Stråling er en fysisk prosess, resultatet av denne er overføring av energi ved hjelp av elektromagnetiske bølger. Den omvendte prosessen til stråling kalles absorpsjon. La oss vurdere dette spørsmålet mer detaljert, og også gi eksempler på stråling i hverdagen og naturen.
Fysikk for forekomsten av stråling
Enhver kropp består av atomer, som igjen dannes av positivt ladede kjerner, og elektroner, som danner elektronskall rundt kjernene og er negativt ladet. Atomer er ordnet på en slik måte at de kan være i forskjellige energitilstander, det vil si at de kan ha både høyere og lavere energi. Når et atom har lavest energi, sies det å være grunntilstanden, enhver annen energitilstand i atomet kalles eksitert.
Eksistensen av forskjellige energitilstander til et atom skyldes det faktum at elektronene kan lokaliseres på bestemte energinivåer. Når et elektron beveger seg fra et høyere nivå til et lavere, mister atomet energi, som det stråler ut i det omkringliggende rommet i form av et foton - en bærerpartikkelelektromagnetiske bølger. Tvert imot, overgangen til et elektron fra et lavere til et høyere nivå er ledsaget av absorpsjon av et foton.
Det er flere måter å overføre et atoms elektron til et høyere energinivå, som involverer overføring av energi. Dette kan være både innvirkningen på det betraktede atomet av ekstern elektromagnetisk stråling, og overføringen av energi til det ved hjelp av mekaniske eller elektriske midler. I tillegg kan atomer motta og deretter frigjøre energi gjennom kjemiske reaksjoner.
elektromagnetisk spektrum
Før du går videre til eksempler på stråling i fysikk, bør det bemerkes at hvert atom sender ut visse deler av energi. Dette skjer fordi tilstandene som et elektron kan være i et atom ikke er vilkårlige, men strengt definerte. Følgelig er overgangen mellom disse tilstandene ledsaget av utslipp av en viss mengde energi.
Det er kjent fra atomfysikk at fotoner generert som et resultat av elektroniske overganger i et atom har en energi som er direkte proporsjonal med deres oscillasjonsfrekvens og omvendt proporsjonal med bølgelengden (et foton er en elektromagnetisk bølge som er karakterisert etter forplantningshastighet, lengde og frekvens). Siden et atom av et stoff bare kan sende ut et visst sett med energier, betyr det at bølgelengdene til de utsendte fotonene også er spesifikke. Settet med alle disse lengdene kalles det elektromagnetiske spekteret.
Hvis bølgelengden til et fotonligger mellom 390 nm og 750 nm, da snakker de om synlig lys, siden en person kan oppfatte det med egne øyne, hvis bølgelengden er mindre enn 390 nm, så har slike elektromagnetiske bølger høy energi og kalles ultrafiolett, røntgen eller gammastråling. For lengder større enn 750 nm er en liten fotonenergi karakteristisk, de kalles infrarød, mikro- eller radiostråling.
Termisk stråling av legemer
Enhver kropp som har en annen temperatur enn absolutt null, utstråler energi, i dette tilfellet snakker vi om termisk eller termisk stråling. I dette tilfellet bestemmer temperaturen både det elektromagnetiske spekteret av termisk stråling og mengden energi som sendes ut av kroppen. Jo høyere temperatur, jo mer energi stråler kroppen ut i det omkringliggende rommet, og jo mer skifter dets elektromagnetiske spektrum til høyfrekvente regionen. Prosessene for termisk stråling er beskrevet av lovene til Stefan-Boltzmann, Planck og Wien.
Eksempler på stråling i hverdagen
Som nevnt ovenfor, utstråler absolutt enhver kropp energi i form av elektromagnetiske bølger, men denne prosessen kan ikke alltid sees med det blotte øye, siden temperaturen på kroppene som omgir oss vanligvis er for lave, så spekteret deres ligger i lavfrekvent usynlig område for mennesker.
Et slående eksempel på stråling i det synlige området er en elektrisk glødelampe. Passerer i en spiral, varmer den elektriske strømmen wolframfilamentet opp til 3000 K. En så høy temperatur får glødetråden til å avgi elektromagnetiske bølger, maksim altsom faller i den langbølgede delen av det synlige spekteret.
Et annet eksempel på stråling i hjemmet er mikrobølgeovnen, som sender ut mikrobølger som er usynlige for det menneskelige øyet. Disse bølgene absorberes av gjenstander som inneholder vann, og øker dermed deres kinetiske energi og, som et resultat, deres temperatur.
Til slutt, et eksempel på stråling i hverdagen i det infrarøde området er radiatoren til en radiator. Vi ser ikke dens stråling, men vi føler dens varme.
Naturlige strålende objekter
Det kanskje mest slående eksemplet på stråling i naturen er stjernen vår - Solen. Temperaturen på overflaten av solen er omtrent 6000 K, så dens maksimale stråling faller ved en bølgelengde på 475 nm, det vil si at den ligger innenfor det synlige spekteret.
Sola varmer opp planetene rundt den og satellittene deres, som også begynner å lyse. Her er det nødvendig å skille mellom reflektert lys og termisk stråling. Så vår jord kan sees fra verdensrommet i form av en blå ball nettopp på grunn av det reflekterte sollyset. Hvis vi snakker om termisk stråling av planeten, så finner den også sted, men ligger i området av mikrobølgespekteret (ca. 10 mikron).
Foruten reflektert lys, er det interessant å gi et annet eksempel på stråling i naturen, som er assosiert med sirisser. Det synlige lyset som sendes ut av dem er på ingen måte relatert til termisk stråling og er et resultat av en kjemisk reaksjon mellom atmosfærisk oksygen og luciferin (et stoff som finnes i insektceller). Dette fenomenet ernavnet på bioluminescens.
