Strålning är en fysisk process, vars resultat är överföring av energi med hjälp av elektromagnetiska vågor. Den omvända processen till strålning kallas absorption. Låt oss överväga denna fråga mer i detalj, och även ge exempel på strålning i vardagen och naturen.
Fysik för förekomsten av strålning
Varje kropp som helst består av atomer, som i sin tur bildas av positivt laddade kärnor, och elektroner, som bildar elektronskal runt kärnorna och är negativt laddade. Atomer är ordnade på ett sådant sätt att de kan vara i olika energitillstånd, det vill säga de kan ha både högre och lägre energi. När en atom har lägst energi, sägs det vara dess grundtillstånd, vilket annat energitillstånd som helst för atomen kallas exciterat.
Förekomsten av olika energitillstånd hos en atom beror på att dess elektroner kan lokaliseras på vissa energinivåer. När en elektron rör sig från en högre nivå till en lägre, förlorar atomen energi, som den strålar ut i det omgivande rymden i form av en foton - en bärarpartikelelektromagnetiska vågor. Tvärtom, övergången av en elektron från en lägre till en högre nivå åtföljs av absorptionen av en foton.
Det finns flera sätt att överföra en atoms elektron till en högre energinivå, vilket innebär överföring av energi. Detta kan vara både påverkan på den betraktade atomen av extern elektromagnetisk strålning och överföringen av energi till den med mekaniska eller elektriska medel. Dessutom kan atomer ta emot och sedan frigöra energi genom kemiska reaktioner.
Elektromagnetiskt spektrum
Innan vi går vidare till exempel på strålning i fysiken, bör det noteras att varje atom avger vissa delar av energi. Detta händer eftersom tillstånden där en elektron kan vara i en atom inte är godtyckliga, utan strikt definierade. Följaktligen åtföljs övergången mellan dessa tillstånd av utsläpp av en viss mängd energi.
Det är känt från atomfysiken att fotoner som genereras som ett resultat av elektroniska övergångar i en atom har en energi som är direkt proportionell mot deras oscillationsfrekvens och omvänt proportionell mot våglängden (en foton är en elektromagnetisk våg som kännetecknas av efter fortplantningshastighet, längd och frekvens). Eftersom en atom av ett ämne bara kan avge en viss uppsättning energier, betyder det att våglängderna för de emitterade fotonerna också är specifika. Uppsättningen av alla dessa längder kallas det elektromagnetiska spektrumet.
Om våglängden för en fotonligger mellan 390 nm och 750 nm, då talar de om synligt ljus, eftersom en person kan uppfatta det med sina egna ögon, om våglängden är mindre än 390 nm, så har sådana elektromagnetiska vågor hög energi och kallas ultraviolett, röntgenstrålning eller gammastrålning. För längder större än 750 nm är en liten fotonenergi karakteristisk, de kallas infraröd, mikro- eller radiostrålning.
Termisk strålning av kroppar
Varje kropp som har någon annan temperatur än absolut noll utstrålar energi, i det här fallet talar vi om termisk eller termisk strålning. I det här fallet bestämmer temperaturen både det elektromagnetiska spektrumet av termisk strålning och mängden energi som emitteras av kroppen. Ju högre temperatur, desto mer energi strålar kroppen ut i det omgivande utrymmet, och desto mer skiftar dess elektromagnetiska spektrum till högfrekvensområdet. Värmestrålningens processer beskrivs av Stefan-Boltzmann, Planck och Wiens lagar.
Exempel på strålning i vardagen
Som nämnts ovan utstrålar absolut vilken kropp som helst energi i form av elektromagnetiska vågor, men denna process kan inte alltid ses med blotta ögat, eftersom temperaturen i de kroppar som omger oss vanligtvis är för låga, så deras spektrum ligger i det för mänskliga området osynliga lågfrekventa.
Ett slående exempel på strålning i det synliga området är en elektrisk glödlampa. Passerar i en spiral värmer den elektriska strömmen volframtråden upp till 3000 K. En sådan hög temperatur gör att glödtråden sänder ut elektromagnetiska vågor, maxim altsom faller i den långvågiga delen av det synliga spektrumet.
Ett annat exempel på strålning i hemmet är mikrovågsugnen, som avger mikrovågor som är osynliga för det mänskliga ögat. Dessa vågor absorberas av föremål som innehåller vatten, vilket ökar deras kinetiska energi och, som ett resultat, deras temperatur.
Slutligen, ett exempel på strålning i vardagen i det infraröda området är radiatorns radiator. Vi ser inte dess strålning, men vi känner dess värme.
Naturligt strålande objekt
Det kanske mest slående exemplet på strålning i naturen är vår stjärna - solen. Temperaturen på solens yta är cirka 6000 K, så dess maximala strålning faller vid en våglängd av 475 nm, det vill säga den ligger inom det synliga spektrumet.
Solen värmer upp planeterna runt den och deras satelliter, som också börjar glöda. Här är det nödvändigt att skilja mellan reflekterat ljus och termisk strålning. Så vår jord kan ses från rymden i form av en blå boll precis på grund av det reflekterade solljuset. Om vi pratar om planetens termiska strålning, så äger den också rum, men ligger i området för mikrovågsspektrat (cirka 10 mikron).
Förutom reflekterat ljus är det intressant att ge ytterligare ett exempel på strålning i naturen, som förknippas med syrsor. Det synliga ljuset som avges av dem är inte på något sätt relaterat till värmestrålning och är resultatet av en kemisk reaktion mellan atmosfäriskt syre och luciferin (ett ämne som finns i insektsceller). Detta fenomen ärnamnet på bioluminescens.
