Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

15 frågor/svar hittade

Elektricitet-Magnetism [20524]

Fråga:
Hur lika är egentligen ljus och radiovågor?

Jag vet att ljus exempelvis kan sändas ut när en atom exciteras. Atomen vill bli av med energi, och sänder ut ljus (våg/foton) i en slumpmässig riktning.

Kan metallatomer i en antenn göra samma sak?
/Erik S

Svar:
Väldigt lika och samtidigt väldigt olika! Processen vid utsändning är mycket lika, man har oftast att göra med ett varierande magnetiskt eller elektriskt dipolmoment. Den grundläggande skillnaden är våglängden och därmed energin. Det är denna som bestämmer hur den elektromagnetiska strålningen växelverkar med materia.

Vi har massor av frågor om olika aspekter på elektromagnetisk strålning, t.ex.:

19723 , 17245 teori

15570 i vardagen

12793 absorption

186 partikel/vågegenskaper
/Peter E

Nyckelord: elektromagnetisk strålning [15];

*

Ljud-Ljus-Vågor [19723]

Fråga:
Svänger E och B fälten i takt i elektromagnetisk strålning?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej!

Jag läser just nu om elektromagnetiska svängningskretsar och hur radiovågor alstras, men det finns något jag inte riktigt förstår. Om man utgår från förklaringen med svängningskretsen där energi växlar mellan att vara elektrisk mellan kondensationsplattorna och magnetisk i spolen, kommer man fram till att det magnetiska fältet är minimalt när det elektriska fältet är maximalt och vice versa. Men när vi talar om elektromagnetiska vågor är inte fälten förskjutna relativt varandra med pi/2 rad, de är ju i fas!Jag har försökt googla runt och stötte på begreppen induktionsfält och strålningsfält, men ingen riktig ingående förklaring på vad dessa är och hur de gör att fälten hamnar i fas, så jag hade varit tacksam om jag hade fått en här!

Mvh, Rose
/Rose G, Katedralskolan, Växjö

Svar:
Engelska Wikipedia säger följande om elektromagnetisk strålning:

Electromagnetic radiation (EMR) is a form of radiant energy released by certain electromagnetic processes. Visible light is one type of electromagnetic radiation, other familiar forms are invisible electromagnetic radiations such as X-rays and radio waves.

Classically, EMR consists of electromagnetic waves, which are synchronized oscillations of electric and magnetic fields that propagate at the speed of light. The oscillations of the two fields are perpendicular to each other and perpendicular to the direction of energy and wave propagation, forming a transverse wave. Electromagnetic waves can be characterized by either the frequency or wavelength of their oscillations to form the electromagnetic spectrum. (Electromagnetic_radiation )

Maxwells ekvationer ger en vågekvation där amplituden på stort avstånd från källan (se nedanstående figur) avtar som 1/r. Detta är ditt strålningsfält. Fälten ser ut som i figuren i fråga 15035 . Man ser att E och B svänger i takt.

Nära källan är fälten mycket mer komplicerade eftersom vi har både laddningar och magnetism. Dessa (induktionsfältet) avtar emellertid hastigare än 1/r och försvinner på stort avstånd. Det är alltså bara strålningsfältet, som avtar som 1/r, som överlever på stort avstånd.

Det är alltså amplituden på fälten som avtar som 1/r. Energitransporten ges emellertid av Poyntings vektor (Poynting_vector#Plane_waves ):

P = konst*ExB = konst*E2/c,

och avtar, som sig bör, som 1/r2.

Se även Electromagnetic_radiation#Near_and_far_fields , Electromagnetic_radiation#Derivation_from_electromagnetic_theory och fråga 2867 .

Hoppas det blev lite klarare, Rose, men detta är inte helt lätt. Bra föreläsningar om Maxwells ekvationer och elektromagnetisk strålning av professor Shankar (Yale) finns under länk 1 och 2. Mot slutet av föreläsning 2 visar föreläsaren hur den magnetiska kraften uppkommer som en relativistisk effekt på laddningar som rör sig. Det var detta som fick Einstein att utveckla sin speciella relativitetsteori.



/Peter E

Nyckelord: elektromagnetisk strålning [15]; Maxwells ekvationer [3]; relativitetsteorin, speciella [38];

1 https://www.youtube.com/watch?v=yINtzw63Knc
2 https://www.youtube.com/watch?v=JJZkjMRcTD4

*

Ljud-Ljus-Vågor [19018]

Fråga:
Hej! Ljus kan ses som en ström av fotoner, men går det att säga något om hur tätt de sänds ut? Ljus kan ses som en vågrörelse. Kan dess amplitud mätas i t ex i enheten meter som för mekaniska vågor? (Snabba elektroner har vågegenskaper, kan även dessas amplitud anges på samma sätt?)
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Man måste vara försiktig med att blanda klassiska begrepp som elektromagnetiska vågor med kvantmekaiska begrepp som fotoner. Det är samma sak som med bohrmodellen för atomen. Man får inte övertolka bilden av små laddade partiklar som kretsar kring kärnan, se fråga 13733 .

