Definition der elektromagnetischen Strahlung

Elektromagnetische Strahlung ist eine sich selbst erhaltende Energie mit elektrischen und magnetischen Feldkomponenten. Elektromagnetische Strahlung wird üblicherweise als "Licht", EM, EMR oder elektromagnetische Wellen bezeichnet. Die Wellen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit durch ein Vakuum aus. Die Schwingungen der elektrischen und magnetischen Feldkomponenten verlaufen senkrecht zueinander und in die Richtung, in die sich die Welle bewegt. Die Wellen können anhand ihrer Wellenlängen, Frequenzen oder Energie charakterisiert werden.

Pakete oder Quanten elektromagnetischer Wellen werden Photonen genannt. Photonen haben keine Ruhemasse, aber einen Impuls oder eine relativistische Masse, sodass sie wie normale Materie immer noch von der Schwerkraft beeinflusst werden. Elektromagnetische Strahlung wird immer dann abgegeben, wenn geladene Teilchen beschleunigt werden.

Das elektromagnetische Spektrum

Das elektromagnetische Spektrum umfasst alle Arten von elektromagnetischer Strahlung. Von der längsten Wellenlänge / niedrigsten Energie bis zur kürzesten Wellenlänge / höchsten Energie ist die Ordnung des Spektrums Radio, Mikrowelle, Infrarot, sichtbares Licht, Ultraviolett, Röntgen und Gammastrahlung. Eine einfache Möglichkeit, sich an die Reihenfolge des Spektrums zu erinnern, ist die Verwendung der Mnemonik "RÄbte Maß ichn Very Uungewöhnlich eXnachdenklich Gardens. "

• Radiowellen werden von Sternen ausgesendet und vom Menschen erzeugt, um Audiodaten zu übertragen.
• Mikrowellenstrahlung wird von Sternen und Galaxien emittiert. Es wird mithilfe der Radioastronomie (einschließlich Mikrowellen) beobachtet. Menschen verwenden es, um Lebensmittel zu erhitzen und Daten zu übertragen.
• Infrarotstrahlung wird von warmen Körpern einschließlich lebender Organismen abgegeben. Es wird auch von Staub und Gasen zwischen Sternen emittiert.
• Das sichtbare Spektrum ist der winzige Teil des Spektrums, der vom menschlichen Auge wahrgenommen wird. Es wird von Sternen, Lampen und einigen chemischen Reaktionen ausgestrahlt.
• Ultraviolette Strahlung wird von Sternen, einschließlich der Sonne, emittiert. Zu den gesundheitlichen Auswirkungen einer Überexposition zählen Sonnenbrand, Hautkrebs und grauer Star.
• Heiße Gase im Universum senden Röntgenstrahlen aus. Sie werden vom Menschen für die diagnostische Bildgebung erzeugt und verwendet.
• Das Universum sendet Gammastrahlung aus. Es kann für die Bildgebung genutzt werden, ähnlich wie Röntgenstrahlen verwendet werden.

Ionisierende versus nichtionisierende Strahlung

Elektromagnetische Strahlung kann als ionisierende oder nichtionisierende Strahlung eingestuft werden. Ionisierende Strahlung hat genügend Energie, um chemische Bindungen aufzubrechen, und gibt Elektronen genügend Energie, um ihren Atomen zu entkommen und Ionen zu bilden. Nichtionisierende Strahlung kann von Atomen und Molekülen absorbiert werden. Während die Strahlung Aktivierungsenergie liefern kann, um chemische Reaktionen auszulösen und Bindungen zu lösen, ist die Energie zu niedrig, um ein Entweichen oder Einfangen von Elektronen zu ermöglichen. Strahlung, die energiereicher ist als ultraviolettes Licht, ionisiert. Strahlung, die weniger energiereich ist als ultraviolettes Licht (einschließlich sichtbares Licht), ist nicht ionisierend. Ultraviolettes Licht mit kurzer Wellenlänge ionisiert.

Entdeckungsgeschichte

Wellenlängen des Lichts außerhalb des sichtbaren Spektrums wurden zu Beginn des 19. Jahrhunderts entdeckt. William Herschel beschrieb die Infrarotstrahlung im Jahr 1800. Johann Wilhelm Ritter entdeckte die ultraviolette Strahlung im Jahr 1801. Beide Wissenschaftler erkannten das Licht mithilfe eines Prismas, um das Sonnenlicht in seine Wellenlängenkomponenten aufzuteilen. Die Gleichungen zur Beschreibung elektromagnetischer Felder wurden von James Clerk Maxwell in den Jahren 1862-1964 entwickelt. Vor James Clerk Maxwells einheitlicher Theorie des Elektromagnetismus glaubten Wissenschaftler, Elektrizität und Magnetismus seien getrennte Kräfte.

Elektromagnetische Wechselwirkungen

Maxwells Gleichungen beschreiben vier elektromagnetische Hauptwechselwirkungen:

1. Die Anziehungs- oder Abstoßungskraft zwischen elektrischen Ladungen ist umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung, die sie voneinander trennt.
2. Ein sich bewegendes elektrisches Feld erzeugt ein Magnetfeld und ein sich bewegendes magnetisches Feld erzeugt ein elektrisches Feld.
3. Ein elektrischer Strom in einem Draht erzeugt ein Magnetfeld, so dass die Richtung des Magnetfelds von der Richtung des Stroms abhängt.
4. Es gibt keine magnetischen Monopole. Magnetpole kommen in Paaren vor, die sich gegenseitig anziehen und abstoßen, ähnlich wie elektrische Ladungen.