Rayonnement électromagnétique

Nous pouvons voir différents objets à l’aide de la lumière. Nous pouvons également communiquer entre nous via des « smartphones » sur de grandes distances grâce aux radiations. Mais nous sommes-nous déjà demandé ce qu’est réellement ce « rayonnement » ou cette « lumière » ? De quoi est-il composé ? Ce « rayonnement » ou « lumière » est en fait un « rayonnement électromagnétique ». Le terme « électromagnétique » est une combinaison de deux mots « électrique » et « magnétique ». Nous pouvons également conclure que le terme « électromagnétique » indique la relation entre un « champ électrique » et un « champ magnétique ». Le terme « rayonnement » peut être considéré comme une « onde ». Une « onde » est un phénomène physique qui est une perturbation d’un milieu tel que l’air. Le milieu peut être solide, liquide, gazeux, électrique ou un champ magnétique.

Nous allons d’abord discuter de la nature d’un « champ électrique ». Il s’agit d’un type de force subie par une particule chargée placée sur le territoire d’une autre particule chargée. La particule chargée peut être soit « positive » soit « négative ». Un exemple de particule chargée placée dans le champ d’une autre particule chargée est montré ici. Une particule chargée subit une force produite par une autre particule chargée. Cette force est appelée « champ électrique » et est ressentie par les charges « positives » ou « négatives ». Lorsqu'une particule chargée accélère, elle produit un changement dans le « champ électrique ». Ce changement dans le champ électrique donne naissance à un « champ magnétique ». Le champ magnétique est également une force comme le champ électrique.

La modification du champ magnétique donne également naissance à un champ électriqueOn peut dire que les champs électriques et magnétiques sont cohérents par nature. Ces champs électriques et magnétiques changeants donnent naissance à un « rayonnement électromagnétique ». Le « rayonnement électromagnétique » est un type d’énergie qui se propage dans l’espace ou le milieu matériel sous la forme d’une « onde électromagnétique » composée de champs « électriques » et « magnétiques » changeants. La nature cohérente des deux champs produit des ondes électromagnétiques. Dans de telles ondes, le champ électrique est perpendiculaire au champ magnétique. Ils se déplacent sous forme d'«onde transversale». En termes simples, nous pouvons dire que le rayonnement électromagnétique est l’énergie qui se propage sous forme de perturbations progressives des champs électriques et magnétiques.

Nous allons maintenant discuter des propriétés du « rayonnement électromagnétique ». Le rayonnement électromagnétique présente une double nature. Il montre la nature particulaire et présente des propriétés ondulatoires. En ce qui concerne la nature ondulatoire, elle se propage sous la forme d’une onde transversale. Une onde transversale présente des caractéristiques particulières. La longueur d'onde est la distance entre deux sections supérieures adjacentes de l'onde. Nous pouvons également mesurer cela en mesurant les distances de deux sections inférieures adjacentes. On les appelle crêtes et creux de formes d’ondes. Cette figure illustre la longueur d'onde d'une onde. Cette longueur d'onde varie selon les différentes ondes électromagnétiques. La longueur d’une onde détermine également la fréquence d’un rayonnement.

La fréquence est le nombre d'ondes passant par un point fixe dans une unité de temps. Par exemple, considérez la boîte dans la figure comme une unité de surface et une onde la traverse en une seconde. Sa fréquence est donc de 1 Hz. Dans le deuxième exemple, deux ondes traversent une zone unitaire en une seconde. Donc sa fréquence est de 2 Hz. La fréquence est mesurée en Hertz, abrégé en Hz. Cela signifie le nombre de cycles par seconde. En termes simples, nous pouvons dire qu'il s'agit du nombre d'ondes traversant une unité de surface en une seconde.

L'expression mathématique de la fréquence est la suivante. Dans cette expression, « v » représente la « fréquence », « c » représente la « vitesse du rayonnement électromagnétique » et « λ » représente la « longueur d'onde ». De cette expression, nous pouvons conclure que la fréquence « v » est inversement proportionnelle à la longueur d'onde « λ ». Cela signifie que plus la longueur d'onde est grande, plus la fréquence sera petite. Comprenons cela à l’aide d’un exemple.

