Fény és az elektromágneses spektrum
Energia a Napból
A Földön található energia szinte teljes egészében (99,97%) a Napból származik. Ez a Föld felszínének minden négyzetméterére átlagosan 340 joule/másodperc.
A napenergia atomenergia. A Napban lejátszódó fúziós reakciókból származik. A fúziós reakcióban két kis atommag egyesül, hogy egy nagyobb atom magját alkossák. A folyamat során némi tömeg energiává alakul át. Az alábbiakban egy tipikus fúziós reakciót mutatunk be. A hidrogén egy izotópja, a deutérium vagy 2H, egyesül egy másik hidrogénizotóppal, a tríciummal vagy 3H-val, héliumot és egy neutront alkotva.
A deutérium atommagja 1 protonból és 1 neutronból áll, atommagtömege pontosan 2,0 atomi tömegű. A tríciumnak 1 protonja és 2 neutronja van (3,0 amu). A héliummag tömege 3,98 amu, a szabad neutroné pedig 1,0 amu. Ebben a reakcióban némi tömeg, 0,02 amu, energiává alakul át.
Memlékezzünk, hogy a joule (J) az energia szabványos mértékegysége. Bármely más energiaegységet átválthatunk joule-ra vagy kilojoule-ra (kJ). Számos online átváltó program segít a számításokban. Például 1 joule egyenlő 1 (kilogramm)(méter)2/(másodperc)2.
A legutóbbi előadáson láthattad, hogy a Nap, mint minden más forró tárgy, diszkrét “sugarakban” bocsátja ki energiáját, amelyeknek egyes tulajdonságai a részecskék, mások pedig a hullámok tulajdonságai. Ezt elektromágneses sugárzásnak nevezzük.
A sugárzás energiáinak eloszlása hasonlít az atomok és molekulák mozgási energiáinak eloszlásához egy anyagban. Az energiaeloszlások legtöbb grafikonja hasonló alakú.
Megjegyezzük, hogy a látható fény tartományában a sugárzás közel van a Nap spektrumának átlagos energiájához, de ennél jóval több és kevesebb energiájú sugárzás is van.
Te is sugárzol energiát. Egy körülbelül 310 K hőmérsékletű test sugárzása az infravörös tartományba tartozik.
Elektromágneses sugárzás
Az elektromágneses sugárzás az a fajta energia, amely magában foglalja a fényt, a hőt és a röntgensugárzást. Szinuszos hullámmodellel írható le, ahol a sugárzás tulajdonságai a hullám hullámhosszától, frekvenciájától és egyéb paramétereitől függnek. Bizonyos célokra célszerűbb az energiát fotonoknak nevezett fényrészecskék áramaként leírni, ahol a fotonok energiája arányos a sugárzás frekvenciájával.
Az elektromágneses sugárzás hullámtulajdonságai:
- Amplitúdó (A): A hullám magassága
- Hullámhossz (λ): A hullám két csúcsa közötti távolság
- A hullámhegy és a hullámvölgy: A hullám legmagasabb, illetve legalacsonyabb pontja
- A fény sebessége ( c ): A vákuumban haladó sugárzás sebessége. Ez a mennyiség az elektromágneses sugárzás minden formájára azonos, a röntgensugárzástól a fényen át a rádióhullámokig, és egy adott szállító közegen belül állandó. 2,99792 x 108 m/s a fénysebesség vákuumban. A fény sebessége a levegőben csak 0,03%-kal lassabb, és a c-t mindkét közegben általában egyszerűen 3,00 x 108 m/s-ra kerekítik.
- Frekvencia (ν): A másodpercenként egy meghatározott ponton áthaladó hullámok száma
- Periódus (T): Az a másodpercek száma, amely alatt egy hullám áthalad egy fix ponton
- ν = 1/T – A hullám frekvenciája a periódus reciproka.
- λ ν = c (vagy ν = c/λ) – A frekvencia és a hullámhossz szorzata a fénysebesség. Alternatívaként a hullám frekvenciája fordítottan arányos a sebességgel.
- E = hν = hc/λ , ahol h a Planck-állandó, 6,626 x 10-34 – A sugárzás energiája egyenlő a Plank-állandó és a sugárzás frekvenciájának szorzatával.
Az elektromágneses spektrum
Bár az elektromágneses sugárzás minden hulláma fénysebességgel terjed, a különböző hullámtípusok hullámhossza, frekvenciája és energiája jelentősen eltér egymástól. Minél rövidebb a sugárzás hullámhossza, annál nagyobb a frekvenciája és annál nagyobb az energiája. Az elektromágneses spektrum a legrövidebb hullámhosszú, legnagyobb frekvenciájú és legnagyobb energiájú gamma (γ) sugárzástól a leghosszabb hullámhosszú, legkisebb frekvenciájú és energiájú rádióhullámokig terjed.
Az ultraibolya fény (UV) három tartományra osztható:
- UV A, hullámhossz = 400 – 320 nm
- UV B, hullámhossz = 320 – 280 nm
- UV C, hullámhossz =
A látható fény 750 nm (vörös) és 400 nm (ibolya) között van. Emlékszik Roy G. Bivre?VisszaCompassTablesIndexIntroductionNext