Kiirgus on füüsiline protsess, mille tulemuseks on energia ülekandmine elektromagnetlainete abil. Kiirguse vastupidist protsessi nimetatakse neeldumiseks. Vaatleme seda küsimust üksikasjalikum alt ja toome ka näiteid kiirguse kohta igapäevaelus ja looduses.
Kiirguse esinemise füüsika
Iga keha koosneb aatomitest, mille omakorda moodustavad positiivselt laetud tuumad, ja elektronidest, mis moodustavad tuumade ümber elektronkatteid ja on negatiivselt laetud. Aatomid on paigutatud nii, et nad võivad olla erinevates energiaseisundites, st neil võib olla nii kõrgem kui ka madalam energia. Kui aatomil on madalaim energia, nimetatakse seda põhiolekuks, siis mis tahes muud aatomi energiaolekut nimetatakse ergastatud.
Aatomi erinevate energiaseisundite olemasolu on tingitud sellest, et selle elektronid võivad paikneda teatud energiatasemetel. Kui elektron liigub kõrgem alt tasemelt madalamale, kaotab aatom energiat, mille kiirgab ümbritsevasse ruumi footoni – kandjaosakese kujul.elektromagnetlained. Vastupidi, elektroni üleminekuga madalam alt tasemelt kõrgemale kaasneb footoni neeldumine.
Aatomi elektroni kõrgemale energiatasemele ülekandmiseks on mitmeid viise, mis hõlmavad energia ülekandmist. See võib olla nii välise elektromagnetilise kiirguse mõju vaadeldavale aatomile kui ka energia ülekandmine sellele mehaaniliste või elektriliste vahenditega. Lisaks võivad aatomid keemiliste reaktsioonide kaudu energiat vastu võtta ja seejärel vabastada.
Elektromagnetiline spekter
Enne füüsikas kiirguse näidete juurde asumist tuleb märkida, et iga aatom kiirgab teatud osa energiast. See juhtub seetõttu, et olekud, milles elektron võib aatomis olla, ei ole suvalised, vaid rangelt määratletud. Seega kaasneb üleminekuga nende olekute vahel teatud energiahulk.
Aatomifüüsikast on teada, et aatomis elektrooniliste üleminekute tulemusena tekkivate footonite energia on otseselt võrdeline nende võnkesagedusega ja pöördvõrdeline lainepikkusega (footon on elektromagnetlaine, mida iseloomustatakse levikiiruse, pikkuse ja sageduse järgi). Kuna aine aatom saab väljastada vaid teatud energiakogumi, siis see tähendab, et ka kiirgavate footonite lainepikkused on spetsiifilised. Kõigi nende pikkuste hulka nimetatakse elektromagnetiliseks spektriks.
Kui footoni lainepikkusjääb vahemikku 390 nm kuni 750 nm, siis räägitakse nähtavast valgusest, kuna inimene suudab seda oma silmaga tajuda, kui lainepikkus on alla 390 nm, siis on sellistel elektromagnetlainetel suur energia ja neid nimetatakse ultraviolettkiirguseks, röntgenikiirguseks. või gammakiirgust. Pikkustele, mis on suuremad kui 750 nm, on iseloomulik väike footoni energia, neid nimetatakse infrapuna-, mikro- või raadiokiirguseks.
Kehade soojuskiirgus
Iga keha, mille temperatuur on absoluutsest nullist erinev, kiirgab energiat, sel juhul räägime soojus- või soojuskiirgusest. Sel juhul määrab temperatuur nii soojuskiirguse elektromagnetilise spektri kui ka keha poolt väljastatava energia hulga. Mida kõrgem on temperatuur, seda rohkem energiat keha ümbritsevasse ruumi kiirgab ja seda enam nihkub selle elektromagnetiline spekter kõrgsagedusalasse. Soojuskiirguse protsesse kirjeldavad Stefan-Boltzmanni, Plancki ja Wieni seadused.
Kiirguse näited igapäevaelus
Nagu eespool mainitud, kiirgab absoluutselt iga keha energiat elektromagnetlainete kujul, kuid seda protsessi ei saa alati palja silmaga näha, kuna meid ümbritsevate kehade temperatuurid on tavaliselt liiga madalad, mistõttu nende spekter asub madalal sagedusel, mis on inimpiirkonna jaoks nähtamatu.
Ilmekas näide kiirgusest nähtavas piirkonnas on elektriline hõõglamp. Spiraalis läbides soojendab elektrivool volframniidi kuni 3000 K. Nii kõrge temperatuur paneb hõõgniidi kiirgama elektromagnetlaineid, maksimaalseltmis langevad nähtava spektri pika lainepikkuse osasse.
Teine näide kiirgusest kodus on mikrolaineahi, mis kiirgab inimsilmale nähtamatuid mikrolaineid. Neid laineid neelavad vett sisaldavad objektid, suurendades seeläbi nende kineetilist energiat ja selle tulemusena nende temperatuuri.
Lõpuks on näiteks infrapunakiirguse kiirguse näide igapäevaelus radiaatori radiaator. Me ei näe selle kiirgust, kuid tunneme selle soojust.
Looduslikud kiirgavad objektid
Võib-olla kõige ilmekam näide looduses esinevast kiirgusest on meie täht – Päike. Päikese pinna temperatuur on umbes 6000 K, seega langeb selle maksimaalne kiirgus lainepikkusele 475 nm, see tähendab, et see jääb nähtavale spektrile.
Päike soojendab teda ümbritsevaid planeete ja nende satelliite, mis samuti hakkavad helendama. Siin on vaja eristada peegeldunud valgust ja soojuskiirgust. Niisiis, meie Maa on kosmosest näha sinise palli kujul just tänu peegeldunud päikesevalgusele. Kui me räägime planeedi soojuskiirgusest, siis see ka toimub, kuid asub mikrolainespektri piirkonnas (umbes 10 mikronit).
Peegeldunud valguse kõrval on huvitav tuua veel üks näide looduses esinevast kiirgusest, mida seostatakse ritsikad. Nende poolt kiiratav nähtav valgus ei ole kuidagi seotud soojuskiirgusega ning on atmosfäärihapniku ja lutsiferiini (putukarakkudes sisalduva aine) vahelise keemilise reaktsiooni tulemus. See nähtus onbioluminestsentsi nimi.
