Електромагнетно зрачење

Електромагнетното зрачење (скрат. „ЕМ зрачење“ или „ЕМЗ“) е вид на енергија која покажува бранови карактеристики како што патува низ просторот. ЕМЗ има електрични и магнетни компоненти кои осцилираат во фаза нормални едно на друго и нормално на насоката на движење. Електромагнетното зрачење се класификува според честотата (фреквенцијата) на бранот. Ако се наредат според зголемување на честотата или намалување на брановата должина, постојат радиобранови, микробранови, инфрацрвено зрачење, видлива светлина, ултравиолетово зрачење, Рентгенски (X) зраци, и гама-зраци. Очите на повеќето организми се чувствителни на мал и променлив дел на честоти кои се нарекуваат видлив спектар. Фотон е квантум на електромагнетните замодејства, основна единица на светлината и сите други видови на ЕМЗ, и исто така е и одговорен за електромагнетната сила. ЕМ зрачењето има и енергија и моментум кои можат да бидат пренесени до материјата со којашто заемодејствуваат.

Atmospheric electromagnetic opacity mk
Електромагнетна спроводливост/одбојност на Земјината атмосфера

Физика

Теорија

VisibleEmrWavelengths mk
Бранови должини на три честоти на видливата светлина - црвена, зелена и сина (750, 550 и 450 нм).

Џејмс Кларк Максвел е прв кој официјално ги постулирал Електромагнетните бранови. Овие подоцна биле потврдени од страна на Хајнрих Херц. Максвел извел брановидна форма на равенките на електрично и магнетно поле, така што ја открил брановидната природа на електричното и магнетното поле и нивната симетрија. Бидејки брзината на ЕМ брановите што се добива од равенката на бран се совпага со брзината на светлината, Максвел заклучил дека и светлината е ЕМ бран. Според Максвеловите равекни, електрично поле кое варира со времето генерира магнетно поле кое варира со времето и обратно. Значи, исто како што и осцилаторното електрично поле генерира осцилаторно магнетно поле, магнетното поле пак создава осцилирачко електрично поле и така натаму. Овие осцилаторни полиња заедно формираат електомагнетни бранови. Квантна теорија на замодејството помегу електромагнетното зрачење и материјата, на пример електроните, се опишува со теоријата на квантна електродинамика.

Карактеристики

Onde electromagnetique

Електромагнетните бранови можат да се замислат како само пропагирачки напречно осцилаторни бранови составени од електрични и магнетни полиња. Овој дијаграм покажува линеарно поларизиран бран кој пропагира од десно кон лево. Електричното поле е во вертикалната рамнина а магнетното е во хоризонталната. Физиката на електромагнетното зрачење е електродинамика. Електромагнетизам е физича појава поврзана со теоријата на електродинамиката. Електричните и магнетните полиња го почитуваат принципот на суперпозиција. Така, полето настаното поради некоја честичка или електрично поле кое осцилира со време, се надодава на полињата кои се присутни во просторот поради некои други причини. Понатаму, бидејки тие се векторски полиња, магнетните и електричните полиња морат да се додадат според собирање на вектори. На пример, во оптиката, два или повеке кохеретни бранови на светлината можат да се сретнат, и со конструктивно или деструктивно мешање да дадат зрачење кое се разликува од збирот на поединечните бранови. Бидејки светлината е осцилација, таа не е афектирана од патувањето низ статични статични електрични и магнетни полиња во линеарен медиум како што е вакуум. Мегутоа, во нонлинеарни медиуми, како што се некои кристали, можат да се случат замодејства помеѓу светлината и статичните електрични и магнетни полиња – тука спаѓаат Фарадеевиот и Керовиот ефект. Кај прекршувањето (рефракција), бранот кој преминува од едан во друга средина со различна густина ја менува својата брзина и насоката на влегување во новиот медум. Односот на показателите на прекршување на средините го искажува степенот на прекршување , кое е покажано преку Снелов закон. Светлината се разделува во видлив спектар кога ке наиде на призма бидејки показателот на прекршување на призмата зависи од брановата должина (дисперзија) ЕМ зрачењето покажува и бранови карактеристики и карактеристики на честички во исто време. И двете карактеристики биле потврдени во голем број на експерименти. Брановите карактеристики се поочигледни кога ЕМ зрачењето е измерено врз релативно големи временски интервали и големи растојанија додека карактеристиките на честички се поочигледни кога се мерат мали временски интервали и мали растојанија. На пример, кога електромагнетното зрачење се впива во материјата, дискретната природа на светлината ќе биде многу поочигледна ако просечниот број на фотони во коцка со страна долга колку релевантната бранова должина е многу помал од 1. При впивањето на светлината, не е премногу тешко да се види не униформната дистрибуција на енергијата. Поточно кажано, сепак тоа не е доказ за однесувањето на светлината како честички, туку тоа ја покажува квантната природа на материјата. Постојат експерименти во кои и бранови и ефекти на честичната природа на светлината се појавуваат во ист експеримент како што е интерференција на еден фотон. Вистински еден фотон експерименти (во квантнооптичка смисла) можат да се направат денес во лаборатории на додипломско ниво. Кога еден фотон е испратен преку интерферометар, тој проага низ двете патеки, интерферира сам со себе, како што прават брановите, но сепак се детектира со фотомултиплиер или друг детектор само еднаш.