Låt oss för att få en känsla för antalet fotoner räkna på hur många ljusfotoner per sekund en 60 W glödlampa med verkningsgraden 2% sänder ut:

P*1/(h*c/l) = 0.02*60/((6.6*10-34*3*108)/(600*10-9)) = 3.6*1018

Se även länk 1 och 2 samt fråga 15035 och 13912 .
/Peter E

Nyckelord: elektromagnetisk strålning [15];

1 http://webs.morningside.edu/slaven/Physics/uncertainty/uncertainty4.html
2 http://www.colorado.edu/physics/EducationIssues/ModernPhysics/Lecture_Notes/CSMSP11_Lecture11_AtomicSpectra(asgiven).pdf

*

Ljud-Ljus-Vågor [18551]

Fråga:
Hej. Vad står "gapet" för i begreppet terahertzgapet?
/Lena H, Boden

Svar:
Det är inget gap utan den del av det elektromagnetiska spektrum, se länk 1. Dessa frekvenser är av stort intresse t.ex. för studier av nanostrukturer och DNA. Anledningen till termen "gap" antar jag är att man behöver speciella källor och detektorer. Numera använder man sig av synkrotronljuskällor, t.ex. MAX IV som byggs i Lund. Se länk 2.

Nyckelord: elektromagnetisk strålning [15];

1 http://www.teranova-ist.org/science/terahertz
2 http://www.answers.com/topic/terahertz-gap

*

Ljud-Ljus-Vågor [17245]

Fråga:
Hej. Jag har en fråga angående bildandet av elektromagnetisk strålning. frågan lyder:

Bildas det magnetiska fältet i strålningen av den exciterade elektronens rörelse, likt vad som händer induktion? Elektronen, som laddad partikel, rör sig ju fram och tillbaka och borde ge ett magnetfällt i åt ett håll och sen direkt efter åt det andra, och på så sätt skapa en våg eller puls.

Om det inte är så, hur är det i så fall?

Om det är så, hur kommer det sig att: * fotonen sprider sig i en enda riktning istället för att spridas ut som en ring? * våglängden för ett längre, mer energirikt, hopp blir kortare, fastän vägen är längre och den elektriska kraften mellan kärnan och elektronen borde vara mindre?
/Harald W, Polhemskolan, Lund

Svar:
Harald! Nej, du kan inte föreställa dig utsändning av elektromagnetisk strålning från en atom på det sättet. Utsändning av radiovågor från sändarens antenn kan man se som effekten av en laddning som rör sig fram och tillbaka och ger upphov till ett växlande elektriskt fält. Detta ackompanjeras sedan alltid av ett magnetfält som svänger i takt med det elektriska.

För en atom som sänder ut elektromagnetisk strålning är bilden i fråga 13733 bättre. Men kom ihåg att elektroner är laddade partiklar som styrs av kvantmekanikens lagar och inte små laddade biljardbollar.

Se vidare fråga 15035 och 186 .

En enstaka foton kan bara gå i en riktning. Om man har många fotoner kan fördelningen vara sådan att de går i alla riktningar.

Det är korrekt att energin är högre för kortare våglängd, se fråga 16939 .
/Peter E

Nyckelord: elektromagnetisk strålning [15];

*

Ljud-Ljus-Vågor [16939]

Fråga:
Hur har man kommit fram till att fotonens energi är W=hf?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! hur har man kommit fram till att fotonens energi är W=hf, där h är planks konstant och f är frekvensen? finns det en svensk länk där man kan läsa om det i djupet tack!!
/Ali Z, malmö borgarskolan, malmö

Svar:
Hej Ali! Bra fråga! Formeln för fotonens energi

E = hv (av konvention använder man oftast v [grekiska ny] för fotonens frekvens)

är ju så djupt rotad i den moderna fysiken att man kanske glömmer vad den kommer ifrån.

När det gäller fysikaliska samband uppkommer de typiskt på ett av två sätt:

1 ett experimentellt uppmätt samband eller lag

2 ett antagande som leder till andra samband som kan verifieras experimentellt

eller en kombination av 1 och 2

När det gäller fotonens energi är det till att börja med fall 2: Max Planck (Max_Planck ) gjorde antagandet att energin var proportionell mot frevensen för att härleda ett fungerande uttryck för den den experimentellt observerade fördelningen hos temperaturstrålning (1900), se Plancks strålningslag , speciellt fråga 12397 och Planck's_law (den senare på engelska).