Dans l'illustration, nous pouvons voir que la longueur d'onde est d'abord plus grande lorsqu'elle traverse la surface unitaire. Le temps nécessaire aux ondes pour traverser la surface unitaire est de 1 seconde. Nous pouvons observer qu'une seule grande onde traverse l'unité de surface en une seconde, la « fréquence » est donc de 1 Hz. Mais lorsque nous diminuons la longueur de l'onde traversant l'unité de surface, nous pouvons observer que deux ondes traversent l'unité de surface en une seconde. La fréquence est maintenant de 2 Hz. Nous avons donc diminué la longueur d’onde et la fréquence a été augmentée de 1 Hz à 2 Hz.

Dans l'expression montrée, voyons ce qu'est « c ». Il représente la vitesse du rayonnement « électromagnétique ». C'est constant. La vitesse de tout rayonnement électromagnétique est de 299 792 458 m/s, soit environ 3 × 10⁸ m/s. La lumière est considérée comme un rayonnement électromagnétique. La vitesse du rayonnement électromagnétique n’est pas affectée par les changements de longueur d’onde ou de fréquence. Elle n’est pas modifiée par le changement d’énergie du rayonnement électromagnétique.

La vitesse du « rayonnement électromagnétique » est utilisée comme unité pour mesurer les « distances interstellaires ». Par exemple, le temps nécessaire aux radiations du Soleil pour atteindre la Terre est de près de 8 minutes. On peut dire que la distance entre le « Soleil » et la « Terre » est de 8 minutes-lumière. « 1 année-lumière » est la distance parcourue par la lumière ou le « rayonnement électromagnétique » en 1 an.

Le rayonnement électromagnétique peut également être décrit en termes de particules d’énergie appelées photons. Les photons sont des paquets d’énergie quantifiés. Cela signifie qu’ils n’existent que dans une quantité discrète d’énergie. Leur énergie est exprimée comme indiqué. Dans cette expression, E représente « l'énergie » d'un photon, h représente la « constante de Planck » et v représente la « fréquence ».

Nous avons appris la relation entre « fréquence », « vitesse du rayonnement électromagnétique » et « longueur d’onde ». Nous pouvons substituer la valeur de la fréquence « v » dans l’expression de « Énergie ». Une fois que nous faisons cela, nous obtenons l’équation affichée. E est l'énergie d'un photon. C est la vitesse du rayonnement EM. h est la constante de Planck. L'énergie d'un photon est mesurée en Joules.

Comme nous pouvons le voir à partir de l’expression, l’énergie est inversement proportionnelle à la longueur d’onde. Cela signifie que plus la longueur d'onde du rayonnement électromagnétique est courte, plus son énergie sera grande. Nous pouvons également dire que les photons de haute énergie ont une longueur d’onde plus courte et une fréquence plus élevée par rapport aux photons de basse énergie.

En raison des différences de « longueur d'onde », de « fréquence » et d'« énergie » du rayonnement électromagnétique, ceux-ci peuvent être classés en différents types. Ces différents types de « rayonnement électromagnétique » sont exprimés sous la forme du « spectre électromagnétique ». Le « spectre électromagnétique » montre ces différents « rayonnements électromagnétiques ». Leur longueur d’onde varie d’une grande longueur d’onde de 10³m à une courte longueur d’onde de 10⁻⁵nm. Ces longs rayonnements électromagnétiques sont des ondes radio. Les plus courts sont des rayons gamma. Le rayonnement électromagnétique s'étend donc des « ondes radio » aux « rayons gamma ».

Les rayonnements électromagnétiques sont classés dans les régions suivantes. Les rayons « gamma » sont des rayonnements électromagnétiques de très haute énergie ayant la longueur d’onde la plus courte. Ils ont une fréquence supérieure à 30 × 10¹⁸Hz. En raison de leur très haute énergie, ils ont une très forte pénétration dans la matière. Ces radiations sont créées par la désintégration nucléaire. Les rayons gamma sont également utilisés dans le processus d'« irradiation ». L'irradiation consiste à tuer les micro-organismes vivants et à préserver les aliments des bactéries.

