Електромагнитните вълни са вълни, които съдържат електрическо и магнитно поле и носят енергия. Те се движат със скоростта насветлината. Полетата са взаимно перпендикулярни и перпендикулярни на посоката на разпространение, т.е. електромагнитните вълни са трансверсални. Описани са математически от уравненията на Максвел и могат да се разглеждат както като вълни, така и като частици (фотони) при квантовото описание.

Квантовата механика се развива от изучаването на електромагнитните вълни. Тази област включва изучаването както на видимата, така и на невидимата светлина. Видимата светлина е светлината, която може да се види с нормално зрение в цветовете на дъгата. Невидимата светлина е светлината, която не може да се види с нормално зрение, и включва по-енергични и по-високочестотни вълни, като ултравиолетовите, рентгеновите и гама-лъчите. Вълните с по-голяма дължина, като инфрачервените, микро- и радиовълните, също се изследват в областта на квантовата механика. В квантовата теория енергията на един фотон е пропорционална на честотата: E = h·ν (където h е константата на Планк, ν — честота), а връзката между честота и дължина на вълната е c = λ·ν.

Електромагнитен спектър

Електромагнитният спектър обхваща всички честоти/дължини на вълните — от много дълги радиовълни до много къси гама-лъчи. Основните области (подредени от най-дълги към най-къси дължини на вълната) включват:

  • Радиовълни — използват се за радио- и телевизионно излъчване, комуникации и радарни системи (радиовълните,).
  • Микровълни — комуникации, радар, шкафове за микровълнова печка (микро-).
  • Инфрачервена (IR) — топлинно излъчване, дистанционно управление, термография (инфрачервените, топлинни).
  • Видима светлина — това, което възприемаме с очите; цветовете на дъгата са пример за разпределение на енергиите в тази област (Видимата светлина).
  • Ултравиолетово (UV) — по-енергийни от видимата светлина, могат да предизвикват слънчеви изгаряния и фотохимични промени (ултравиолетовите).
  • Рентгеново — високоенергийни вълни, използвани за медицинска диагностика и материален анализ (рентгеновите).
  • Гама-лъчи — най-късите и най-енергийни електромагнитни вълни, произвеждани в ядрени реакции и радиоактивен разпад (гама-лъчите).

Йонизиращо и не-йонизиращо лъчение

Някои видове електромагнитни лъчения, като рентгеновите лъчи, са йонизиращи лъчения и могат да бъдат вредни за тялото ви. Ултравиолетовите лъчи са близо до виолетовия край на светлинния спектър, а инфрачервените са близо до червения край. Инфрачервените лъчи са топлинни лъчи, а ултравиолетовите лъчи причиняват слънчеви изгаряния. Към не-йонизиращите спадат радиовълните, микровълните, инфрачервеното и видимото; към йонизиращите — UV (при високи енергии), рентгеновите и гама-лъчите.

Физични характеристики и взаимодействия

Различните части на електромагнитния спектър се различават по дължина на вълната, честота и квантова енергия. Основни явления при взаимодействие с материята:

  • Отражение — връщане на вълната от повърхност.
  • Пречупване — промяна на посоката при преминаване между среди (закон на Снел).
  • Дифракция — огъване около препятствия и процепи.
  • Интерференция — съвпадане на вълни, водещо до усилване или заглушаване.
  • Поляризация — посоката на колебание на електричното поле; важна при поляризационни филтри и комуникации.
  • Поглъщане и разсейване — материята може да абсорбира енергия или да разсейва лъчението (пример: Релеевско разсейване, което прави небето синьо).

Източници и сензори

Електромагнитни вълни се произвеждат от различни физични процеси: колебания на електрически заряди (радиопредаватели), квантови преходи в атоми и молекули (видима и UV светлина), термално излъчване (инфрачервено), ускорени заряди в магнитни полета (синхротронно излъчване), ядрени процеси (гама-лъчи) и др. За детектиране се използват антени, фотодиоди, CMOS/CCD сензори, термални детектори, счетчици за гама-лъчение и специализирани фотоприемници.

Приложения

  • Комуникации: радио, телевизия, мобилни мрежи, сателитни връзки.
  • Медицина: образна диагностика (рентген, КТ), терапия с лъчетерапия (гама и рентгенови лъчи).
  • Индустрия: радарни системи, неразрушителен контрол, микровълнови технологии.
  • Наука и изследвания: спектроскопия, астрономия, лазерни технологии.
  • Ежедневие: осветление, топлинни уреди, дистанционни управление и безжични мрежи.

Звуковите вълни не са електромагнитни вълни, а вълни на налягане във въздуха, водата или друго вещество; те изискват среда за разпространение, докато електромагнитните вълни могат да се разпространяват в вакуум.

За безопасна работа с електромагнитно излъчване е важно да се спазват нормите и указанията за емисии и излагане, особено при източници на йонизиращо лъчение и при силни полета в близост до хората и електрониката.