Bilden nedan från Wikimedia Commons Ultraviolet_catastrophe ) visar uppmätt temperaturstålning för tre olika temperaturer (nedre kurvorna). Den övre, svarta kurvan visar den klassiska förutsägelsen (Rayleigh–Jeans law). Som synes avviker den senare mycket från den observerade fördelningen, speciellt för korta våglängder.

Plancks uttryck representerade uppmätta data mycket bra även för korta våglängder. Plancks antagande att energin var given av strålningens frekvens var en avvikelse från den klassiska teorin där energin gavs av amplituden hos strålningen. Utan att veta det förebådade Planck den kommande kvantmekaniken.

Einstein var i sin artikel om fotoelektriska effekten (1905) mycket tydlig med kvantiseringen, och införde begreppet foton för en "ljus-partikel". I fråga 2931 visas data för fotoelektriska effekten som visar proportionaliteten mellan energi och frekvens.

Det mest direkta beviset kom genom Bohrs atommodell (1913). Man kunde bygga upp energidiagram där skillnaden i energin mellan två tillstånd var lika med energin hos fotonen som utsändes vid en övergång. Man kunde mäta våglängden och med hjälp av det generella sambandet mellan vågens utbredningshastighet c, våglängden l och frekvensen v

c = l*v

verifiera proportionaliteten mellan energi och frekvens. Senare infördes namnet Plancks konstant h för denna proportionalitetskonstant.

År 1923 verifierade Arthur Compton sambandet återigen genom sitt experiment att sprida fotoner på elektroner, se comptonspridning .

Länk 1 är en intressant artikel om Max Planck och länk 2 beskriver den historiska utvecklingen av atomteorin.

/*fa*



/Peter E

Nyckelord: Plancks strålningslag [5]; fysik [10]; elektromagnetisk strålning [15]; #ljus [63];

1 http://www.fof.se/tidning/2002/3/max-planck
2 http://www.pixe.lth.se/bossen/fysik/history1.htm

*

Blandat, Ljud-Ljus-Vågor [15609]

Fråga:
Hur kan jag förklara för mina sjuor vad elektromagnetisk strålning är?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej, hur kan jag förklara för mina sjuor vad elektromagnetisk strålning är? Hur jag än försöker föklara så verkar inte de förstå. Är mycket, mycket tacksam för hjälp !
/Jonas H

Svar:
Hej Jonas! Ja, det är inte lätt! Försök med Maxwells ekvationer , dom säger allt om elektromagnetisk strålning. Skämt åsodo , detta är ett problem. Vi måste acceptera två fakta vad gäller fysik och även annan naturvetenskap:

* Djupare förståelse för många fenomen kräver goda kunskaper i matematik och fysik.

* På en fundamental nivå förstår vi ingenting. Ingen vet t.ex. varför två massor attraherar varandra, varför elektromagnetisk strålning finns eller varför elektronens massa är vad den är.

När det gäller att undervisa i fysik tycker jag att man skall följa nedanstående punkter: alltså börja med naturvetenskapens grundvalar experiment och observationer och inte alltför tidigt teoretisera för mycket. Fysikundervisning utartar alltför ofta i att lösa tillrättalagda problem genom att sätta in värden i en formel. Problemet reduceras då ofta till ett meningslöst gissande vilken formel man skall använda. Det är bättre att koncentrera sig på experiment, och om man skall räkna så skall det vara verklighetsförankrade s.k. kontextrika problem - dvs sådana man ställs inför i verkligheten, se länk 1.

Glöm inte att fysik är en experimentell vetenskap! Albert Einstein (som för de flesta är urtypen av en teoretisk fysiker) har sagt:

"In the matter of physics, the first lessons should contain nothing but what is experimental and interesting to see. A pretty experiment is in itself often more valuable than twenty formulae extracted from our minds; it is particularly important that a young mind that has yet to find its way about in the world of phenomena should be spared from formulae altogether. In his physics they play exactly the same weird and fearful part as the figures of dates in Universal History."

Den franske matematikern Henri Poincaré hävdade att arbetet med fysik var som att driva ett bibliotek:

"Den experimentella fysiken svarar för förvärven, och det är bara den ensam som kan berika biblioteket. Den matematiska fysiken ska ordna katalogen. Biblioteket blir inte rikare om katalogen är lätt att hitta i, men läsaren kan utnyttja dess rikedomar bättre. Och genom att visa bibliotekarien på luckorna i samlingarna, kan resurserna användas klokt, vilket är helt avgörande, då resurserna alltid är bristfälliga."

