fbpx
Wikipedia

Elektromagnetisk stråling

Elektromagnetisk stråling (forkortet EMS) kan beskrives som en kombination af oscillerende elektriske og magnetiske felter som, vinkelret på hinanden, udbreder sig gennem rummet med lysets hastighed (lys er et bestemt frekvensområde af elektromagnetisk stråling) og som formidler energi fra et sted til et andet.

Det elektromagnetiske spektrum
Elektromagnetisme
Elektricitet Magnetisme

Generelt klassificeres elektromagnetisk stråling ved sin bølgelængde (her nævnt fra længste til korteste) eller frekvens (fra laveste til højeste) i: radio, mikrobølger, infrarødt lys, synligt lys, ultraviolet lys, røntgen- og gammastråler. Den detaljerede klassifikation er i artiklen: Det elektromagnetiske spektrum.

Enhver elektrisk ladning som accelereres, udsender elektromagnetisk stråling. Når enhver ikke-ohmsk-afsluttet elektrisk ledning (eller andet ledende objekt som f.eks. en radioantenne) leder vekselstrømsenergi, udstråles elektromagnetisk stråling med samme fase og frekvens som vekselstrømmens.

Indholdsfortegnelse

Afhængigt af omstændighederne, kan elektromagnetisk stråling opføre sig som bølger eller som partikler. Som en bølge karakteriseres elektromagnetisk stråling ved en hastighed, amplitude og frekvens (evt. bølgelængde). Når elektromagnetisk stråling betragtes som partikler, også kendt som fotoner, har hver foton en energi, som er relateret til bølgens frekvens og den er givet ved Plancks relation:

E = hν, hvor

  • E er fotonens energi.
  • h er Plancks konstant: 6,626 × 10-34 J*s.
  • ν er bølgens frekvens.

Fotoner besidder også impuls og noget af denne impuls overføres til det objekt, som absorberer eller reflekterer fotonen. Denne effekt søges benyttet i solsejl. Jf. den specielle relativitetsteori gælder der mellem en fotons energi og impuls sammenhængen

E = p c {\displaystyle E=pc} ,

hvor E er fotonens energi, p er impulsen, og konstanten c er lysets hastighed.

Alment betyder det, at jo større frekvens (jo kortere bølgelængde) desto mere energi er der i strålingen. Man inddeler derfor stråling i stråling med lav energi, også kaldet ikke-ioniserende stråling, og stråling med høj energi, også kaldet ioniserende stråling. Den ioniserende del af det elektromagnetiske spektrum er højfrekvent ultraviolet lys, røntgen- og gammastråler.

At lys i virkeligheden kan ses som en elektromagnetisk bølge blev vist teoretisk af James Clerk Maxwell ud fra hans fundamentale love for elektromagnetisme. For at vise at de elektriske E {\displaystyle {\vec {E}}} og magnetiske B {\displaystyle {\vec {B}}} felter kan opføre sig som bølger, skal de overholde bølgeligningen givet ved:

2 u = 1 c 2 2 u t 2 {\displaystyle \nabla ^{2}{\vec {u}}={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}{\vec {u}}}{\partial t^{2}}}}

hvor u {\displaystyle {\vec {u}}} er bølgens udsving, og 2 {\displaystyle \nabla ^{2}} er Laplace-operatoren.

Hvor der ikke er nogen elektriske ladninger, dvs. i et vakuum, reducerer Maxwells ligninger til:

E = 0 {\displaystyle \nabla \cdot {\vec {E}}=0}
B = 0 {\displaystyle \nabla \cdot {\vec {B}}=0}
× E = B t {\displaystyle \nabla \times {\vec {E}}=-{\frac {\partial {\vec {B}}}{\partial t}}}
× B = μ 0 ε 0 E t {\displaystyle \nabla \times {\vec {B}}=\mu _{0}\varepsilon _{0}{\frac {\partial {\vec {E}}}{\partial t}}}

Det kan allerede her ses, at E-feltet og B-feltet opfører sig på samme måde, så hvis en kan opfører sig som en bølge, kan den anden også. For at opnå bølgeligningen tages først rotationen på den tredje ligning:

× ( × E ) = × B t {\displaystyle \nabla \times (\nabla \times {\vec {E}})=-\nabla \times {\frac {\partial {\vec {B}}}{\partial t}}}

Rotationen til en rotation giver:

( E ) 2 E = × B t {\displaystyle \nabla (\nabla \cdot {\vec {E}})-\nabla ^{2}{\vec {E}}=-\nabla \times {\frac {\partial {\vec {B}}}{\partial t}}}

Da divergensen til E-feltet er lig nul jf. den første ligning, giver dette:

2 E = t ( × B ) {\displaystyle \nabla ^{2}{\vec {E}}={\frac {\partial }{\partial t}}(\nabla \times {\vec {B}})}

Rotationen til B-feltet er givet ved Maxwells fjerde ligning:

2 E = t ( μ 0 ε 0 E t ) {\displaystyle \nabla ^{2}{\vec {E}}={\frac {\partial }{\partial t}}\left(\mu _{0}\varepsilon _{0}{\frac {\partial {\vec {E}}}{\partial t}}\right)}

eller

2 E = μ 0 ε 0 2 E t 2 {\displaystyle \nabla ^{2}{\vec {E}}=\mu _{0}\varepsilon _{0}{\frac {\partial ^{2}{\vec {E}}}{\partial t^{2}}}}

Det elektriske felt kan altså opføre sig som en bølge. Det ses, at bølgens hastighed følgelig må være:

c = 1 μ 0 ε 0 {\displaystyle c={\frac {1}{\sqrt {\mu _{0}\varepsilon _{0}}}}}

Det viser sig, at dette netop er lysets hastighed. Historisk var det en stærk indikation på, at lys er elektromagnetisk stråling.

