Stråling er en fysisk proces, hvis resultat er overførsel af energi ved hjælp af elektromagnetiske bølger. Den omvendte proces til stråling kaldes absorption. Lad os overveje dette spørgsmål mere detaljeret og også give eksempler på stråling i hverdagen og naturen.
Fysik for forekomsten af stråling
Enhver krop består af atomer, som igen er dannet af positivt ladede kerner, og elektroner, som danner elektronskaller omkring kernerne og er negativt ladede. Atomer er arrangeret på en sådan måde, at de kan være i forskellige energitilstande, det vil sige, at de kan have både højere og lavere energi. Når et atom har den laveste energi, siges det at være dets grundtilstand, enhver anden energitilstand af atomet kaldes exciteret.
Eksistensen af forskellige energitilstande i et atom skyldes, at dets elektroner kan lokaliseres på bestemte energiniveauer. Når en elektron bevæger sig fra et højere niveau til et lavere, mister atomet energi, som det udstråler ud i det omgivende rum i form af en foton - en bærerpartikelelektromagnetiske bølger. Tværtimod er overgangen af en elektron fra et lavere til et højere niveau ledsaget af absorptionen af en foton.
Der er flere måder at overføre et atoms elektron til et højere energiniveau, hvilket involverer overførsel af energi. Dette kan både være indvirkningen på det betragtede atom af ekstern elektromagnetisk stråling og overførsel af energi til det ved mekaniske eller elektriske midler. Derudover kan atomer modtage og derefter frigive energi gennem kemiske reaktioner.
Elektromagnetisk spektrum
Før man går videre til eksempler på stråling i fysik, skal det bemærkes, at hvert atom udsender visse dele af energi. Dette sker, fordi de tilstande, hvori en elektron kan være i et atom, ikke er vilkårlige, men strengt definerede. Følgelig er overgangen mellem disse tilstande ledsaget af udsendelse af en vis mængde energi.
Det er kendt fra atomfysikken, at fotoner genereret som et resultat af elektroniske overgange i et atom har en energi, der er direkte proportional med deres oscillationsfrekvens og omvendt proportional med bølgelængden (en foton er en elektromagnetisk bølge, der er karakteriseret ved efter udbredelseshastighed, længde og frekvens). Da et atom af et stof kun kan udsende et bestemt sæt energier, betyder det, at bølgelængderne af de udsendte fotoner også er specifikke. Sættet af alle disse længder kaldes det elektromagnetiske spektrum.
Hvis bølgelængden af en fotonligger mellem 390 nm og 750 nm, så taler de om synligt lys, da en person kan opfatte det med egne øjne, hvis bølgelængden er mindre end 390 nm, så har sådanne elektromagnetiske bølger høj energi og kaldes ultraviolet, røntgenstråler eller gammastråling. For længder større end 750 nm er en lille fotonenergi karakteristisk, de kaldes infrarød, mikro- eller radiostråling.
Termisk stråling af legemer
Ethvert legeme, der har en anden temperatur end det absolutte nulpunkt, udstråler energi, i dette tilfælde taler vi om termisk eller termisk stråling. I dette tilfælde bestemmer temperaturen både det elektromagnetiske spektrum af termisk stråling og mængden af energi, der udsendes af kroppen. Jo højere temperatur, jo mere energi udstråler kroppen ind i det omgivende rum, og jo mere skifter dets elektromagnetiske spektrum til højfrekvensområdet. Processerne for termisk stråling er beskrevet af Stefan-Boltzmann, Planck og Wiens love.
Eksempler på stråling i hverdagen
Som nævnt ovenfor udstråler absolut ethvert legeme energi i form af elektromagnetiske bølger, men denne proces kan ikke altid ses med det blotte øje, da temperaturen i de kroppe, der omgiver os, norm alt er for lave, så deres spektrum ligger i det lavfrekvente usynlige for menneskelige område.
Et slående eksempel på stråling i det synlige område er en elektrisk glødelampe. Passerer i en spiral, varmer den elektriske strøm wolframfilamentet op til 3000 K. En så høj temperatur får glødetråden til at udsende elektromagnetiske bølger, maksim altsom falder i den langbølgelængde del af det synlige spektrum.
Et andet eksempel på stråling i hjemmet er mikrobølgeovnen, som udsender mikrobølger, der er usynlige for det menneskelige øje. Disse bølger absorberes af objekter, der indeholder vand, og øger derved deres kinetiske energi og som følge heraf deres temperatur.
Endelig et eksempel på stråling i hverdagen i det infrarøde område er radiatoren på en radiator. Vi ser ikke dens stråling, men vi mærker dens varme.
Naturlige strålende objekter
Det måske mest slående eksempel på stråling i naturen er vores stjerne - Solen. Temperaturen på Solens overflade er omkring 6000 K, så dens maksimale stråling falder ved en bølgelængde på 475 nm, det vil sige, den ligger inden for det synlige spektrum.
Solen opvarmer planeterne omkring den og deres satellitter, som også begynder at lyse. Her er det nødvendigt at skelne mellem reflekteret lys og termisk stråling. Så vores Jord kan ses fra rummet i form af en blå kugle netop på grund af det reflekterede sollys. Hvis vi taler om planetens termiske stråling, så finder den også sted, men ligger i området af mikrobølgespektret (ca. 10 mikron).
Udover reflekteret lys er det interessant at give endnu et eksempel på stråling i naturen, som er forbundet med græshopper. Det synlige lys, der udsendes af dem, er på ingen måde relateret til termisk stråling og er resultatet af en kemisk reaktion mellem atmosfærisk ilt og luciferin (et stof indeholdt i insektceller). Dette fænomen ernavnet på bioluminescens.