För elektromagnetisk strålning är en möjlig utgångspunkt att beskriva användningen av och faran med strålning av olika våglängder, se fråga 15570 . Fråga 13590 ger en starkt förenklad model av vad elektromagnetisk strålning är. Vad gäller experiment med elektromagnetisk strålning är det lättast att begränsa sig till de typer vi kan uppfatta med sinnerna, dvs ljus och värmestrålning.

Nu tillbaka till lite allmänt om fysikens väsen:

1 Experimentera, observera
Detta är grunden för all naturvetenskap. Observationer i modern mening gjordes först av dansken Tycho Brahe (se Tycho_Brahe )under slutet av 1500-talet. Han mätte framför allt planeten Mars' bana. Italienaren Galileo Galilei (se Galileo_Galilei ) fortsatte 1609 observationerna av stjärnhimlen med det nyuppfunna teleskopet, men han utförde även många andra experiment framför allt i mekanik.

2 Se släktskap mellan olika fysikaliska fenomen
För många grenar av fysiken, som kan tyckas mycket olika, visar det sig att tolkningen av fenomen ofta har stora likheter. Teoretiska modeller från ett område kan ofta överföras med mindre modifikationer till ett annat. Alla mikroskopiska system (storlek atom och nedåt) styrs i princip av en enda ekvation, schrödingerekvationen .

3 Enkla modeller
För att föreställa sig ett fysikaliskt fenomen använder man sig ofta av enkla modeller. Bohr-atomen, med elektroner som rör sig i banor kring atomkärnan, beskriver en liten del av verkligheten och har därför ett visst värde. Man får emellertid inte övertolka förenklade modeller - modellen är inte verkligheten även om vissa modeller beskriver mätbara värden mycket väl.

4 Begränsa antalet grundläggande lagar
Olika fysikaliska lagar och teorier har olika dignitet eller status. Keplers lagar för planeternas rörelse kan t.ex. härledas från Newtons gravitationslag . Denna senare får därmed en högre status. På samma sätt beskriver Maxwells ekvationer (se ovan) det mesta som har att göra med elektricitet och magnetism, inklusive elektromagnetisk strålning. På så sätt kan vi beskriva världen med ett rimligt antal fundamentala lagar.

Följden Nicolaus Copernicus (idén att jorden kretsade kring solen), Tycho Brahe (noggranna observationer av planeternas rörelser), Galileo Galilei (mekanikförsök och observationer av astronomiska objekt med teleskop), Johannes Kepler (lagar för planetrörelsen) och Isaac Newton (universella gravitationslagen och Newtons rörelselagar) brukar framställas som början till ett modernt arbetssätt i vetenskapen. Detta brukar kallas den vetenskapliga revolutionen (Scientific Revolution, History_of_physics#Scientific_Revolution ).

Om man följer ovanstående punkter och bara går så långt som elevernas begreppsbild och andra färdigheter tillåter uppkommer inte problemet att läraren egentligen känner att han/hon inte förstår fenomenet fullständigt. Läraren får trösta sig med att det gör ingen!

Några nyckelord i frågelådan som är relevanta för naturvetenskaplig metod:
 * vetenskaplig metod
 * fysik
 * fysikalisk modell
 * fysik, förståelse av
 * fysik, nytta med
 * pseudovetenskap
 * parapsykologi
 * astrologi
/Peter E

Nyckelord: elektromagnetisk strålning [15]; fysik, förståelse av [16]; matematik i fysik [6]; #ljus [63];

1 http://groups.physics.umn.edu/physed/Research/CRP/crintro.html

*

Ljud-Ljus-Vågor [15570]

Fråga:
Elektromagnetisk strålning i vardagen
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hur mycket strålning utsänder elektriska apparater, som vi använder dagligen (som mikrovågsugn, TV, hårtork). En stjärna, hur mycket strålning utsänder den? Beror det på hur stor stjärnan är eller hur långt borta den är?
/Martina J, Malmö

Svar:
Strålning kan vara mycket olika saker även om man begränsar sig till elektromagnetisk strålning. Allting som inte är vid absoluta nollpunkten sänder ut elektromagnetisk strålning, s.k. temperaturstrålning . Allt som belyses med elektromagnetisk strålning reflekterar en viss del av strålningen.

Hur mycket olika apparater strålar är svårt att säga. I vilken enhet? Watt, fotoner/sekund eller i förhållande till skadliga nivåer? Eftersom endast det senare är av praktiskt intresse koncenterar vi oss på dessa. Låt oss gå igenom det elektromagnetiska spektret med utgångspunkt från nedanstående bild (Bilden är från NASA och därmed fri att användas med angivandet av källan. Den finns i större skala på Wikipedia Electromagnetic_spectrum .)

