Elektromágneses sugárzás

Az elektromágneses hullámok olyan hullámok, amelyek elektromos és mágneses mezőt tartalmaznak, és energiát hordoznak. Fénysebességgel terjednek.

A kvantummechanika az elektromágneses hullámok tanulmányozásából fejlődött ki. Ez a terület magában foglalja a látható és a láthatatlan fény tanulmányozását is. A látható fény az a fény, amelyet normális látással a szivárvány színeiben láthatunk. A láthatatlan fény a normál látással nem látható fény, amelybe olyan energikusabb és magasabb frekvenciájú hullámok tartoznak, mint az ultraibolya, a röntgensugárzás és a gammasugárzás. A nagyobb hosszúságú hullámokat, mint például az infravörös, a mikro- és a rádióhullámok, szintén a kvantummechanika területén vizsgálják.

Az elektromágneses sugárzás egyes típusai, például a röntgensugarak, ionizáló sugárzásnak minősülnek, és károsak lehetnek a szervezetre. Az ultraibolya sugarak a fényspektrum ibolyántúli, az infravörös sugárzás pedig a vörös tartományba tartozik. Az infravörös sugarak hősugarak, az ultraibolya sugarak pedig leégést okoznak.

Az elektromágneses spektrum különböző részei hullámhossz, frekvencia és kvantumenergia tekintetében különböznek egymástól.

A hanghullámok nem elektromágneses hullámok, hanem a levegőben, vízben vagy más anyagban lévő nyomáshullámok.

Az elektromágneses frekvenciák tartománya. Az "UHF" jelentése "ultra magas frekvencia", a VHF pedig "nagyon magas frekvencia". Mindkettőt korábban a televíziózásra használták az USA-ban.

Matematikai megfogalmazás

A fizikában jól ismert, hogy egy tipikus hullám hullámegyenlete a következő

∇ 2 f = 1 c 2 ∂ 2 f ∂ t 2 {\displaystyle \nabla ^{2}f={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}f}{\partial t^{2}}}} $\nabla ^{2}f={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}f}{\partial t^{2}}}$

A probléma most annak bizonyítása, hogy a Maxwell-egyenletek kifejezetten bizonyítják, hogy az elektromos és mágneses mezők elektromágneses sugárzást hoznak létre. Emlékezzünk vissza, hogy a Maxwell-egyenletek közül kettőt a következő egyenletek adják meg

∇ × E = - ∂ B ∂ t {\displaystyle \nabla \times \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partiális t}}} $\nabla \times \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}$

∇ × B = μ o j + μ o ϵ o ∂ E ∂ t {\displaystyle \nabla \times \mathbf {B} =\mu _{o}\mathbf {j} +\mu _{o}\epsilon _{o}{\frac {\partial \mathbf {E} }{\partiális t}}} $\nabla \times \mathbf {B} =\mu _{o}\mathbf {j} +\mu _{o}\epsilon _{o}{\frac {\partial \mathbf {E} }{\partial t}}$

A fenti egyenletek görbületének kiértékelésével és vektorszámítással a következő egyenleteket lehet bizonyítani

∇ 2 E = 1 c 2 ∂ 2 E ∂ t {\displaystyle \nabla ^{2}\mathbf {E} ={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {E} }{\partiális t}}}} $\nabla ^{2}\mathbf {E} ={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {E} }{\partial t}}$

∇ 2 B = 1 c 2 ∂ 2 B ∂ t {\displaystyle \nabla ^{2}\mathbf {B} ={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {B}} }{\partiális t}}} $\nabla ^{2}\mathbf {B} ={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {B} }{\partial t}}$

Megjegyzés: a bizonyításhoz a következő helyettesítésre van szükség

c = 1 μ o ϵ {\displaystyle c={\frac {1}{\sqrt {\mu _{o}\epsilon }}}} $c={\frac {1}{\sqrt {\mu _{o}\epsilon }}}$

A fenti egyenletek analógok a hullámegyenlettel, ha f-et E-vel és B-vel helyettesítjük. A fenti egyenletek azt jelentik, hogy a mágneses (B) és az elektromos (E) mezőkön keresztül történő terjedés hullámokat hoz létre.

Kapcsolódó oldalak

Foton

Kérdések és válaszok

K: Mik az elektromágneses hullámok?

V: Az elektromágneses hullámok olyan hullámok, amelyek elektromos és mágneses mezőt tartalmaznak, és energiát hordoznak. Fénysebességgel terjednek (299 792 458 méter másodpercenként).

K: Mi az a kvantummechanika?

V: A kvantummechanika az elektromágneses hullámok tanulmányozásából kialakult tudományterület. Magában foglalja a látható és a láthatatlan fény tanulmányozását is.

K: Milyen típusú elektromágneses sugárzások lehetnek károsak a szervezetedre?

V: Az elektromágneses sugárzás egyes típusai, például a röntgensugarak, ionizáló sugárzásnak minősülnek, és károsak lehetnek a szervezetre.

K: Az ultraibolya sugarak hol helyezkednek el a fényspektrumban?

V: Az ultraibolya sugarak a fényspektrum ibolyántúli végéhez közel helyezkednek el.

K: Az infravörös sugarak hová tartoznak a fényspektrumban?

V: Az infravörös sugarak a fényspektrum vörös végéhez közel helyezkednek el.

K: Miben különböznek az infravörös sugarak az ultraibolya sugaraktól?

V: Az infravörös sugarakat hősugárzásként használják, az ultraibolya sugarak pedig leégést okoznak.

K: A hanghullámok elektromágneses hullámoknak minősülnek?

V: Nem, a hanghullámok nem elektromágneses hullámok, hanem a levegőben, vízben vagy más anyagban lévő nyomáshullámok.