Hopp til innhald
Fagartikkel

Eigenskapar hos ulike EM-bølgjer

Radiobølgjer, mikrobølgjer, infraraudt, synleg lys, ultrafiolett, røntgenstråling og gammastråling er dei ulike kategoriane av elektromagnetiske bølgjer. Kva kjenneteiknar dei, korleis oppstår dei, og korleis møter vi dei i kvardagslivet vårt?

Radiobølgjer

Inspirert av Maxwells teoriar for elektromagnetiske bølgjer sette Heinrich Hertz i 1887 opp eit forsøk der han laga elektriske svingingar som produserte radiobølgjer. Det er bølgjer med låg frekvens og lang bølgjelengde, frå 1 meter til mange km.

Han viste at dei hadde bølgjeeigenskapar som til dømes brytning, bøyning og overlagring. Ved å lage ståande bølgjer av dei, greidde han å måle farten, og den var 300 000 km/s, – akkurat som føresagt for elektromagnetiske bølgjer!

På grunn av den lange bølgjelengda er radiobølgjer svært godt eigna til å sende signal over store avstandar. Bølgjer med korte bølgjelengder blir lett spreidde, mens radiobølgjer går uforstyrra rett fram. I tillegg kan radiobølgjer bli reflekterte av ionosfæren, 80–400 km over bakken, tilbake mot jordoverflata og dermed nå endå lenger.

Mikrobølgjer

Ved å auke svingefrekvensen i Hertz forsøk kunne ein produsere elektromagnetiske bølgjer med høgare frekvens – mikrobølgjer. Denne gruppa av elektromagnetiske bølgjer har bølgjelengder mellom 1 mm og 1 m. Du kjenner ho nok best via mikrobølgjeomnen.

Grunnen til at mat blir så raskt varma opp i ein mikrobølgjeomn, er at frekvensen til mikrobølgjene passar godt saman med frekvensen som både feitt- og vassmolekyl naturleg vil svinge med. Dermed sørgjer mikrobølgjeomnen for å «riste» på alle vassmolekyla i maten. Derfor blir maten varm fordi den inneheld vatn, mens tallerkenen (som ikkje inneheld vatn) ikkje blir det.

Utforsk mikrobølger

  • Du kan prøve å måle bølgjelengda til mikrobølgjeomnen din ved å spreie noko som smeltar (t.d. riven ost) jamt utover eit fat og setje det inn i mikrobølgjeomnen. Men pass på å fjerne det roterande fatet i omnen først! Då vil du forhåpentlegvis sjå spor av ståande bølgjer: Nokre stader har det svinga mykje (dvs. smelta), og andre stader ikkje noko (ikkje smelta).
  • Trådlause signal (Wifi) som blir sende til datamaskinar og mobiltelefonar ligg i mikrobølgjeområdet. Kva skal til for å stanse desse bølgjene?

Infraraud stråling

IR-stråling er elektromagnetisk stråling som har litt mindre energi enn synleg lys. Ho har bølgjelengder i området 700 NM til 1 mm, og dei kortaste av desse kan vi kjenne med huda. Når vi kjenner strålevarmen frå ein vedomn, er det IR-stråler som ligg ganske nær den raude delen av spekteret.

Når temperaturen til ein gjenstand stig, vil han byrje å sende ut synleg lys ved ca. 600°C. Då byrjar gjenstanden å gløde. Dette kan du til dømes observere på grillelementet i steikeomnen og på stråleomnar.

Digitale kamera kan lagast slik at dei registrerer og viser infraraude bølgjer. Dette kan til dømes utnyttast til termofotografering for å finne varmelekkasjar i eldre hus, eller til varmesøkjande kamera.

Infraraude bølgjer kjem av molekylbevegelser. Sidan molekylbevegelsane er raskare ved høgare temperaturar, vil molekyla sende ut meir og meir energirike IR-bølger ved aukande temperatur. Av same grunn vil bølgjelengda til strålinga avta når temperaturen aukar. (Hugs at låg energi svarer til lang bølgjelengde!)

Utforsk IR

Du kan prøve å gjenta forsøket William Herschel gjorde då han oppdaga IR i 1800. Han målte temperaturauken i dei ulike fargane i det synlege spekteret, og hadde i tillegg plassert eit termometer rett utanfor det synlege området som kontroll for å ha ein temperatur å samanlikne med. Då viste det seg at dette termometeret utanfor viste størst temperaturauke av alle!

