Licht en het elektromagnetisch spectrum
Energie van de zon
Nagenoeg alle energie (99,97%) die we op aarde hebben, is afkomstig van de zon. Dit komt neer op een gemiddelde van 340 joule/seconde voor elke vierkante meter van het aardoppervlak.
Zonne-energie is kernenergie. Zij is afkomstig van de fusiereacties die in de zon plaatsvinden. Bij een fusiereactie smelten twee kleine kernen samen tot de kern van een groter atoom. Daarbij wordt wat massa omgezet in energie. Hieronder zie je een typische fusiereactie. Een isotoop van waterstof, deuterium of 2H, versmelt met een andere isotoop van waterstof, tritium of 3H, tot helium en een neutron.
De deuteriumkern bestaat uit 1 proton en 1 neutron met een atoommassa van precies 2,0. Tritium heeft 1 proton en 2 neutronen (3,0 amu). De heliumkern heeft een massa van 3,98 amu en het vrije neutron is 1,0 amu. Bij deze reactie wordt wat massa, 0,02 amu, omgezet in energie.
Bedenk dat de joule (J) de standaardeenheid van energie is. We kunnen elke andere eenheid van energie omzetten in joules of kilojoules (kJ). Er zijn veel online conversieprogramma’s om te helpen met de berekeningen. Bijvoorbeeld 1 joule is gelijk aan 1 (kilogram)(meter)2/(seconden)2.
In de laatste lezing heb je gezien dat de zon, net als elk ander heet voorwerp, zijn energie afgeeft in discrete “stralen” die sommige eigenschappen van deeltjes en sommige eigenschappen van golven hebben. We noemen het elektromagnetische straling.
Er is een verdeling van energieën van de straling die lijkt op de verdeling van kinetische energieën van atomen en moleculen in een stof. De meeste grafieken van energieverdelingen hebben een soortgelijke vorm.
Merk op dat straling in het zichtbare lichtgebied dicht bij de gemiddelde energie voor het zonnespectrum ligt, maar dat er heel wat straling is die energieker en minder energiek is dan dit.
U straalt ook energie uit. De straling van een lichaam van ongeveer 310 K bevindt zich in het infrarode bereik.
Electromagnetische straling
Electromagnetische straling is het soort energie dat licht, warmte en röntgenstraling omvat. Het kan worden beschreven met behulp van een sinusoïdaal golfmodel, waarbij de eigenschappen van de straling afhangen van de golflengte, frequentie en andere parameters van de golf. Voor sommige doeleinden is het zinvoller de energie te beschrijven als een stroom van lichtdeeltjes, fotonen genaamd, waarbij de energie van de fotonen evenredig is met de frequentie van de straling.
Golfeigenschappen van elektromagnetische straling:
- Amplitude (A): De hoogte van de golf
- Golflengte (λ): De afstand tussen twee kammen van de golf
- Top en dal: De hoogste en laagste punten, respectievelijk, van een golf
- Lichtsnelheid ( c ): De snelheid van straling als deze door een vacuüm reist. Deze grootheid is dezelfde voor alle vormen van elektromagnetische straling, van röntgenstraling tot licht tot radiogolven, en is constant binnen een bepaald transportmedium.De lichtsnelheid in vacuüm is 2,99792 x 108 m/s. De lichtsnelheid in lucht is slechts 0,03% langzamer, en c in beide media wordt meestal gewoon afgerond op 3,00 x 108 m/s.
- Frequentie (ν): Het aantal golven dat per seconde een vast punt passeert
- Periode (T): Het aantal seconden dat een golf nodig heeft om een vast punt te passeren
- ν = 1/T – De frequentie van de golf is de reciproke van de periode.
- λ ν = c (of ν = c/λ) – het product van frequentie en golflengte is de snelheid van het licht. Een andere mogelijkheid is dat de frequentie van een golf omgekeerd evenredig is met de snelheid.
- E = hν = hc/λ , waarbij h de constante van Planck is, 6,626 x 10-34 – De energie van de straling is gelijk aan de constante van Plank vermenigvuldigd met de frequentie van de straling.
Het elektromagnetisch spectrum
Hoewel alle golven van elektromagnetische straling zich met de snelheid van het licht voortbewegen, hebben de verschillende soorten golven zeer verschillende golflengten, frequenties en energieën. Hoe korter de golflengte van de straling, hoe groter de frequentie en hoe groter de energie. Het elektromagnetisch spectrum varieert van gammastraling (γ), die de kortste golflengte, de hoogste frequentie en de grootste energie heeft, tot radiogolven, die de langste golflengte en de laagste frequentie en energie hebben.
Ultraviolet licht (UV) wordt in drie gebieden verdeeld:
- UV A, golflengte = 400 – 320 nm
- UV B, golflengte = 320 – 280 nm
- UV C, golflengte =
Zichtbaar licht bevindt zich tussen 750 nm (rood) en 400 nm (violet). Herinnert u zich Roy G. Biv nog?TerugCompassTablesIndexIntroductionNext