Бранов модел

Light dispersion conceptual waves

Електромагнетното зрачење е попречен бран што значи дека осцилациите на брановие се нормални на насоката на пренос на енергијата и патувањето. Важен аспект на природата на светлината е честотата. Честотата на бранот е стапка на осцилирање, се мери во Херци, која е СИ единица за честота, 1 херц е еднаков на една осцилација во секунда. Светлќната обично имаспектар на честоти кои се собираат и заедно го прават добиениот бран. Различни честоти се подложени на различни агли на прекршување. Брановите од електромагнетниот спектар варираат во големината, од радиобранови поголеми и од зграда, до гама-бранови, помали и од атомското јадро. Честотата е обратнопропорционална на брановата должина според равенката:

Кадешто, v е брзината на бранот (во вакуум, или помалку од другите средини), f е честотата и λ е брановата должина. Како што брановите преминуваат од една во друга средина, нивната брзина се менува но нивните честоти остануваат постојани. Интерференција е сложување на два или повеке бранови што резултира со нова бранова шема. Ако полињата имаат компоненти во иста насока тие интерферираат конструктивно, а ако се во спротивни насоки има деструктивна интерференција. Енергијата во електромагнетните бранови понекогаш се нарекува израчена енергија.

Честичен модел

Бидејки енергијата на ЕМ бранот е квантувана, во овој модел на ЕМ зрачењето, бран се состои од дисктретни пакети на енергијата, кванти, наречени фотони. Честотата на брановите е пропорционална со енергијата на честичките. Бидејќи фотоните се оддаваат и впиваат од наелектризирани честички, тие дејствуваат како преносители на енергија. Енергијата на фотон може да се пресмета од Ајнштајн-Планковата равенка:

Кадешто, Е е енергијата, h е Планковата константа, а f е честотата (фреквенцијата). Енергијата е најчесто изразена во електронволти. (еВ или eV) Оваа енергија е специјален случај на енергетските нивоа на погенералниот електромагнетен осцилатор,чија просечна енергија, која се користи за да се изведе Планковиот закон за зрачењето, може да се покаже дека се разликува драстично од предвидената теорија на ниска температура, и така го покажува неуспехот на истата поради квантните ефекти на ниска температура. Кога фотонот се впива од страна на атомот, тој го возбудува атомот, и го подигнува електронот на повисоко ниво на енергија. Ако енергијата е доволно голема, така што електронот се издигне на доволно високо ниво на енергија, тој може да избега од привлекувачката сила на јадрото и да се ослободи од атомот во процес наречен фотојонизација. Спротивно на тоа, кога електрон се спушта на пониско ниво на енергија во атомот, оддава фотони од светлината, чија енергија е еднаква на енергетската разлика помегу двете нивоа во атомот. Бидејки енергетските нивоа во атомите се дискретни, секој елемент оддава и впива свои сопствени карактеристични честоти. Заедно, овие ефекти ја објаснуваат спектарот на зрачење и впивање на светлината. Темните предели во впивливиот спектар се должат на атоми во средината кои впиваат различни честоти на светлина. Составот на средината низ која патува светлината ја одредува природата на спектарот на впивање. На пример, темните бандови во светлината оддадена од далечните звезди се долзи на атомите во атмосферата на таа звезда. Овие бендови одговараат на дозволените нивоа на енергија во атомите. Сличен појава се случува и за оддавањето. Како што електроните се спуштаат на пониско ниво на енергија, се оддава спектар кој ги претставува скоковите мегу енергетските ниво на електроните. Ова се манифестира во спектарот на зрачење на маглините во вселената. Денес, научниците ги користат овие појави за да ги наблудуваат елементите од кои се состои одредена звезда. Тоа исто така се користи и за одредување на растојанието на звесдата, користејки го црвеното преместување.

