Elektromágneses spektrum
A röntgensugarak és a gammasugarak, akárcsak a látható fény, az elektromágneses vagy az elektromágneses hullámspektrum részét képezik.
Ez a különböző energiájú elektromágneses hullámok összességét jelenti. A spektrum a jobb differenciálás érdekében különböző területekre oszlik.
Ez a besorolás önkényes, és történelmi okokból az alacsony energiájú hullámhosszon alapul. Mindegyik esetben a hasonló tulajdonságokkal rendelkező, több nagyságrendű hullámhossztartományt olyan kategóriákban foglaljuk össze, mint a fény, a rádióhullámok stb. Felosztás is elvégezhető az egyes fotonok frekvenciája vagy energiája szerint (lásd alább). Nagyon rövid hullámhosszak, ennek megfelelően nagy kvantumenergia esetén az energia szerinti osztályozás gyakori.
A növekvő frekvencia és így a csökkenő hullámhossz szerint rendezve a leghosszabb hullámok a spektrum elején vannak, amelyek hullámhossza sok kilométer. A végén ott vannak a nagyon rövid hullámú, ezért nagy energiájú gammasugarak, amelyek hullámhossza atom nagyságrendekre terjed ki.
Az átalakulás a hullámhosszról f frekvenciára az egyszerű képlettel történik, vagyis a fény sebessége (az adott közegben) elosztva a hullámhosszal.
Bizonyos szempontból az elektromágneses hullámok úgy viselkednek, mint a fotonoknak nevezett részecskék. Erre a megközelítésre azért van szükség, hogy megmagyarázzon néhány fizikai jelenséget, például a fotoelektromos hatást. Minden foton a frekvenciával arányos energiát hordoz. Az állandó Planck cselekvési kvantuma. Az energiát joule-ban (J) és elektronvoltokban (eV) adják meg.
Az elektromágneses hullámok az elektromágneses spektrumban vannak rendezve a hullámhossz szerint.
Az elektromágneses hullám legismertebb és legtöbbet vizsgált példája a látható fény. A teljes spektrumnak csak egy apró részét képviseli, és az infravörös sugárzás (hő) kivételével ez az egyetlen terület, amelyet az emberek technikai segédeszközök nélkül érzékelnek.
Alacsonyabb frekvenciákon a fotonok energiája túl alacsony ahhoz, hogy kémiai folyamatokat indítson el. Az élőlények technikai segítség nélkül nem tudnak reagálni az alacsony intenzitású rádióhullámokra. Ennek a hosszú hullámhosszúságú nagyon erős sugárzásnak azonban melegítő hatása van, mert a szövet elnyeli.
A fénynél a frekvencia határozza meg a fény színét, és nem, mint gyakran tévesen feltételezik, a hullámhosszat. Ez akkor válik egyértelművé, ha az ember optikailag sűrűbb közegben figyeli meg a fényt, ahol lassabban terjed, mint c. Az optikailag sűrűbb közegbe történő átmenet során a frekvenciát nem befolyásolja, következésképpen hangosan rövidebb hullámhosszúnak kell lennie. Mivel a közegben a szín nem változik, csak a frekvencia jellemző a fény színére. Történelmi okokból azonban a hullámhossz továbbra is spektrumokban van megadva, mint a fény jellemző tulajdonsága. A szín és a hullámhossz közötti kapcsolat ezután csak vákuumban érvényesül (és jó közelítéssel a levegőben). A monokromatikus fénynek, vagyis csak egyetlen hullámhosszú fénynek mindig spektrális színe van.
Kis mennyiségű, 1010 Hz alatti frekvenciájú foton (0,7 µm feletti hullámhossz és 1,7 eV alatti energia; a látható fénytől jobbra látható képen, azaz mikrohullámok és rádióhullámok) nem okozhatnak kémiai reakciókat a molekulákon, amelyek szobahőmérsékleten fordulnak elő. stabilak. Ez azt jelenti, hogy csak azokat a hidrogénkötéseket tudja befolyásolni, amelyek lényegesen gyengébbek, mint a molekulán belüli kötőerők, és amelyek az atomok állandó mozgása miatt csak egy másodperc töredékéig léteznek.
Magasabb frekvenciákon azonban megkezdődik az ionizáló sugárzás (radioaktivitás) tartománya, amelyben egyetlen foton képes elpusztítani a molekulákat. Ez a hatás már az ultraibolya sugárzásnál jelentkezik, és felelős a túlzott napsugárzással járó bőrrák kialakulásáért.
Ha a fotonok energiája eléri vagy meghaladja a molekula kötési energiáját, mindegyik foton elpusztíthatja a molekulát, és biológiai hatások léphetnek fel, például a bőr felgyorsult öregedése vagy bőrrák. A stabil molekulák kémiai kötési energiája kötésenként körülbelül 3 eV felett van. A molekulák cseréjéhez a fotonoknak legalább ezen energiával kell rendelkezniük, amely megfelel az ibolya fénynek vagy a magasabb frekvenciájú sugárzásnak.
A röntgensugarak és a gammasugarak fotonjainak annyi energiája van, hogy mindegyik sok molekulát elpusztíthat és atomokat ionizálhat (kb. 5 eV-ból). Ezért hívják ionizáló sugárzásnak.
1014 Hz alatti frekvenciájú fotonok nagy száma, például mikrohullámú sütőben, általános energiabevitelt és ezáltal a hőmérséklet növekedését okozza. Mint bármely más túlmelegedés, ez megváltoztathatja a biológiai molekulák szerkezetét. Ennek semmi köze a fotonok tulajdonságaihoz.
Forrás: A fenti leírás részben a Wikipedia „Elektromágneses hullámok” cikkéből származik, a CC-BY-SA engedélyével.