L'énergie électromagnétique est familier à la plupart des gens comme la lumière et la chaleur, mais il peut prendre bien d'autres formes, comme les ondes radio et les rayons X. Ce sont tous les types de rayonnement électromagnétique de la force de l'origine, qui est responsable de tous les phénomènes électriques et magnétiques. Le rayonnement se déplace à la vitesse de la lumière d'une manière ressemblant à des ondes.
Contrairement aux ondes sonores, les ondes électromagnétiques ne nécessitent pas un moyen par lequel d'explorer mouvement et peut se déplacer à travers l'espace vide. La longueur de l'onde peut varier de plusieurs centaines de mètres (m) vers le bas à des échelles subatomiques. La gamme de longueurs d'onde est connue comme le spectre électromagnétique, dont la lumière visible ne représente qu'une petite partie. Malgré l'observé caractère ondulatoire du rayonnement électromagnétique (EMR), elle peut se comporter aussi comme si elle était composée de minuscules particules appelées photons,.
Lumière, électricité et magnétisme
Le lien entre la lumière et l'électromagnétisme a été révélé au 19ème siècle par le travail physicien James Clerk Maxwell sur les champs électriques et magnétiques. En utilisant les équations, il a développé, il a trouvé que la vitesse dans laquelle le passage des champs dans l'espace était exactement la vitesse de la lumière et a conclu que la lumière était une perturbation de ces champs, sous la forme d'ondes qui se propagent. Ses équations a également montré que d'autres formes de DME avec des longueurs d'onde plus courtes et plus étaient possibles; Ils ont été ensuite identifiés. Les conclusions de Maxwell a donné lieu à l'étude de l'électrodynamique, selon laquelle EMR compose d'osciller champs électriques et magnétiques à angle droit par rapport à l'autre et à la direction du mouvement. Cette expliqué la nature ondulatoire de la lumière, comme on l'observe dans de nombreuses expériences.
Longueur d'onde, fréquence et de l'énergie
Un rayonnement électromagnétique peut être décrit sur le plan de la longueur d'onde - la distance entre les crêtes des vagues - ou sa fréquence - nombre de crêtes qui passent par un point fixe pendant un intervalle de temps fixe. Lors d'un déplacement dans le vide, EMR se déplace toujours à la vitesse de la lumière; Par conséquent, la vitesse à laquelle le voyage crêtes ne varie pas et la fréquence ne dépend que de la longueur de l'onde. Une longueur d'onde plus courte indique une fréquence plus élevée et une énergie plus élevée. Cela signifie que ces rayons gamma de haute énergie ne voyagent plus vite que les ondes radio à faible énergie, à la place, ils ont beaucoup plus courtes longueurs d'onde et des fréquences beaucoup plus élevées.
La dualité onde-particule
Électrodynamique a été très fructueuse pour décrire l'énergie électromagnétique en termes de champs et ondes, mais au début du 20e siècle, les enquêtes d'Albert Einstein sur l'effet photoélectrique, en déloge légers électrons cui partir d'une surface métallique, pose un problème. Qu'il a trouvé l'énergie des électrons est entièrement dépendante de la fréquence, et non l'intensité de la lumière. Une augmentation de la fréquence produite électrons d'énergie plus élevés, mais une augmentation de la luminosité ne faisait aucune différence. Les résultats ne pouvaient être expliqués si la lumière se composait de particules discrètes - plus tard nommé photons - qui ont transféré leur énergie aux électrons. Cela a créé un puzzle observé sur de grandes échelles, EMR se comporte comme des vagues, mais ses interactions avec la matière aux plus petites échelles ne peut être expliqué en termes de particules.
C'est ce qu'on appelle la dualité onde-particule. Il est apparu au développement de la théorie quantique et s'applique à tout à l'échelle subatomique, les électrons, par exemple, peuvent se comporter comme des ondes ainsi que des particules. Il n'y a pas de consensus parmi les scientifiques quant à ce que cela signifie réellement la dualité de la nature de l'énergie électromagnétique.