Брзина на пропагирање

Секој електричен полнеж кој се движи со забрзување, или било каква промена на магнетното поле создава електромагнетно зрачење. Електромагнетната информација за полнежот се движи со брзина на светлината. Прецизен третман на овој проблем го вклучува проблемот на изминато време (спротивно од концептот на напредно време кое не дава физички резултати поради принципот на причина) кој се додава на изразите за електродинамичните електрични и магнетни полиња. Овие дополнителни изрази се одговорни за електромагнетното зрачење. Кога некоја жица( или некој друг спроводлив објект како што е антената) врши наизменична струја електромагнетното зрачење се шири на иста честота како и електричната струја. На квантно ниво, електромагнетни зрачења се произведуваат кога бранови пакети од наелектризирани честички осцилираат или забрзуваат на некој начин. Наелектризирани честички во стационарна положба не се движат, носложување на неколку такви состојби може да резултира со осцилација која е одговорна за појавата на зрачен преод помегу квантните состојби на наелектризирана честичка. Во зависност од околностите, електромагнетното зрачење може да се однесува како бран или како честичка. Како бран, таа се карактеризира со брзина (брзината на светлината) бранова должина и честота. Кога се смета како честички таа е позната како фотони, и секој има енергија поврзана со честотата на бранот дадена од страна на Планковата релација Е = hν, каде Е е енергијата на фотон, h = 6,626 × 10 -34 Ј • s е Планковата константа е , и ν е честотата на бранот. Едно правило е секогаш почитувано без оглед на околностите: ЕМ зрачењето во вакуум секогаш патува со брзината на светлината во однос на наблудувачот без оглед на брзината на наблудувачот. (Ова наблудување довело до развиток на теоријата на специјалниот релативитет од страна на Алберт Ајнштајн). Кога имаме средина (освен вакуум), се земаат предвид брзинскиот фактор или показателот на прекршување, зависно од честотата или примената.

Топлинско зрачење и електромагнетно зрачење во облик на топлина

Основната структура на материјата вклучува наелектризирани честички врзани заедно на многу различни начини. Кога електромагнетното зрачење реагира со материјата, тоа ги предизвикува наелектризираните честички да осцилираат и да добијат енергија. Крајната судбина на оваа енергија зависи од ситуацијата. Таа може веднаш да биде исфрлена и да се појави како прекршено, одбиено или пренесено зрачење. Исто така може да се потроши на други микросккопски движења во рамките на материјата, кои доагаат до топлинската рамнотажа и се манифестиира како топлинска енергија во материјалот. Со неколку исклучоци, кои вклучуваат флуоресанца, хармонска генерација, фотохемиска реакција и фотонапонски ефект, абсорбираната електромагнетско зрачење ја троши својата енергија на загревање на материјалот. Ова се случува и за инфрацрвено или не инфрацрвено зрачење. Интензивни радиобранови можат топлински да горат живо ткиво и да готват храна. Како додаток на инфрацрвените ласери, доволно интензивни видливи и ултравиолетови ласери можат да изгорат хартија. Јонизирачкото електромагнетно зрачење може да создаде елекрони со голема брзина во материјалот и да ги раскине хемиските врски, но откако овие електрони ке направат многу колизии со другите атоми во материјалот, најголемиот дел од енергијата се претвара во топлинска енергија, и овој цел процес се случува во еден мал дел со секундата. Тоа инфрацрвено зрачење е во форма на топлина додека друга електромагнетно зрачење не е, широко распростанета заблуда со физиката. Секое електромагнетно зрачење може да стопли материјал кога се впива. Обратниот процес на впивањето е одговорен за топлинските зрачења. Голем дел од топлинската енергија во материјата се состои од случајни движења на наелектризираните честички и оваа енергија може да биде зрачена надвор од материјата. Резултантното зрачење може потоа да се впива од страна на друга материја и тоа може да се искористи за топлње на материјалот. Зрачењето е важен механизам на преносот на топлина. Елекромагнетното зрачење во празнина во топлинска рамнотежа е еден вид на топлинска енергија која има максимална ентропија на зрачењето. Термодинамичките потенцијали на електромагнетното зрачење можат да бидат добро дефинирани. Топлинското зрачење во празнина има густина на енергијата

Може да се каже дека електромагнетното поле на зрачење има ефикасен волуменски топлински капацитет,

Електромагнетен спектар

EM spectrum mk
Електромагнетниот спектар со разните зрачења
Light spectrum mk
Легенда:
γ = Гама-зрачење
ТР = Тврдо рендгенско зрачењеs
МР = Меко рендгенско зрачење
КУВ = Крајно ултравиолетово зрачење
БУВ = Блиско ултравиолетово зрачење
Видлива светлина
БИЦ = Блиско инфрацрвено зрачење
УИЦ = Умерено инфрацрвено зрачење
ДИЦ = Далечно инфрацрвено зрачење

