A sugárzás egy fizikai folyamat, melynek eredménye az energia átvitele elektromágneses hullámok segítségével. A sugárzás fordított folyamatát abszorpciónak nevezzük. Tekintsük ezt a kérdést részletesebben, és adjunk példákat a sugárzásra a mindennapi életben és a természetben.
A sugárzás előfordulásának fizikája
Bármely test atomokból áll, amelyeket viszont pozitív töltésű atommagok alkotnak, és elektronokból, amelyek elektronhéjat alkotnak az atommagok körül, és negatív töltésűek. Az atomok úgy vannak elrendezve, hogy különböző energiaállapotúak lehetnek, azaz lehetnek magasabb és alacsonyabb energiájúak is. Ha egy atomnak a legalacsonyabb energiája van, akkor alapállapotának mondjuk, az atom bármely más energiaállapotát gerjesztettnek nevezzük.
Egy atom különböző energiaállapotainak létezése annak köszönhető, hogy elektronjai bizonyos energiaszinteken elhelyezkedhetnek. Amikor egy elektron magasabb szintről egy alacsonyabbra mozog, az atom energiát veszít, amelyet foton - hordozó részecske - formájában kisugároz a környező térbe.elektromágneses hullámok. Éppen ellenkezőleg, az elektronok alacsonyabb szintről magasabb szintre való átmenetét egy foton abszorpciója kíséri.
Többféle mód van egy atom elektronjának magasabb energiaszintre való átvitelére, amely energiaátadást is magában foglal. Ez lehet egyrészt a külső elektromágneses sugárzás adott atomra gyakorolt hatása, másrészt az energia mechanikai vagy elektromos úton történő átadása. Ezenkívül az atomok kémiai reakciók révén energiát fogadhatnak, majd bocsáthatnak ki.
Elektromágneses spektrum
Mielőtt a fizika sugárzási példáira térnénk át, meg kell jegyezni, hogy minden atom bizonyos energiarészeket bocsát ki. Ez azért történik, mert azok az állapotok, amelyekben az elektron egy atomban lehet, nem tetszőleges, hanem szigorúan meghatározott. Ennek megfelelően az ezen állapotok közötti átmenetet bizonyos mennyiségű energia kibocsátása kíséri.
Az atomfizikából ismert, hogy az atomban elektronátmenetek eredményeként keletkező fotonok energiája egyenesen arányos rezgési frekvenciájukkal, és fordítottan arányos a hullámhosszukkal (a foton egy elektromágneses hullám, amelyre jellemző terjedési sebesség, hossz és frekvencia szerint). Mivel egy anyag atomja csak meghatározott energiakészletet tud kibocsátani, ez azt jelenti, hogy a kibocsátott fotonok hullámhossza is specifikus. Mindezen hosszúságok halmazát elektromágneses spektrumnak nevezzük.
Ha egy foton hullámhossza390 nm és 750 nm között van, akkor látható fényről beszélnek, mivel azt az ember saját szemével érzékeli, ha a hullámhossz kisebb, mint 390 nm, akkor az ilyen elektromágneses hullámok nagy energiájúak és ultraibolya, röntgensugárzásnak nevezik. vagy gamma-sugárzás. A 750 nm-nél nagyobb hosszúságokra kis fotonenergia jellemző, ezeket infra-, mikro- vagy rádiósugárzásnak nevezik.
Testek hősugárzása
Minden test, amelynek hőmérséklete az abszolút nullától eltérő, energiát sugároz, ebben az esetben hő- vagy hősugárzásról beszélünk. Ebben az esetben a hőmérséklet meghatározza a hősugárzás elektromágneses spektrumát és a test által kibocsátott energia mennyiségét egyaránt. Minél magasabb a hőmérséklet, annál több energiát sugároz ki a test a környező térbe, és annál inkább tolódik el elektromágneses spektruma a nagyfrekvenciás tartományba. A hősugárzás folyamatait Stefan-Boltzmann, Planck és Wien törvényei írják le.
Példák a sugárzásra a mindennapi életben
Ahogy fentebb említettük, abszolút bármely test sugároz energiát elektromágneses hullámok formájában, de ez a folyamat nem mindig látható szabad szemmel, mivel a minket körülvevő testek hőmérséklete általában túl alacsony, így a spektrumuk az emberi terület számára láthatatlan alacsony frekvenciájú.
A látható tartományban lévő sugárzás szembetűnő példája az elektromos izzólámpa. Spirálban haladva az elektromos áram 3000 K-ig melegíti a wolframszálat. Ilyen magas hőmérséklet hatására az izzószál elektromágneses hullámokat bocsát ki, maximumamelyek a látható spektrum hosszú hullámhosszú részébe esnek.
Az otthoni sugárzás másik példája a mikrohullámú sütő, amely az emberi szem számára láthatatlan mikrohullámokat bocsát ki. Ezeket a hullámokat a vizet tartalmazó tárgyak elnyelik, ezáltal növelik mozgási energiájukat, és ennek eredményeként a hőmérsékletüket.
Végül egy példa a mindennapi életben az infravörös tartományban történő sugárzásra a radiátor sugárzója. Nem látjuk a kisugárzását, de érezzük a melegét.
Természetes sugárzó tárgyak
A természet sugárzásának talán legszembetűnőbb példája csillagunk – a Nap. A Nap felszínének hőmérséklete körülbelül 6000 K, így maximális sugárzása 475 nm hullámhosszra esik, azaz a látható spektrumon belül van.
A nap felmelegíti a körülötte lévő bolygókat és azok műholdait, amelyek szintén világítani kezdenek. Itt különbséget kell tenni a visszavert fény és a hősugárzás között. Tehát Földünk pontosan a visszavert napfénynek köszönhetően kék golyó formájában látható az űrből. Ha a bolygó hősugárzásáról beszélünk, akkor az is megtörténik, de a mikrohullámú spektrum tartományában (kb. 10 mikron) fekszik.
A visszavert fény mellett érdekes egy másik példa is a természetben előforduló sugárzásra, amely a tücskökhöz kapcsolódik. Az általuk kibocsátott látható fény semmilyen módon nem kapcsolódik a hősugárzáshoz, és a légköri oxigén és a luciferin (a rovarsejtekben található anyag) közötti kémiai reakció eredménye. Ez a jelenség aza biolumineszcencia neve.
