Spinduliavimas yra fizinis procesas, kurio rezultatas yra energijos perdavimas naudojant elektromagnetines bangas. Atvirkštinis radiacijos procesas vadinamas absorbcija. Panagrinėkime šį klausimą išsamiau, taip pat pateikime radiacijos kasdieniame gyvenime ir gamtoje pavyzdžių.
Radiacijos atsiradimo fizika
Bet kurį kūną sudaro atomai, kuriuos savo ruožtu sudaro teigiamai įkrauti branduoliai, ir elektronų, kurie sudaro elektronų apvalkalus aplink branduolius ir yra neigiamai įkrauti. Atomai išsidėstę taip, kad gali būti skirtingos energijos būsenos, tai yra, gali turėti ir didesnę, ir mažesnę energiją. Kai atomo energija yra mažiausia, sakoma, kad jis yra jo pagrindinė būsena, bet kuri kita atomo energetinė būsena vadinama sužadinta.
Atomo energetinės būsenos skiriasi dėl to, kad jo elektronai gali būti tam tikruose energijos lygiuose. Kai elektronas juda iš aukštesnio lygio į žemesnį, atomas praranda energiją, kurią išspinduliuoja į supančią erdvę fotono – nešiklio dalelės pavidalu.elektromagnetines bangas. Priešingai, elektrono perėjimą iš žemesnio į aukštesnį lygį lydi fotono sugertis.
Yra keletas būdų, kaip perkelti atomo elektroną į aukštesnį energijos lygį, kuris apima energijos perdavimą. Tai gali būti tiek išorinės elektromagnetinės spinduliuotės poveikis nagrinėjamam atomui, tiek energijos perdavimas jam mechaninėmis ar elektrinėmis priemonėmis. Be to, atomai gali priimti ir išleisti energiją per chemines reakcijas.
Elektromagnetinis spektras
Prieš pereinant prie fizikos spinduliuotės pavyzdžių, reikia pažymėti, kad kiekvienas atomas skleidžia tam tikras energijos dalis. Taip atsitinka todėl, kad būsenos, kuriose elektronas gali būti atome, nėra savavališkos, o griežtai apibrėžtos. Atitinkamai, perėjimą tarp šių būsenų išskiria tam tikras energijos kiekis.
Iš atominės fizikos žinoma, kad fotonų, susidarančių dėl elektroninių perėjimų atome, energija yra tiesiogiai proporcinga jų virpesių dažniui ir atvirkščiai proporcinga bangos ilgiui (fotonas yra elektromagnetinė banga, kuri apibūdinama pagal sklidimo greitį, ilgį ir dažnį). Kadangi medžiagos atomas gali skleisti tik tam tikrą energijų rinkinį, tai reiškia, kad skleidžiamų fotonų bangos ilgiai taip pat yra specifiniai. Visų šių ilgių rinkinys vadinamas elektromagnetiniu spektru.
Jei fotono bangos ilgisyra nuo 390 nm iki 750 nm, tada jie kalba apie matomą šviesą, nes žmogus gali ją suvokti savo akimis, jei bangos ilgis yra mažesnis nei 390 nm, tada tokios elektromagnetinės bangos turi didelę energiją ir vadinamos ultravioletinėmis, rentgeno spinduliais. arba gama spinduliuotė. Didesniems nei 750 nm ilgiams būdinga maža fotono energija, ji vadinama infraraudonuoju, mikro arba radijo spinduliuote.
Kūnų šiluminė spinduliuotė
Bet kuris kūnas, kurio temperatūra yra kitokia nei absoliutus nulis, spinduliuoja energiją, šiuo atveju kalbame apie šiluminę arba šiluminę spinduliuotę. Šiuo atveju temperatūra lemia ir šiluminės spinduliuotės elektromagnetinį spektrą, ir kūno skleidžiamos energijos kiekį. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo daugiau energijos kūnas išspinduliuoja į supančią erdvę, o jo elektromagnetinis spektras pasislenka į aukšto dažnio sritį. Šiluminės spinduliuotės procesai aprašyti Stefano-Boltzmanno, Plancko ir Wieno dėsniais.
Radiacijos pavyzdžiai kasdieniame gyvenime
Kaip minėta aukščiau, absoliučiai bet kuris kūnas spinduliuoja energiją elektromagnetinių bangų pavidalu, tačiau šį procesą ne visada galima pamatyti plika akimi, nes mus supančių kūnų temperatūra dažniausiai yra per žema, todėl jų spektras slypi žemo dažnio nematomame žmonėms.
Ryškus spinduliavimo matomajame diapazone pavyzdys yra elektrinė kaitinamoji lempa. Eidama spirale elektros srovė įkaitina volframo siūlą iki 3000 K. Dėl tokios aukštos temperatūros siūlas skleidžia elektromagnetines bangas, maks.kurios patenka į matomo spektro ilgosios bangos dalį.
Kitas spinduliuotės namuose pavyzdys yra mikrobangų krosnelė, kuri skleidžia žmogaus akiai nematomas mikrobangas. Šias bangas sugeria objektai, kuriuose yra vandens, todėl padidėja jų kinetinė energija ir dėl to jų temperatūra.
Pagaliau, kasdieniame gyvenime infraraudonųjų spindulių diapazone esančios spinduliuotės pavyzdys yra radiatoriaus radiatorius. Mes nematome jo spinduliavimo, bet jaučiame šilumą.
Natūralūs spinduliuojantys objektai
Turbūt ryškiausias spinduliavimo gamtoje pavyzdys yra mūsų žvaigždė – Saulė. Saulės paviršiaus temperatūra yra apie 6000 K, todėl didžiausia jos spinduliuotė patenka ties 475 nm bangos ilgiu, tai yra, ji yra matomame spektre.
Saulė sušildo aplink ją esančias planetas ir jų palydovus, kurie taip pat pradeda švytėti. Čia būtina atskirti atspindėtą šviesą ir šiluminę spinduliuotę. Taigi, mūsų Žemė gali būti matoma iš kosmoso mėlyno rutulio pavidalu būtent dėl atsispindėjusios saulės šviesos. Jei kalbėsime apie planetos šiluminę spinduliuotę, ji taip pat vyksta, bet yra mikrobangų spektro srityje (apie 10 mikronų).
Be atspindėtos šviesos, įdomu pateikti dar vieną spinduliuotės gamtoje pavyzdį, susijusį su svirpliais. Jų skleidžiama matoma šviesa niekaip nesusijusi su šilumine spinduliuote ir yra cheminės reakcijos tarp atmosferos deguonies ir luciferino (medžiagos, esančios vabzdžių ląstelėse) rezultatas. Šis reiškinys yrabioliuminescencijos pavadinimas.
