Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι κύματα που περιέχουν ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο και μεταφέρουν ενέργεια. Ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός.

Η κβαντομηχανική αναπτύχθηκε από τη μελέτη των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Ο τομέας αυτός περιλαμβάνει τη μελέτη τόσο του ορατού όσο και του αόρατου φωτός. Το ορατό φως είναι το φως που μπορεί κανείς να δει με την κανονική όραση στα χρώματα του ουράνιου τόξου. Το αόρατο φως είναι το φως που δεν μπορεί κανείς να δει με την κανονική όραση και περιλαμβάνει πιο ενεργητικά και υψηλότερης συχνότητας κύματα, όπως η υπεριώδης ακτινοβολία, οι ακτίνες Χ και οι ακτίνες γάμμα. Τα κύματα με μεγαλύτερο μήκος, όπως τα υπέρυθρα, τα μικροκύματα και τα ραδιοκύματα, διερευνώνται επίσης στον τομέα της κβαντομηχανικής.

Ορισμένοι τύποι ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, όπως οι ακτίνες Χ, είναι ιονίζουσα ακτινοβολία και μπορεί να είναι επιβλαβείς για το σώμα σας. Οι υπεριώδεις ακτίνες βρίσκονται κοντά στο ιώδες άκρο του φάσματος του φωτός και οι υπέρυθρες κοντά στο κόκκινο άκρο. Οι υπέρυθρες ακτίνες είναι ακτίνες θερμότητας και οι υπεριώδεις ακτίνες προκαλούν ηλιακά εγκαύματα.

Τα διάφορα τμήματα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος διαφέρουν ως προς το μήκος κύματος, τη συχνότητα και την κβαντική ενέργεια.

Τα ηχητικά κύματα δεν είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα αλλά κύματα πίεσης στον αέρα, το νερό ή οποιαδήποτε άλλη ουσία.

Το εύρος των ηλεκτρομαγνητικών συχνοτήτων. "UHF" σημαίνει "εξαιρετικά υψηλή συχνότητα", VHF είναι "πολύ υψηλή συχνότητα". Και οι δύο χρησιμοποιούνταν παλαιότερα για την τηλεόραση στις ΗΠΑ.

Μαθηματική διατύπωση

Στη φυσική, είναι γνωστό ότι η κυματική εξίσωση για ένα τυπικό κύμα είναι

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

Το πρόβλημα τώρα είναι να αποδείξουμε ότι οι εξισώσεις του Maxwell αποδεικνύουν ρητά ότι τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία δημιουργούν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Θυμηθείτε ότι δύο από τις εξισώσεις του Maxwell δίνονται από τις εξής εξισώσεις

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

Αξιολογώντας την καμπύλη των παραπάνω εξισώσεων και με τον διανυσματικό λογισμό μπορεί κανείς να αποδείξει τις ακόλουθες εξισώσεις

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

Σημείωση: η απόδειξη περιλαμβάνει την αντικατάσταση

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

Οι παραπάνω εξισώσεις είναι ανάλογες με την κυματική εξίσωση, αντικαθιστώντας το f με τα E και B. Οι παραπάνω εξισώσεις σημαίνουν ότι η διάδοση μέσω του μαγνητικού (B) και του ηλεκτρικού (E) πεδίου θα παράγει κύματα.

Σχετικές σελίδες

Φωτόνιο

Ερωτήσεις και απαντήσεις

Q: Τι είναι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα;

A: Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι κύματα που περιέχουν ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο και μεταφέρουν ενέργεια. Ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός (299.792.458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο).

Ε: Τι είναι η κβαντομηχανική;

Α: Η κβαντομηχανική είναι ένα πεδίο μελέτης που αναπτύχθηκε από τη μελέτη των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Περιλαμβάνει τη μελέτη τόσο του ορατού όσο και του αόρατου φωτός.

Ερ: Ποιοι τύποι ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας μπορεί να είναι επιβλαβείς για το σώμα σας;

Α: Ορισμένοι τύποι ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, όπως οι ακτίνες Χ, είναι ιονίζουσα ακτινοβολία και μπορεί να είναι επιβλαβείς για το σώμα σας.

Ερ: Πού ανήκουν οι υπεριώδεις ακτίνες στο φάσμα του φωτός;

Α: Οι υπεριώδεις ακτίνες βρίσκονται κοντά στο ιώδες άκρο του φάσματος του φωτός.

Ερ: Πού ανήκουν οι υπέρυθρες ακτίνες στο φάσμα του φωτός;

Α: Οι υπέρυθρες ακτίνες βρίσκονται κοντά στο κόκκινο άκρο του φάσματος φωτός.

Ερ: Πώς διαφέρουν οι υπέρυθρες ακτίνες από τις υπεριώδεις ακτίνες;

Α: Οι υπέρυθρες ακτίνες χρησιμοποιούνται ως ακτίνες θερμότητας και οι υπεριώδεις ακτίνες προκαλούν ηλιακά εγκαύματα.

Ερ: Τα ηχητικά κύματα θεωρούνται ηλεκτρομαγνητικά κύματα;

Α: Όχι, τα ηχητικά κύματα δεν είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα, αλλά είναι κύματα πίεσης στον αέρα, στο νερό ή σε οποιαδήποτε άλλη ουσία.