Électrodynamique quantique
Une nouvelle théorie, connue sous le nom de l'électrodynamique quantique (QED), finalement émergé pour expliquer le comportement des particules comme des EMR. Selon QED, les photons sont les particules portent la force électromagnétique Cela, et les interactions entre les objets chargés électriquement sont expliqués en termes de production et l'absorption de ces particules, qui se transportent sans frais. CQFD est considérée comme l'une des théories les plus réussis jamais développés.
Comment est produite l'énergie électromagnétique
Électrodynamique classique décrite sur la production de DME en termes de mouvement de charges électriques, mais à l'explication plus moderne - en accord avec la théorie quantique - est basé sur l'idée que les particules subatomiques de la matière est composée Qui ne peut occuper que certains niveaux d'énergie fixes. Le rayonnement électromagnétique est libéré par le passage d'un niveau supérieur à un niveau d'énergie inférieur. De gauche à elle-même, la matière tenterons toujours atteindre son plus bas niveau d'énergie.
EMR peuvent être produites Lorsque la matière absorbe temporairement l'énergie - par exemple, quand il est chauffé - libère alors le faire tomber à un niveau inférieur. Une énergie plus faible sont aussi peut être réalisé lorsque des atomes ou des molécules se combinent les uns aux autres dans une réaction chimique. La combustion est un exemple bien connu: en général, une molécule se combine avec l'oxygène de l'air en formant des produits ont moins d'énergie que collectivement que la molécule originale. Cela provoque l'énergie électromagnétique d'être libéré sous la forme d'une flamme.
Dans le noyau du Soleil, quatre noyaux d'hydrogène se combinent, dans une série d'étapes, pour former un noyau d'hélium qui a une masse un peu moins, et donc moins d'énergie. Ce processus est connu sous le nom de fusion nucléaire. L'excédent d'énergie est libérée sous forme rayons gamma à haute fréquence sont absorbés par Cette question plus loin, qui émet alors cette énergie, principalement sous forme de lumière visible et de chaleur.
L'énergie électromagnétique, la Vie et de la technologie
L'énergie solaire est indispensable à la vie sur Terre. La lumière du soleil réchauffe la surface de la Terre, qui à son tour réchauffe l'atmosphère, le maintien des températures appropriées pour la vie et la conduite des systèmes météorologiques de la planète. Les plantes utilisent l'énergie électromagnétique du soleil pour la photosynthèse, la méthode par laquelle ils produire de la nourriture. L'énergie solaire est convertie en énergie chimique pouvoirs les processus qui permettent aux plantes de cette fabriquer le glucose dont elles ont besoin pour survivre de dioxyde de carbone et en eau. Le sous-produit de cette réaction est l'oxygène, donc la photosynthèse est responsable de maintenir les niveaux d'oxygène de la planète.
La plupart des formes de technologie reposent en grande partie sur l'énergie électromagnétique. La révolution industrielle a été alimenté par la chaleur produite par la combustion de combustibles fossiles et, plus récemment, le rayonnement solaire a été utilisée directement pour fournir «propre» et l'énergie renouvelable. Modernes de communication, de radiodiffusion et l'Internet dépendent fortement des ondes radio et la lumière acheminée par des câbles à fibres optiques. Technologie utilise un laser pour lire et écrire sur des CD et des DVD plupart de ce que les scientifiques connaissent l'univers provient de l'analyse de différentes longueurs d'onde du DME étoiles et des galaxies lointaines.
Effets sur la santé
EMR à haute fréquence, telle que les rayons gamma, les rayons X et la lumière ultraviolette, transporte suffisamment d'énergie pour provoquer des changements chimiques dans les molécules biologiques. Il peut briser les liaisons chimiques ou de supprimer les électrons des atomes, formant des ions. Cela peut endommager les cellules et modifier l'ADN, augmentation du risque de cancer. Des préoccupations ont également été exprimées au sujet des effets sur la santé de l'EMR fréquence inférieure, telle que les ondes radio et les micro-ondes utilisées par les téléphones cellulaires et autres appareils de communication. Bien que ces formes de rayonnement ne semblent avoir aucun effet direct sur la chimie de la vie, ils peuvent causer des tissus à chauffer dans des zones localisées d'une exposition prolongée. Il n'a pas, jusqu'à présent, semble n’y avoir aucune preuve concluante que cela peut rendre les gens malades.