Pojam elektromagnetski val opisuje način na koji se elektromagnetsko zračenje (EMR) kreće kroz prostor. Različiti oblici EMR-a razlikuju se po valnim duljinama koje variraju od mnogo jardi (metara) do udaljenosti manjih od promjera atomske jezgre. Cijeli raspon, u opadajućem redoslijedu valne duljine, ide od radio valova preko mikrovalova, vidljive svjetlosti, ultraljubičastih i rendgenskih zraka do gama zraka i poznat je kao elektromagnetski spektar. Elektromagnetski valovi imaju brojne primjene, kako u znanosti tako iu svakodnevnom životu.
Svjetlosni valovi
U mnogim aspektima, elektromagnetski val ponaša se slično valovima na vodi ili zvuku koji putuje kroz medij kao što je zrak. Na primjer, ako se svjetlo obasjava na ekran kroz barijeru s dva uska proreza, vidi se uzorak svijetlih i tamnih pruga. To se zove interferencijski uzorak: gdje se vrhovi valova iz jednog proreza susreću s onima iz drugog, oni se međusobno pojačavaju, tvoreći svijetlu prugu, ali gdje se vrh susreće s koritom, poništavaju se, ostavljajući tamnu prugu. Svjetlost se također može savijati oko prepreke, poput razbijača oceana oko lučkog zida: to je poznato kao difrakcija. Ovi fenomeni pružaju dokaz o valovitoj prirodi svjetlosti.
Dugo se pretpostavljalo da, poput zvuka, svjetlost mora putovati kroz neku vrstu medija. To je dobilo naziv “eter”, ponekad napisano kao “eter”, i smatralo se da je nevidljivi materijal koji ispunjava prostor, ali kroz koji su čvrsti objekti mogli nesmetano prolaziti. Eksperimenti osmišljeni za otkrivanje etera po njegovom učinku na brzinu svjetlosti u različitim smjerovima nisu uspjeli pronaći nikakve dokaze za to, a ideja je konačno odbačena. Bilo je očito da svjetlost i drugi oblici EMR-a ne zahtijevaju nikakav medij i da mogu putovati kroz prazan prostor.
Valna duljina i frekvencija
Baš kao i oceanski val, elektromagnetski val ima vrhove i padove. Valna duljina je udaljenost između dvije identične točke vala od ciklusa do ciklusa, na primjer, udaljenost između jednog vrha ili vrha i sljedećeg. EMR se također može definirati u smislu njegove frekvencije, što je broj vrhova koji prolaze u određenom vremenskom intervalu. Svi oblici EMR putuju istom brzinom: brzinom svjetlosti. Stoga frekvencija u potpunosti ovisi o valnoj duljini: što je valna duljina kraća, to je frekvencija viša.
energija
EMR kraće valne duljine ili veće frekvencije nosi više energije od duljih valnih duljina ili nižih frekvencija. Energija koju prenosi elektromagnetski val određuje kako on utječe na materiju. Radio valovi niske frekvencije blago ometaju atome i molekule, dok mikrovalovi uzrokuju da se oni snažnije kreću: materijal se zagrijava. X-zrake i gama-zrake imaju mnogo više udarca: mogu razbiti kemijske veze i izbaciti elektrone iz atoma, tvoreći ione. Zbog toga se opisuju kao ionizirajuće zračenje.
Postanak elektromagnetskih valova
Odnos između svjetlosti i elektromagnetizma uspostavio je rad fizičara Jamesa Clerka Maxwella u 19. stoljeću. To je dovelo do proučavanja elektrodinamike, u kojoj se elektromagnetski valovi, poput svjetlosti, smatraju smetnjama ili “mreškanjem” u elektromagnetskom polju, nastalim kretanjem električno nabijenih čestica. Za razliku od nepostojećeg etera, elektromagnetno polje je jednostavno sfera utjecaja nabijene čestice, a ne opipljiva, materijalna stvar.
Kasniji rad, početkom 20. stoljeća, pokazao je da EMR također ima svojstva slična česticama. Čestice koje čine elektromagnetsko zračenje nazivaju se fotoni. Iako se čini kontradiktornim, EMR se može ponašati kao valovi ili kao čestice, ovisno o vrsti eksperimenta koji se provodi. Ovo je poznato kao dualnost val-čestica. To se također odnosi na subatomske čestice, cijele atome, pa čak i prilično velike molekule, a sve se to ponekad može ponašati kao valovi.
Dualnost val-čestica pojavila se kako se razvijala kvantna teorija. Prema ovoj teoriji, “val” predstavlja vjerojatnost pronalaska čestice, kao što je foton, na određenom mjestu. Priroda čestica slična valu i priroda valova nalik česticama doveli su do velike znanstvene rasprave i nekih zapanjujućih ideja, ali ne i općeg konsenzusa o tome što to zapravo znači.
U kvantnoj teoriji, elektromagnetsko zračenje nastaje kada subatomske čestice oslobađaju energiju. Na primjer, elektron u atomu može apsorbirati energiju, ali se na kraju mora spustiti na nižu energetsku razinu i osloboditi energiju kao EMR. Ovisno o tome kako se promatra, ovo zračenje se može pojaviti kao čestica ili kao elektromagnetski val.
Koristi
Velik dio moderne tehnologije ovisi o elektromagnetskim valovima. Radio, televizija, mobilni telefoni i internet oslanjaju se na prijenos radiofrekventne EMR putem zračnih, svemirskih ili optičkih kabela. Laseri koji se koriste za snimanje i reprodukciju DVD-a i audio CD-a koriste svjetlosne valove za pisanje i čitanje s diskova. Rendgenski aparati su bitan alat u medicini i sigurnosti zračnih luka. U znanosti, naše znanje o svemiru uglavnom dolazi iz analize svjetlosti, radio valova i X-zraka udaljenih zvijezda i galaksija.
opasnosti
Ne smatra se da su elektromagnetski valovi niske energije, kao što su radio valovi, štetni. Međutim, pri višim energijama EMR predstavlja rizik. Ionizirajuće zračenje, kao što su X-zrake i gama-zrake, mogu ubiti ili oštetiti žive stanice. Oni također mogu promijeniti DNK, što može dovesti do raka. Rizik za pacijente od medicinskih rendgenskih zraka smatra se zanemarivim, ali radiografi, koji su im redovito izloženi, nose olovne pregače – u koje rendgenske zrake ne mogu prodrijeti – kako bi se zaštitile. Ultraljubičasto svjetlo, prisutno na sunčevoj svjetlosti, može uzrokovati opekline od sunca, a može uzrokovati i rak kože ako je prekomjerno izlaganje.