Ljusets frekvens och våglängd

När vi talar om ljus så tänker många på solen och solstrålar, vilket indikerar på att ljuset kan tolkas som strålar. Men sanningen är den att ljuset inte kan behandlas enbart som strålar vilket det görs i den geometriska optiken. Vissa anser att det överhuvudtaget inte ska behandlas på detta sätt. Varför???

Jo det är nämligen så att ljuset uppvisar tydliga vågegenskaper och detta i sin tur gör att ljuset kan klassas som en sorts elektromagnetisk strålning.

Jag ska utifrån denna vetskap förklara lite om den fysikaliska optiken där ljuset behandlas behandlas som vågrörelser i detta inlägg.

Ljus är dock inte den enda elektromagnetiska strålningen utan en del i det elektromagnetiska spektret då all strålning av denna sort har samma fysikaliska bakgrund. Den olika strålningarna karakteriseras genom våglängd, frekvens och fotonenergi. Frekvens är ett mycket använt sätt att läsa ut vilken strålning som man har att göra med, men all strålning kan inte klassas in med bara frekvensen och då tar man hjälp av de två övriga begreppen.

Det finns ett flertal strålningar i det elektromagnetiska spektret men jag kommer endast gå in lite mer på 3 av dem som jag anser behandla området ljus, osynligt som synligt. Dessa är Infrarött, Synligt ljus och Ultraviolett.

Infrarött
Infraröd strålning brukar också refereras som värmestrålning och alla objekt som har en temperatur har Infraröd strålning. denna strålning har en frekvens på mellan ca 10 upphöjt 11 Hz och 10 upphöjt 14 Hz (Ni får ursäkta men jag får inte till det att 11 och 14 ska vara upphöjda bakom 10, så därför skrev jag det på detta vis istället), men man brukar oftare karakterisera Infrarött utifrån våglängden som är på ca 780 nm till 1 mm.

Infrarött kan även delas in i undergrupper, dessa är:

• NIR - Near Infrared, våglängd 780 - 3000nm
• MIR - Intermediate Infrared, våglängd 300 - 6000nm
• FIR - Far Infrared, våglängd 6000nm - 15000nm
• EIR - Extreme Infrared, våglängd 15000nm - 1mm

Som jag nämnde tidigare så utstrålas Infrarött från alla tempererade objekt, vilket inkluderar levande varelser så som människan. Människans maximum på strålningskurvan kallas för svartkroppsstrålning (37 grader Celsius) och ligger på runt ca 10000 nm. Men även om vi utstrålar Infrarött är det inte lika lätt att känna av denna strålning på annat sätt än som värmeupplevelser på huden.

Skallerormar däremot är en av de djurarter som har särskilda känselorgan som är speciellt känsliga för Infrarött.

Synligt Ljus
Synligt ljus kallas ochså för det optiska området och är det som vi kallar ljus i vardagsspråk. Våglängden för synligt ljus sträcker sig från ca 780nm till 390nm, men det finns inga direkta fasta gränser.

Även det Synliga ljuset delas upp i undergrupper och dessa är mer kända som färger, detta har sitt ursprung i Newtons arbeten. Men till skillnad från Newton anser dagens forskning att det handlar om 6 färger istället för 7 som Newton listade. Tydligen anses den 7:e färgen bara vara tillagd av numerologiska skäl.

Varje färg har sitt eget våglängdsspann:

• Rött 780 - 622nm
• Orange 622 - 597nm
• Gult 597 - 577nm
• Grönt 577 - 492nm
• Blått 492 - 455nm
• Violett 455 - 390nm

Ultraviolett
Direkt efter området med synligt ljus kommer området med den Ultravioletta strålningen, detta område omfattar våglängden 390nm - 1mm. den Ultravioletta strålningen karakteriseras ofta genom fotonenergi.

Ultraviolett strålning är så energirik att den agerar skadligt på biologiskt material som till exempel hud mm. Men på grund av detta kan Ultreviolett användas som steriliserings redskap.

Ultraviolett kan liksom Infrarött och Synligt ljus delas in i undergrupper:

• NUV; När-UV, 390nm - 200nm
• FUV / VUV; Fjärr-/ Vakum-UV, 200nm -10nm
• EUV; Extrem-UV, 31nm -1nm

FUV och EUV överlappar varandra på våglängden till viss del och detta beror på att luften är ogenomsynlig för kortare våglängder.

NUV kan delas in i 3 ytterligare kategorier:

• UVA, 390nm -315nm
• UVB, 315nm - 280nm
• UVC, 280nm - ...

Dessa våglängder ingår i strålningen från solen, men UVC når aldrig jordytan då det inte kan tränga igenom jordens skyddande ozonskikt. Däremot så når både UVA- och UVB- strålningen jordytan, därför är det viktigt det solskydd man använder skyddar mot båda.

En viktig sak att tänka på för solarieanvändare är att solarielysrören producerar relativt mycket UVB-strålning.

När det gäller UVB-strålning är den skadlig för hud och ögon, men den har även positiva egenskaper såsom att den hjälper till att producera Vitamin D i huden.

Begreppsförklaring
Frekvens är ett mätningsbegrepp som mäter antalet repeterande av en händelse inom ett givet tidsintervall. till exempel när det handlar om ljus blir antalet cykler av den repeterande vågformen per sekund. Frekvens mäts i Hertz (Hz). Hastigheten dividerat med våglängden producerar Frekvensen.

Våglängd är avståndet mellan repeterande delar av ett mönster.

Fotonenergi är det elektromagnetiska fältets energikvantum. (detta handlar om energi som frigöres när elektroner frigörs)

nanometer är ett längdmått, 1nm = 0,000 000 001m


Referenser:
Persson, J. (2007). Vågrörelselära, akustik och optik. Poland: Studentlitteratur
Wikipedia