Elektromagnetisk strålning
Från Rilpedia
Frekvensområde (EMS) Typer av strålning efter sammansättning |
Elektromagnetisk strålning (ems) är en vågrörelse som fortplantas i tid och rum. Strålningens utbredning styrs av Maxwells ekvationer och den består av en elektrisk och en magnetisk komponent. De två delarna oscillerar i rät vinkel mot varandra och mot rörelseriktningen.
Elektromagnetisk strålning uppträder i många vetenskapliga och tekniska områden, och har flera olika egenskaper, se till exempel våg-partikeldualitet. Där strålningens våg-natur är mer framträdande kan man synonymt använda elektromagnetisk våg. Det kan till exempel vara ljus som fortplantas i en optisk fiber eller mikrovågor som värmer mat i en mikrovågsugn.
Innehåll |
Frekvensområden
Elektromagnetiska strålningens viktigaste egenskap är dess frekvens, eller våglängd. I olika våglängdsområden kallar vi den elektromagnetiska strålningen för olika saker:
- Radiovågor (våglängderna kan vara kilometerlånga)
- Mikrovågor
- Infrarött ljus
- Synligt ljus
- Ultraviolett ljus
- Röntgenstrålning
- Gammastrålning (pikometerlånga våglängder)
Synligt ljus
| Färg | Våglängdsområde | Frekvensområde |
|---|---|---|
| Röd | ~ 625-740 nm | ~ 480-405 THz |
| orange | ~ 590-625 nm | ~ 510-480 THz |
| Gul | ~ 565-590 nm | ~ 530-510 THz |
| Grön | ~ 520-565 nm | ~ 580-530 THz |
| Cyan | ~ 500-520 nm | ~ 600-580 THz |
| Blå | ~ 450-500 nm | ~ 670-600 THz |
| indigo | ~ 430-450 nm | ~ 700-670 THz |
| Violett | ~ 380-430 nm | ~ 790-700 THz |
Elektromagnetisk strålning i våglängdsintervallet 400 - 700 nanometer kan uppfattas av människans öga. De kallas därför för synligt ljus. Vågor med något längre våglängder uppfattas av huden som värmestrålning.
Växelverkan
Ems har energi och rörelsemängd som den kan få när den interagerar med materia. Den kan stråla från exempelvis strömledande kablar, antenner eller skärmar och är en effektförlust i de flesta fall förutom i fallet med antenner. Laddningar som accelereras utsöndrar ems. (jmf. ström).
Ems påverkar endast laddade partiklar och andra elektromagnetiska fält, genom superposition och icke-linjäritet. Det sista fallet är ovanligt och approximeras ofta bort i fysikaliska-tekniska beräkningar, eftersom det har ringa inverkan, medan superpositionsprincipen kan antingen förstärka eller ta bort strålningen (konstruktiv respektive destruktiv interferens).
Materia som placeras i ems absorberar energi från fältet och fältet får mindre energi. På mikronivå leder absorptionen ofta till att temperaturen höjs.
Utbredningshastigheten i vakuum är konstant och alltid lika med ljushastigheten. I material utrbreds strålningen långsammare, olika för olika material och våglängd, se brytningsindex.
Som en grov tumregel växelverkar dessa vågor med föremål av ungefär samma storleksordning som vågens våglängd. Exempelvis kan radiovågor passera genom människokroppen utan att man ens märker dem och mikrovågor (med en våglängd på omkring 1 cm) tränger in några centimeter utan att stoppas av huden. För de kortare våglängderna, ultraviolett, röntgen- och gammastrålning, kan den höga energin hos fotonerna jonisera atomer. Dessa kallas joniserande strålning och kan bl a orsaka cancer.
Tekniska aspekter
Kablar som leder känsliga signaler, till exempel Ethernetkablar som transporterar Internettrafik, är ofta tvinnade på ett symmetriskt sätt så att strålningen ska ta ut varandra genom destruktiv interferens. De ska också vara skyddade från andra ledningar. Genom att placera en kabel i en riktning och en annan i samma riktning men med motsatt strömriktning, tar fälten i princip ut varandra genom destruktiv interferens. Se figur 1.
|
kabel 1: <- I1,vanster - ============ |
kabel 1: - I1 -> ============ |
|
a) Destruktiv interferens. E-fältet är i strömmarnas riktning och B-fältet är cirklar runt kablarna (ej utritade). Fälten tar approximativt ut varandra , Etot = Btot = 0. |
b) Konstruktiv interferens. E-fältet är i strömmarnas riktning och B-fältet är cirklar runt kablarna (ej utritade). Fälten förstärker approximativt varandra, Etot = E1 + E2,Btot = B1 + B2. |
Figur 1. Ems. runt kablar. Om kablarna tvinnas omlott runt varandra blir approximationen bättre.
Se även
- Biologiska effekter av elektromagnetisk strålning
- Kärnvapen
- Elektromagnetism
- Speciella relativitetsteorin
