Termenul de undă electromagnetică descrie modul în care radiația electromagnetică (EMR) se mișcă prin spațiu. Diferite forme de EMR se disting prin lungimile de undă, care variază de la mulți metri (metri) la o distanță mai mică decât diametrul unui nucleu atomic. Gama completă, în ordinea descrescătoare a lungimii de undă, merge de la unde radio prin microunde, lumină vizibilă, ultraviolete și raze X până la raze gamma și este cunoscut sub numele de spectru electromagnetic. Undele electromagnetice au multe aplicații, atât în știință, cât și în viața de zi cu zi.
Unde de lumină
În multe privințe, o undă electromagnetică se comportă în mod similar cu ondulațiile de pe apă sau cu sunetul care călătorește printr-un mediu precum aerul. De exemplu, dacă o lumină este strălucită pe un ecran printr-o barieră cu două fante înguste, se vede un model de dungi deschise și întunecate. Acesta se numește un model de interferență: acolo unde crestele valurilor dintr-o fantă se întâlnesc cu cele din cealaltă, se întăresc una pe cealaltă, formând o dungă strălucitoare, dar acolo unde o creastă întâlnește un jgheab, se anulează, lăsând o dungă întunecată. Lumina se poate îndoi și în jurul unui obstacol, cum ar fi spargerile oceanului în jurul unui zid de port: aceasta este cunoscută sub numele de difracție. Aceste fenomene oferă dovezi ale naturii ondulatorii a luminii.
S-a presupus mult timp că, la fel ca sunetul, lumina trebuie să călătorească printr-un fel de mediu. Acesta a primit numele de „eter”, uneori scris „eter” și s-a considerat a fi un material invizibil care umplea spațiul, dar prin care obiectele solide puteau trece nestingherite. Experimentele menite să detecteze eterul prin efectul său asupra vitezei luminii în diferite direcții nu au reușit să găsească nicio dovadă pentru acesta, iar ideea a fost în cele din urmă respinsă. Era evident că lumina și alte forme de EMR nu necesitau niciun mediu și puteau călători prin spațiul gol.
Lungimea de undă și frecvența
La fel ca un val oceanic, unda electromagnetică are vârfuri și jgheaburi. Lungimea de undă este distanța dintre două puncte identice ale undei de la ciclu la ciclu, de exemplu, distanța dintre un vârf sau creastă și următorul. EMR poate fi definit și în funcție de frecvența sa, care este numărul de creste care trec într-un interval de timp dat. Toate formele de EMR se deplasează cu aceeași viteză: viteza luminii. Prin urmare, frecvența depinde în întregime de lungimea de undă: cu cât lungimea de undă este mai mică, cu atât frecvența este mai mare.
Energie
Lungime de undă mai scurtă sau frecvență mai mare, EMR transportă mai multă energie decât lungimile de undă mai lungi sau frecvențele mai joase. Energia transportată de o undă electromagnetică determină modul în care aceasta afectează materia. Undele radio de joasă frecvență perturbă ușor atomii și moleculele, în timp ce microundele le fac să se miște mai viguros: materialul se încălzește. Razele X și razele gamma oferă mult mai multă putere: pot rupe legăturile chimice și pot scoate electroni din atomi, formând ioni. Din acest motiv, ele sunt descrise ca radiații ionizante.
Originea undelor electromagnetice
Relația dintre lumină și electromagnetism a fost stabilită de munca fizicianului James Clerk Maxwell în secolul al XIX-lea. Acest lucru a condus la studiul electrodinamicii, în care undele electromagnetice, cum ar fi lumina, sunt considerate perturbări, sau „unduri”, într-un câmp electromagnetic, creat de mișcarea particulelor încărcate electric. Spre deosebire de eterul inexistent, câmpul electromagnetic este pur și simplu sfera de influență a unei particule încărcate, și nu un lucru material, tangibil.
Lucrările ulterioare, la începutul secolului al XX-lea, au arătat că EMR avea și proprietăți asemănătoare particulelor. Particulele care formează radiația electromagnetică se numesc fotoni. Deși pare contradictoriu, EMR se poate comporta ca unde sau ca particule, în funcție de tipul de experiment care se realizează. Aceasta este cunoscută sub numele de dualitate undă-particulă. Se aplică și particulelor subatomice, atomilor întregi și chiar moleculelor destul de mari, toate care uneori se pot comporta ca unde.
Dualitatea undă-particulă a apărut pe măsură ce teoria cuantică era în curs de dezvoltare. Conform acestei teorii, „unda” reprezintă probabilitatea de a găsi o particulă, cum ar fi un foton, într-o locație dată. Natura ondulatorie a particulelor și natura particulelor undelor au dat naștere la o mare dezbatere științifică și la unele idei uluitoare, dar nici un consens general cu privire la ceea ce înseamnă de fapt.
În teoria cuantică, radiația electromagnetică este produsă atunci când particulele subatomice eliberează energie. De exemplu, un electron dintr-un atom poate absorbi energie, dar în cele din urmă trebuie să scadă la un nivel de energie mai scăzut și să elibereze energia ca EMR. În funcție de modul în care este observată, această radiație poate apărea ca o particule sau o undă electromagnetică.
Utilizeaza
O mare parte a tehnologiei moderne depinde de undele electromagnetice. Radioul, televiziunea, telefoanele mobile și internetul se bazează pe transmiterea frecvenței radio EMR prin cabluri aeriene, spațiale sau cu fibră optică. Laserele folosite pentru a înregistra și a reda DVD-uri și CD-uri audio folosesc unde luminoase pentru a scrie și a citi de pe discuri. Aparatele cu raze X sunt un instrument esențial în medicină și securitatea aeroporturilor. În știință, cunoștințele noastre despre univers provin în mare parte din analiza luminii, a undelor radio și a razelor X de la stele și galaxii îndepărtate.
pericole
Nu se crede că undele electromagnetice de energie scăzută, cum ar fi undele radio, sunt dăunătoare. La energii mai mari, însă, EMR prezintă riscuri. Radiațiile ionizante, cum ar fi razele X și razele gamma, pot ucide sau deteriora celulele vii. De asemenea, pot modifica ADN-ul, ceea ce poate duce la cancer. Riscul pentru pacienți de la razele X medicale este considerat neglijabil, dar radiografii, care sunt expuși la acestea în mod regulat, poartă șorțuri de plumb – pe care razele X nu le pot pătrunde – pentru a se proteja. Lumina ultravioletă, prezentă în lumina soarelui, poate provoca arsuri solare și poate provoca, de asemenea, cancer de piele dacă expunerea este excesivă.