Elektromagnetické spektrum
Röntgenové a gama lúče, podobne ako viditeľné svetlo, sú súčasťou elektromagnetického spektra alebo elektromagnetického vlnového spektra.
To znamená súhrn všetkých elektromagnetických vĺn rôznych energií. Spektrum je pre lepšiu diferenciáciu rozdelené do rôznych oblastí.
Táto klasifikácia je ľubovoľná a z historických dôvodov je založená na vlnovej dĺžke v nízkoenergetickom rozmedzí. V každom prípade sú vlnové dĺžky v rozsahu niekoľkých rádov s podobnými vlastnosťami zhrnuté v kategóriách ako svetlo, rádiové vlny atď. Rozdeliť sa dá aj podľa frekvencie alebo energie jednotlivého fotónu (pozri nižšie). Pri veľmi krátkych vlnových dĺžkach a zodpovedajúcej vysokej kvantovej energii je klasifikácia podľa energie bežná.
Najdlhšie vlny sú zoradené podľa rastúcej frekvencie a tým pádom klesajúcej vlnovej dĺžky na začiatku spektra, ktorých vlnové dĺžky sú veľa kilometrov. Na konci sú veľmi krátke a teda vysokoenergetické gama lúče, ktorých vlnová dĺžka siaha do atómových rádov.
Prepočet z vlnovej dĺžky na frekvenciu f sa robí jednoduchým vzorcom, t. J. Rýchlosťou svetla (v príslušnom médiu) vydelenou vlnovou dĺžkou.
V niektorých ohľadoch sa elektromagnetické vlny správajú ako prúd častíc nazývaných fotóny. Tento prístup je nevyhnutný na vysvetlenie niektorých fyzikálnych javov, ako je fotoelektrický jav. Každý fotón nesie energiu úmernú frekvencii. Konštanta je Planckovým kvantom akcie. Energia sa udáva v jouloch (J) a elektrónvoltoch (eV).
Elektromagnetické vlny sú v elektromagnetickom spektre zoradené podľa vlnovej dĺžky.
Najznámejším a najštudovanejším príkladom elektromagnetickej vlny je viditeľné svetlo. Predstavuje iba nepatrnú časť celého spektra a s výnimkou infračerveného žiarenia (tepla) je jedinou oblasťou, ktorú môžu ľudia bez technických pomôcok vnímať.
Pri nižších frekvenciách je energia fotónov príliš nízka na spustenie chemických procesov. Živé bytosti nemôžu bez technických pomôcok reagovať na rádiové vlny nízkej intenzity. Veľmi silné žiarenie s touto dlhou vlnovou dĺžkou má však otepľovací účinok, pretože je absorbované tkanivom.
Pri svetle určuje frekvencia farbu svetla a nie vlnovú dĺžku, ako sa často mylne predpokladá. To je zrejmé, keď človek pozoruje svetlo v opticky hustejšom prostredí, kde sa šíri pomalšie ako c. Frekvencia nie je ovplyvnená počas prechodu na opticky hustejšie médium, a preto musí mať nahlas nižšiu vlnovú dĺžku. Pretože farba sa v médiu nemení, je pre farbu svetla charakteristická iba frekvencia. Z historických dôvodov je však vlnová dĺžka stále uvedená v spektrách ako charakteristická vlastnosť svetla. Tento vzťah medzi farbou a vlnovou dĺžkou potom platí iba vo vákuu (a na dobrú aproximáciu vo vzduchu). Monochromatické svetlo, to znamená svetlo iba jednej vlnovej dĺžky, má vždy spektrálnu farbu.
Malé množstvo fotónov s frekvenciou nižšou ako 4 1014 Hz (vlnová dĺžka nad 0,7 µm a energia do 1,7 eV; na obrázku vpravo od viditeľného svetla, t. J. Mikrovĺn a rádiových vĺn) nemôže spôsobiť chemické reakcie na molekulách, ktoré sa vyskytujú pri izbovej teplote. sú stabilné. To znamená, že môžete ovplyvniť iba vodíkové väzby, ktoré sú výrazne slabšie ako väzbové sily v molekule a ktoré existujú len zlomok sekundy kvôli neustálemu pohybu atómov.
Pri vyšších frekvenciách však začína rozsah ionizujúceho žiarenia (rádioaktivity), v ktorom jediný fotón môže zničiť molekuly. Tento účinok sa už vyskytuje pri ultrafialovom žiarení a je zodpovedný za tvorbu rakoviny kože pri nadmernom vystavení slnku.
Ak energia fotónov dosiahne alebo prekročí väzbovú energiu molekuly, každý fotón môže molekulu zničiť a môžu nastať biologické účinky, ako napríklad zrýchlené starnutie kože alebo rakovina kože. Chemické väzbové energie stabilných molekúl sú nad asi 3 eV na väzbu. Ak sa majú molekuly meniť, musia mať fotóny aspoň túto energiu, ktorá zodpovedá fialovému svetlu alebo vysokofrekvenčnému žiareniu.
Fotóny z röntgenových a gama lúčov majú toľko energie, že každý z nich môže zničiť veľa molekúl a ionizovať atómy (od približne 5 eV). Preto sa nazýva ionizujúce žiarenie.
Veľké množstvo fotónov s frekvenciami pod 1014 Hz, napríklad v mikrovlnnej rúre, spôsobuje všeobecný prísun energie a tým aj zvýšenie teploty. Ako každé iné spôsobené prehriatie, aj toto môže zmeniť štruktúru biologických molekúl. To nemá nič spoločné s vlastnosťami fotónov.
Zdroj: Vyššie uvedený popis čiastočne pochádza z článku Wikipedie „Elektromagnetické vlny“, ktorý je licencovaný podľa CC-BY-SA.