Elektromagnetisk stråling. Hve er det egentlig?

[endrebjo]

Jeg har prøve om elektromagnetisk stråling (lys, UV, IR, radioakrivitet osv) i morgen. Jeg kan alt som står i boken, men jeg sitter igjen med et spørsmål som jeg ikke får svar på: "hva er egentlig elektromagnetisk stråling?" (spørsmålet kommer fra meg, ikke fra boken).

 

Boken har denne teorien/forklaringen:

"Lys (elektromagnetisk stråling) er både partikler og bølger. Det finnes ingen enkelt modell som kan forklare alle sider ved lys (elektromagnetisk stråling). Når lys blir brutt gjennom et prisme og lager fargespekter, bruker vi bølgemodellen. Når lys treffer en fotocelle og lager elektrisitet, bruker vi partikkelmodellen. Lyspartikler kaller vi fotoner."

Lyd trenger jo luft/vann/metall eller et annet stoff for å "bevege seg", men trenger elektromagnetisk stårling noe sånt?

Hvordan "ser EM-stråling ut"? Kan vi tegne EM-stråling på noen måte?

Hva er det som beveger på seg egentlig (lydbølger er jo et stoff som beveger på seg)?

 

Jeg prøvde å se litt på wikipedia, men språket ble så avansert og innviklet (i tillegg til at det var engelsk), at jeg ikke kom lengre enn 4-5 linjer. Kan noen forklare det på en litt enkel måte?

[JBlack]

Elektromagnetisme er en av de fire grunnleggende/fundamentale kreftene i universet. De tre andre er to krefter som virker i atomenes kjerner (weak and strong force) og den siste er tyngekraften.

 

Elektrisk kraft og magnetisk kraft er altså to sider av samme sak.

 

Det som beveger seg er altså et felt av elektrisk og magnetisk kraft som brer seg utover. Feltet trenger ikke noe fysisk medium å bre seg ut i. Men ettersom forskjellige materiale leder elektromagnetisme i varierende grad, så kan slike materiale påvirke utbredelseshastighet, og hvor lang strålingen kan nå. For eksempel vil radiobølger kunne nå lenger i fuktig vær enn tørt, pga. vanns evne til å lede elektrisitet.

 

Elektromagnetisk stråling kan tegnes som to sinusbølger 90 grader på hverandre, som begge beveger seg i stråleretningen. Den ene er den elektriske kraften, og den andre er den magnetiske.

 

Edit: Lenge siden jeg har holdt på med fysikk, så jeg tar forbehold om unøyaktigheter og småfeil

Endret 1. mai 2005 av JBlack

[endrebjo]

Ahh... Så det er slik det er.

 

Siden det på en måte er elektrisitet og magnetisme som "er" elektromagnetisk stråling (eller tar jeg feil allerede her), er det da elektroner som fyker rundt omkring? Eller er det bare noe som er der og som vi vet at er der, men som vi egentlig bare vet navnet og funksjonene av?

 

Og hvor kommer det med bølger og partikler inn?

Endret 1. mai 2005 av endrebjorsvik89

[ddd-king]

Man vet ikke hva lys egentlig er.

Ved hjelp av Maxwells ligninger kan man beskrive lyse matematisk som et sett av koblede ligninger mellom magnesisk felt og elektrisk felt.

 

Man vet også hva som forårsaker slike bølger, igjen beskrevet av Maxwells ligninger.

 

Bølgeform:

Når det gjelder bølgeformen bruker vi klassisk fysikk til å beskrive lyset. Det vil si at lyset er bølger som forplanter seg i retningen normalt på det magnetiske og elektriske feltet. Dette var den eneste kvalitative beskrivelsen av lyset før Planck og Einstein kom med sine teorier. Interferens, diffraksjon, releksjon, refraksjon, disperson...osv kan beskrives klassisk.

 

Partikkelform:

Den beskrivelsen over var god nok inntill man oppdaget et fenomen: fotoelektrisk effekt. Da hadde viste lyset seg å ha bølgeform. fotoelektrisk effekt er en slags elektrisk respons som følge av et fotonisk pådrag. Man sendte lys mot en metalloverflate. Man kjenner til at metallet har en arbeidsfunksjon som er den minste energien et elektron må tilføres før det settes fri fra metallet og kan detekteres. Det viste seg at kun lys med bølgelengder kortere enn et viss nivå (avhengig av metallet) kan rive løs elektroner, uavhengig av intensitet. Dette viste at lys var energi i form av pakker, partikkelform.

En annen ting som støttet denne teorien var i følge De Brooglie postulat: p = h/lambda, der h er Plank's konstant og lambda er bølgelengden.