Радиобранови:
КВЧ = Крајно висока честота (микробранови)
СВЧ = Супервисока честота (микробранови)
УВЧ = Ултрависока честота
МВЧ = Многу висока честота
ВЧ = Висока честота
СЧ = Средна честота
НЧ = Ниска честота
МНЧ = Многу ниска честота
ГЧ = Гласовна честота
УНЧ = Ултраниска честота
СНЧ = Суперниска честота
КНЧ = Крајно ниска честота

Општо земено, ЕМ зрачењето (кое ги исклучува статичките електрични и магнетни полиња како и блиските полиња) е класифицирано според брановата должина во радио, микробранови, инфрацрвен, видлив регион кој ние го гледаме како светлина, ултравиолетов, Х зраци и гама зраци. Сите електромагнетни бранови можат да се претстават со помош на Фуриерова анализа како збир од синусоидни монохтоматички бранови кои можат да бидат класифицирани во овие региони од спектарот. Однесувањето на ЕМ зрачењето зависи од неговата бранова должина. Повисоките честоти имат пократки бранови должини а пониските честоти имат подолги бранови должини. Кога ЕМ зрачењето се поврзува со поединечни атоми и молекули неговото однесување зависи од количеството на енергија која е присутна во квантот. Спектроскопијата може да открие многу поширок регион на спектарот на ЕМ отколку водливиот опсег од 400 нм до 700 нм. Просечен спектроскоп може да открие бранови должини од 2 нм до 2500 нм. Детални информации за физичките својства на објектите, гасовите или дури и звездите можат да се добијат од овој вид на уред. Тој е нашироко користен во астрофизиката. На пример, атомите на водород оддаваат радиобранови од должина 21, 12 см. Звучните бранови не се електомагнетното зрачење. На долниот крај на електромагнетниот спектар, околу 20 Хц до 20 кХц, се честоти кои можат да се сместат во областа на аудио честоти , сепак електромагнетните бранови не можат директно да се восприемаат од страна на човечките уши. Звучните бранови се осцилаторно набивање на молекулите. За да можат да бидат слушнати, елекромагнетно зрачење мора да биде претворено во бранови од воздушниот притисок или ако увото е потопено, бранови на водата.

Светлина

ЕМ зрачење со бранова должина помегу приближно 400 нм и 700 нм може директно да се забележи од страна на човечкото око и се гледа како видлива светлина. Другите бранови должини, посебно блиските инфрацрвени (поголеми од 700 нм) и ултравиолетови (пократки од 400 нм) исто така се нарекуваат светлина, особено кога видливоста на лугето не е релевантна. Ако одредено зрачење има честота во видливиот регион на спектарот на ЕМ, се рефлектира од предмет, на пример чаша со овошје, а потоа дојде директно на нашите очи, резултира во видливо восприемање на глетката. Визуалниот систем во нашиот мозок ги процесира многуте рефлектирани честоти во различни нијанси и бои, и преку овој не целосно сфатена психофизичка појава, најмонгу луге гледаат чаша за овошје. На поголемот дел од бранови должини сепак, информациите кои се пренесувани од страна на електромагнетното зрачење не можат директно да се откријат од страна на човечките сетила. Природните извори произведуваат ЕМ зрачење низ цел спектар, исто и нашата технологија може да манипулира со широк спектар на бранови должини. Оптичките влакна пренесуваат светлина која иако не е погодна за директно гледање може да носи податоци кои можат да бидат преведени во звук или слика. За да има смисла, и предавателот и приемникот мора да користат некој договорен систем на кодирање особено ако преносот е дигитален за разлика од аналогната природа на брановите.

Радиобранови

Радиобрановите можат да се приспособат за да пренесат информација така што се варира комбинацијата од амплитуда, честота и фаза на бранот во рамките на одреден интервал на честотата. Кога ЕМ зрачењето влијае врз еден проводник, тој патува низ проводникот, и предизвикува електрична струја на површината на тој проводник со тоа што ги возбудува електроните на спроведувачкиот материјал. Овој ефект се користи во антените. ЕМ зрачењето исто така може да предизвика одредени молекули да примаат енергија и на тој начин да се загрее; тоа е експлоатирано во микробрановите печки. Радиобрановите не се јонизирачко зрачење, бидејки енергијата на еден фотон е многу мала.

