הספקטרום האלקטרומגנטי
כל סוגי הקרינה - ממיקרוגל ועד קרני רנטגן - ומה שמשותף לכולן
מהי קרינה אלקטרומגנטית?
תכונות משותפות לכל סוגי הקרינה
מה משותף לכל הקרינות?
מהירות האור
כל סוגי הקרינה נעים ב-300,000 ק"מ/שנ' בוואקום. זו המהירות המקסימלית ביקום.
ללא תווך
בניגוד לקול, קרינה אלקטרומגנטית לא צריכה חומר כדי לנוע. לכן אור השמש מגיע אלינו דרך חלל ריק.
התפשטות בקו ישר
קרינה מתפשטת בקווים ישרים. לכן נוצרים צללים מאחורי עצמים אטומים.
נושאת אנרגיה
גוף שפולט קרינה מאבד אנרגיה. גוף שקולט קרינה מרוויח אנרגיה.
דואליות גל-חלקיק
קרינה מתנהגת גם כגל וגם כחלקיק (פוטון). תגלית מהפכנית מתחילת המאה ה-20.
אינטראקציה עם חומר
כשקרינה פוגשת חומר: בליעה, החזרה, שבירה או מעבר.
הספקטרום - מגלים ארוכים לקצרים
סוגי קרינה אלקטרומגנטית
| סוג קרינה | אורך גל | אנרגיה | שימושים עיקריים |
|---|---|---|---|
| גלי רדיו | ארוך מאוד (ק"מ - מ') | נמוכה מאוד | רדיו, טלוויזיה, תקשורת |
| מיקרוגל | ס"מ | נמוכה | מיקרוגל, Wi-Fi, סלולרי, מכ"מ |
| אינפרא-אדום (IR) | מ"מ - מיקרון | בינונית-נמוכה | שלטים, מצלמות תרמיות, חימום |
| אור נראה | 400-700 ננומטר | בינונית | ראייה, פוטוסינתזה, תאורה |
| אולטרה-סגול (UV) | 10-400 ננומטר | גבוהה | שיזוף, חיטוי, ויטמין D |
| רנטגן (X-ray) | 0.01-10 ננומטר | גבוהה מאוד | צילום רפואי, ביטחון שדות תעופה |
| גמא | פחות מ-0.01 ננומטר | הגבוהה ביותר | טיפול בסרטן, עיקור |
* ככל שאורך הגל קצר יותר - האנרגיה גבוהה יותר, והקרינה מסוכנת יותר
הקשר בין אורך גל, תדירות ואנרגיה
שלושה גדלים קשורים
אורך גל, תדירות ואנרגיה קשורים זה לזה ביחס הפוך או ישר.
אורך גל (lambda) = המרחק בין שני פסגות עוקבות של הגל.
תדירות (f) = כמה פעמים הגל מתנודד בשנייה. יחידה: הרץ (Hz).
אנרגיה (E) = כמות האנרגיה שכל 'חבילה' (פוטון) נושאת.
הקשר:
- אורך גל קצר = תדירות גבוהה = אנרגיה גבוהה
- אורך גל ארוך = תדירות נמוכה = אנרגיה נמוכה
גלי רדיו (ארוכים, חלשים) ← ← ← קרני גמא (קצרים, חזקים)
מהירות = אורך גל x תדירות. כיוון שהמהירות קבועה (מהירות האור), אורך גל ותדירות הם ביחס הפוך.
אור נראה - הקשת
אור נראה הוא פס צר בספקטרום, שעינינו יכולות לקלוט. הוא מורכב מצבעים - מאדום (אורך גל ארוך, כ-700 ננומטר) עד סגול (אורך גל קצר, כ-400 ננומטר).
אדום
~700 nm
אנרגיה נמוכה
כתום
~620 nm
צהוב
~580 nm
ירוק
~530 nm
כחול
~470 nm
כחול כהה
~440 nm
סגול
~400 nm
אנרגיה גבוהה
שימושים מעניינים של כל סוג קרינה
קרינה בפעולה
גלי רדיו
רדיו FM/AM, טלוויזיה, GPS, מכשירי קשר. הגלים הארוכים ביותר - יכולים לעבור מרחקים גדולים ודרך קירות.
