Het elektromagnetisch spectrum

Alles in de natuur met een temperatuur boven de 0 Kelvin (-273 graden Celsius) zendt elektromagnetische straling uit. Deze elektromagnetische straling hebben wetenschappers geclassificeerd naar de uitgezonden golflengte/frequentie en ingedeeld in het elektromagnetische spectrum. Een gedeelte van deze elektromagnetische straling kunnen we zien met onze ogen. Dit gedeelte noemen we "zichtbaar licht", maar dit is slecht een zeer klein deel van het gehele elektromagnetische spectrum. Maar wat is deze elektromagnetische straling eigenlijk, hoe ontstaat het en waar is de indeling op gebaseerd?

Inhoud

• Elektromagnetische straling ofwel een fotonenstroom
• Anatomie van een elektromagnetische golf
• Golflengte en frequentie
• Indeling van het elektromagnetisch spectrum

Elektromagnetische straling ofwel een fotonenstroom

Elektromagnetische straling kan worden opgevat als een stroom van deeltjes die fotonen worden genoemd. Fotonen zijn een vorm van energie, een foton wordt ook wel een energiepakketje genoemd. Fotonen gedragen zich echter raar wanneer we ze willen meten. Afhankelijk van de meetopstelling worden fotonen waargenomen als zijnde golven of als een stroom massaloze deeltjes. Aangezien fotonen massaloos zijn verplaatsen ze zich in een vacuüm met de snelheid van het licht (299.792.458 meter per seconde). Straling bestaat dus uit een heel spectrum van fotonen van verschillende hoeveelheden energie.

Hoe ontstaan fotonen

Er zijn verschillende processen waardoor fotonen (elektromagnetische straling) ontstaan.

• Elk elektromagnetisch veld dat in sterkte varieert zal elektromagnetische straling produceren. Dit gebeurt bijvoorbeeld telkens rond een stopcontact wanneer iets wordt aan- of uitgeschakeld.
• Binnen in atomen kunnen elektronen terugvallen in een lagere energietoestand en hierbij komt energie vrij in de vorm van fotonen.
• Fotonen worden ook opgewekt tijdens het proces van kernsplitsing en kernfusie.
• Tussen elementaire deeltjes: wanneer een elementair deeltje en zijn antideeltje botsen, of het spontane verval van één elementair deeltje naar een ander elementair deeltje.

Grootste bron van elektromagnetische straling

In ons zonnestelsel is de zon de grootste bron van elektromagnetische straling. De zon is als het ware één grote kernfusiereactor, waar allerlei waterstofkernen zich samenvoegen en weer uiteen vallen. De zon zendt tijdens dit proces hoofdzakelijk Gammastraling uit.

Anatomie van een elektromagnetische golf

Als we aan golven denken dan denken we meestal aan de golven van de zee, als het oppervlak van het zeewater op en neer beweegt. Of we denken misschien aan geluidsgolven, een verplaatsing van luchtdrukveranderingen door de lucht. Zowel golven op zee als ook geluidsgolven hebben dus een medium nodig om zich in voort te bewegen. Geluid kan zich bijvoorbeeld niet verplaatsen in een vacuüm. Elektromagnetische straling beweegt zich ook voort in een veld namelijk het elektromagnetische veld. Het elektromagnetische veld bestaat uit twee componenten: het elektrische veld en het magnetische veld.

• Elektrisch veld: ontstaat door elektrische ladingen en zorgt voor een elektrische kracht op andere ladingen.
• Magnetisch veld: ontstaat door de beweging van elektrische ladingen.

Elektrische en magnetische verschijnselen zijn dus onlosmakelijk met elkaar verbonden en staan loodrecht op elkaar. Bij een veranderend magnetisch veld ontstaat een elektrisch veld en omgekeerd geldt, bij een veranderend elektrisch veld ontstaat een magnetisch veld. Dit elektromagnetische veld is overal om ons heen en in het universum. Elektromagnetische golven zijn dus rimpels in het elektromagnetische veld.

Elektromagnetische kracht

Elektrisch geladen deeltjes ondervinden een kracht van deze elektromagnetische velden, dit is de elektromagnetische kracht. Deze elektromagnetische kracht is een van de vier fundamentele natuurkrachten. De andere drie zijn:

• zwakke kernkracht,
• sterke kernkracht,
• zwaartekracht.

Golflengte en frequentie

Omdat straling een golfkarakter heeft kunnen we de golflengte meten. Golflengte is de afstand tussen de top van een golf tot de top van de volgende golf. Deze afstand kan gemeten worden in:
De golflengte van rood licht is bijvoorbeeld 700 nm en die van violet licht 400 nm.

De frequentie is het aantal golven die we tegenkomen per seconde. Ook de frequentie kunnen we meten en wordt weergegeven in Hertz:
De golven van bijvoorbeeld uw magnetron hebben een frequentie van een paar GHz.

Straling met een lage golf heeft dus een lage frequentie en bezit weinig energie en is over het algemeen niet schadelijk voor de mens. Des te meer energie een foton bezit des te korter is de golflengte en heeft zodoende een hoge frequentie. Maar ook geldt dat elektromagnetische straling met een zeer hoge frequentie zeer schadelijk kan zijn voor het leven op aarde. Gelukkig is onze planeet goed beschermd tegen hoog energetische straling uit de ruimte.

Indeling van het elektromagnetisch spectrum

Alle onderdelen van het elektromagnetische spectrum zijn allemaal dezelfde elektromagnetische golven met als enige verschil: ze bewegen op een andere golflengte. Hiermee is de volgende indeling gemaakt: van straling met een korte golflengte naar straling met een lange golflengte:

Lees verder

• Afstanden berekenen in de sterrenkunde en kosmologie
• De eerste minuten van de Big Bang
• Entropie, de orde of wanorde van energie
• Neutronensterren, bizarre hemelobjecten
• Verschil tussen roodverschuiving en blauwverschuiving