 

 

Deres anvendelser i forskjellige fagfelt:

Partikkelformen er helt avgjørende for å forstå og designe LASERE.

Bølgeformen er essensielt for å designe optiske fibre for transmisjon av lys og mange andre applikasjoner.

[JBlack]

Ahh... Så det er slik det er.

 

Siden det på en måte er elektrisitet og magnetisme som "er" elektromagnetisk stråling (eller tar jeg feil allerede her), er det da elektroner som fyker rundt omkring?

Så vidt jeg veit, nei. Noe som støttes av at em-bølger kan overføres gjennom vakuum. Men hvordan dette henger sammen, vet jeg ikke.

[endrebjo]

Jeg skjønner nå at dette er avansert og vanskelig fysikk som man ikke her 100% sikker på enda.

 

Da var den prøven over, og jeg bare siterte boken da jeg fikk spørsmålet: "Hvordan kan vi si at lys er både bølger og partikler", og håper på at læreren godtar det.

[kyrsjo]

Jeg skjønner nå at dette er avansert og vanskelig fysikk som man ikke her 100% sikker på enda.

 

Da var den prøven over, og jeg bare siterte boken da jeg fikk spørsmålet: "Hvordan kan vi si at lys er både bølger og partikler", og håper på at læreren godtar det.

Der bør du nok si noe om brytning (bølger) og passering-gjennom-tomt-rom (partikler).

[endrebjo]

Jeg skjønner nå at dette er avansert og vanskelig fysikk som man ikke her 100% sikker på enda.

 

Da var den prøven over, og jeg bare siterte boken da jeg fikk spørsmålet: "Hvordan kan vi si at lys er både bølger og partikler", og håper på at læreren godtar det.

Der bør du nok si noe om brytning (bølger) og passering-gjennom-tomt-rom (partikler).

I 10. klasse og når det ikke står mer enn det jeg har skrevet i boken?

[kyrsjo]

Glem det. Har 6'ern i 3FY og skal studere fysikk på blinder'n til neste år.

[Simen1]

Nå strides vel de lærde om hvordan partikkelformen og bølgeformen kan eksistere samtidig og hva som er den nøyaktige koblingen mellom disse to sidene av samme sak.

 

Jeg tviler sterkt på at du vil få noe fornuftig svar av en ungdomskolelærer da de har en utdannelse og som regel også en interresse langt unna fysikk på høyt nivå. Selv etter et par tunge fysikkfag på universitetet kan jeg ikke si at jeg har blitt så mye klokere på sammehengen. Kvantemekanikk er såpass abstrakt at det er vanskelig å skjønne og ennå vanskeligere å forklare.

 

F.eks: Hvis man sender ut ett eneste foton (tenk deg partikkelformen) mot en veldig smal spalte med en vegg bak, så vil det ene fotonet oppføre seg som en bølge og spre seg ut som treffe flata bak på mange forskjellige plasser. Hvis man gjør det samme med to spalter og to like fotoner (samme bølgelengde) inn til hver sin spalte så vil de to fotonene blande seg som bølger i vann på baksiden av spaltene og danne et mønster på bakveggen med mange "striper" med lys.

 

Ett annet eksempel: Hvis man har en radiosender og en mottager så vil mottageren ikke bare ta i mot den delen av signalet som sendes mot mottageren. Det vil også ta i mot en liten brøkdel av alt signalet som sendes andre veier. Tenk deg så at avstanden mellom sender og mottager er bokstavelig talt astronomiske. (f.eks 1 lysår unna) Så dukker det plutselig opp en mottager til f.eks 1 lysår unna både sender og mottager. Akkurat i det samme øyeblikket så vil signalet på den første mottageren synke bittelitt. Dette skjer selv om avstandene er 1 lysår og den andre mottageren i teorien ikke skulle ha noen innvirkning på hverken sender eller den første mottageren før ett år etter den ble slått på. Dette høres sikkert helt sykt ut, men fakta er at de ikke har funnet noen forklaring på dette ennå.

