Sähkömagneettinen säteily
Sähkömagneettiset aallot ovat aaltoja, jotka sisältävät sähkökentän ja magneettikentän ja kuljettavat energiaa. Ne etenevät valonnopeudella.
Kvanttimekaniikka kehittyi sähkömagneettisten aaltojen tutkimuksesta. Tähän alaan kuuluu sekä näkyvän että näkymättömän valon tutkimus. Näkyvä valo on valoa, jonka voi nähdä normaalilla näkökyvyllä sateenkaaren väreissä. Näkymätön valo on valoa, jota ei voi nähdä normaalilla näkökyvyllä, ja siihen kuuluvat energisemmät ja korkeataajuisemmat aallot, kuten ultravioletti, röntgensäteet ja gammasäteet. Kvanttimekaniikan alalla tutkitaan myös pitempiä aaltoja, kuten infrapuna-, mikro- ja radioaaltoja.
Jotkin sähkömagneettisen säteilyn tyypit, kuten röntgensäteet, ovat ionisoivaa säteilyä ja voivat olla haitallisia kehollesi. Ultraviolettisäteet ovat lähellä valospektrin violettia ääripäätä ja infrapunasäteet lähellä punaista ääripäätä. Infrapunasäteet ovat lämpösäteitä ja ultraviolettisäteet aiheuttavat auringonpolttamia.
Sähkömagneettisen spektrin eri osat eroavat toisistaan aallonpituuden, taajuuden ja kvanttienergian suhteen.
Ääniaallot eivät ole sähkömagneettisia aaltoja vaan ilman, veden tai muun aineen paineaaltoja.
Sähkömagneettisten taajuuksien alue. "UHF" tarkoittaa "ultrakorkeataajuutta", VHF on "erittäin korkeataajuus". Molempia käytettiin aiemmin televisiossa Yhdysvalloissa.
Matemaattinen muotoilu
Fysiikassa tiedetään hyvin, että tyypillisen aallon aaltoyhtälö on seuraavanlainen
∇ 2 f = 1 c 2 ∂ 2 f ∂ t 2 {\displaystyle \nabla ^{2}f={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}f}{\partial t^{2}}}} 
Ongelmana on nyt todistaa, että Maxwellin yhtälöt osoittavat nimenomaisesti, että sähkö- ja magneettikentät luovat sähkömagneettista säteilyä. Muistutetaan, että kaksi Maxwellin yhtälöä on seuraavat yhtälöt
∇ × E = - ∂ B ∂ t {\displaystyle \nabla \times \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}} 
∇ × B = μ o j + μ o ϵ o ∂ E ∂ t {\displaystyle \nabla \times \mathbf {B} =\mu _{o}\mathbf {j} +\mu _{o}\epsilon _{o}{\frac {\partial \mathbf {E} }{\partial t}}} 
Arvioimalla edellä esitettyjen yhtälöiden curl-arvoa ja vektorilaskennan avulla voidaan todistaa seuraavat yhtälöt.
∇ 2 E = 1 c 2 ∂ 2 E ∂ t {\displaystyle \nabla ^{2}\mathbf {E} ={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {E} }{\partial t}}} 
∇ 2 B = 1 c 2 ∂ 2 B ∂ t {\displaystyle \nabla ^{2}\mathbf {B} ={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {B}} }{\partial t}}} 
Huomautus: todisteessa on korvattava
c = 1 μ o ϵ {\displaystyle c={\frac {1}{\sqrt {\mu _{o}\epsilon }}}} 
Yllä olevat yhtälöt ovat analogisia aaltoyhtälön kanssa, kun f korvataan E:llä ja B:llä. Yllä olevat yhtälöt tarkoittavat, että magneetti- (B) ja sähkökenttien (E) läpi tapahtuva eteneminen tuottaa aaltoja.
Aiheeseen liittyvät sivut
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä ovat sähkömagneettiset aallot?
V: Sähkömagneettiset aallot ovat aaltoja, jotka sisältävät sähkökentän ja magneettikentän ja kuljettavat energiaa. Ne etenevät valon nopeudella (299 792 458 metriä sekunnissa).
K: Mitä on kvanttimekaniikka?
V: Kvanttimekaniikka on tutkimusala, joka kehittyi sähkömagneettisten aaltojen tutkimuksesta. Siihen kuuluu sekä näkyvän että näkymättömän valon tutkimus.
K: Minkälainen sähkömagneettinen säteily voi olla haitallista kehollesi?
V: Jotkin sähkömagneettisen säteilyn tyypit, kuten röntgensäteet, ovat ionisoivaa säteilyä ja voivat olla haitallisia kehollesi.
K: Mihin kohtaan ultraviolettisäteily sijoittuu valospektrissä?
V: Ultraviolettisäteet ovat lähellä valospektrin violettia ääripäätä.
K: Mihin kohtaan infrapunasäteitä sijoittuu valospektrissä?
V: Infrapunasäteet ovat lähellä valospektrin punaista ääripäätä.
K: Miten infrapunasäteet eroavat ultraviolettisäteistä?
V: Infrapunasäteitä käytetään lämpösäteinä, ja ultraviolettisäteet aiheuttavat auringonpolttamia.
K: Pidetäänkö ääniaaltoja sähkömagneettisina aaltoina?
V: Ei, ääniaallot eivät ole sähkömagneettisia aaltoja, vaan ne ovat paineaaltoja ilmassa, vedessä tai muussa aineessa.
