Eigenskapar hos ulike EM-bølgjer

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.

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.

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

• Herschel Infrared Experiment, både elev- og lærerressurs på engelsk fra edu.rsc.org.
• Herschel Infrared Experiment, tips og framgangsmåte på engelsk fra ras.ac.u

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.

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.

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.