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Was ist elektromagnetische Strahlung?

Elektromagnetische Strahlung ist autarke Energie mit elektrischen und magnetischen Feldkomponenten. Elektromagnetische Strahlung wird üblicherweise als „Licht“, EM, EMR oder elektromagnetische Wellen bezeichnet. Die Wellen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit durch ein Vakuum aus. Die Schwingungen der elektrischen und magnetischen Feldkomponenten sind senkrecht zueinander und zu der Richtung, in die sich die Welle bewegt. Die Wellen können nach ihren Wellenlängen. Frequenzen oder Energie charakterisiert werden .

Pakete oder Quanten elektromagnetischer Wellen werden Photonen genannt. Photonen haben keine Ruhemasse, aber sie haben einen Impuls oder eine relativistische Masse, so dass sie wie normale Materie immer noch von der Schwerkraft beeinflusst werden. Elektromagnetische Strahlung wird jedes Mal emittiert, wenn geladene Teilchen beschleunigt werden.

 

Das elektromagnetische Spektrum

Das elektromagnetische Spektrum umfasst alle Arten elektromagnetischer Strahlung. Von der längsten Wellenlänge / niedrigsten Energie bis zur kürzesten Wellenlänge / höchsten Energie ist die Reihenfolge des Spektrums Radio, Mikrowelle, Infrarot, sichtbar, Ultraviolett, Röntgen und Gammastrahl. Eine einfache Möglichkeit, sich an die Reihenfolge des Spektrums zu erinnern, ist die Verwendung der Mnemonik “ R abbits M ate I n V ery U nusual e X pensive G ardens“.

  • Radiowellen werden von Sternen ausgesendet und vom Menschen erzeugt, um Audiodaten zu übertragen.
  • Mikrowellenstrahlung wird von Sternen und Galaxien emittiert. Es wird mithilfe der Radioastronomie (einschließlich Mikrowellen) beobachtet. Menschen verwenden es, um Lebensmittel zu erhitzen und Daten zu übertragen.
  • Infrarotstrahlung wird von warmen Körpern, einschließlich lebender Organismen, abgegeben. Es wird auch von Staub und Gasen zwischen Sternen emittiert.
  • Das sichtbare Spektrum ist der winzige Teil des Spektrums, der vom menschlichen Auge wahrgenommen wird. Es wird von Sternen, Lampen und einigen chemischen Reaktionen emittiert.
  • Ultraviolette Strahlung wird von Sternen, einschließlich der Sonne, emittiert. Zu den gesundheitlichen Auswirkungen einer Überbelichtung zählen Sonnenbrand, Hautkrebs und Katarakte.
  • Heiße Gase im Universum senden Röntgenstrahlen aus. Sie werden vom Menschen für die diagnostische Bildgebung erzeugt und verwendet.
  • Das Universum sendet Gammastrahlung aus. Es kann für die Bildgebung genutzt werden, ähnlich wie Röntgenstrahlen verwendet werden.

 

Ionisierende versus nichtionisierende Strahlung

Elektromagnetische Strahlung kann als ionisierende oder nichtionisierende Strahlung eingestuft werden. Ionisierende Strahlung hat genügend Energie, um chemische Bindungen aufzubrechen und Elektronen genügend Energie zu geben, um ihren Atomen zu entweichen und Ionen zu bilden. Nichtionisierende Strahlung kann von Atomen und Molekülen absorbiert werden. Während die Strahlung Aktivierungsenergie liefern kann. um chemische Reaktionen auszulösen und Bindungen aufzubrechen, ist die Energie zu niedrig, um ein Entweichen oder Einfangen von Elektronen zu ermöglichen. Strahlung, die energetischer ist als ultraviolettes Licht, ionisiert. Strahlung, die weniger energetisch ist als ultraviolettes Licht (einschließlich sichtbares Licht), ist nicht ionisierend. Kurzwelliges ultraviolettes Licht ionisiert.

 

Entdeckungsverlauf

Wellenlängen des Lichts außerhalb des sichtbaren Spektrums wurden Anfang des 19. Jahrhunderts entdeckt. William Herschel beschrieb 1800 Infrarotstrahlung. Johann Wilhelm Ritter entdeckte 1801 ultraviolette Strahlung. Beide Wissenschaftler entdeckten das Licht mit einem Prisma, um das Sonnenlicht in seine Wellenlängenkomponenten aufzuteilen. Die Gleichungen zur Beschreibung elektromagnetischer Felder wurden von James Clerk Maxwell in den Jahren 1862-1964 entwickelt. Vor James Clerk Maxwells einheitlicher Theorie des Elektromagnetismus glaubten Wissenschaftler, Elektrizität und Magnetismus seien getrennte Kräfte.

 

Elektromagnetische Wechselwirkungen

Maxwells Gleichungen beschreiben vier elektromagnetische Hauptwechselwirkungen:

  1. Die Anziehungs- oder Abstoßungskraft zwischen elektrischen Ladungen ist umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung, die sie voneinander trennt.
  2. Ein sich bewegendes elektrisches Feld erzeugt ein Magnetfeld und ein sich bewegendes Magnetfeld erzeugt ein elektrisches Feld.
  3. Ein elektrischer Strom in einem Draht erzeugt ein Magnetfeld, so dass die Richtung des Magnetfelds von der Richtung des Stroms abhängt.
  4. Es gibt keine magnetischen Monopole. Magnetpole kommen paarweise, die sich ähnlich wie elektrische Ladungen anziehen und abstoßen.

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