Straling is een fysiek proces, met als resultaat de overdracht van energie met behulp van elektromagnetische golven. Het omgekeerde proces van straling wordt absorptie genoemd. Laten we deze kwestie in meer detail bekijken en ook voorbeelden geven van straling in het dagelijks leven en de natuur.
Fysica van het optreden van straling
Elk lichaam bestaat uit atomen, die op hun beurt worden gevormd door positief geladen kernen, en elektronen, die elektronenschillen rond de kernen vormen en negatief geladen zijn. Atomen zijn zo gerangschikt dat ze zich in verschillende energietoestanden kunnen bevinden, dat wil zeggen dat ze zowel hogere als lagere energie kunnen hebben. Wanneer een atoom de laagste energie heeft, wordt het zijn grondtoestand genoemd, elke andere energietoestand van het atoom wordt aangeslagen.
Het bestaan van verschillende energietoestanden van een atoom is te wijten aan het feit dat zijn elektronen zich op bepaalde energieniveaus kunnen bevinden. Wanneer een elektron van een hoger naar een lager niveau beweegt, verliest het atoom energie, die het in de vorm van een foton naar de omringende ruimte uitstra alt - een dragerdeeltjeelektromagnetische golven. Integendeel, de overgang van een elektron van een lager naar een hoger niveau gaat gepaard met de absorptie van een foton.
Er zijn verschillende manieren om het elektron van een atoom over te brengen naar een hoger energieniveau, waarbij energie wordt overgedragen. Dit kan zowel de impact op het beschouwde atoom van externe elektromagnetische straling zijn, als de overdracht van energie ernaar door mechanische of elektrische middelen. Bovendien kunnen atomen energie ontvangen en vervolgens vrijgeven door chemische reacties.
Elektromagnetisch spectrum
Alvorens verder te gaan met voorbeelden van straling in de natuurkunde, moet worden opgemerkt dat elk atoom bepaalde delen van energie uitstra alt. Dit gebeurt omdat de toestanden waarin een elektron zich in een atoom kan bevinden niet willekeurig zijn, maar strikt gedefinieerd. Dienovereenkomstig gaat de overgang tussen deze toestanden gepaard met de uitstoot van een bepaalde hoeveelheid energie.
Het is uit de atoomfysica bekend dat fotonen die worden gegenereerd als gevolg van elektronische overgangen in een atoom een energie hebben die recht evenredig is met hun oscillatiefrequentie en omgekeerd evenredig met de golflengte (een foton is een elektromagnetische golf die wordt gekenmerkt door voortplantingssnelheid, lengte en frequentie). Omdat een atoom van een stof maar een bepaalde reeks energieën kan uitzenden, betekent dit dat de golflengten van de uitgezonden fotonen ook specifiek zijn. De verzameling van al deze lengtes wordt het elektromagnetische spectrum genoemd.
Als de golflengte van een fotonligt tussen 390 nm en 750 nm, dan hebben ze het over zichtbaar licht, omdat een persoon het met zijn eigen ogen kan waarnemen, als de golflengte kleiner is dan 390 nm, dan hebben dergelijke elektromagnetische golven een hoge energie en worden ze ultraviolet, röntgenstraling genoemd of gammastraling. Voor lengtes groter dan 750 nm is een kleine fotonenergie kenmerkend, ze worden infrarood-, micro- of radiostraling genoemd.
Thermische straling van lichamen
Elk lichaam met een andere temperatuur dan het absolute nulpunt stra alt energie uit, in dit geval spreken we van thermische of thermische straling. In dit geval bepa alt de temperatuur zowel het elektromagnetische spectrum van thermische straling als de hoeveelheid energie die door het lichaam wordt uitgestraald. Hoe hoger de temperatuur, hoe meer energie het lichaam uitstra alt naar de omringende ruimte en hoe meer het elektromagnetische spectrum verschuift naar het hoogfrequente gebied. De processen van thermische straling worden beschreven door de wetten van Stefan-Boltzmann, Planck en Wien.
Voorbeelden van straling in het dagelijks leven
Zoals hierboven vermeld, stra alt absoluut elk lichaam energie uit in de vorm van elektromagnetische golven, maar dit proces kan niet altijd met het blote oog worden gezien, omdat de temperaturen van de lichamen om ons heen meestal te laag zijn, dus hun spectrum ligt in de lage frequentie onzichtbaar voor menselijk gebied.
Een treffend voorbeeld van straling in het zichtbare bereik is een elektrische gloeilamp. De elektrische stroom gaat in een spiraal en verwarmt de wolfraamgloeidraad tot 3000 K. Een dergelijke hoge temperatuur zorgt ervoor dat de gloeidraad elektromagnetische golven uitstra alt, maximaaldie in het lange-golflengtegedeelte van het zichtbare spectrum vallen.
Een ander voorbeeld van straling in huis is de magnetron, die microgolven uitzendt die onzichtbaar zijn voor het menselijk oog. Deze golven worden geabsorbeerd door objecten die water bevatten, waardoor hun kinetische energie toeneemt en daardoor ook hun temperatuur.
Ten slotte is een voorbeeld van straling in het dagelijks leven in het infraroodbereik de straler van een straler. We zien zijn straling niet, maar we voelen zijn warmte.
Natuurlijke stralende objecten
Misschien wel het meest opvallende voorbeeld van straling in de natuur is onze ster - de zon. De temperatuur op het oppervlak van de zon is ongeveer 6000 K, dus de maximale straling v alt bij een golflengte van 475 nm, dat wil zeggen, het ligt binnen het zichtbare spectrum.
De zon verwarmt de planeten eromheen en hun satellieten, die ook beginnen te gloeien. Hier is het noodzakelijk om onderscheid te maken tussen gereflecteerd licht en thermische straling. Onze aarde is dus vanuit de ruimte te zien in de vorm van een blauwe bal, juist door het weerkaatste zonlicht. Als we het hebben over de thermische straling van de planeet, dan vindt die ook plaats, maar ligt in het gebied van het microgolfspectrum (ongeveer 10 micron).
Naast gereflecteerd licht is het interessant om nog een voorbeeld te geven van straling in de natuur, die wordt geassocieerd met krekels. Het zichtbare licht dat ze uitstralen is op geen enkele manier gerelateerd aan thermische straling en is het resultaat van een chemische reactie tussen atmosferische zuurstof en luciferine (een stof die in insectencellen zit). Dit fenomeen isde naam van bioluminescentie.