Hvis samme fremgangsmåde følges for B-feltet fremkommer en tilsvarende bølgeligning:

2 B = μ 0 ε 0 2 B t 2 {\displaystyle \nabla ^{2}{\vec {B}}=\mu _{0}\varepsilon _{0}{\frac {\partial ^{2}{\vec {B}}}{\partial t^{2}}}}

Energien i en elektromagnetisk bølge bevæger sig i retningen langs med Poynting-vektoren S {\displaystyle {\vec {S}}} . Den er proportional med krydsproduktet mellem det elektriske felt og magnetfeltet:

S = 1 μ 0 E × B {\displaystyle {\vec {S}}={\frac {1}{\mu _{0}}}{\vec {E}}\times {\vec {B}}}
  1. Dam, Mogens. "Relativistisk mekanik", 31. maj 2013 hos Wayback Machine (7. udgave), Niels Bohr Instituttet 2007, København, s. 98. Hentet d. 16. januar 2013.
  2. Halliday, David; Krane, Kenneth S.; Resnick, Robert (2002). "38-6 Energy Transport and the Poynting Vector". Physics (engelsk). 2 (5. udgave). John Wiley & Sons, Inc. s. 870. ISBN 978-0-471-40194-0.
Wikimedia Commons har medier relateret til:

Elektromagnetisk stråling
elektromagnetisk, stråling, sprog, overvåg, rediger, forkortet, beskrives, kombination, oscillerende, elektriske, magnetiske, felter, vinkelret, hinanden, udbreder, gennem, rummet, lysets, hastighed, bestemt, frekvensområde, elektromagnetisk, stråling, formidl. Elektromagnetisk straling Sprog Overvag Rediger Elektromagnetisk straling forkortet EMS kan beskrives som en kombination af oscillerende elektriske og magnetiske felter som vinkelret pa hinanden udbreder sig gennem rummet med lysets hastighed lys er et bestemt frekvensomrade af elektromagnetisk straling og som formidler energi fra et sted til et andet Det elektromagnetiske spektrum ElektromagnetismeElektricitet Magnetisme ElektrostatikElektrisk ladning Statisk elektricitet Elektrisk felt Elektrisk leder Elektrisk isolator Triboelektrisk effekt Electrostatic discharge ESD Elektrostatisk induktion Coulombs lov Gauss lov Elektrisk flux Elektrisk potentiale Elektrisk dipolmoment PolarisationstaethedMagnetostatikAmperes lov Curies lov Magnet Magnetfelt Magnetisering Magnetisk flux Elektrisk strom Biot Savarts lov Magnetisk dipolmoment Gauss lov om magnetismeKlassisk elektromagnetismeVakuum Lorentz kraftlov Elektromagnetisk induktion Elektromotorisk kraft Faradays induktionslov Lenz lov Forskydningsstrom Maxwells ligninger Elektromagnetisk felt Elektromagnetisk straling Poynting vektor Maxwell tensor Lienard Wiechert potentiale Jefimenkos ligninger HvirvelstromElektronisk kredslobElektrisk leder Spaending Resistans Ohms lov Seriekredslob Parallelkredslob Jaevnstrom Vekselstrom Kapacitans Induktans Impedans Resonantrum BolgelederKovariant formuleringElektromagnetisk tensor Stress energi tensor Fire strom Elektromagnetisk fire potentialeVidenskabsmaendAmpere Coulomb Faraday Gauss Heaviside Henry Hertz Lorentz Maxwell Tesla Volta Weber Orstedvdr Generelt klassificeres elektromagnetisk straling ved sin bolgelaengde her naevnt fra laengste til korteste eller frekvens fra laveste til hojeste i radio mikrobolger infrarodt lys synligt lys ultraviolet lys rontgen og gammastraler Den detaljerede klassifikation er i artiklen Det elektromagnetiske spektrum Enhver elektrisk ladning som accelereres udsender elektromagnetisk straling Nar enhver ikke ohmsk afsluttet elektrisk ledning eller andet ledende objekt som f eks en radioantenne leder vekselstromsenergi udstrales elektromagnetisk straling med samme fase og frekvens som vekselstrommens Indholdsfortegnelse 1 Energi og impuls 2 Udledning af den elektromagnetiske bolge 3 Fodnoter 4 Se ogsa 5 Eksterne henvisningerEnergi og impuls RedigerAfhaengigt af omstaendighederne kan elektromagnetisk straling opfore sig som bolger eller som partikler Som en bolge karakteriseres elektromagnetisk straling ved en hastighed amplitude og frekvens evt bolgelaengde Nar elektromagnetisk straling betragtes som partikler ogsa kendt som fotoner har hver foton en energi som er relateret til bolgens frekvens og den er givet ved Plancks relation E hn hvor E er fotonens energi h er Plancks konstant 6 626 10 34 J s n er bolgens frekvens Fotoner besidder ogsa impuls og noget af denne impuls