Radiovågor

Anses vara ofarliga eftersom de innehåller mycket lite energi och dessutom går rakt igenom kroppen. Apparater med radiosändare är t.ex. trådlös telefon, trådlöst nätverk.

Mikrovågor

Dessa innehåller mer energi och är dessutom i resonans med vattenmolekylen. Detta betyder att de absorberas i kroppen och kan ge upphov till en viss uppvärmning. Faran med mobiltelefoner är mycket diskuterad, men även mikrovågsugnar läcker en del mikrovågor, se mikrovågsugn .

Infrarött (värmestrålning)

Fjärrkontroller använder ofta infrarött, men de är så svaga at de knappast utgör någon fara. Värmeelement och spisplattor strålar i infrarött, men eftersom huden stoppar stålningen samtidigt som den är känslig för värmen, så bör värmeelement normalt inte utgöra någon fara. Största delen av effekten i glödlampor strålar i infrarött, så glödlampor är egentligen bättre som värmeelement än ljuskällor.

Synligt ljus

Synligt ljus är en form av elektromagnetisk strålning med en våglängd mellan cirka 390 och 770 nanometer. Genom att ögat är känsligt för strålning i just detta intervall, kan vi se vår omgivning. (Ljus )

Ljus kommer från glödlampor, lysrör och lysdioder. Synligt ljus har mycket liten inträngningsförmåga i kroppen, varför strålningen knappast utgör en fara - bara ögat påverkas. Lysdioder (små lasrar) finns även i t.ex. CD-spelare. Ljuset från dessa kan i princip vara skadligt, men bara om man skruvar isär apparaten.

Ultraviolett

Kommer från UV-lampor. Kan orsaka brännskador vid överdriven exponering. Kan på längre sikt även orsaka hudcancer.

Solen är annars den viktigaste och starkaste källan för infrarött, synligt ljus och UV-strålning. Även stjärnor strålar mest i dessa våglängder, men eftersom effekten avtar med kvadraten på avståndet så är effekten från stjärnor helt försumbar.

Röntgenstrålning

Kommer naturligtvis från röntgenapparater, men de har man knappast hemma. Eftersom en gammal tjock-TV ritar bilden med 20 keV elektroner, så kommer det lite röntgenstrålning från bildskärmen. Platt-TV fungerar på ett annorlunda sätt, så de ger ingen röntgenstrålning.

Röntgenstrålning och gammastrålning är vad som betecknas joniserande strålning. Den är genomträngande och kan jonisera (slita loss elektroner) materia den träffar. Joniserande strålning är därför skadlig - speciellt kan den orsaka skador på DNA och därmed, på sikt, cancer.

Gammastrålning

Gammastrålning är en del av den naturliga strålningsbakgrunden från bergarter och från byggnadsmaterial. Så länge bakgrundsnivån inte är mycket förhöjd får man betrakta den som ofarlig - den går knappast att undvika.

Annan strålning

Alfastrålning är inte elektromagnetisk strålning utan består av He-kärnor som utsänds från tunga kärnor. Alfastrålning förekommer i brandvarnare (därför skall dessa när de är slut tas om hand på ett ordnat sätt). Radon , som finns i varierande mängd överallt i bostäder mm, är i vissa fall definitivt ett hälsoproblem.

Har jag glömt något? Det har jag säkert. Vi har inte heller diskuterat magnetfält och elektriska fält som bildas av elektriska apparater. Skadligheten hos dessa är dåligt känd och ganska kontroversiell.

Figuren nedan innehåller mycket nyttig information om elektromagnetisk strålning. Överst visas t.ex. att endast radiostrålning och synligt ljus släpps igenom jordens atmosfär. Termometern längst ner visar vilka våglängder som utstrålas vid olika temperaturer. Synligt ljus utsänds alltså vid temperaturer mellan 1000 K (c:a 700oC) och 10000 K.



/Peter E

Nyckelord: elektromagnetisk strålning [15]; strålning, faror med [23]; *vardagsfysik [60];

*

Ljud-Ljus-Vågor [15035]

Fråga:
Energi i elektromagnetisk strålning
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! Ofta avbildas elektromagnetiska vågrörelser med projektioner av respektive fält som sinusoidala vågor i fas men i två, mot varandra, vinkelräta plan, ett för det elektriska och ett för magnetfältet, se nedanstående bild från http://www.monos.leidenuniv.nl/smo/index.html?basics/light.htm.

Efter varje period, så är magnituden hos båda fälten noll. Var finns energin då?
/Dennis G, Uppsala

Svar:
Klurig fråga! Sambandet mellan E-fältet och energin gäller emellertid amplituden och inte momentanvärdet, se länk 2. Man kan se en elektromagnetisk våg på två sätt: klassiskt enligt Maxwell (länk 1) eller kvantmekaniskt som en foton.