Изведување

Електромагнетните бранови како општа појава се предвидуваат со класичните закони за електрична енергија и магнетизам познати како Максвелови равенки. Ако се разгледуваат Максвеловите равенки без извор, (без наелектризирани честички или струја) тогаш може да се забележи дека покрај можноста дека ништо нема да се случи, равенките исто така овозможуваат постоечки решенија за променливи електрични и магнетни полиња. Почнувајки со Максвеловите равенки за слободен простор:

Каде :: е векторски диференцијален оператор. Едно решение

,

Е тривијално. Поинтересно решение се добива ако се искористат векторските идентитети кои важат за сите вектори:

Евалуирајки ја левата страна,

Каде што погорниот израз беше упростен користејки ја равенката (1).

Евалуирајки ја десната страна,

Равенките (6) и (7) се еднакви па така ова резултира во диференцијална равенка за електричното поле,

На сличен начин се добива и равенката за магнетното поле,

.

Овие диференцијални равенки се еквивалентни на брановата равенка,

Кадешто, С0 е брзината на бранот во слободен простор и f опишува поместување . Поедноставно,

Каде е d'Alembertian

Забележете дека во случај на електрични и магнетни полиња, брзината е

Што е брзината на светлината во слободен простор. Максвеловите равенки ги поврзуваат, диелектричната константа на празен простор ε 0 пропустливоста на слободен простор, μ 0 и брзината на светлината, с0. Пред ова изведување, не беше познато дека постои таков силен однос помегу светлината и електричната енергија и магнетизамот. Но, ова се само две равенки а ние почнавме со четири, и тоа значи дека има уште повеке информации за овие бранови скриени во Максвеловите равенки.

Е0 е константна амплитуда, f е било која функција , е вектор со насока во насоката на пропагирање, и е положбен вектор. е решение на брановата равенка, или :, ,за бран кој патува во насока на . Ова формула ја задоволува брановата равенка, но прашањето е која е вредноста на магнетното поле за бидат задоволени и Максвеловите равенки.

Првата од Максвеловите равенки покажува дека електричното поле е нормално на насоката на пропагација на бранот.

Втората равенка го дава магнетното поле. Сите други равенки ке бидат задоволени од веке пресметаните Е и В. Не само што електричните и магнетните полиња патуваат со брзината на светлината, тие имаат и посебно ограничена ориентација и пропорционални величини, , што може да се види веднаш од Poynting вектор. Електричното поле, магнетното поле и правецот на ширење на бранот се ортогонални, и бранот пропагира во иста насока како и . . Од гледна точка на електромагнетни бранови кои патуваат напред, електричното поле може да осцилира горе доле а магнетното поле десно лево, но оваа слика може да се ротира така што електричното поле осцилира десно лево а магнетното поле нагоре надолу. Ова е различно решение кое патува во иста насока. Оваа слобода во ориентацијата во однос на насоката на ширење е познато како поларизација. На квантно ниво, ова е опишано како поларизација на фотон. Погенерални облици на брановата равенка дадена погоре се достапни, кои резултираат во решенија кои пропагираат во средини различни од вакуум и извори. Постојат многу изведувања на оваа равенка, сите со различни нивоа на приближувања и наменети примени.

Албедо

Албедо на еден објект претставува мерка колку истото одбива дифузна светлина од Сонцето. Според тоа, претставува посебна форма на одвојност (рефлективност). Албедо е дефинирано како однос помеѓу дифузно одвиена и инцидентно електромагнетно зрачење. Мерката е бездимензионална, и покажува дифузна одбојност на површина или тело. Зборот е изведен од латинскиот "аlbedo" што во превод значи "белина", и прв пат во оптиката бил искористен од Јохан Хаијнрих Ламберт во неговот дело од 1760. Фотометрија. Интервалот на можни вредности е од 0(темно) до 1(светло).

Винов закон

Винов закон (наречен и Винова апроксимација или Винов закон за распределбата) — физички закон кој се користи за опишување на спектарот на топлинското зрачење (честопати наречена функција на црно тело). Овој закон првпат бил изведен од страна на Вилхелм Вин во 1896 година. Равенката успешно го опишува краткобрановиот (високофреквентен) спектар на топлинското зрачење од телата, но не успева прецизно да ги објасни експерименталните податоци за зрачење при долгите бранови должини (ниски фреквенции).

Гама-зрачење

Гама зрачење или гама зраци, гама фотони (γ-зрачење, γ-зраци) е облик на електромагнетно зрачење со најпродорни фотони, односно со најмали бранови должини во електромагнетниот спектар. Настануваат при интеракциите на субатомските честички како што се анихилација честичките и античестичките и радиоактивното распаѓање; повеќето зрачења потекнуваат од нуклеарните реакции што се одигруваат во меѓуѕвездената средина во вселената.