overfores til det objekt som absorberer eller reflekterer fotonen Denne effekt soges benyttet i solsejl Jf den specielle relativitetsteori gaelder der mellem en fotons energi og impuls sammenhaengen E p c displaystyle E pc hvor E er fotonens energi p er impulsen og konstanten c er lysets hastighed 1 Alment betyder det at jo storre frekvens jo kortere bolgelaengde desto mere energi er der i stralingen Man inddeler derfor straling i straling med lav energi ogsa kaldet ikke ioniserende straling og straling med hoj energi ogsa kaldet ioniserende straling Den ioniserende del af det elektromagnetiske spektrum er hojfrekvent ultraviolet lys rontgen og gammastraler Udledning af den elektromagnetiske bolge RedigerAt lys i virkeligheden kan ses som en elektromagnetisk bolge blev vist teoretisk af James Clerk Maxwell ud fra hans fundamentale love for elektromagnetisme For at vise at de elektriske E displaystyle vec E og magnetiske B displaystyle vec B felter kan opfore sig som bolger skal de overholde bolgeligningen givet ved 2 u 1 c 2 2 u t 2 displaystyle nabla 2 vec u frac 1 c 2 frac partial 2 vec u partial t 2 hvor u displaystyle vec u er bolgens udsving og 2 displaystyle nabla 2 er Laplace operatoren Hvor der ikke er nogen elektriske ladninger dvs i et vakuum reducerer Maxwells ligninger til E 0 displaystyle nabla cdot vec E 0 B 0 displaystyle nabla cdot vec B 0 E B t displaystyle nabla times vec E frac partial vec B partial t B m 0 e 0 E t displaystyle nabla times vec B mu 0 varepsilon 0 frac partial vec E partial t Det kan allerede her ses at E feltet og B feltet opforer sig pa samme made sa hvis en kan opforer sig som en bolge kan den anden ogsa For at opna bolgeligningen tages forst rotationen pa den tredje ligning E B t displaystyle nabla times nabla times vec E nabla times frac partial vec B partial t Rotationen til en rotation giver E 2 E B t displaystyle nabla nabla cdot vec E nabla 2 vec E nabla times frac partial vec B partial t Da divergensen til E feltet er lig nul jf den forste ligning giver dette 2 E t B displaystyle nabla 2 vec E frac partial partial t nabla times vec B Rotationen til B feltet er givet ved Maxwells fjerde ligning 2 E t m 0 e 0 E t displaystyle nabla 2 vec E frac partial partial t left mu 0 varepsilon 0 frac partial vec E partial t right eller 2 E m 0 e 0 2 E t 2 displaystyle nabla 2 vec E mu 0 varepsilon 0 frac partial 2 vec E partial t 2 Det elektriske felt kan altsa opfore sig som en bolge Det ses at bolgens hastighed folgelig ma vaere c 1 m 0 e 0 displaystyle c frac 1 sqrt mu 0 varepsilon 0 Det viser sig at dette netop er lysets hastighed Historisk var det en staerk indikation pa at lys er elektromagnetisk straling Hvis samme fremgangsmade folges for B feltet fremkommer en tilsvarende bolgeligning 2 B m 0 e 0 2 B t 2 displaystyle nabla 2 vec B mu 0 varepsilon 0 frac partial 2 vec B partial t 2 Energien i en elektromagnetisk bolge bevaeger sig i retningen langs med Poynting vektoren S displaystyle vec S Den er proportional med krydsproduktet mellem det elektriske felt og magnetfeltet 2 S 1 m 0 E B displaystyle vec S frac 1 mu 0 vec E times vec B Fodnoter Rediger Dam Mogens Relativistisk mekanik Introduktion til den specielle relativitetsteori Arkiveret 31 maj 2013 hos Wayback Machine 7 udgave Niels Bohr Instituttet 2007 Kobenhavn s 98 Hentet d 16 januar 2013 Halliday David Krane Kenneth S Resnick Robert 2002 38 6 Energy Transport and the Poynting Vector Physics engelsk 2 5 udgave John Wiley amp Sons Inc s 870 ISBN 978 0 471 40194 0 Se ogsa RedigerOrbitalt impulsmoment bolge Solenergi X enhed EllipsometriEksterne henvisninger Rediger Wikimedia Commons har medier relateret til Elektromagnetisk stralingExploring the electromagnetic spectrums Arkiveret 25 november 2003 hos Wayback MachineHentet fra https da wikipedia org w index php title Elektromagnetisk straling amp oldid 10626829, wikipedia, wiki, bog, bøger, bibliotek,

artikel

, læs, download, gratis, gratis download, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, billede, musik, sang, film, bog, spil, spil.