Radiācija ir fizisks process, kura rezultāts ir enerģijas pārnešana, izmantojot elektromagnētiskos viļņus. Apgriezto procesu pret starojumu sauc par absorbciju. Apskatīsim šo jautājumu sīkāk, kā arī sniegsim piemērus par starojumu ikdienas dzīvē un dabā.
Radiācijas rašanās fizika
Jebkurš ķermenis sastāv no atomiem, kurus, savukārt, veido pozitīvi lādēti kodoli, un elektroniem, kas veido elektronu apvalkus ap kodoliem un ir negatīvi lādēti. Atomi ir sakārtoti tā, ka tie var atrasties dažādos enerģijas stāvokļos, tas ir, tiem var būt gan lielāka, gan zemāka enerģija. Ja atomam ir viszemākā enerģija, tas ir tā pamatstāvoklis, jebkurš cits atoma enerģijas stāvoklis tiek saukts par ierosinātu.
Atoma dažādu enerģijas stāvokļu esamība ir saistīta ar to, ka tā elektroni var atrasties noteiktos enerģijas līmeņos. Elektronam pārvietojoties no augstāka līmeņa uz zemāku, atoms zaudē enerģiju, ko izstaro apkārtējā telpā fotona – nesējdaļiņas formā.elektromagnētiskie viļņi. Gluži pretēji, elektrona pāreja no zemāka līmeņa uz augstāku notiek kopā ar fotona absorbciju.
Ir vairāki veidi, kā pārvietot atoma elektronu uz augstāku enerģijas līmeni, kas ietver enerģijas pārnesi. Tas var būt gan ārējā elektromagnētiskā starojuma ietekme uz aplūkojamo atomu, gan enerģijas pārnešana uz to ar mehāniskiem vai elektriskiem līdzekļiem. Turklāt atomi var saņemt un pēc tam atbrīvot enerģiju ķīmisko reakciju ceļā.
Elektromagnētiskais spektrs
Pirms pāriet pie radiācijas piemēriem fizikā, jāatzīmē, ka katrs atoms izstaro noteiktas enerģijas daļas. Tas notiek tāpēc, ka stāvokļi, kuros elektrons var atrasties atomā, nav patvaļīgi, bet gan stingri noteikti. Attiecīgi pāreju starp šiem stāvokļiem pavada noteikta enerģijas daudzuma emisija.
No atomu fizikas ir zināms, ka elektronu pāreju rezultātā atomā radītajiem fotoniem ir enerģija, kas ir tieši proporcionāla to svārstību frekvencei un apgriezti proporcionāla viļņa garumam (fotons ir elektromagnētiskais vilnis, ko raksturo pēc izplatīšanās ātruma, garuma un frekvences). Tā kā vielas atoms var izstarot tikai noteiktu enerģiju kopumu, tas nozīmē, ka arī emitēto fotonu viļņu garumi ir specifiski. Visu šo garumu kopu sauc par elektromagnētisko spektru.
Ja fotona viļņa garumsatrodas no 390 nm līdz 750 nm, tad runā par redzamo gaismu, jo cilvēks to var uztvert ar savām acīm, ja viļņa garums ir mazāks par 390 nm, tad šādiem elektromagnētiskajiem viļņiem ir liela enerģija un tos sauc par ultravioletajiem, rentgena stariem. vai gamma starojums. Garumiem, kas lielāki par 750 nm, ir raksturīga neliela fotonu enerģija, tos sauc par infrasarkano, mikro vai radio starojumu.
Ķermeņu termiskais starojums
Jebkurš ķermenis, kura temperatūra atšķiras no absolūtās nulles, izstaro enerģiju, šajā gadījumā mēs runājam par termisko vai termisko starojumu. Šajā gadījumā temperatūra nosaka gan termiskā starojuma elektromagnētisko spektru, gan ķermeņa izstarotās enerģijas daudzumu. Jo augstāka temperatūra, jo vairāk enerģijas ķermenis izstaro apkārtējā telpā, un jo vairāk tā elektromagnētiskais spektrs pāriet uz augstfrekvences apgabalu. Termiskā starojuma procesus apraksta Stefana-Bolcmaņa, Planka un Vīnes likumi.
Radiācijas piemēri ikdienas dzīvē
Kā minēts iepriekš, pilnīgi jebkurš ķermenis izstaro enerģiju elektromagnētisko viļņu veidā, taču šo procesu ne vienmēr var redzēt ar neapbruņotu aci, jo apkārtējo ķermeņu temperatūra parasti ir pārāk zema, tāpēc to spektrs atrodas zemās frekvencēs, kas cilvēkiem nav redzama.
Spilgts piemērs starojumam redzamajā diapazonā ir elektriskā kvēlspuldze. Ejot pa spirāli, elektriskā strāva uzsilda volframa pavedienu līdz 3000 K. Tik augsta temperatūra liek kvēldiegam izstarot elektromagnētiskos viļņus, maksimumskas ietilpst redzamā spektra garo viļņu daļā.
Cits radiācijas piemērs mājās ir mikroviļņu krāsns, kas izstaro cilvēka acij neredzamus mikroviļņus. Šos viļņus absorbē objekti, kas satur ūdeni, tādējādi palielinot to kinētisko enerģiju un līdz ar to arī temperatūru.
Visbeidzot, radiācijas piemērs ikdienā infrasarkanajā diapazonā ir radiatora radiators. Mēs neredzam tā starojumu, bet jūtam tā siltumu.
Dabas starojoši objekti
Iespējams, spilgtākais radiācijas piemērs dabā ir mūsu zvaigzne - Saule. Temperatūra uz Saules virsmas ir aptuveni 6000 K, tāpēc tās maksimālais starojums krīt pie viļņa garuma 475 nm, tas ir, tas atrodas redzamajā spektrā.
Saule sasilda apkārt esošās planētas un to pavadoņus, kas arī sāk spīdēt. Šeit ir jānošķir atstarotā gaisma un termiskais starojums. Tātad mūsu Zemi no kosmosa var redzēt zilas bumbiņas formā tieši atstarotās saules gaismas dēļ. Ja runājam par planētas termisko starojumu, tad tas arī notiek, bet atrodas mikroviļņu spektra apgabalā (apmēram 10 mikroni).
Bez atstarotās gaismas ir interesanti minēt vēl vienu piemēru par radiāciju dabā, kas asociējas ar circenīšiem. To izstarotā redzamā gaisma nekādā veidā nav saistīta ar termisko starojumu un ir atmosfēras skābekļa un luciferīna (viela, kas atrodas kukaiņu šūnās) ķīmiskās reakcijas rezultāts. Šī parādība irbioluminiscences nosaukums.
