La radiació és un procés físic, el resultat del qual és la transferència d'energia mitjançant ones electromagnètiques. El procés invers a la radiació s'anomena absorció. Considerem aquest tema amb més detall i també donem exemples de radiació a la vida quotidiana i a la natura.
Física de l'aparició de radiacions
Qualsevol cos està format per àtoms, que, al seu torn, estan formats per nuclis carregats positivament, i electrons, que formen capes d'electrons al voltant dels nuclis i estan carregats negativament. Els àtoms estan disposats de tal manera que poden estar en diferents estats energètics, és a dir, poden tenir tant energia més alta com més baixa. Quan un àtom té l'energia més baixa, es diu que és el seu estat fonamental, qualsevol altre estat energètic de l'àtom s'anomena excitat.
L'existència de diferents estats energètics d'un àtom es deu al fet que els seus electrons es poden localitzar en determinats nivells d'energia. Quan un electró es mou d'un nivell superior a un altre inferior, l'àtom perd energia, que irradia a l'espai circumdant en forma de fotó, una partícula portadora.ones electromagnètiques. Al contrari, la transició d'un electró d'un nivell inferior a un nivell superior va acompanyada de l'absorció d'un fotó.
Hi ha diverses maneres de transferir l'electró d'un àtom a un nivell d'energia superior, que impliquen la transferència d'energia. Això pot ser tant l'impacte sobre l'àtom considerat de la radiació electromagnètica externa com la transferència d'energia a aquest per mitjans mecànics o elèctrics. A més, els àtoms poden rebre i després alliberar energia mitjançant reaccions químiques.
Espectre electromagnètic
Abans de passar a exemples de radiació en física, cal tenir en compte que cada àtom emet determinades porcions d'energia. Això passa perquè els estats en què un electró pot estar en un àtom no són arbitraris, sinó estrictament definits. En conseqüència, la transició entre aquests estats va acompanyada de l'emissió d'una certa quantitat d'energia.
Des de la física atòmica se sap que els fotons generats com a resultat de transicions electròniques en un àtom tenen una energia directament proporcional a la seva freqüència d'oscil·lació i inversament proporcional a la longitud d'ona (un fotó és una ona electromagnètica que es caracteritza per per velocitat de propagació, longitud i freqüència). Com que un àtom d'una substància només pot emetre un determinat conjunt d'energies, vol dir que les longituds d'ona dels fotons emesos també són específiques. El conjunt de totes aquestes longituds s'anomena espectre electromagnètic.
Si la longitud d'ona d'un fotóes troba entre 390 nm i 750 nm, aleshores parlen de llum visible, ja que una persona la pot percebre amb els seus propis ulls, si la longitud d'ona és inferior a 390 nm, aquestes ones electromagnètiques tenen una gran energia i s'anomenen raigs X ultraviolats. o radiació gamma. Per a longituds superiors a 750 nm, una petita energia fotònica és característica, s'anomenen radiació infraroja, micro o ràdio.
Radiació tèrmica dels cossos
Qualsevol cos que tingui alguna temperatura diferent del zero absolut irradia energia, en aquest cas parlem de radiació tèrmica o tèrmica. En aquest cas, la temperatura determina tant l'espectre electromagnètic de la radiació tèrmica com la quantitat d'energia emesa pel cos. Com més alta sigui la temperatura, més energia irradia el cos a l'espai circumdant i més el seu espectre electromagnètic es desplaça a la regió d' alta freqüència. Els processos de radiació tèrmica estan descrits per les lleis de Stefan-Boltzmann, Planck i Wien.
Exemples de radiació a la vida quotidiana
Com s'ha esmentat anteriorment, absolutament qualsevol cos irradia energia en forma d'ones electromagnètiques, però aquest procés no sempre es pot veure a ull nu, ja que les temperatures dels cossos que ens envolten solen ser massa baixes, per la qual cosa el seu espectre es troba a la baixa freqüència invisible per a l'àrea humana.
Un exemple sorprenent de radiació en el rang visible és una làmpada incandescent elèctrica. Passant en espiral, el corrent elèctric escalfa el filament de tungstè fins a 3000 K. Una temperatura tan elevada fa que el filament emeti ones electromagnètiques, màximque cauen a la part de longitud d'ona llarga de l'espectre visible.
Un altre exemple de radiació a la llar és el forn de microones, que emet microones invisibles a l'ull humà. Aquestes ones són absorbides pels objectes que contenen aigua, augmentant així la seva energia cinètica i, com a resultat, la seva temperatura.
Finalment, un exemple de radiació a la vida quotidiana en el rang d'infrarojos és el radiador d'un radiador. No veiem la seva radiació, però sentim la seva calor.
Objectes radiants naturals
Potser l'exemple més sorprenent de radiació a la natura és la nostra estrella: el Sol. La temperatura a la superfície del Sol és d'uns 6000 K, de manera que la seva radiació màxima cau a una longitud d'ona de 475 nm, és a dir, es troba dins de l'espectre visible.
El sol escalfa els planetes que l'envolten i els seus satèl·lits, que també comencen a brillar. Aquí cal distingir entre la llum reflectida i la radiació tèrmica. Així doncs, la nostra Terra es pot veure des de l'espai en forma de bola blava precisament a causa de la llum solar reflectida. Si parlem de la radiació tèrmica del planeta, també té lloc, però es troba a la regió de l'espectre de microones (unes 10 micres).
A més de la llum reflectida, és interessant donar un altre exemple de radiació a la natura, que s'associa amb els grills. La llum visible que emeten no està en cap cas relacionada amb la radiació tèrmica i és el resultat d'una reacció química entre l'oxigen atmosfèric i la luciferina (substància continguda a les cèl·lules d'insectes). Aquest fenomen ésel nom de la bioluminescència.
