Terminas elektromagnetinė banga apibūdina elektromagnetinės spinduliuotės (EMR) judėjimą erdvėje. Įvairios EMR formos išsiskiria bangos ilgiais, kurie skiriasi nuo daugelio jardų (metrų) iki atstumo, mažesnio už atomo branduolio skersmenį. Visas diapazonas, mažėjančia bangos ilgio tvarka, eina nuo radijo bangų iki mikrobangų, matomos šviesos, ultravioletinių ir rentgeno spindulių iki gama spindulių ir yra žinomas kaip elektromagnetinis spektras. Elektromagnetinės bangos turi daug pritaikymų tiek moksle, tiek kasdieniame gyvenime.
Šviesos bangos
Daugeliu atžvilgių elektromagnetinė banga elgiasi panašiai kaip vandens bangavimas arba garsas, sklindantis per tokią terpę kaip oras. Pavyzdžiui, jei šviesa apšviečiama į ekraną per užtvarą su dviem siaurais plyšiais, matomas šviesių ir tamsių juostų raštas. Tai vadinama interferenciniu modeliu: ten, kur bangų keteros iš vieno plyšio susitinka su kito plyšio bangomis, jos sustiprina viena kitą, sudarydamos ryškią juostelę, tačiau ten, kur ketera susikerta su loveliu, jos išnyksta ir palieka tamsią juostelę. Šviesa taip pat gali lenktis aplink kliūtį, kaip vandenyno laužytojai aplink uosto sieną: tai vadinama difrakcija. Šie reiškiniai liudija apie šviesos bangą.
Ilgą laiką buvo manoma, kad šviesa, kaip ir garsas, turi sklisti per tam tikrą terpę. Tai buvo pavadinta „eteris“, kartais rašoma „eteris“, ir buvo manoma, kad tai yra nematoma medžiaga, užpildanti erdvę, bet per kurią kieti objektai gali netrukdomai pereiti. Eksperimentai, skirti aptikti eterį pagal jo poveikį šviesos greičiui skirtingomis kryptimis, nepavyko rasti jokių įrodymų, todėl idėja galiausiai buvo atmesta. Buvo akivaizdu, kad šviesa ir kitos EMR formos nereikalauja jokios terpės ir gali sklisti per tuščią erdvę.
Bangos ilgis ir dažnis
Kaip ir vandenyno banga, elektromagnetinė banga turi viršūnes ir duburius. Bangos ilgis yra atstumas tarp dviejų identiškų bangos taškų nuo ciklo iki ciklo, pavyzdžiui, atstumas tarp vienos smailės arba viršūnės ir kitos. EMR taip pat galima apibrėžti pagal jo dažnį, kuris yra keterų, praeinančių per tam tikrą laiko intervalą, skaičius. Visos EMR formos keliauja tuo pačiu greičiu: šviesos greičiu. Todėl dažnis visiškai priklauso nuo bangos ilgio: kuo trumpesnis bangos ilgis, tuo didesnis dažnis.
energija
Trumpesnio bangos ilgio arba aukštesnio dažnio EMR neša daugiau energijos nei ilgesnio bangos ilgio ar žemesnio dažnio. Elektromagnetinės bangos nešama energija lemia, kaip ji veikia materiją. Žemo dažnio radijo bangos nežymiai trikdo atomus ir molekules, o mikrobangos skatina juos aktyviau judėti: medžiaga įkaista. Rentgeno ir gama spinduliai suteikia daug daugiau smūgių: jie gali nutraukti cheminius ryšius ir išmušti elektronus iš atomų, sudarydami jonus. Dėl šios priežasties jie apibūdinami kaip jonizuojanti spinduliuotė.
Elektromagnetinių bangų kilmė
Ryšys tarp šviesos ir elektromagnetizmo buvo nustatytas fiziko Jameso Clerko Maxwello XIX a. Tai paskatino elektrodinamikos tyrimą, kuriame elektromagnetinės bangos, tokios kaip šviesa, yra laikomos trikdžiais arba „raibuliukais“ elektromagnetiniame lauke, kurį sukuria elektra įkrautų dalelių judėjimas. Skirtingai nuo neegzistuojančio eterio, elektromagnetinis laukas yra tiesiog įkrautos dalelės įtakos sfera, o ne apčiuopiamas, materialus dalykas.
Vėlesni darbai, XX amžiaus pradžioje, parodė, kad EMR taip pat turėjo daleles panašių savybių. Dalelės, sudarančios elektromagnetinę spinduliuotę, vadinamos fotonais. Nors tai atrodo prieštaringa, EMR gali veikti kaip bangos arba kaip dalelės, priklausomai nuo atliekamo eksperimento tipo. Tai žinoma kaip bangos-dalelių dvilypumas. Tai taip pat taikoma subatominėms dalelėms, ištisiems atomams ir net gana didelėms molekulėms, kurios kartais gali veikti kaip bangos.
Bangos ir dalelių dvilypumas atsirado kuriant kvantinę teoriją. Pagal šią teoriją „banga“ reiškia tikimybę rasti dalelę, pavyzdžiui, fotoną, tam tikroje vietoje. Į bangas panašus dalelių pobūdis ir į daleles panašus bangų pobūdis sukėlė daug mokslinių diskusijų ir kai kurių protu nesuvokiamų idėjų, tačiau bendro sutarimo dėl to, ką tai iš tikrųjų reiškia, nėra.
Kvantinėje teorijoje elektromagnetinė spinduliuotė susidaro, kai subatominės dalelės išskiria energiją. Pavyzdžiui, atomo elektronas gali sugerti energiją, bet galiausiai jis turi nukristi iki žemesnio energijos lygio ir išleisti energiją kaip EMR. Priklausomai nuo to, kaip ji stebima, ši spinduliuotė gali pasirodyti kaip dalelė arba elektromagnetinė banga.
Naudoja
Daugelis šiuolaikinių technologijų priklauso nuo elektromagnetinių bangų. Radijas, televizija, mobilieji telefonai ir internetas priklauso nuo radijo dažnio EMR perdavimo oro, erdvės ar šviesolaidiniais kabeliais. Lazeriai, naudojami DVD ir garso kompaktiniams diskams įrašyti ir leisti, rašydami į diskus ir nuskaitydami juos naudoja šviesos bangas. Rentgeno aparatai yra esminė medicinos ir oro uosto saugumo priemonė. Mokslo srityje mūsų žinios apie visatą daugiausia gaunamos iš tolimųjų žvaigždžių ir galaktikų šviesos, radijo bangų ir rentgeno spindulių analizės.
Galimi
Nemanoma, kad mažos energijos elektromagnetinės bangos, tokios kaip radijo bangos, yra kenksmingos. Tačiau esant didesnei energijai, EMR kelia pavojų. Jonizuojanti spinduliuotė, tokia kaip rentgeno ir gama spinduliai, gali nužudyti arba pažeisti gyvas ląsteles. Jie taip pat gali pakeisti DNR, o tai gali sukelti vėžį. Manoma, kad medicininės rentgeno spinduliuotės rizika pacientams yra nereikšminga, tačiau rentgenologai, kurie reguliariai su jais susiduria, dėvi švino prijuostes, kurių rentgeno spinduliai neprasiskverbia, kad apsisaugotų. Ultravioletinė šviesa, esanti saulės šviesoje, gali sukelti saulės nudegimą ir taip pat gali sukelti odos vėžį, jei poveikis yra per didelis.