Elektromagnetisk stråling

Elektromagnetisk stråling er en gruppe af forskellige bølger, som alle fungerer efter samme principper.

Elektromagnetisk stråling kan både ses som bølger og som partikler, afhængigt af hvordan man ser på det. Hvis man ser elektromagnetisk stråling som partikler i stedet for bølger, har de det tilfældes, at de alle består af fotoner.

Man opdeler elektromagnetisk stråling efter bølgernes bølgelængde. Vi kalder dette for det elektromagnetiske spektrum.

Elektromagnetisk stråling med bølgelængder under 10-11 m kalder vi gammastråling. På grund af gammastrålers høje energi kan vi også gruppere dem som ioniserende stråling. Se artiklen Gammastråling.

Op til 10-8 meters bølgelængder har vi Røntgenstråling. Røntgenstråling kan også være ioniserende. Røntgenstråling har let ved at trænge igennem biologisk materiale, hvilket vi gør brug af, når vi tager røntgenfotos. Røntgenfotos viser os skelettet, fordi røntgen stråler har sværere ved at gennemtrænge knogler end resten af kroppen.

Mellem 10 nanometer og 400 nanometer har vi ultraviolet lys. På grund af deres lavere bølgelængde har ultraviolet lys en højere energi end synligt lys, hvilket er grunden til, at det kan være skadeligt for huden.

Mellem 400 nanometer og 700 nanometer har vi synligt lys. I dette udsnit af bølgelængder har vi alle regnbuens farver. De laveste bølgelængder er blålige, og de højeste er rødlige. Midt i mellem dem har vi gul.

Fra 700 nanometer op til ca. 100 mikrometer har vi infrarødt lys. Infrarødt lys er ikke synligt med det blotte øje, men kan opfanges med et infrarødt kamera. Termisk energi (varme) afgiver elektromagnetisk stråling i det infrarøde spektrum, og derfor kan infrarødt lys ses som et tegn på varme. Et infrarødt kamera kan derfor bruges til at opfange forskelle i varme og for eksempel finde varmblodede dyr, som er varmere end deres omgivelser.

Mellem 100 mikrometer og 1 cm bølgelængder har vi mikrobølger. Mikrobølgers evne til at absorbere i stof og især vandmolekyler bruges i mikrobølgeovne, hvor deres energi omdannes til varme.

Fra 1 cm bølgelængde og opefter har vi radiobølger af forskellig slags. For eksempel ligger FM radiobølger omkring bølgelængderne 1 til 100 cm.

Man kan også dele elektromagnetisk stråling op efter frekvens. Frekvens er omvendt proportionel med bølgelængde, hvilket betyder at jo lavere bølgelængde en elektromagnetisk bølge har, desto højere frekvens.

Generelt har elektromagnetiske bølger højere energi, jo højere frekvens eller lavere bølgelængde de har. Der gælder følgende formel for energien af en foton:

E = h \cdot f

Denne formel kaldes Plancks relation. E er energien, h er Plancks konstant (6,626 ˙ 10-34 J s), og f er frekvensen af den bølge fotonen er en del af.

Elektromagnetisk stråling kan bevæge sig igennem vakuum. I vakuum har de en konstant hastighed, som vi kalder lysets hastighed.

Lysets hastighed ligger på 299.792.458 meter pr. sekund, og betegnes normalt med symbolet c. Lysets hastighed er den højeste hastighed, nogen partikel kan have og sætter derfor en grænse for hvor hurtigt, det er muligt at bevæge sig. Einsteins relativitets teori beskriver, hvordan hastighed er forbundet med tid, så at tiden teoretisk vil stå stille for et objekt, der bevæger sig med lysets hastighed.

Man kan for de forskellige typer elektromagnetisk stråling tilknytte en gennemtrængningsevne, som beskriver strålingens evne til at bevæge sig igennem materiale. Gennemtrængningsevnen hænger generelt sammen med bølgens energi, men ikke nødvendigvis frekvensen. For eksempel har radiobølger i de fleste tilfælde en god gennemtrængningsevne, hvilket er det, der gør dem så gode til at transportere information over lange afstande.

Når elektromagnetisk stråling ikke trænger igennem et materiale, betyder det, at det er blevet absorberet. Absorbering kan ske på forskellige måder. Generelt har vi to tilfælde: strålingen ioniserer materialets atomer, hvilket kan føre til ændringer eller skader i materialet. Dette kender vi fra gammastråling, som kan gøre store skader ved ionisering.

Den anden form for absorbering fører til en afgivelse af bølgens energi i form af termisk energi (varme). Dette kender vi selvfølgelig fra synligt lys, hvor lyset fra solen hver dag varmer jorden op. Vi kender det også fra mikrobølgeovne, hvor stråling bruges direkte til at varme.

Når man taler om elektromagnetiske bølger, vil de ofte blive præsenteret som havende én frekvens, som man derfor nemt kan regne på. Dette er dog sjældent tilfældet for elektromagnetiske bølger i den virkelige verden, som vil være opbygget af mange frekvenser. For eksempel er sollys opbygget af næsten alle frekvenserne i det synlige spektrum. Det er dette, der gør, at sollys ikke har nogen stærk farve, da det består af alle farver.

Et andet eksempel er kosmisk stråling, som kan bestå af mange forskellige typer elektromagnetisk stråling. Kosmisk stråling kommer fra rummet og kan have mange forskellige kilder. Det kan derfor også have mange forskellige former. Kosmisk stråling kan være alt fra højenergi gammastråling fra supernovaer i fjerne galakser til svage radiobølger fra Mars.