מיקרוגל
תנור מיקרוגל גורם למולקולות מים במזון לרטוט - וזה מחמם את המזון. גם Wi-Fi וטלפונים סלולריים.
אינפרא-אדום
שלט טלוויזיה. מצלמות תרמיות שרואות חום. חימום בחצר מסעדה. דוד שמש.
אולטרה-סגול
חיטוי מים ומשטחים. ייצור ויטמין D בעור. בדיקת שטרות מזויפים (דיו מיוחד זוהר ב-UV).
רנטגן
צילום עצמות - הקרינה עוברת דרך רקמות רכות אבל נבלעת בעצמות. סריקת מזוודות בשדות תעופה.
גמא
טיפול בסרטן - הקרינה הורגת תאי סרטן. עיקור ציוד רפואי. גילוי חומרים רדיואקטיביים.
קרינה לעומת גלי קול
קרינה אלקטרומגנטית מול קול
קרינה אלקטרומגנטית
לא צריכה תווך חומרי.
עוברת בוואקום (חלל).
מהירות: 300,000 ק"מ/שנ'.
גלים רוחביים.
דוגמה: אור השמש מגיע דרך חלל ריק
גלי קול
צריכה תווך חומרי (אוויר, מים, מוצק).
לא עוברת בוואקום.
מהירות: 340 מ'/שנ' (באוויר).
גלים אורכיים.
דוגמה: בחלל אף אחד לא ישמע אתכם צועקים
לכן ברק נראה מיד (אור = קרינה), אבל רעם נשמע בעיכוב (קול = איטי יותר פי מיליון)
שאלה לחשיבה
לאיזה סוג קרינה יש יותר אנרגיה: קרני רנטגן או מיקרוגל? הסבירו.
לקרני רנטגן יש הרבה יותר אנרגיה. אורך הגל שלהן קצר בהרבה מאורך הגל של מיקרוגל. ככל שאורך הגל קצר יותר, האנרגיה גבוהה יותר. לכן קרני רנטגן יכולות לחדור לגוף (לצילום רפואי) ואילו מיקרוגל רק מחמם מזון.
שאלה לחשיבה
מדוע שלט טלוויזיה עובד רק כשמכוונים אותו לטלוויזיה ולא דרך קיר?
שלט טלוויזיה פולט קרינת אינפרא-אדום. קרינה זו מתפשטת בקו ישר ולא חודרת דרך חומרים אטומים כמו קירות. כשמכוונים את השלט לטלוויזיה, הקרינה מגיעה ישירות לחיישן. אם יש מכשול - היא לא עוברת. לעומת זאת, גלי רדיו (Wi-Fi) כן עוברים דרך קירות כי אורך הגל שלהם ארוך בהרבה.
שאלה לחשיבה
מדוע אנחנו רואים רק פס צר מהספקטרום (אור נראה)?
העיניים שלנו התפתחו לאורך מיליוני שנות אבולוציה להיות רגישות לסוג הקרינה השכיח ביותר שהשמש פולטת ושעובר דרך האטמוספירה. אור נראה הוא הפסגה של קרינת השמש שמגיעה לפני כדור הארץ. חיות אחרות 'רואות' אורכי גל אחרים - דבורים רואות אולטרה-סגול ונחשים חשים אינפרא-אדום.
אור השמש הוא אור לבן שמכיל את כל הצבעים. כשהוא עובר דרך האטמוספירה, מולקולות הגז מפזרות אור כחול (אורך גל קצר) בצורה יעילה הרבה יותר מאור אדום (אורך גל ארוך) - תופעה שנקראת פיזור ריילי. לכן אנחנו רואים את כל השמיים בכחול. בשקיעה, האור עובר מסלול ארוך יותר באטמוספירה, כל הכחול כבר התפזר - ונשאר אדום וכתום.
מצלמות תרמיות קולטות קרינת אינפרא-אדום (חום) ומציגות אותה כתמונה צבעונית. אזורים חמים מוצגים באדום/לבן, קרים בכחול/סגול. שימושים: כבאים מוצאים אנשים בעשן, בתי חולים מאתרים דלקות (אזור חם), צבא מזהה אויבים בלילה, ובנייני מגורים מאתרים בריחות חום דרך חלונות ודלתות לא מבודדים.