Termen elektromagnetisk våg beskriver hur elektromagnetisk strålning (EMR) rör sig genom rymden. Olika former av EMR kännetecknas av deras våglängder, som varierar från många yards (meter) till ett avstånd som är mindre än diametern på en atomkärna. Hela området, i fallande våglängdsordning, går från radiovågor genom mikrovågor, synligt ljus, ultraviolett och röntgenstrålar till gammastrålar och är känt som det elektromagnetiska spektrumet. Elektromagnetiska vågor har många tillämpningar, både inom vetenskapen och i vardagen.
Ljusvågor
I många avseenden beter sig en elektromagnetisk våg på samma sätt som krusningar på vatten, eller som ljud som färdas genom ett medium som luft. Till exempel, om ett ljus lyser på en skärm genom en barriär med två smala slitsar, ses ett mönster av ljusa och mörka ränder. Detta kallas ett interferensmönster: där vågtopparna från den ena slitsen möter de från den andra förstärker de varandra och bildar en ljus rand, men där en topp möter en dal tar de ut och lämnar en mörk rand. Ljus kan också böja sig runt ett hinder, som havsbrytare runt en hamnmur: detta kallas diffraktion. Dessa fenomen ger bevis på ljusets vågliknande natur.
Det antogs länge att ljus, liksom ljud, måste färdas genom något slags medium. Detta fick namnet ”eter”, ibland stavat ”eter” och ansågs vara ett osynligt material som fyllde utrymme, men genom vilket fasta föremål kunde passera obehindrat. Experiment utformade för att detektera etern genom dess effekt på ljusets hastighet i olika riktningar lyckades inte hitta några bevis för det, och idén avvisades till slut. Det var uppenbart att ljus och andra former av EMR inte krävde något medium och kunde färdas genom tomma utrymmen.
Våglängd och frekvens
Precis som en havsvåg har en elektromagnetisk våg toppar och dalar. Våglängden är avståndet mellan två identiska punkter på vågen från cykel till cykel, till exempel avståndet mellan en topp eller topp och nästa. EMR kan också definieras i termer av dess frekvens, vilket är antalet toppar som passerar under ett givet tidsintervall. Alla former av EMR färdas med samma hastighet: ljusets hastighet. Därför beror frekvensen helt på våglängden: ju kortare våglängd, desto högre frekvens.
Energi
Kortare våglängd, eller högre frekvens, EMR bär mer energi än längre våglängder eller lägre frekvenser. Energin som bärs av en elektromagnetisk våg avgör hur den påverkar materia. Lågfrekventa radiovågor stör milt atomer och molekyler, medan mikrovågor får dem att röra sig mer kraftfullt: materialet värms upp. Röntgenstrålar och gammastrålar ger mycket mer kraft: de kan bryta kemiska bindningar och slå elektroner från atomer och bilda joner. Av denna anledning beskrivs de som joniserande strålning.
Ursprunget till elektromagnetiska vågor
Förhållandet mellan ljus och elektromagnetism etablerades av fysikern James Clerk Maxwells arbete på 19-talet. Detta ledde till studiet av elektrodynamik, där elektromagnetiska vågor, som ljus, betraktas som störningar, eller ”krusningar”, i ett elektromagnetiskt fält, skapat av rörelsen av elektriskt laddade partiklar. Till skillnad från den icke-existerande etern är det elektromagnetiska fältet helt enkelt påverkanssfären för en laddad partikel, och inte en påtaglig, materiell sak.
Senare arbete, i början av 20-talet, visade att EMR också hade partikelliknande egenskaper. Partiklarna som utgör elektromagnetisk strålning kallas fotoner. Även om det verkar motsägelsefullt, kan EMR bete sig som vågor eller som partiklar, beroende på vilken typ av experiment som utförs. Detta är känt som våg-partikeldualiteten. Det gäller även subatomära partiklar, hela atomer och till och med ganska stora molekyler, som alla ibland kan bete sig som vågor.
Våg-partikeldualiteten uppstod när kvantteorin utvecklades. Enligt denna teori representerar ”vågen” sannolikheten att hitta en partikel, till exempel en foton, på en given plats. Partiklarnas vågliknande natur och vågornas partikelliknande natur har gett upphov till en hel del vetenskaplig debatt och en del häpnadsväckande idéer, men ingen övergripande konsensus om vad det egentligen betyder.
I kvantteorin produceras elektromagnetisk strålning när subatomära partiklar frigör energi. Till exempel kan en elektron i en atom absorbera energi, men den måste så småningom sjunka till en lägre energinivå och frigöra energin som EMR. Beroende på hur den observeras kan denna strålning uppträda som en partikel eller en elektromagnetisk våg.
du använder
En hel del modern teknik är beroende av elektromagnetiska vågor. Radio, tv, mobiltelefoner och Internet är beroende av överföring av radiofrekvens EMR genom luft, rymd eller fiberoptiska kablar. Lasrarna som används för att spela in och spela DVD-skivor och ljud-CD-skivor använder ljusvågor för att skriva till och läsa från skivorna. Röntgenapparater är ett viktigt verktyg inom medicin och flygplatssäkerhet. Inom vetenskapen kommer vår kunskap om universum till stor del från analys av ljus, radiovågor och röntgenstrålar från avlägsna stjärnor och galaxer.
Farliga
Man tror inte att elektromagnetiska lågenergivågor, såsom radiovågor, är skadliga. Vid högre energier utgör emellertid EMR risker. Joniserande strålning, såsom röntgenstrålar och gammastrålar, kan döda eller skada levande celler. De kan också förändra DNA, vilket kan leda till cancer. Risken för patienter från medicinska röntgenstrålar anses vara försumbar, men radiografer, som utsätts för dem regelbundet, bär blyförkläden – som röntgenstrålar inte kan tränga igenom – för att skydda sig själva. Ultraviolett ljus, som finns i solljus, kan orsaka solbränna och kan också orsaka hudcancer om exponeringen är överdriven.