Elektromagnetisk Stråling: Bølger og Frekvens

Elektromagnetisk Stråling

• Elektromagnetisk stråling er energi som sendes ut fra en kilde i form av bølger eller partikler, beveger seg med lysets hastighet.
• Elektromagnetisk stråling kan forklares med både en bølgemodell og en partikkelmodell (fotoner).

Bølger

• Bølger er svingninger som beveger seg, overfører energi uten å flytte masse, delt inn i mekaniske og elektromagnetiske bølger.

Frekvens

• Frekvens beskriver hvor ofte et periodisk fenomen gjentar seg per tidsenhet, målt i hertz (Hz).
• Indikerer antall bølgetopper som passerer per sekund; høyere frekvens betyr flere bølgetopper.

Bølgelengde

• Bølgelengde er avstanden mellom to bølgetopper eller bølgebunner, målt i meter.
• Periode (svingetid) er tiden mellom hver bølgetopp.

Sammenheng Mellom Frekvens, Bølgelengde og Bølgehastighet

• Forholdet mellom frekvens, bølgelengde og hastighet er grunnleggende i fysikk.
• Høyere frekvens tilsvarer kortere bølgelengde.
• Frekvens multiplisert med bølgelengde er lik bølgehastigheten.

Refraksjon

• Refraksjon er når en bølge endrer retning ved overgang fra et medium til et annet.
• Dette skjer fordi bølgehastigheten endres i ulike medier.
• Et lysstråle som går fra luft til vann bøyes, fordi den øvre delen av strålen går saktere enn den nedre.

Interferens

• Interferens oppstår når to eller flere bølger møtes og samhandler.
• Bølger i samme fase kan forsterke hverandre, mens bølger i forskjellig fase kan kansellere hverandre.

Refleksjon

• Refleksjon skjer når en bølge treffer en overflate og kastes tilbake.
• Infallsvinkel er lik refleksjonvinkel.

Synlig Lys i Atomet

• Synlig lys er elektromagnetisk stråling som menneskeøyet kan oppfatte, med bølgelengder mellom 400 og 750 nanometer.
• Kortere bølgelengder kalles ultrafiolett, lengre kalles infrarød stråling.
• Elektroner i atomer beveger seg i spesifikke baner/energinivåer.
• Synlig lys oppstår når elektroner beveger seg mellom energinivåer og absorberer eller emitterer energi i form av fotoner.

Eksitasjon og Emisjon

• Eksitasjon er når et elektron absorberer energi og hopper til et høyere energinivå.
• Emisjon er når et elektron faller tilbake til et lavere energinivå og frigjør energi som fotoner (lys).
• Fargen på lyset avhenger av energiforskjellen mellom nivåene.
• Større energiforskjell gir kortere bølgelengde (blått/fiolett lys), mindre energiforskjell gir lengre bølgelengde (rødt/gult lys).

Spekter

• Hver type atom har unike energinivåer og sender ut et unikt sett av farger.
• Samlingen av disse fotonene med forskjellige farger danner et spekter.

Elektromagnetisk Stråling og Temperatur i Stjerner

• Stjerner med høy overflatetemperatur (over 6000 grader) sender ut et kontinuerlig spekter.
• Stråling som passerer gjennom gasser i stjernens atmosfære skaper mørke linjer i spekteret, tilsvarende linjene i gassenes emisjonsspekter.
• Gassatomer absorberer energier som passer med energisprangene i gassatomene rundt stjernen.
• Elektronene hopper tilbake til lavere nivåer og frigjør energi, men bare en liten del når jorden, som resulterer i mørke linjer i spekteret.

Strålingskurver

• Varmere stjerner sender ut kortbølget stråling (blåhvite), mens kjøligere stjerner sender ut langbølget stråling (rødlige).
• Strålingskurver viser den nøyaktige temperaturen basert på hvor toppen av kurven ligger; varmere stjerner har topp ved kortere bølgelengder.

Dopplereffekten

• Dopplereffekten er endring i bølgelengde når et objekt beveger seg i forhold til oss.
• Bevegelse mot oss gir blåforskyvning (kortere bølgelengder).
• Bevegelse fra oss gir rødforskyvning (lengre bølgelengder).
• Hastigheten til en stjerne er positiv når den beveger seg bort og negativ når den beveger seg mot oss.

Stjernetemperatur

• Varmere stjerner sender ut kortbølget stråling (blåhvite), kjøligere stjerner sender ut langbølget stråling (rødlige).
• Strålingskurvens topp indikerer temperaturen: jo varmere, jo kortere bølgelengde ved toppen.

Beregninger av λ, f og c

• Bølgelengde (λ) = Bølgefart / Frekvens
• Frekvens = Bølgefart / Bølgelengde
• Bølgefart = Bølgelengde * Frekvens

Hastighetsberegning

• V = C * (λobservert - λ) / λ, for å regne ut hastighet i andel av lysets hastighet.

Emisjons-/Absorpsjonsspekter

• Et emisjonsspekter dannes når et atom utstråler lys ved bestemte bølgelengder når elektroner faller tilbake til lavere energinivåer; består av lyse linjer på mørk bakgrunn. Hver stjerne har sitt eget.
• Et absorpsjonsspekter dannes når et atom absorberer lys på bestemte bølgelengder når elektroner hopper til høyere energinivåer; består av mørke linjer på en kontinuerlig bakgrunn.
• Emisjons- og absorpsjonsspektre er motsatte; et stoff absorberer og sender ut lys ved samme bølgelengder.
• Analyse av spektre identifiserer grunnstoffer; stjernespektre er absorpsjonsspektre med hundrevis av linjer.

Analyse av Spekter

• Dopplereffekten kan identifiseres i spektre ved å observere forskyvning mot blått eller rødt.

Ioniserende Stråling

• Ioniserende stråling kommer fra radioaktive kilder, som alfa-, beta-, gamma-, nøytron- og røntgenstråling.
• Den brukes i røntgen, CT-scanning og mamografi.
• Ioniserende stråling har nok energi til å fjerne elektroner fra atomer/molekyler, og skaper ioner.
• Ioner skapes ved å avgi eller ta opp elektroner.

Farlige Typer Stråling

• Ioniserende stråling kan skade eller drepe celler, og føre til kreft.
• Farlige typer inkluderer radioaktiv stråling, røntgenstråling og nøytronstråling.

Alfa Stråling

• Alfa stråling består av heliumkjerner (to protoner og to nøytroner) med høy masse og ladning (4He2+).
• Det er en vanlig form for radioaktivitet ved nedbrytning av atomkjerner.