Tänk dig en klassisk mekanisk svängning, t.ex. en gitarrsträng. Energin i svängningen är proportionell mot amplituden i kvadrat (om den återställande kraften är -kx så blir energin kx2/2). Vid maxutslag är all energi potentiell energi. Vid nollutslag (rak sträng) är den potentiella energin noll, och all energi är rörelseenergi, se länk 2.

Jag vet inte hur långt man kan driva den mekaniska analogin när det gäller elektromagnetiska vågor - jag vet inte ens vad det är som "svänger".

Vad gäller den kvantmekaniska bilden så skulle i princip Heisenbergs obestämdhetsrelation tillåta energivariationen eftersom E = hv = h/T, där T är svängningens period:

E*T = DE*DT = h



/Peter E

Nyckelord: elektromagnetisk strålning [15];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/waves/emwv.html
2 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/soushm.html#c3

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [13912]

Fråga:
Hej, Jag hoppas att ni skulle kunna förklara denna formel för mig "E = hf" jag har fått informationen att den räknar ut E=Energin hos en foton med frekvens f och att h är plancks konstant. Men jag har för mig att man ska räkna (2pi*h)/Rörelsemängden för att få ut våglängden hos materia. Så skulle man inte isället räkna så här för att få ut energin hos en foton? c/f= våglängden och då ta (2pi*h)/(c/f)= rörelsemängden och utgå där ifrån, då har man ju iallafall rörelsemängden.. eller jag vet inte :( du kanske inte försåt hur jag tänker jag tror jag har trasslat in mig ganska rejält..
/Karl J, Hjärteskolan, Trosa

Svar:
Hej Karl! Jag tror jag förstår ditt problem. För elektromagnetisk strålning gäller att

Energin = E = hf

där h är Plancks konstant och f är frekvensen.

Rörelsemängden = p = E/c

där c är ljushastigheten.

Våglängden = l = c/f

Vi får alltså

p = E/c = hf/c = h/l

eller

l = h/p

De Broglie gjorde 1925 antagandet att detta samband även gällde för partiklar. Detta bekräftades ett par år senare för elektroner. Vågängden l kallas de Broglie våglängden.

För en partikel med massan m (den relativistiska massan om hastigheten är hög) och hastigheten v får vi

l = h/p = h/mv

Observera att sambandet även gäller för partiklar med vilomassan 0, t.ex. fotoner. Då måste vi emellertid använda sambandet p = E/c där E är den totala energin:

l = h/p = hc/E

Detta är samma samband som för elektromagnetisk strålning

E = hc/l = hf

Skillnaden är att för elektromagnetisk strålning har vi varierande elektriska och magnetiska fält, medan det för partiklar (t.ex. för gluonen som har vilomassan 0 och för elektronen som har vilomassa skild från 0) rör sig om vad vi kan kalla för "materievågor", se Matter_wave .

Det finns fler likheter mellan elektromagnetisk strålning och materievågor. Sannolikheten att träffa på en foton i en punkt är kvadraten på amplituden hos den elektromagnetiska vågen. En partikel styrs av en vågfunktion ψ, och sannolikheten P att påträffa en partikel i en viss punkt x är

P = |ψ(x)|2
/Peter E

Nyckelord: de Broglie våglängd [1]; kvantmekanik [26]; elektromagnetisk strålning [15];

*

Ljud-Ljus-Vågor [13590]

Fråga:
Tja, undrar bara en sak vet inte om det finns något svar men har funderat på det ett tag. Hur ser fotonens och olika ljus vågrörelser ut är de bara åt 2 riktningar t.ex. upp och ner som vågor på vattnet eller sidleds också eller kanske möjligen skiftande?
/Karl j, Hjärteskolan, Trosa

Svar:
Ljus är en elektomagnetisk svängningsrörelse. Det finns ett elektriskt fält och vinkelrätt däremot ett magnetiskt fält som svänger med mycket hög frekvens. Båda svängningarna är vinkelräta mot fotonens rörelseriktning, se nedan.

Polarisation: Riktningen av det elektriska fältet definieras som polarisationsriktningen.

Polarisationsriktningen kan variera, men varje polarisationsriktning kan sammansättas av två komponenter: t.ex. en horisontell och en vertikal.

Man kan åstadkomma polariserad elektromagnetisk strålning på många sätt, t.ex. absorption (galler), reflektion (Brewster-vinkeln), sändarantennens utformning (radiovågor), comtonspridning (gammastrålning). Se Polarizer .

För en vattenvåg är bara en svängningsriktning möjlig - den riktning som är vinkelrät mot ytan - så för en sådan saknar det mening att tala om polarisation.



