Fagartikkel

Elektromagnetiske bølger

At synlig lys består av lys med forskjellige farger og bølgelengder, er vi godt kjent med. Men at radiobølger og gammastråling i bunn og grunn tilhører samme bølgefamilie, er ikke like opplagt. Dette forutsa James Maxwell ut fra likningene sine i 1865. Ettertiden viste at han hadde rett.

Hvitt lys brytes i alle regnbuens farger gjennom et glassprisme. Rødt lys brytes minst og fiolett mest. Animasjon. — Hvitt lys består av lys i alle regnbuens farger som brytes ulikt gjennom et glassprisme. Fiolett lys, som har kortest bølgelengde og høyest frekvens, brytes mest. Bilde: Lucas V. Barbosa / CC0

Hva er elektromagnetiske bølger, og hvordan oppstår de?

Hvis du gnir en ballong mot håret ditt, vet du at den blir elektrisk. Hvis du holder ballongen mot underarmen din, kjenner du at det er noe der, selv om du ikke er borti ballongen. Da merker du det fysikere kaller det elektriske feltet rundt ballongen. Dersom du beveger på ballongen, beveger du også dette feltet, og disse forstyrrelsene brer seg ut i rommet som elektromagnetiske bølger.

I denne simuleringen kan du se hvordan ballongen får det elektriske feltet til å endre seg:

Egenskaper til elektromagnetiske bølger

Når så ulike fenomener som gammastråling, synlig lys og radiobølger blir plassert i samme «familie», er det fordi de har viktige felles egenskaper.

Elektromagnetiske bølger kan gå gjennom tomt rom (vakuum). Dette skiller elektromagnetiske bølger fra andre bølger, som lyd og bølger på vann. De må ha noe å forplante seg i.
Alle elektromagnetiske bølger har samme fart, lysfarten, i tomt rom. Lysfarten har symbol c og er 300 000 km/s i tomt rom og luft. Men dersom elektromagnetiske bølger går i et annet stoff, er ikke farten den samme for alle bølgelengder.
Energien i elektromagnetiske bølger øker med proporsjonalt med frekvensen. Dvs. at energien = konstant $\cdot$ frekvensen, og dermed vet vi at strålingen som har høyest frekvens (eller kortest bølgelengde) er mest energirik.

Her ser du hva det elektromagnetiske spekteret består av, og hvilke bølgelengder de ulike delene har.

Plansje som viser bølgelengder til et spekter av elektromagnetisk stråling fra radiobølger til gammastråling. Illustrasjon. — Bilde: Bjørn Norheim / CC BY-NC-ND 4.0

Sammenheng mellom frekvens og bølgelengde for EM-bølger

Som du kanskje husker, er sammenhengen mellom frekvens, bølgelengde og fart slik $v = λ \cdot f$ , der v er fart, λ er bølgelengden og f er frekvensen.

Siden farten til de elektromagnetiske bølgene er c, får vi at $c = λ \cdot f$

Siden c er konstant, kan vi nå enkelt veksle mellom frekvens og bølgelengde $λ = \frac{c}{f}$ og $f = \frac{c}{λ}$

Regneeksempel

Oransje lys kan ha en bølgelengde på 600 nm i luft. Hvilken frekvens vil det ha? Først må du sørge for at alle tall er skrevet som 10-potenser.

Her har vi at

bølgelengden er λ = 600 · 10⁻⁹ m = 6,00 · 10⁻⁷ m
bølgefarten er lysfarten c = 3,00 · 10⁸ m/s

Vi skal finne frekvensen, og dermed får vi

$f = \frac{c}{λ} = \frac{3, 00 \cdot 10^{8} m / s}{6, 00 \cdot 10^{- 7} m}$

Dette kan du selvfølgelig trykke rett inn i en kalkulator for å få svaret. Men erfaring viser at det veldig lett oppstår feil med denne typen regnestykker på kalkulatoren. Derfor er det veldig lurt å bruke det du har lært om potensregning, og regne ut 10-potensen for seg, som vi viser her:

$f = \frac{3, 00 \cdot 10^{8} m / s}{6, 00 \cdot 10^{- 7} m} = \frac{3, 00}{6, 00} \cdot 10^{8 - (- 7)} s^{- 1}$

$f = 0, 500 \cdot 10^{15} H z = 5, 00 \cdot 10^{14} H z$

Merk deg

Potensregel: Eksponenten i nevneren må trekkes fra eksponenten i telleren.
Regning med enheter: $\frac{m / s}{m} = \frac{m}{s \cdot m} = \frac{1}{s} = s^{- 1} = 1 H z$
Sammenhengen mellom eksponenten og tallet foran 10-potensen $0, 500 \cdot 10^{15} = 5, 00 \cdot 10^{14}$

Hva er elektromagnetiske bølger, og hvordan oppstår de?

Egenskaper til elektromagnetiske bølger

Sammenheng mellom frekvens og bølgelengde for EM-bølger

Regler for bruk av teksten "Elektromagnetiske bølger"