Elektromagnetisk stråling

Den elektromagnetiske strålingen refererer til en form for lineær energioverføring . Den lys synlige strålingen er elektromagnetisk stråling, men er bare en liten del av det brede elektromagnetiske spekteret . Forplantningen av denne strålingen, av en eller flere partikler, gir opphav til mange fenomener som demping , absorpsjon , diffraksjon og refraksjon , rød forskyvning , interferens , ekko, elektromagnetisk interferens og biologiske effekter .

Elektromagnetisk stråling kan beskrives på en korpuskulær måte som forplantning av fotoner ( bosonvektor for den elektromagnetiske interaksjonen ), eller på en bølgeform som en elektromagnetisk bølge . Det manifesterer seg i form av et elektrisk felt kombinert med et magnetfelt .

Den elektromagnetiske bølgen og fotonet

Den lys betyr en synlig elektromagnetisk stråling ved den øyet menneske. De radiobølger , den røntgen og γ er også elektromagnetisk stråling.

På grunn av bølgepartikkerdualiteten kan elektromagnetisk stråling modelleres på to komplementære måter:

• elektromagnetisk bølge  : stråling er forplantning av en variasjon i elektriske og magnetiske felt; et spektrograf tillater at denne bølgen brytes ned i monokratiske bølger med forskjellige bølgelengder og frekvenser som deretter kan analyseres;λ{\ displaystyle \ lambda}ν{\ displaystyle \ nu}
• foton  : kvantemekanikk assosierer med de normale moduser av monokromatisk elektromagnetisk stråling en partikkel av null masse og spinn- 1 kalt fotoner hvis energi er hvor er Plancks konstant .E=hν{\ displaystyle E = h \ nu \,}h{\ displaystyle h}

Impulsen til fotonet er lik . s{\ displaystyle p}s=Evs.=hνvs.{\ displaystyle p = {\ frac {E} {c}} = {\ frac {h \ nu} {c}}}

Energien til fotonene til en elektromagnetisk bølge konserveres når man krysser forskjellige gjennomsiktige medier (derimot kan en viss andel fotoner absorberes).

I vakuum beveger elektromagnetisk stråling, og særlig lys, seg med en hastighet på 299.792.458  m / s . Denne hastigheten, kalt lysets hastighet og bemerket c , er en av de grunnleggende fysiske konstantene .

Bølgelengden er lik:

λ=vs.νν{\ displaystyle \ lambda = {\ frac {c _ {\ nu}} {\ nu}}}

vs.ν{\ displaystyle c _ {\ nu}}være lysets hastighet i mediet som er vurdert for frekvensen , med (å være brytningsindeksen for monokromatisk lys av frekvensen i det vurderte mediet). ν{\ displaystyle \ nu}vs.ν=vs./ikkeν{\ displaystyle c _ {\ nu} = c / n _ {\ nu}}ikkeν{\ displaystyle n _ {\ nu}}ν{\ displaystyle \ nu}

Funnet på slutten av XIX -  tallet, lysets hastighet i vakuum er uavhengig av depotet, har ført til utviklingen av relativitetsteorien .

Eiendommer

• Ethvert legeme ved en temperatur over absolutt null , enten -273,15 ° C eller 0 K eller -459,67 ° F avgir elektromagnetisk stråling kalt termisk stråling eller svart kroppsstråling .
• Et legeme som mottar elektromagnetisk stråling kan reflektere noe av det og absorbere resten. Den absorberte energien blir omgjort til termisk energi og bidrar til økningen i temperaturen i denne kroppen.
• En ladet partikkel med høy energi avgir elektromagnetisk stråling:
  • når det avbøyes av et magnetfelt: det er synkrotronstråling  ; denne synkrotronstrålingen brukes som røntgenkilde for mange fysikk- og biologiske eksperimenter (lyslinjer rundt en synkrotron);
  • når den kommer inn i et annet miljø: det er den "  kontinuerlige bremsestrålingen  ";
• Absorpsjonen av et foton kan forårsake atomoverganger, det vil si opphisse et atom hvis energi øker ved modifisering av banen til en av dets elektroner.
• Når et eksitert atom går tilbake til sin grunnleggende energitilstand, sender det ut et foton hvis energi (og derfor frekvens) tilsvarer en forskjell mellom to energitilstander i atomet.
• Noe elektromagnetisk stråling bærer nok energi til å kunne trekke ut elektroner fra materie, som deretter er ioniserende stråling .
• I samme område av det elektromagnetiske spekteret er fotoner i stand til å danne elektronhullspar i halvledere (CCD-prinsippet). Ved å rekombinere avgir elektronet og hullet lys (dioderprinsippet).
• Atomreaksjoner, som fisjon , fusjon og forfall , blir ofte ledsaget av utslipp av højenergifotoner kalt γ- stråler ( gammastråler ).

Elektromagnetisk spektrum

Et elektromagnetisk spektrum er spaltning av elektromagnetisk stråling i henhold til bølgelengden , eller, ekvivalent, frekvensen ( via forplantningsligningen) eller energien til fotonene .

Av historiske årsaker er det referert til elektromagnetiske bølger med forskjellige vilkår, avhengig av frekvensområdet (eller bølgelengden). Ved å redusere bølgelengden er de:

• de radiobølger og radarbølger frembringes ved lavfrekvente elektriske strømmer;
• infrarøde bølger , synlig lys og ultrafiolett stråling produseres ved elektroniske overganger i atomer, som involverer perifere elektroner, så vel som ved termisk stråling; ultrafiolette bølger har effekter på huden (soling, solbrenthet, hudkreft);
• de røntgenstråler kan også fremstilles i løpet av de elektroniske overganger med høy energi. De genereres for eksempel av radioaktivitet ( fluorescensfotoner som sendes ut under omorganiseringen av den elektroniske prosesjonen til et atom). Deres kontrollerte generering utføres oftest ved elektronbremsing (røntgenrør) eller ved synkrotronstråling (avbøyning av relativistisk elektronstråle). På grunn av deres sub-nanometriske bølgelengde tillater de studiet av krystaller og molekyler ved diffraksjon  ; harde røntgenbilder tilsvarer fotoner med høyere energi, og myke røntgenbilder med fotoner med lavere energi;
• den γ strålingen frembringes av radioaktiviteten på de-energisering av en kjerne. De slippes derfor spesielt ut av radioaktive materialer og atomreaktorer. Deres energi er derfor i gjennomsnitt høyere enn X-fotoner.

Merknader og referanser

1. Rayons Santé, “  Elektromagnetisk stråling (definisjon)  ” , på www.rayons-sante.com (åpnet 30. oktober 2014 ) .
2. Defense Intelligence Agency, “  Biologiske effekter av elektromagnetisk stråling  ” (åpnet 24. oktober 2019 )
3. Elektromagnetiske bølger på nettstedet univ-paris1.fr, konsultert 8. desember 2013

Se også

Relaterte artikler

• Båndbredde
• Radiometri , måleenheter for stråling
• Atomkjernen
• Foton
• Overfør termisk stråling
• Biologiske og miljømessige effekter av elektromagnetiske felt

Fysiske fenomener

• Elektroniske overganger
• Atomoverganger
• Antenner

applikasjoner

• Faraday bur
• Anekoisk kammer
• Interaksjon med stråling og materie
• Lasere