/Peter E

Nyckelord: polarisation [7]; elektromagnetisk strålning [15]; #ljus [63];

*

Ljud-Ljus-Vågor [13218]

Fråga:
Hej. Finns det någon bra demonstration/försök för en gymnasieklass att visa att ljushastigheten är konstant, oberoende av ljuskällans rörelse.
/Külvert J

Svar:
Külvert! Det är en ganska besvärlig fråga eftersom ljushastigheten i vakuum c är fundamentalt involverad i relativitetsteorin. Det korta svaret är nej det finns inget enkelt försök. Eftersom problemet är så grundläggande kan det vara på sin plats att diskutera det lite.

Att c är konstant oberoende av källans eller mottagarens rörelse är ett postulat (fundamentalt antagande) i Einsteins speciella relativitetsteori. Einstein grundade antagandet på resultatet av ett experiment där Michelson-Morley försökte påvisa etern. Etern vad det medium man trodde transporterade elektromagnetisk strålning. Resultatet av M-M försök var att de inte såg någon skillnad på olika riktningar trots att jorden rör sig i sin bana med en hastighet av 30 km/s. M-M tolkade resultatet så att jordens rörelse genom etern "tryckte ihop" jorden, så att det inte blev någon skillnad. Se vidare Michelson-Morley Experiment och Flash-animering på Michelson-Morley Experiment (Flash) . Observera att den senare visar vad som skulle hända om etern fanns.

Einstein omtolkade resultatet av M-Ms experiment så att han i stället antog att c är konstant oberoende av källans eller mottagarens rörelse. Från detta antagande härledde han en teori - den speciella relativitetsteorin - som i nästan 100 år visat sig stämma exakt med alla mätningar. Ljushastighetens konstans kan alltså anses väl etablerad.

Så etablerad att den internationella unionen för mått och vikt 1983 antog en ny definition av längdenheten meter, enligt vilken en meter är den sträcka som ljuset tillryggalägger i tomrum på 1/299 792 458 sekund. Därmed är ljushastigheten i vakuum definierad till exakt 299 792 458 m/s. Se vidare Is The Speed of Light Constant? , Speed_of_light och The Speed of Light .

M-Ms experiment med interferometrar i två vinkelräta riktningar visar (om man tolkar det så) att ljushastigheten är oberoende av mottagarens rörelse. Om man noggrannt observerar hur dubbelstjärnor rör sig i sina banor kan man även visa att ljushastigheten är oberoende av källans rörelse.

Så som du ser var det ingen lätt fråga du ställde . Tack Elisabeth och P-O för synpunkter !

Fotnot:

Experiment att bestämma ljushastigheten som är lätt att förstå men kräver lite utrustning finns i länk 1 nedan.
/Peter E

Se även fråga 3545 och fråga 12753

Nyckelord: elektromagnetisk strålning [15]; ljushastigheten [19]; relativitetsteorin, speciella [38]; #ljus [63];

1 http://www.nada.kth.se/~tomaso/ufu/ljusexperiment.html

*

Ljud-Ljus-Vågor [12793]

Fråga:
Hej! Hur förklarar man på atomnivå att inte röntgenstrålning går genom ben och att gammastrålning stoppas av bly och att radiovågor går genom det mesta? Detaljerat svar önskas!
/kristina b, rudbeck, örebro

Svar:
Vi talar alltså om elektromagnetisk strålning, se Electromagnetic_radiation#Types_and_sources,_classed_by_spectral_band_(frequency) .

När elektromagnetisk strålning träffar materia kan det hända många olika saker beroende på vilken energi (frekvens, våglängd) strålningen har. Om strålningen stoppas eller släpps igenom beror på sannolikheten för växelverkan medelst någon process.

För gamma- och röntgenstrålning finns tre effekter man behöver ta hänsyn till: fotoelektriska effekten, comptonspridning och parbildning. Absorptionen beror av sannolikheten att någon av dessa processer sker. Bly har t.ex. högt atomnummer (Z), och sannolikheten för fotoelektriska effekten ökar som Z4.5. Bly, med det höga atomnumret Z=82, är alltså mycket effektivt för att stoppa gammastrålning.

För synligt ljus är processen typiskt en exitation av någon atom- eller molekylnivå. Om strålningens energi passar till en sådan excitation så absorberas strålningen, annars inte. På så sätt får olika material olika färger - olika våglängder absorberas olika.

Mikrovågsstrålning (från t.ex. mikrovågsugn eller mobiltelefon) absorberas av vattemolekyler eftersom dessa är elektriska dipoler. Den elektromagnetiska energin övergår i värme (slupmässig rörelse hos molekyler). Däremot växelverkar miktovågsstrålning nästan inte alls med material som glas och plast. Keramik varierar en hel del eftersom det kan innehålla vatten. Ledande material (metaller) innehåller fria elektroner, vilka kan påverkas av mikrovågor genom att elektronerna sätts i rörelse. Detta skapar strömmar i metallen och värmer upp den. Den mesta mikrovågsstrålningen reflekteras dock i metallytan.

