Spectru electromagnetic
Razele X și razele gamma, precum lumina vizibilă, fac parte din spectrul electromagnetic sau din spectrul de unde electromagnetice.
Aceasta înseamnă totalitatea tuturor undelor electromagnetice de diferite energii. Spectrul este împărțit în diferite zone pentru o mai bună diferențiere.
Această clasificare este arbitrară și, din motive istorice, se bazează pe lungimea de undă din gama de energie scăzută. În fiecare caz, lungimile de undă variază pe mai multe ordine de mărime cu proprietăți similare sunt grupate în categorii precum lumina, unde radio etc. O subdiviziune poate fi făcută și în funcție de frecvența sau energia fotonului individual (vezi mai jos). Cu lungimi de undă foarte scurte, corespunzător cuantice ridicate, o clasificare în funcție de energie este comună.
Dispuse în funcție de creșterea frecvenței și astfel scăderea lungimii de undă, cele mai lungi unde sunt la începutul spectrului, ale cărui lungimi de undă sunt de mulți kilometri. La sfârșit există raze gamma cu unde foarte scurte și, prin urmare, cu energie mare, a căror lungime de undă se extinde în ordine de mărime atomice.
Conversia de la lungimea de undă la o frecvență f se face folosind formula simplă, adică viteza luminii (în mediul respectiv) împărțită la lungimea de undă.
În anumite privințe, undele electromagnetice se comportă ca un flux de particule numite fotoni. Această abordare este necesară pentru a explica unele fenomene fizice, cum ar fi efectul fotoelectric. Fiecare foton poartă o energie proporțională cu frecvența. Constanta este cuantumul de acțiune al lui Planck. Energia este dată în jouli (J) și electron volți (eV).
Undele electromagnetice sunt sortate în spectrul electromagnetic în funcție de lungimea de undă.
Cel mai cunoscut și cel mai studiat exemplu de undă electromagnetică este lumina vizibilă. Reprezintă doar o mică parte a întregului spectru și, cu excepția radiației infraroșii (căldură), este singura zonă care poate fi percepută de oameni fără ajutoare tehnice.
La frecvențe mai mici, energia fotonilor este prea mică pentru a declanșa procese chimice. Ființele vii nu pot reacționa la undele radio de intensitate redusă fără ajutoare tehnice. Cu toate acestea, radiația foarte puternică a acestei lungimi de undă lungă are un efect de încălzire, deoarece este absorbită de țesut.
Cu lumina, frecvența determină culoarea luminii și nu, așa cum se presupune adesea greșit, lungimea de undă. Acest lucru devine clar atunci când se observă lumina într-un mediu optic mai dens, unde se propagă cu o viteză mai mică decât c. Frecvența nu este influențată în timpul tranziției într-un mediu optic mai dens și, prin urmare, trebuie să aibă o lungime de undă mai mică cu voce tare. Deoarece culoarea nu se schimbă în mediu, doar frecvența este caracteristică culorii luminii. Din motive istorice, totuși, lungimea de undă este încă dată în spectre ca proprietate caracteristică a luminii. Această relație între culoare și lungimea de undă se aplică atunci numai în vid (și la o bună aproximare în aer). Lumina monocromatică, adică lumina numai cu o singură lungime de undă, are întotdeauna o culoare spectrală.
Cantități mici de fotoni cu o frecvență sub 4 · 1014 Hz (lungime de undă peste 0,7 µm și energie sub 1,7 eV; în imaginea din dreapta luminii vizibile, adică microunde și unde radio) nu pot provoca reacții chimice la moleculele care apar la temperatura camerei sunt stabile. Aceasta înseamnă că puteți influența doar legăturile de hidrogen care sunt semnificativ mai slabe decât forțele de legare din cadrul unei molecule și care există doar pentru o fracțiune de secundă din cauza mișcării constante a atomilor.
La frecvențe mai mari, însă, începe gama radiațiilor ionizante (radioactivitate), în care un singur foton poate distruge moleculele. Acest efect apare deja cu radiațiile ultraviolete și este responsabil pentru formarea cancerului de piele cu expunere excesivă la soare.
Dacă energia fotonilor atinge sau depășește energia de legare a unei molecule, fiecare foton poate distruge o moleculă și pot apărea efecte biologice precum îmbătrânirea accelerată a pielii sau cancerul de piele. Energiile de legare chimică ale moleculelor stabile sunt peste aproximativ 3 eV per legare. Dacă moleculele vor fi schimbate, fotonii trebuie să aibă cel puțin această energie, care corespunde luminii violete sau radiațiilor cu frecvență mai mare.
Fotonii din razele X și razele gamma au atât de multă energie încât fiecare dintre ei poate distruge multe molecule și ioniza atomii (de la aproximativ 5 eV). De aceea se numește radiație ionizantă.
Un număr mare de fotoni cu frecvențe sub 1014 Hz, de exemplu într-un cuptor cu microunde, determină o intrare generală de energie și, astfel, o creștere a temperaturii. Ca orice altă supraîncălzire cauzată, acest lucru poate schimba structura moleculelor biologice. Acest lucru nu are nicio legătură cu proprietățile fotonilor.
Sursă: Descrierea de mai sus provine parțial din articolul Wikipedia „Undele electromagnetice”, licențiat sub CC-BY-SA.