Her er to engelske nettsider med tips om korleis eksperimentet kan gjennomførast

Synleg lys

Sidan synssansen vår er laga for å tolke synleg lys, har mange av eigenskapane til lys vore kjende for menneske langt tilbake i tid. Rundt år 1000 e.Kr. var prinsippa for lysbryting kjende, og i Kina, Arabia og Persia vart regnbogen riktig forklart som bryting i vassdropar. På 1200-talet hadde ein lært å slipe glas til linser og lage dei første brillene. Linsemakarane blei stadig betre, og rundt år 1600 blei både det første mikroskopet og teleskopet laga.

På 1670-talet viste Isac Newton, ved hjelp av eit prisme, at kvitt lys består av alle fargane til regnbogen. Han definerte dei 7 spektralfargane som raudt, oransje, gul, grøn, blå, indigo og fiolett.

Før 1860 hadde ein altså god kjennskap til hvordan lysstråler oppfører seg, men det eksisterte inga god forklaring på kva lys eigentleg er.

Ultrafiolett stråling

Inspirert av Herschels oppdaging av IR gjorde Johann W. Ritter forsøk på den andre sida av det synlege spekteret. I 1801 påviste han at sølvklorid (som seinare blei brukt i fotopapir) mørkna raskare utanfor det fiolette området enn inni. Altså måtte det vere stråling der! Denne strålinga blir kalla ultrafiolett stråling, sidan ho ligg utanfor det fiolette området.

UV-stråling ligg i bølgjelengdeområdet frå 10 NM til 400 NM og er delt inn i tre «fargar»: UV-A, UV-B og UV-C.

UV-A ligg nærast synleg lys og har lågast energi av dei tre, mens UV-C har høgast energi. Sollyset inneheld i utgangspunktet alle dei tre typane, men heldigvis blir tilnærma all UV-C stoppa av oksygen (O2) og ozonlaget i atmosfæren, så vi treng ikkje å bekymre oss for han. UV-A og UV-B derimot kan gjere oss solbrende og i verste tilfelle forårsake hudkreft.

Slik blir UV-C stoppa i atmosfæren, samtidig som UV-B-strålinga blir redusert

Kortbølgja UV-C-stråling (100–290 nm) blir absorbert og stoppa av oksygen (O2) og ozon (O3) i ozonlaget. Dette skjer ved at UV-C-strålinga spaltar O2-molekyl til enkeltatom av oksygen (O). Desse reagerer deretter med O2 og dannar ozon (O3). Ozonlaget blokkerer det meste av UV-B og den delen av UV-C som ikkje allereie er stoppa av vanleg oksygen.

Nedbryting og oppbygging av ozonlaget skjer heile tida.
Sjå animasjon av dette i e-førelesinga om ozonlaget.

Danning

O2 + UVC → 2O
2O + 2O2 →2O3

Nedbryting

O3 + O + UVB →2O2

Utforsk UV

Du kan teste verknaden av solkrem dersom du har ei UV-lampe. Bruk solbriller. Teikn ein figur med gul markeringstusj på ei flate, eller på hud. Observer effekten med UV-lampa. Gni litt solkrem på same område og lys på han med UV-lyset. Kva ser du? Kvifor blir det sånn?

Røntgenstråling

Røntgenstråling er elektromagnetisk stråling som er meir energirik enn UV-C og har bølgjelengder kortare enn 10 NM.

Wilhelm Røntgen oppdaga desse i 1895 då han eksperimenterte med oppbremsing av elektron med svær høg fart. Strålane kalla han «X-Strahlen», som har blitt til x-rays på engelsk. Han oppdaga òg at strålane kunne brukast for å gjennomlyse stoff som var ugjennomsiktig for vanleg lys og dermed skape bilete (røntgenbilete) av beinstrukturen til levande menneske. Ved sida av ser du det første røntgenbiletet i verda. Det var av handa til kona hans, Anna.

Røntgenstråling er svært mykje brukt til biletdanning av indre strukturar i kroppen. Ho har òg vore eit nyttig hjelpemiddel innan industri og til forsking for å avdekkje strukturar i krystall og molekyl.

Gammastråling

Gammastråling blir omtalt på sider om radioaktiv stråling.

Relatert innhald

Oppgåver og aktivitetar
Simulering: halveringstid

I denne simuleringa kan du justere halveringstida og samanlikne kor lang tid det tek før dei første og siste 50 % av kjernane har reagert.

Oppgåver og aktivitetar
Halveringstid – programmering i Python

På denne sida finn du eit utval av oppgåver der du skal bruke programmeringsspråket Python til å utforske halveringstid og bruke ulike funksjonar.