Ljus och det elektromagnetiska spektrumet
Solens energi
Nästan all (99,97 %) energi som vi har på jorden kommer från solen. Detta motsvarar i genomsnitt 340 joule/sekund för varje kvadratmeter av jordens yta.
Solenergi är kärnenergi. Den kommer från de fusionsreaktioner som sker i solen. Vid en fusionsreaktion går två små kärnor samman och bildar kärnan i en större atom. En del massa omvandlas till energi i processen. Nedan visas en typisk fusionsreaktion. En isotop av väte, deuterium eller 2H, förenas med en annan isotop av väte, tritium eller 3H, för att bilda helium och en neutron.
Deuteriumkärnan består av 1 proton och 1 neutron med en atommassa på exakt 2,0. Tritium har 1 proton och 2 neutroner (3,0 amu). Heliumkärnan har en massa på 3,98 amu och den fria neutronen är 1,0 amu. I denna reaktion omvandlas en viss massa, 0,02 amu, till energi.
Håll dig i minnet att joule (J) är standardenheten för energi. Vi kan omvandla vilken annan energienhet som helst till joule eller kilojoule (kJ). Det finns många omräkningsprogram på nätet som hjälper till med beräkningarna. Till exempel är 1 joule lika med 1 (kilogram)(meter)2/(sekunder)2.
I förra föreläsningen såg du att solen, liksom alla andra heta föremål, avger sin energi i diskreta ”strålar” som har vissa egenskaper som partiklar och vissa egenskaper som vågor. Vi kallar det för elektromagnetisk strålning.
Det finns en fördelning av strålningens energier som liknar fördelningen av kinetiska energier hos atomer och molekyler i ett ämne. De flesta grafer över energifördelningar har en liknande form.
Märk att strålning i det synliga ljusområdet ligger nära den genomsnittliga energin för solspektrumet, men det finns en hel del strålning som är mer och mindre energirik än detta.
Du utstrålar också energi. Strålningen från en kropp på cirka 310 K ligger i det infraröda området.
Elektromagnetisk strålning
Elektromagnetisk strålning är den typ av energi som omfattar ljus, värme och röntgenstrålning. Den kan beskrivas med hjälp av en sinusformad vågmodell, där strålningens egenskaper beror på vågens våglängd, frekvens och andra parametrar. För vissa ändamål är det vettigare att beskriva energin som en ström av ljuspartiklar som kallas fotoner, där fotonernas energi är proportionell mot strålningens frekvens.
Vågegenskaper hos elektromagnetisk strålning:
- Amplitud (A): Vågens höjd
- Våglängd (λ): Avståndet mellan två toppar i vågen
- Topp och dal: Den högsta respektive lägsta punkten i en våg
- Ljusets hastighet ( c ): Strålningens hastighet när den färdas genom ett vakuum. Denna kvantitet är densamma för alla former av elektromagnetisk strålning, från röntgenstrålning till ljus till radiovågor, och är konstant inom ett visst transportmedium Ljusets hastighet i vakuum är 2,99792 x 108 m/s. Ljusets hastighet i luft är bara 0,03 % långsammare, och c i något av de båda medierna brukar bara avrundas till 3,00 x 108 m/s.
- Frekvens (ν): Antalet vågor som passerar en fast punkt per sekund
- Period (T): Antalet sekunder det tar för en våg att passera en fast punkt
- ν = 1/T – Vågens frekvens är reciproken av perioden.
- λ ν = c (eller ν = c/λ) – Produkten av frekvens och våglängd är ljusets hastighet. Alternativt är en vågs frekvens omvänt proportionell mot hastigheten.
- E = hν = hc/λ , där h är Planckkonstanten, 6,626 x 10-34 – Strålningens energi är lika med Planckkonstanten multiplicerad med strålningens frekvens.
Det elektromagnetiska spektrumet
Och även om alla vågor av elektromagnetisk strålning färdas med ljusets hastighet har olika typer av vågor mycket olika våglängder, frekvenser och energier. Ju kortare våglängd strålningen har, desto större är frekvensen och desto större är energin. Det elektromagnetiska spektrumet sträcker sig från gammastrålning (γ-strålning), som har den kortaste våglängden, den högsta frekvensen och den största energin, till radiovågor, som har den längsta våglängden och den lägsta frekvensen och energin.
Ultraviolett ljus (UV) delas in i tre områden:
- UV A, våglängd = 400 – 320 nm
- UV B, våglängd = 320 – 280 nm
- UV C, våglängd =
Visibelt ljus ligger mellan 750 nm (röd) och 400 nm (violett). Minns du Roy G. Biv?TillbakaKompassTabellerIndexIntroduktionNästa