Електромагнитен спектър
Рентгеновите и гама лъчите, като видимата светлина, са част от електромагнитния спектър или спектъра на електромагнитните вълни.
Това означава съвкупността от всички електромагнитни вълни с различни енергии. Спектърът е разделен на различни области за по-добра диференциация.
Тази класификация е произволна и поради исторически причини се основава на дължината на вълната в ниско енергийния диапазон. Във всеки случай дължината на вълната варира в рамките на няколко порядъка с подобни свойства са обобщени в категории като светлина, радиовълни и т.н. Може да се направи и подразделение според честотата или енергията на отделния фотон (виж по-долу). С много къси дължини на вълната, съответно висока квантова енергия, класификацията според енергията е често срещана.
Подредени според нарастващата честота и по този начин намаляващата дължина на вълната, най-дългите вълни са в началото на спектъра, дължините на вълните на които са много километри. В края има много късите вълни и следователно високоенергийните гама лъчи, чиято дължина на вълната се простира в атомни порядъци.
Преобразуването от дължината на вълната в честота f се извършва с простата формула, т.е. скоростта на светлината (в съответната среда), разделена на дължината на вълната.
В някои отношения електромагнитните вълни се държат като поток от частици, наречени фотони. Този подход е необходим, за да се обяснят някои физични явления като фотоелектричния ефект. Всеки фотон носи енергия, пропорционална на честотата. Константата е квантът на действие на Планк. Енергията се дава в джаули (J) и електронволта (eV).
Електромагнитните вълни се сортират в електромагнитния спектър според дължината на вълната.
Най-известният и най-изследван пример за електромагнитна вълна е видимата светлина. Той представлява само малка част от целия спектър и, с изключение на инфрачервеното лъчение (топлина), е единствената област, която може да се възприема от хората без технически помощни средства.
При по-ниски честоти енергията на фотоните е твърде ниска, за да предизвика химически процеси. Живите същества не могат да реагират на радиовълни с ниска интензивност без технически средства. Въпреки това, много силно излъчване с тази дължина на вълната има затоплящ ефект, тъй като се абсорбира от тъканта.
При светлината честотата определя цвета на светлината, а не, както често се погрешно приема, дължината на вълната. Това става ясно, когато човек наблюдава светлина в оптически по-плътна среда, където тя се разпространява с по-ниска скорост от c. Честотата не се влияе по време на прехода в оптически по-плътна среда и следователно тя трябва да има по-къса дължина на вълната силно. Тъй като цветът не се променя в средата, само честотата е характерна за цвета на светлината. По исторически причини обаче дължината на вълната все още се дава в спектрите като характерно свойство на светлината. Тогава тази връзка между цвета и дължината на вълната се прилага само във вакуум (и за добро сближаване във въздуха). Едноцветната светлина, т.е. светлината само с една дължина на вълната, винаги има спектрален цвят.
Малки количества фотони с честота под 4 · 1014 Hz (дължина на вълната над 0,7 µm и енергия под 1,7 eV; на снимката вдясно от видимата светлина, т.е. микровълни и радиовълни) не могат да предизвикат химични реакции върху молекули, които протичат при стайна температура са стабилни. Това означава, че можете да въздействате само на водородни връзки, които са значително по-слаби от силите на свързване в молекулата и които съществуват само за част от секундата поради постоянното движение на атомите.
При по-високи честоти обаче започва обхватът на йонизиращото лъчение (радиоактивност), в която един фотон може да унищожи молекули. Този ефект вече се проявява при ултравиолетовото лъчение и е отговорен за образуването на рак на кожата при прекомерно излагане на слънце.
Ако енергията на фотоните достигне или надвиши енергията на свързване на молекула, всеки фотон може да унищожи молекула и могат да настъпят биологични ефекти като ускорено стареене на кожата или рак на кожата. Химичните енергии на свързване на стабилните молекули са над около 3 eV на свързване. Ако молекулите трябва да бъдат променени, фотоните трябва да имат поне тази енергия, която съответства на виолетова светлина или по-високочестотна радиация.
Фотоните от рентгеновите и гама лъчите имат толкова много енергия, че всеки от тях може да унищожи много молекули и да йонизира атомите (от около 5 eV). Ето защо се нарича йонизиращо лъчение.
Голям брой фотони с честоти под 1014 Hz, например в микровълнова фурна, причиняват общо въвеждане на енергия и по този начин повишаване на температурата. Както всяко друго причинено прегряване, това може да промени структурата на биологичните молекули. Това няма нищо общо със свойствата на фотоните.
Източник: Горното описание идва отчасти от статията в Уикипедия „Електромагнитни вълни“, лицензирана под CC-BY-SA.