Името γ-зраци (γ-зрачење) го добиле затоа што тоа бил трет вид продорни зраци што биле откриени после α- и β-зраците.

Делотворна температура

Делотворна температура (ефективна температура) — параметар за небесно тело како ѕвезда или планета кој ја претставува температурата на црно тело кои би израчило исто вкупно количество на електромагнетно зрачење. Се користи како проценка на површинската температура на едно тело кога неговата крива на оддавност (како функција на брановата должина) не е позната.

Кога нето-оддавноста на ѕвездата или планетата во појасот на релевантната бранова должина помала од единство (помалку од онаа на црно тело), вистинската температура на телата ќе биде повисока од делотворната. Нето-оддавноста може да биде ниска поради површинските или атмосферските својства, вклучувајќи го стакленичкиот ефект.

Електромагнетен спектар

Електромагнетен спектар - колективен термин за сите можни фреквенции на електромагнетно зрачење.

„Електромагнетниот спектар“ на објект има различно значење и е карактеристичната дистрибуција на електромагнетно зрачење кое се емитира или апсорбира од страна на тој конкретен објект.

Електромагнетниот спектар се протега под ниските фреквенции кои се користат во модерната радиокомуникација до гама-зрачење во кратка бранова должина (висока фреквенција), така што зафаќа бранови должини од илјадници километри која се сведува на дел од големината на атомот. Видливата светлина се протега со бранова должина од 400 до 700 нанометри. Максимумот за долгите бранови должини е големината на самиот универзум, додека се смета дека минимумот на брановата должина се наоѓа во близина на должината на Планковата должина. До средината на 20 век се верувало од страна на повеќето физичари дека спектарот е бесконечен и континуиран.

Речиси сите видови на електромагнетно зрачење може да се користат во спектроскопија, за да се проучува и карактеризира материјата. Другите технолошки намени се опишани под електромагнетно зрачење.

Зрачен тек

Во радиометријата, зрачен тек или зрачна моќност е начин на изразување на моќта на елеткгромагнетното зрачење (вклучувајќи и инфрацрвената, ултравиолетовата и видливата светлина). Со ова може да се изрази вкупната израчена моќ од изворот, или вкупната моќ што озрачува дадена површина.

Инфрацрвено зрачење

Инфрацрвено зрачење или инфрацрвена светлина (лат. infra, „под“) — електромагнетното зрачење со бранови должини поголеми од брановата должина на видливата црвена светлина, а помали од бановата должина на радиобрановите. Тоа е опсегот од приближно 750 nm do 3 mm, односно од 4,5*1014 до 1012 Hz. Опсегот на енергијата што тие ја пренесуваат се движи од 4,7 до 0,01 eV. Името доаѓа од латинскиот збор infra, што значи под – ги опфаќа брановите должини под црвената светлина.Овие бранови ги испуштаат загреаните тела и некои молекули кога ќе се најдат во побудена состојба. Добро ги апсорбираат повеќето материјали при што енергијата на инфрацрвеното зрачење се претвора во внатрешна енергија, што резултира со покачување на температурата. Сончевата светлина овозможува просечна сила на зрачење од 1004 W по квадратен метар; од тоа на инфрацрвеното зрачење отпаѓаат 527 W, 445 W на видливата светлина и 32 W на ултравиолетовото зрачење.

Кирхофов закон за топлинското зрачење

За други Кирхофови закони видете Кирхофови закони - (појаснување)Кирхофов закон за топлинското зрачење — општ закон во термодинамиката кој ја изедначува емисијата и апсорпцијата на грејно тело, изнесен од Густав Кирхоф во 1859. и докажан во 1861., кој произлегува од општите правила на термодинамичка рамнотежа.

Едно тело со некоја не-нулта температура зрачи електромагнетна енергија. Енергијата што ја зрачи, мора да биде еднаква со енергијата што ја апсорбира, ако телото е на константна температура - т.е. во термодинамичка рамнотежа. Според тоа, Кирхофовиот закон за топлинското зрачење може да се формулира вака:

При термодинамичка рамнотежа, емисијата и апсорпцијата на зрачење на едно тело или површина се еднакви.

Треба да се забележи дека зрачењето може да има различни облици, нпр. телото апсорбира енергија во еден спектрален опсег, а емитува во друг. Сепак, количината на енергија што телото ја зрачи и онаа што ја апсорбира мора да биде во рамнотежа, односно еднаква.

Според тоа, емисивноста не може да биде поголема од 100%, бидејќи ниту апсопцијата не може да биде над 100%, односно не е можно да се создаде перпетум мобиле. Притоа, апсорпцијата од 100% (значи и емисијата) се постигнува само во идеален случај на апсолутно црно тело, бидејќи сите други имаат определен коефициент на рефлекција (сиво тело).