Les « rayons X » ont une gamme de fréquences allant de 30 × 10¹⁵ Hz à 30 × 10¹⁸Hz. Ils ont une énergie plus élevée que les « rayonnements ultraviolets » mais sont plus faibles que les rayons gamma. Les rayons gamma sont émis par le « noyau atomique » et les rayons X sont émis par les électrons. Les « rayons X » sont des photons de très haute énergie. Grâce à cela, ils peuvent exciter les électrons d’un atome et l’ioniser. On les appelle également « radiations ionisantes ». Ces radiations peuvent également provoquer des modifications dans les « liaisons chimiques ». L’un des avantages des « radiations ionisantes » est qu’elles peuvent être utilisées pour le diagnostic médical car elles peuvent pénétrer à l’intérieur des objets. Un exemple est leur utilisation pour « radiographier » le haut du corps.

Les rayonnements ionisants peuvent être utilisés pour traiter le cancer. Parce que ces radiations sont de haute énergie et peuvent modifier les liaisons chimiques, elles peuvent être utilisées pour tuer les cellules cancéreuses. L’inconvénient des rayonnements ionisants est leur effet nocif sur le corps humain. En raison de leur nature ionisante, ils peuvent causer de graves dommages au matériel génétique des organismes vivants. Les graves dommages causés par ces radiations sur l’ADN sont illustrés dans la figure. Comme nous pouvons l’observer, les radiations ionisantes ont un effet direct et indirect sur l’ADN. Ils peuvent ioniser directement les atomes de l’ADN et causer de graves dommages. D’autre part, ces radiations peuvent également ioniser l’eau et la transformer en OH⁻ion et H₃O⁺des ions qui peuvent endommager l’ADN.

Les rayonnements ultraviolets ont une énergie inférieure à celle des « rayons X ». Leur gamme de fréquences est comprise entre 8 × 10¹⁴ et 3 × 10¹⁶Hz. Les « rayonnements ultraviolets » proviennent du soleil et peuvent également causer de graves dommages à la peau. Mais la plupart de ces radiations sont filtrées par la couche d’ozone de notre atmosphère. Les rayons X, les rayons gamma et les rayons UV sont invisibles à l’œil humain. C’est parce que nous ne pouvons voir que les radiations dans la gamme de longueurs d’onde de 300 à 400 nm. L’un des avantages des rayons UV pour le corps humain est que ces rayons incitent le corps à produire de la « vitamine D ».

Les « rayons visibles » ont une gamme de longueurs d’onde comprise entre 380 nm et 750 nm. Parce que ces radiations sont visibles, nous pouvons voir différentes couleurs de ces radiations en fonction de leur longueur d’onde. La gamme de couleurs du spectre visible est illustrée ici. Ces rayonnements peuvent être utilisés dans la « communication par fibre optique » et dans la « photographie ». De plus, ces rayonnements, lorsqu'ils proviennent d'étoiles lointaines, sont utilisés pour mesurer la nature des étoiles par l'astrophysique.

Les rayonnements infrarouges ont une gamme de longueurs d’onde plus grande que celle du rayonnement visible. Ils sont invisibles à l’œil humain. « Les rayonnements infrarouges peuvent être absorbés ou émis par des molécules. Ils peuvent donc être utilisés pour déterminer la structure des molécules. Ces radiations sont utilisées en « vision nocturne » et en « astronomie » pour observer la nature des étoiles et des objets lointains. Ces radiations peuvent être détectées car elles produisent de la chaleur.

Les micro-ondes ont une gamme de longueurs d’onde comprise entre 30 cm et 1 mm. Ils ont une fréquence très basse. En raison de leurs propriétés chauffantes, ils sont utilisés dans les fours à micro-ondes pour cuire les aliments. Les ondes radio ont la longueur d'onde la plus longue du « spectre électromagnétique ». Ils sont utilisés dans la « navigation » et la « radiodiffusion ». Leur gamme de longueurs d’onde est comprise entre 1 mm et 100 km.