elektrodynamiki, w której fale elektromagnetyczne, takie jak światło, są uważane za zaburzenia lub „fale” w polu elektromagnetycznym, stworzonym przez ruch cząstek naładowanych elektrycznie.W przeciwieństwie do nieistniejącego eteru, pole elektromagnetyczne jest po prostu sfera wpływu naładowanej cząstki, a nie namacalną, materialną rzeczą.

Późniejsze prace na początku XX wieku wykazały, że EMR ma również właściwości podobne do cząstek.Cząstki, które tworzą promieniowanie elektromagnetyczne, nazywane są fotonami .Chociaż wydaje się to sprzeczne, EMR może zachowywać się jak fale lub cząstki, w zależności od rodzaju przeprowadzonego eksperymentu.Jest to znane jako dualność cząstki fali.Dotyczy również cząstek subatomowych, całych atomów, a nawet dość dużych cząsteczek, z których wszystkie mogą czasem zachowywać się jak fale.

Dualizm fali cząstki pojawiła się w miarę rozwoju teorii kwantowej.Zgodnie z tą teorią „fala” reprezentuje prawdopodobieństwo znalezienia cząstki, takiej jak foton, w danym miejscu.Fala podobna do cząstek i cząsteczka przypominająca cząsteczki fali dały wiele debaty naukowej i niektórych zadziwiających pomysłów, ale nie ma ogólnej konsensusu co do tego, co to właściwie oznacza.

w teorii kwantowej, promieniowanie elektromagnetyczne, promieniowanie elektromagnetycznejest wytwarzany, gdy cząstki subatomowe uwalniają energię.Na przykład elektron w atomie może pochłaniać energię, ale ostatecznie musi spaść do niższego poziomu energii i uwolnić energię jako EMR.W zależności od tego, jak jest obserwowane, promieniowanie to może pojawić się jako cząstka lub fala elektromagnetyczna. wykorzystuje wiele nowoczesnych technologii zależy od fal elektromagnetycznych.Radio, telewizja, telefony komórkowe i Internet polegają na transmisji EMR częstotliwości radiowej poprzez kable powietrzne, przestrzeni lub światłowodowe.Lasery używane do nagrywania i odtwarzania płyt DVD, a audio CDS używają fal świetlnych do pisania i odczytu z płyt.Maszyny rentgenowskie są niezbędnym narzędziem w zakresie bezpieczeństwa medycyny i lotniska.W nauce nasza wiedza na temat wszechświata pochodzi głównie z analizy światła, fal radiowych i promieni rentgenowskich z odległych gwiazd i galaktyk. Zagrożenia Nie uważa się, że fale elektromagnetyczne o niskiej energii, takie jak fale radiowe, są szkodliwe.Jednak przy wyższych energiach EMR stanowi ryzyko.Promieniowanie jonizujące, takie jak promieniowanie rentgenowskie i promienie gamma, mogą zabijać lub uszkodzić żywe komórki.Mogą również zmienić DNA, co może prowadzić do raka.Ryzyko dla pacjentów z medycznych promieni rentgenowskich jest uważane za nieistotne, ale radiografowie, którzy są na nich regularnie narażeni, noszą fartuchy ołowiowe i mdash;Które promieniowanie rentgenowskie nie mogą przenikać mdash;Aby się chronić.Światło ultrafioletowe, obecne w świetle słonecznym, może powodować oparzenie słoneczne, a także może powodować raka skóry, jeśli ekspozycja jest nadmierna.