Ако телото е сјајно, што значи висок коефициент на рефлексија, тогаш и апсорпцијата и соодветно на тоа и емисијата се мали. Затоа на пример, ќебињата за итни случаи се рефлективни со метално-сјајна површина - така губат само мала количина на енергија со емисија.

Микробранови

Микробранови — електромагнетни бранови со бранова должина подолга од онаа на инфрацрвената светлина, но пократка од онаа на радио брановите.

Радио

Радиото е безжичен пренос на сигнали по пат на модулација на електромагнетни бранови, со фреквенција под видливата светлина.

Електромагнетно зрачење патува по пат на осцилација на електромагнетните полиња, преку воздухот, во вакуум и во вселената. Информацијата која се носи на амплитудата на фреквенцијата. Кога радио брановите ќе поминат низ проводник, осцилациските полиња индуцираат наизменична струја во проводникот. Ова може да биде детектирано и пренесено во звук.

Радиоактивност

Радиоактивност (латински: radium, activitas - дејност) е хемиско радиоактивно распаѓање, спонтано претворање на едни хемиски елементи, односно нуклеарни видови, во други, проследено со емисија на јонизирани атоми на хелиум, електрони и електромагнетно зрачење (алфа, бета и гама-зраци).

Радиобранови

Радиобранови — вид на бранови од електромагнетно зрачење чијашто бранова должина, во електромагнетиот спектар, е поголема од инфрацрвената светлина. Како и сите други електромагнетни бранови, така и радиобрановите се движат со брзина на светлината. Природно, радиобрановите се добиваат од молњи или астрономски објекти. Вештачки добиените радиобранови се користат за фиксна, мобилна и сателитска комуникација, сметачки мрежи и останати навигациски системи. Различни фреквенции на радиобрановите имаат различни карактеристики на пропагација во атмосферата на Земјата. Долгите радиобранови можат константно да покриваат одреден дел од Земјата, кратките радиобранови можат да се одбиваат надвор од јоносферата и да патуваат околу светот, најкратките радиобранови многу малку се одбиваат.

Рендгенски зраци

Рендгенски зраци (наречени и Х-зраци, икс-зраци) — облик на електромагнетно зрачење и се дел од електромагнетниот спектар со фреквенции од 3×1016 до 3×1019 Hz, односно со бранови должини од 0,1 до 10 нанометри (0,110-9 до 1×10-8 m) и енергија во опсег од 120 eV до 120 keV. Зраците се јонизирачки и поради големата енергија се користат во радиологијата (за медицински цели), како и во кристалографијата за одредување на структурата на кристалите.

Светлина

Светлината (видлива светлина) претставува електромагнетно зрачење, чија бранова должина е видлива за човековото око. Начинот на кој зрачењето од овој дел од електромагнетниот спектар стапува во интеракцији со материјалите не се разликува по ништо во однос на ултравиолетовото здрачење.

Во поширока дефиниција, светлината е електромагнетно зрачење на било која бранова должина. Постојат 3 големини кои ја условуваат светлината:

Интензитет или замав (амплитуда), која најчесто е поврзана со човечката перцепција за јачина на светлината

Честота (фреквенција) или бранова должина, која луѓето ја забележуваат како боја на светлината

поларизација или агол на треперење, која не е забележлива со човечките сетила при нормални околности.Бидејќи светлината постои како двојност од бран и честичка, таа ги добива својствата и на бран и на честичка. Точната природа на светлината е едно од клучните прашања на кое се обидуваат да одговорат физичарите.

Сончево зрачење

Сончево зрачење (или „соларна радијација“), во најширока смисла, е целосниот спектар на електромагнетно зрачење која ја испушта Сонцето. На Земјата, сончевото зрачење се филтрира низ Земјината атмосфера, а сончевото зрачење се гледаме како дневна светлина кога Сонцето е над хоризонтот. Блиску до половите во лето деновите се подолги, а ноќите покуси или воопшто ги нема. Во зима, на половите ноќите се подолги, и во некои периоди сончевата светлина воопшто ја нема. Сончевото зрачење може да се измери со помош на апарат наречен пиранометар или пирхелиометар. Светската метеоролошка организација ја дефинира сончевата светлина како директно зрачење од Сонцето врз Земјата со најмалку 120 W·m−2.Директното сончево зрачење има светлосен ефект од околу 93 лумени на ват, што вклучува инфрацрвено зрачење, видлива светлина и ултравиолетово зрачење. Сјајната сончева светлина има околу 100.000 кандели на квадратен метар на површината на Земјата.