 

Det samme kan sees i eksperimenter på jorden: Dersom man kjøler ned atomer (faste stoffer) til ekstremt lave temperaturer (størrelseorden en milliardddelt kelvin) så vil atomene opptre som bølger og ikke som partikler. Slike enkelt atomer kan "sendes" av gårde som stråling, splittes som gjennom halvspeil og styres som to stråler et stykke og fokuseres inn på samme punkt etterpå slik at strålen blir til partikkel igjen. (Dette ble gjort med et natriumatom for noen år siden og publisert i bladet Science, som har svært høye krav til kildene)

 

Andre "morsomme" effekter kvantemekanikken har er f.eks tunneling-effekten. Det at en partikkel kan passere noe som er totalt ugjennomtrengelig ved at det bare "forsvinner" som en tryllekunstner på ene siden og "dukker opp" like magisk på andre siden i nesten samme øyeblikk. (Den reelle hastigheten mellom side A og B er i eksperimenter målt til å være 8 ganger lysets hastighet). Forklaringen er at partikkelen er begge steder samtidig og at hastighet og posisjon ikke er en vid nok beskrivelse. Partikkelen hopper ut av vår 3dimensjonale verden et øyeblikk og tar en "snarvei" til et annet sted.

 

Med andre ord: Det er mye høytflyvende filosofi og ennå mye som ikke henger helt sammen. Fysikken oppdager stadig nye ting og det finnes ennå ingen helhetlig sammenheng mellom absolutt alt. Denne totale beskrivelsen av alle sammenhenger blir ofte kalt "theory of everything" og er den aller høyeste helligheten innen fysikken og vitenskapen som svært mange prøver å finne ut av. Noen puslebiter har kommet på plass, men det er ennå mange igjen, og det er ikke de letteste puslebitene som gjenstår for å si det sånn.

Endret 7. juni 2005 av Simen1

[Portalol]

Jeg prøvde å se litt på wikipedia, men språket ble så avansert og innviklet (i tillegg til at det var engelsk), at jeg ikke kom lengre enn 4-5 linjer. Kan noen forklare det på en litt enkel måte?

no.wikipedia.org <--- Norsk wikipedia

[ddd-king]

...Men ettersom forskjellige materiale leder elektromagnetisme i varierende grad, så kan slike materiale påvirke utbredelseshastighet, og hvor lang strålingen kan nå. For eksempel vil radiobølger kunne nå lenger i fuktig vær enn tørt, pga. vanns evne til å lede elektrisitet.

...

 

 

Det er mye riktig det du skrev. Men det er galt angående vann leder bedre EM bølger. Vann absorberer radiobølger (løsning på Maxwell's likninger viser dette).

Jo høyere frekvens det er, jo lavere inntrengningsdybde det er for et materiale med en gitt konduktivitet. Vann leder ikke strøm, men har et veldig bredt absorpsjonspekter.

[JBlack]

Sier ikke du tar feil ddd-king, men er ikke grunnen til at vann absorberer radiobølger nettop det at vann leder disse bølgene vekk? Et faraday-bur er jo laget av ledende materiale, slik at de skal lede elektromagnetisk stråling vekk (og til jord), for å beskytte det som er inni.

 

Eller tar jeg feil? Som sagt, lenge siden jeg har hatt fysikk.

[Torbjørn]

Et faraday bur har sin effekt fordi det ledende materialet har en omsluttende utforming. Ikke noe annet.

 

Oppførelsen til elektromagnetisk stråling beskrives som sagt matematisk av både bølge- og partikkelegenskaper. Partiklene omtales ofte som fotoner (fra "foto" - latin for lys). EM stråling er alt fra radiobølger, til mikrobølger, til lys, il UV, til radioaktiv stråling iform av gammastråling (det som skapte hulken!)

 

Problemet med forståelsen av EM stråling, er at mennesker prøver å relatere det til hvordan det opplever foreksempel lys.

 

Den eneste helhetlige måten å forstå det på, er å relatere det til et begrenset sett matematiske relasjoner. Og glemme at det man ser som lys og kjenner som varme skal være noe man kan relatere til andre ting (biljardkuler som spretter, vannbølger som bøyes)

[ddd-king]

Sier ikke du tar feil ddd-king, men er ikke grunnen til at vann absorberer radiobølger nettop det at vann leder disse bølgene vekk? Et faraday-bur er jo laget av ledende materiale, slik at de skal lede elektromagnetisk stråling vekk (og til jord), for å beskytte det som er inni.

 

Eller tar jeg feil? Som sagt, lenge siden jeg har hatt fysikk.

5067601[/snapback]

Hei, lenge siden jeg hadde tid.

Vann absorberer ganske sterkt i RF området. Hvis vi legger et glass vann i microbølgeovnen vil vannet absorbere EM bølgen (rundt 2.5GHz) og omdanne dem til varme.

 

Hvis du hører på radio, vil kvaliteten bli dårligere i regnvær, spesielt AM stasjoner.

 

Elektromagnetisk stråling er et komplekst naturlig fenomen som ingen har forstått helt til bunns. James Clerk Maxwell er den som har kommet lengst med sitt ligningsett som hitttil har beskrevet bølgene på en tilfredstillende måte.