Elektromagnetisk stråling

Elektromagnetisk stråling er en gruppe forskjellige bølger som alle fungerer etter samme prinsipper.

Elektromagnetisk stråling kan både oppfattes som bølger og som partikler, avhengig av hvordan man ser på det. Hvis man ser på elektromagnetiske stråler som partikler i stedet for bølger, har de det til felles at de alle består av fotoner.

Man deler opp elektromagnetisk stråling etter bølgenes bølgelengde. Vi kaller dette for det elektromagnetiske spektrum.

Elektromagnetisk stråling med bølgelengder under 10^-11 m kaller vi gammastråling. På grunn av gammastrålers høye energi, kan vi også gruppere disse som ioniserende stråling. Se artikkelen Gammastråling.

Opp til 10^-8 meters bølgelengder har vi røntgenstråling. Røntgenstråling kan også være ioniserende. Røntgenstråling har lett for å trenge gjennom biologisk materiale, noe vi gjør bruk av når vi tar røntgenbilder. Røntgenbilder viser oss skjelettet, fordi røntgenstråler har vanskeligere for å trenge gjennom knokler enn resten av kroppen.

Mellom 10 nanometer og 400 nanometer har vi ultrafiolett lys. På grunn av deres lavere bølgelengde har ultrafiolett lys en høyere energi enn synlig lys, som er grunnen til at det kan være skadelig for huden.

Mellom 400 nanometer og 700 nanometer har vi synlig lys. I dette utsnitt av bølgelengder finner vi alle regnbuens farger. De laveste bølgelengdene er blålige, og de høyeste er rødlige. Midt i mellom disse har vi gule.

Fra 700 nanometer opp til ca. 100 mikrometer har vi infrarødt lys. Infrarødt lys er ikke synlig med det blotte øye, men kan oppfanges med et infrarødt kamera. Termisk energi (varme) avgir elektromagnetisk stråling i det infrarøde spektrum, og derfor kan infrarødt lys ses som et tegn på varme. Et infrarødt kamera kan derfor brukes til å fange opp forskjeller i varme og for eksempel finne varmblodige dyr, fordi de er varmere enn deres omgivelser.

Mellom 100 mikrometer og 1 cm bølgelengder har vi mikrobølger. Mikrobølgers evne til å absorberes i stoff og spesielt vannmolekyler brukes i mikrobølgeovner, hvor deres energi omdannes til varme.

Fra 1 cm bølgelengde og oppover har vi radiobølger av forskjellige slag. For eksempel ligger FM radiobølger omkring bølgelengdene 1 til 100 cm.

Man kan også dele elektromagnetisk stråling opp etter frekvens (link). Frekvens er omvendt proporsjonal med bølgelengde, hvilket betyr at jo lavere bølgelengde en elektromagnetisk bølge har, desto høyere frekvens.

Generelt har elektromagnetiske bølger høyere energi jo høyere frekvens eller lavere bølgelengde de har. Følgende formel gjelder for energien av en foton:

Denne formelen kalles Plancks relasjon. E er energien, h er Plancks konstant (6,626 ˙ 10^-34 J s), og f er frekvensen av den bølge fotonen er en del av.

Elektromagnetisk stråling kan bevege seg gjennom vakuum. I vakuum har strålene en konstant hastighet som vi kaller lysets hastighet.

Lysets hastighet ligger på 299.792.458 meter pr. sekund og betegnes normalt med symbolet c. Lysets hastighet er den høyeste hastighet noen partikkel kan ha og setter derfor en grense for hvor hurtig det er mulig å bevege seg. Einsteins relativitetsteori beskriver hvordan hastighet er forbundet med tid, og hvordan tiden teoretisk vil stå stille for et objekt som beveger seg med lysets hastighet.

Man kan for de forskjellige typer elektromagnetisk stråling tilknytte en gjennomtrengningsevne som beskriver strålingens evne til å bevege seg gjennom et materiale. Gjennomtrengningsevnen henger generelt sammen med bølgens energi, men ikke nødvendigvis frekvensen. For eksempel har radiobølger i de fleste tilfeller en god gjennomtrengningsevne, og det er det som gjør dem så velegnet til å transportere informasjon over lange avstander.

Når elektromagnetisk stråling ikke trenger gjennom et materiale, betyr det at det er blitt absorbert. Absorbering kan skje på forskjellige måter. Generelt har vi to tilfeller: strålingen ioniserer materialets atomer, noe som kan føre til endringer eller skader i materialet. Dette kjenner vi fra gammastråling, som kan gjøre store skader ved ionisering.

Den andre formen for absorbering fører til en avgivelse av bølgens energi i form av termisk energi (varme). Dette kjenner vi til fra synlig lys, hvor lyset fra solen hver dag varmer opp jorden. Vi kjenner det også fra mikrobølgeovner, hvor stråling brukes direkte til å varme.

Når man snakker om elektromagnetiske bølger, vil de ofte bli presentert med en frekvens som man kan bruke til å foreta beregninger med. Dette er imidlertid sjeldent tilfellet for elektromagnetiske bølger i den virkelige verden. De vil være oppbygget av mange frekvenser. For eksempel er sollys oppbygget av nesten alle frekvensene i det synlige fargespektrum. Det er dette som gjør at sollys ikke har noen sterk farge, fordi det består av alle farger.

Et annet eksempel er kosmisk stråling, som kan bestå av mange forskjellige typer elektromagnetisk stråling. Kosmisk stråling kommer fra rommet og kan ha mange forskjellige kilder. Det kan derfor også ha mange forskjellige former. Kosmisk stråling kan være alt fra høyenergi gammastråling fra supernovaer i fjerne galakser til svake radiobølger fra Mars.