För radiovågor finns det på atomär nivå nästan ingen effekt som orsakar en växelverkan. Radiostrålningen går alltså obehindrat genom de flesta material. Det som kan orsaka växelverkan är fria elektroner. Detta är orsaken till att radiostrålning absorberas av metaller - radio och mobiltelefon fungerar dåligt i hus som innehåller mycket armeringsjärn.

Se Nationalencyklopedin för detaljer om ovanstående begrepp: fotoeffekt , comptonspridning och parbildning . Se även mer detaljerade artiklar i Wikipedia (de engelska motsvarigheterna är svårare men bättre): Fotoelekrisk_effekt , Comptonspridning och Parproduktion . Länk 1 och 2 innehåller beskrivningar av hur elektromagnetisk strålning av olika våglängd växelverkar med materia.

Bilden nedan visar det elektromagnetiska spektrum (radar är vad som ofta kallas mikrovågsstrålning). Energin för en foton med frekvensen v och våglängden l ges av

E = hv = hc/l

där c är ljushastigheten och h Plancks konstant.



/Peter E

Nyckelord: fotoelektrisk effekt [7]; elektromagnetisk strålning [15]; comptonspridning [3];

1 http://resources.yesican-science.ca/trek/radiation/final/index_em_matter.html
2 http://www.madsci.org/posts/archives/2010-03/1269002620.Ph.r.html

*

Ljud-Ljus-Vågor [991]

Fråga:
Hur kan man bevisa att ljus är en vågrörelse?
/rickard a, forssaklackskolan, borlänge

Svar:
En egenskap som utmärker vågor kallas för interferens. Det innebär att två vågor kan både förstärka och försvaga varandra. Förstärkning sker om vågtoppar från de båda vågorna finns på samma ställe medan det vid försvagning är en vågtopp och en vågdal från vardera vågen som möts.

Om vi sänder ut två vågor (tänk dig vattenvågor) från lite olika ställen så kommer interferensen att medföra att vågorna kommer att förstärka varandra i vissa riktningar och försvaga varandra i andra riktningar.

Man gör motsvarande experiment med ljus. Man tar och skickar ljus mot två smala springor som ligger nära varandra ("dubbelspalt"). Ljuset kommer nu att förstärkas (och försvagas) i flera olika riktningar vilket visar att ljuset kan beskrivas som en vågrörelse.

Det är inte bara ljus som är vågrörelse, också materia är det. Man kan tillverka små "fotbollar" av 60 kolatomer (fullerener). Nu har man upprepat dubbelspaltexperimentet genom att kasta sådana "fotbollar" mot en dubbelspalt. Man ser samma mönster som med ljus. En fotboll i rörelse har en våglängd.
/GO, KS

Nyckelord: elektromagnetisk strålning [15];

*

Ljud-Ljus-Vågor [186]

Fråga:
Varför talar den fotoelektriska effekten emot att ljuset är en våg? Varför kan ljuset uppföra sig både som vågor och partiklar?
/

Svar:
Den fotoelektriska effekten innebär att ljus som faller in mot en metall kan frigöra elektroner ur metallen. Låt oss göra en analogi. I en hamn ligger båtar vid kajen. Det kommer in vågor från havet. Vilka vågor kan lyfta upp båtarna på land? Det är väl rätt klart att det är våghöjden som är avgörande. Är det 4 m från vattenytan till kajkanten så kan ju inte en våg med höjden 2 m lyfta upp båtarna på land men en våg med 10 m höjd klara detta. Däremot har inte våglängden någon avgörande betydelse. Det torde inte spela någon större roll om våglängden är 100 m eller 10 km. Alltså: I en vågmodell har amplituden den avgörande rollen när det gäller att "lyfta ut" saker.

I den fotoelektriska effekten är det våglängden (frekvensen, färgen) som avgör om man kan lösgöra elektronerna vilket inte är förenligt med en vågmodell, se nedanstående figur och länk 1.

För att beskriva alla fenomen behöver vi betrakta ljus ibland som en våg och ibland som en ström av partiklar. Jag tror inte man i detta fall kan ge något svar på frågan: Varför?

Denna "dualism" finns endast när vi använder vårt vardagliga språk. I den matematiska modell som kallas för kvantmekanik finns inte denna tvetydighet.



/GO

Nyckelord: fotoelektrisk effekt [7]; elektromagnetisk strålning [15];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mod1.html

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7203 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-11-19 11:33:22.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.