Säteily on fysikaalinen prosessi, jonka tulos on energian siirto sähkömagneettisten a altojen avulla. Säteilyn käänteistä prosessia kutsutaan absorptioksi. Pohditaan tätä asiaa tarkemmin ja annetaan myös esimerkkejä säteilystä jokapäiväisessä elämässä ja luonnossa.
Säteilyn esiintymisen fysiikka
Jokainen kappale koostuu atomeista, jotka puolestaan muodostuvat positiivisesti varautuneista ytimistä, ja elektroneista, jotka muodostavat elektronikuoren ytimien ympärille ja ovat negatiivisesti varautuneita. Atomit on järjestetty siten, että ne voivat olla eri energiatiloissa, eli niillä voi olla sekä korkeampi että pienempi energia. Kun atomilla on alhaisin energia, sen sanotaan olevan sen perustila, mitä tahansa muuta atomin energiatilaa kutsutaan virittyneeksi.
Atomin eri energiatilojen olemassaolo johtuu siitä, että sen elektronit voivat sijaita tietyillä energiatasoilla. Kun elektroni siirtyy korkeamm alta tasolta alemmalle, atomi menettää energiaa, jonka se säteilee ympäröivään tilaan fotonin - kantajahiukkasen - muodossa.elektromagneettiset aallot. Päinvastoin, elektronin siirtymiseen alemm alta tasolta korkeammalle seuraa fotonin absorptio.
On olemassa useita tapoja siirtää atomin elektroni korkeammalle energiatasolle, joihin liittyy energian siirto. Tämä voi olla sekä ulkoisen sähkömagneettisen säteilyn vaikutus tarkasteltavaan atomiin että energian siirto siihen mekaanisin tai sähköisin keinoin. Lisäksi atomit voivat vastaanottaa ja sitten vapauttaa energiaa kemiallisten reaktioiden kautta.
Sähkömagneettinen spektri
Ennen kuin siirrytään esimerkkeihin fysiikan säteilystä, on huomattava, että jokainen atomi emittoi tiettyjä osia energiasta. Tämä tapahtuu, koska tilat, joissa elektroni voi olla atomissa, eivät ole mieliv altaisia, vaan tiukasti määriteltyjä. Vastaavasti näiden tilojen väliseen siirtymiseen liittyy tietyn energiamäärän vapautuminen.
Atomifysiikasta tiedetään, että atomissa elektronisten siirtymien seurauksena syntyneiden fotonien energia on suoraan verrannollinen niiden värähtelytaajuuteen ja kääntäen verrannollinen aallonpituuteen (fotoni on sähkömagneettinen a alto, jolle on ominaista etenemisnopeuden, pituuden ja taajuuden mukaan). Koska aineen atomi voi lähettää vain tietyn joukon energioita, se tarkoittaa, että myös emittoivien fotonien aallonpituudet ovat spesifisiä. Kaikkien näiden pituuksien joukkoa kutsutaan sähkömagneettiseksi spektriksi.
Jos fotonin aallonpituuson välillä 390 nm - 750 nm, silloin puhutaan näkyvästä valosta, koska ihminen voi havaita sen omin silmin, jos aallonpituus on alle 390 nm, niin tällaisilla sähkömagneettisilla aalloilla on korkea energia ja niitä kutsutaan ultraviolettisäteilyksi, röntgensäteeksi. tai gammasäteilyä. Yli 750 nm:n pituuksille on ominaista pieni fotonienergia, niitä kutsutaan infrapuna-, mikro- tai radiosäteilyksi.
Kehojen lämpösäteily
Mikä tahansa kappale, jolla on jokin muu lämpötila kuin absoluuttinen nolla, säteilee energiaa, tässä tapauksessa puhutaan lämpö- tai lämpösäteilystä. Tässä tapauksessa lämpötila määrittää sekä lämpösäteilyn sähkömagneettisen spektrin että kehon lähettämän energian määrän. Mitä korkeampi lämpötila, sitä enemmän energiaa keho säteilee ympäröivään tilaan ja sitä enemmän sen sähkömagneettinen spektri siirtyy korkean taajuuden alueelle. Lämpösäteilyn prosessit kuvataan Stefan-Boltzmannin, Planckin ja Wienin laeilla.
Esimerkkejä säteilystä jokapäiväisessä elämässä
Kuten edellä mainittiin, aivan mikä tahansa keho säteilee energiaa sähkömagneettisten a altojen muodossa, mutta tätä prosessia ei aina voi nähdä paljaalla silmällä, koska meitä ympäröivien kappaleiden lämpötilat ovat yleensä liian alhaiset, joten niiden spektri sijaitsee matalataajuisessa, joka on näkymätön ihmisalueelle.
Hämmästyttävä esimerkki näkyvän alueen säteilystä on sähköhehkulamppu. Kierteessä kulkeva sähkövirta lämmittää volframilangan jopa 3000 K:iin. Niin korkea lämpötila saa hehkulangan lähettämään sähkömagneettisia a altoja, maks.jotka osuvat näkyvän spektrin pitkän aallonpituuden osaan.
Toinen esimerkki kodin säteilystä on mikroa altouuni, joka lähettää ihmissilmälle näkymättömiä mikroa altoja. Vettä sisältävät esineet absorboivat nämä aallot, mikä lisää niiden kineettistä energiaa ja tämän seurauksena niiden lämpötilaa.
Lopuksi esimerkki säteilystä jokapäiväisessä elämässä infrapuna-alueella on patterin säteilijä. Emme näe sen säteilyä, mutta tunnemme sen lämmön.
Luonnon säteilevät esineet
Ehkä silmiinpistävin esimerkki luonnon säteilystä on tähtemme - aurinko. Auringon pinnan lämpötila on noin 6000 K, joten sen maksimisäteily putoaa aallonpituudella 475 nm, eli se on näkyvän spektrin sisällä.
Aurinko lämmittää ympärillään olevia planeettoja ja niiden satelliitteja, jotka myös alkavat hehkua. Tässä on tarpeen erottaa heijastunut valo ja lämpösäteily. Joten maapallomme voidaan nähdä avaruudesta sinisen pallon muodossa juuri heijastuneen auringonvalon ansiosta. Jos puhumme planeetan lämpösäteilystä, niin sitä myös tapahtuu, mutta se sijaitsee mikroa altospektrin alueella (noin 10 mikronia).
Heijastuneen valon lisäksi on mielenkiintoista antaa toinen esimerkki luonnon säteilystä, joka liittyy sirkat. Niiden lähettämä näkyvä valo ei liity millään tavalla lämpösäteilyyn ja on seurausta ilmakehän hapen ja lusiferiinin (hyönteissolujen sisältämä aine) välisestä kemiallisesta reaktiosta. Tämä ilmiö onbioluminesenssin nimi.
