elektromagnetisk stråling

Det elektromagnetiske spektrum indeholder mange slags stråling. Strålingen består af bølger, hvis frekvens ν og bølgelængde λ er knyttet sammen med dispersionsrelationen ν∙λ = c, hvor c er udbredelseshastigheden i det pågældende medium (her vakuum med c = 300.000 km/s). Vores øjne kan kun detektere strålingen i det lille område, der kaldes synligt lys.

SDE.

Licens: Begrænset anvendelse

Elektromagnetisk stråling er energi og impuls, der udbredes som tidsvarierende elektriske og magnetiske felter i form af elektromagnetiske bølger.

Hastighed, kilde og udbredelse

Elektromagnetisk strålings udbredelseshastighed er næsten 300.000 km/s (lyshastigheden) i det tomme rum (vakuum) og noget mindre i andre medier. Strålingen udsendes fx fra elektriske ladninger, der accelereres, ved atomare processer og fra varme stoffer.

I hele det enorme frekvensområde, som omfattes af det elektromagnetiske spektrum, kan udbredelsen af de koblede elektriske og magnetiske felter beskrives klassisk ved en simpel bølgeligning, udledt af Maxwell-ligningerne.

Energi

Energien i strålingen svinger i takt med de elektromagnetiske felter og transporteres med samme hastighed og retning som den elektromagnetiske bølge. Den tilhørende energistrøm pr. arealenhed vinkelret på udbredelsesretningen kaldes Poyntingvektoren. Middelværdien over en svingningsperiode er den elektromagnetiske strålings intensitet I (SI enhed: W/m²). Solstrålingens intensitet ved Jordens ydre atmosfære er I = 1,4 kW/m². I Danmark er den årlige middelintensitet af solindfaldet på en vandret flade 0,114 kW/m².

Hvis der er frekvensvariation, bruges de tilsvarende spektrale størrelser, fx I_ν (SI enhed: W/m² Hz), som er intensiteten pr. frekvensenhed ved en given frekvens ν. For at finde den totale intensitet I integreres I_ν over hele frekvensområdet.

Når den udstrålede energi fx ved udstrakte kilder afhænger af retningen, anvendes strålingsstrømmen pr. rumvinkelenhed i en given retning; se strålingsstyrke.

Impuls

Elektromagnetisk stråling overfører også impuls, som har samme retning som Poyntingvektoren. Når strålingen absorberes eller reflekteres ved en overflade, vil impulsændringen give anledning til et strålingstryk.

Det er ikke klart, om det er strålingstrykket eller solvinden (strøm af partikler fra Solen), der er den dominerende årsag til, at kometers haler er rettet bort fra Solen.

Kvantisering

Max Planck og Albert Einstein foreslog i hhv. 1900 og 1905, at energien i elektromagnetisk stråling er kvantiseret, dvs. består af energikvanter, hver med energien E = hν, hvor ν er strålingens frekvens, og h er en naturkonstant, Plancks konstant. Kvanterne kaldes fotoner.

Fotoner har ingen masse, de bevæger sig med lysets hastighed c og har impulsen p = E/c = h/λ, hvor λ er strålingens bølgelængde. Dette udtryk ledte i 1924 den franske fysiker Louis de Broglie til at foreslå, at en massepartikel med impulsen p omvendt kan beskrives som en bølge med bølgelængden λ = h/p (se bølge-partikel-dualitet og kvantefeltteori).

I elementarpartikelfysikken overfører fotonen den elektromagnetiske del af den elektrosvage kraft.

Læs mere i Lex

Kommentarer (3)

2. juni skrev kim sahl

Elektromagnetisk stråling, er oftest angivet ved elektronens acceleration som værende årsag til strålingen.
Imidlertid er en acceleration en bevægelsestilstand (ved en bevægelsestilstand emitteres aldrig stråling), der erstattes af en elektromagnetisk tilstandsændring = kilden til strålingen.

2. juni svarede Niels Hertel

Hej Kim
Tak for din kommentar. Det er altid godt at høre, at artiklerne bliver læst og tænkt over.
I dette tilfælde er jeg dog ikke enig med dig:
I fx en elektronsynkrotron er elektronerne udsat for centripetalacceleration når de afbøjes i maskinens magneter, og der udsendes derved elektromagnetisk stråling. Ved denne udsendelse mister elektronerne energi, der svarer til energien af den udsendte stråling, så jeg synes det er korrekt at sige, at det er elektronerne der udsender den.
Jeg er i øvrigt lidt i tvivl om, hvad du mener med bevægelsestilstand, Jeg opfatter selv dette ord som en tilstand, hvor der ikke er ydre kræfter på partiklen. Men det er der jo under en acceleration. Se fx artiklen om inertiens lov.
Du må meget gerne præcisere din kommentar, hvis du ikke er tilfreds med dette svar.
Med venlig hilsen
Niels Hertel
fagansvarlig.

3. juni skrev kim sahl

Hej Niels Hertel
Jo, jeg er tilfreds med ovennævnte svar - forstået som et forventeligt svar der flugter med en sædvanlig angivelse af tidens teoretiske fysik.
Altid må vi dog være opmærksom på at Naturen går sine egne veje, flintrende ligeglad med hvad vi måtte mene eller ikke mene;
det er så op til den vaskeægte nørd at forsøge at afdække Natures både komplekse samt ligefremme og simple "væsen".
- Nå vi kom vist (tilsyneladende) bort fra emnet:
I Bohrs atomteori 1913 befinder elektronen sig åbenlyst i henholdsvis "uforstyrrede" tilstande eller elektronerne "forstyrres" i en ageren kaldet tilstandsændringer (emission henholdsvis absorption). Når elektronen snurrer rundt i vores maskiner (ofte kaldet acceleratorer) udsender de aldrig stråling i deres uforstyrrede tilstande (= bevægelsestilstande, kaldet kvantetilstande), men et skifte i denne tilstand = en tilstandsændring, eksempelvis et magnetfeltskift, afstedkommer - og undskyld det lange svar - strålingens emission.

En acceleration er en bevægelsestilstand der aldrig = en ændring af tilstanden (ligesom en inertiel bevægelse ligeledes er en bevægelsestilstand der ej heller = en ændring af tilstanden).
Venlige hilsner fra Kim Sahl

Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

Fagansvarlig for Elektromagnetisme, elektron- og ionoptik

Niels Hertel

Acceleratorfysiker, ph.d., Aarhus Universitet