Сончевата светлина е клучниот фактор за процесот фотосинтеза.

Телескоп

Телескоп (грчки: теле - далеку, скопеин - гледа) е еден од најважните астрономски и оптички инструменти.

Телескопот собира и фокусира светлина т.е електромагнетно зрачење и покажува зголемена слика на многу оддалечени објекти.

Со помож на оваа справа можеме да видиме и снимиме слики на објекти кои се премногу оддалечени, премали или со слаб сјај.

Под телескоп најчесто се подразбира оптички телескоп,но постојат и телескопи кои собираат зрачење од некој друг дел на спектарот од електро магнетното зрачење. Постојат и радиотелескопи,кои користат радиоантена, а постојат и телескопи за гама-зраци.

Ултравиолетово зрачење

Ултравиолетово зрачење (или ултравиолетовата светлина) — електромагнетно зрачење на кое одговараат бранови должини од 400 до 10 нанометри.

Овој вид на електромагнетно зрачење има поголема енергија од видливото зрачење (од 400 до 800 нанометри) кое може да го види човековото око.

Фотон

Максвеловата електромагнетна теорија не ги објаснува доволно добро законите за надворешниот фотоефект. Алберт Ајнштајн кој во 1905 ја создаде квантната теорија за светлината и на законите за надворешниот фотоефект им даде квантно објаснување. Тој претпостави дека не само енергијата што ја зрачат телата е квантувана, туку и самото електромагнетно зрачење има дискретна структура, т.е се состои од одделни кванти на енергија:

каде h е Планковата константа; f е фреkвенцијата на определен квант. Според Алберт Ајнштајн, светлината која има електромагнетна природа не само што се зрачи, но, исто така, и се распространува во просторот и се апсорбира од супстанциите во вид на одделни "порции" на енергија - кванти на електромагнетното зрачење. Според тоа распространувањето треба да се гледа не како континуиран процес, но како поток на локализирани во просторот дискретни кванти, кои се движат со брзината c на светлината во вакуум. Тие кванти на електромагнетното зрачење се наречени светлински кванти или фотони. Ова значи дека светлината треба да се гледа и како поток од честици (корпускули)-наречени фотони. Сега процесот на апсорпција на светлината од супстанциите се објаснува со тоа што фотоните ја предаваат целата своја енергија одеднаш на честицата од супстанцијата. Тоа значи дека процесот на апсорпција на светлината протекува дисконтинуирано како во просторот така и во времето. Со други зборови можат да се апсорбираат и емитуваат само цели фотони. Фотоните не можат да бидат емитувани ниту апсорбирани на делови. Овие идеи на Алберт Ајнштајн влегоа во основата на т.н. квантна теорија за светлината, која овозможи успешно да се објаснат законите на надворешниот фотоефект и многи други оптички појави.

Црно тело

Црно тело — идеализирано физичко тело кое ги впива сите електромагнетни зрачења, независно од фреквенцијата и аголот на упаѓање. Бело тело е тело со „нерамана површина од која се одбиваат сите упадни зрачења подеднакво во сите правци.“Црното тело при топлинска рамнотежа оддава електромагнетно зрачење наречено црнотелесно зрачење. Зрачењето се оддава според Планковиот закон, што значи дека спектарот е определен само од температурата, но не и од обликот или составот на телото.

Црно тело во топлинска рамнотежа покажува две својства:

Станува збор за идеален оддавач: на секоја фреквенција, оддава енергија колку или повеќе енергија од кое било друго тело на истата температура.

Стануа збор за дифузен оддавач: енергијата се зрачи изотропно, независно од насоката.Приближно тело кое би наликуало на црната површинае дупка во ѕидот во голема просторија (Погледајте подолу). Секоја светлина која ќе влезе во дупката се одбива наад бесконечно или паке е впиена во внатрешноста и не постои можност повторно да се појави, што ја прави дупката скоро перфектен впивач. Зрачењето насобрано во ваквиот затворен простор може и не мора да биде во топлинска рамнтежа, зависно од природата на ѕидовите и другата содржина во затворениот простор.Постоечките материјали оддаваат енергија во делови—способност наречена емисвност—или енергетски нивоа на црното тело. По дефиниција, црно тело во топлинска рамнотежа има емисивност ε = 1.0. Извор со помала емисивност независна од фреквенцијата најчесто се нарекува сиво тело.

Изработката на тела кои би имале емисивност близу до единица е моментален интерес во науката.Во астрономијата, зрачењето од ѕвездите и планетите е понекогаш карактеризирана преку делотворната температура, Температурата на црните тела која ќе оддаде вкупен тек на електромагнетна енергија.

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.