in

Na těchto principech jsou založeny všechny technické „zázraky“ – elektronika, lasery, mobily i fotografie. Elektromagnetické záření, část 1

To, že sluneční světlo není tvořeno pouze bílým světlem, lidé pozorovali od nepaměti v případě duhy. Pochopitelně si tento jev neuměli vysvětlit. Pravděpodobně první, kdo se pokusil světlo rozložit, byl v 17. století Izák Newton. Pro tento rozklad použil speciální skleněný hranol.

Později bylo zjištěno, že světlo lze rozložit i pomocí mřížky. Mřížka je v tomto případě deska opatřená vrypy, které jsou velmi blízko sebe v přesných vzdálenostech. Pro lepší představu, jak může mřížka vypadat, lze uvézt příklad, pokud se podíváme na CD nebo DVD vidíme na spodní záznamové straně různé barvy. Ty vznikají tak, že stopy na DVD jsou vlastně mřížkou.

Dalším příkladem je, když nalijeme olej na vodu. I tady dochází k rozkladu světla, ale jiným způsobem, interferencí, a opět vidíme barevnou duhu.
Postupně bylo v 19. století zjištěno, že existuje i jiné pro nás však neviditelné světlo. Příkladem je Rentgenovo záření, kosmické záření nebo rádiové vlny.

Vlnová délka, frekvence a energie záření

S pojmem vlnová délka se setkáváme i v běžném životě. Například rádio a televize vysílají na velmi krátkých vlnách. Známe také mikrovlnné záření z mobilu, WiFi nebo z mikrovlnky. Víme, že krátkovlnné ultrafialové záření (UV záření) může způsobovat rakovinu kůže. Veškeré druhy záření vydává slunce.

Každé záření je tvořeno částicemi, které nazýváme fotony. Fotony se pohybují rychlosti světla, tj. cca 300 000 km za vteřinu. Každý foton doprovází vlnění. Tento fakt se nazývá dualita záření. Vlnový charakter záření lze pozorovat v případě lomu a ohybu světla. Dá se tedy říct, že světlo svítí i za roh.

Částicový charakter světla se uplatní v případě oka a v technické praxi u všech detektorů záření. Celý princip je poměrně komplikovaný. Částečně se však dá zjednodušit. Dopad částice záření má za následek změnu vlastností molekul a tato změna má za následek chemickou reakci nebo vytvoření napětí. Chemickou reakci jsme často využívali ve fotografii nebo ve filmu při záznamu na fotografický materiál.

V současné době ale využíváme spíše druhý jev, kdy změna napětí je evidována elektronicky (fotoaparát, kamera aj.). Je třeba si uvědomit, že detektor ve fotoaparátu v mobilu je tvořen řadou nezávislých čidel, kdy každé z nich reaguje na dopad fotonu. Abychom vytvořili barevný obraz, musíme použít nejméně tři čidla, jedno pro každou barvu.

Barva světla a vlnová délka

Obecně každý foton má jinou „barvu“ a tato barva je závislá na vlnové délce. V následujícím obrázku je znázorněno, jak vlnová délka vypadá:

„Barvu“ světla proto můžeme popsat pomocí vlnové délky. Jak rychle vlny kmitají, to znamená, s jakou frekvencí se mění, můžeme vypočítat snadno. Na základě faktu, že fotony se pohybují rychlostí světla, pak podíl rychlosti světla a vlnové délky udává frekvenci.

Vlnová délka se obvykle uvádí jako λ a měří se v metrech
Frekvence se označuje jako f nebo v (ný)

Velmi důležitý vztah, který se dá z vlnové délky nebo z frekvence odvodit, uvádí energii záření. Platí, že E=h.c/λ=h.v. To znamená, že kratší vlnová délka nese sebou větší energii. Jaký význam má energie záření bude vysvětleno dále.

Celý problém záření byl na konci 19. století podrobně zkoumán s využitím černého tělesa.

Absolutně černé těleso

Představme si nádobu ve tvaru láhve, která zajišťuje, že dovnitř přes hrdlo nepronikne žádné záření z okolí.

Je zřejmé, že absolutně černé těleso nelze technicky vytvořit. Do láhve vždy pronikne tepelné záření z okolí nebo záření z kosmu. Přesto se však podařilo vytvořit takovou nádobu, která se absolutně černému tělesu podobá na 99 %.

Tuto láhev (nádobu) zahříváme na různou teplotu a měříme vlastnosti záření, které z ní vychází. To znamená, že měříme intenzitu záření pro různé vlnové délky. Jak tento průběh vypadá, ukazuje následující obrázek:

Takový průběh závislosti intenzity záření na teplotě však byl zcela v rozporu s představami fyziků, kteří předpokládali spojitý průběh záření.

Na snímku z roku 1931 Max Planck uprostřed, nalevo Albert Einstein. Zdroj 

Pro popis záření představil Max Planck na konci roku 1900 vzorec záření černého tělesa. Tento vzorec představoval naprostý zvrat v chápání přírody. Původní představy chápaly fyzikální jevy jako spojité. Aby mohl Planck popsat závislost vlnové délky záření černého tělesa na teplotě, musel do vzorce vložit konstantu, dnes zvanou Planckova konstanta. Fyzikální vysvětlení podal až v roce 1905 Albert Einstein.

Na základě těchto informací došlo k rozvoji fyziky a je nutné upozornit na fakt, že na těchto principech jsou založeny všechny technické „zázraky“ v současné době. Jedná se např. o veškerou elektroniku, lasery, mobily i fotografie.

Pro potřeby vysvětlení záření se zaměříme vždy pouze na část spektra.
Pokud rozdělíme celé spektrum záření na části s obdobnými vlastnostmi, můžeme jednotlivé části v následujícím článku definovat.

Text: Syncbytes

What do you think?

1 point
Upvote Downvote

Comments

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Loading…

0

Comments

0 comments

Domácí pokus: Od jaru až k LCD displejům

Od DVBT2 až ke grilu. Elektromagnetické záření, část 2