Bức xạ là một quá trình vật lý, kết quả của nó là sự truyền năng lượng bằng cách sử dụng sóng điện từ. Quá trình ngược lại với bức xạ được gọi là quá trình hấp thụ. Chúng ta hãy xem xét vấn đề này chi tiết hơn và cũng đưa ra các ví dụ về bức xạ trong cuộc sống hàng ngày và tự nhiên.
Vật lý về sự xuất hiện của bức xạ
Bất kỳ cơ thể nào cũng bao gồm các nguyên tử, đến lượt nó, được tạo thành bởi các hạt nhân mang điện tích dương và các electron, tạo thành lớp vỏ electron xung quanh hạt nhân và mang điện tích âm. Các nguyên tử được sắp xếp theo cách mà chúng có thể ở các trạng thái năng lượng khác nhau, tức là chúng có thể có cả năng lượng cao hơn và năng lượng thấp hơn. Khi một nguyên tử có năng lượng thấp nhất, nó được coi là trạng thái cơ bản của nó, bất kỳ trạng thái năng lượng nào khác của nguyên tử được gọi là kích thích.
Sự tồn tại của các trạng thái năng lượng khác nhau của nguyên tử là do các electron của nó có thể nằm ở các mức năng lượng nhất định. Khi một electron di chuyển từ mức cao hơn xuống mức thấp hơn, nguyên tử sẽ mất năng lượng, năng lượng này sẽ bức xạ ra không gian xung quanh dưới dạng một photon - một hạt tải điện.sóng điện từ. Ngược lại, sự chuyển đổi của một điện tử từ mức thấp hơn lên mức cao hơn kèm theo sự hấp thụ của một photon.
Có một số cách để chuyển điện tử của nguyên tử lên mức năng lượng cao hơn, liên quan đến việc truyền năng lượng. Đây có thể vừa là tác động lên nguyên tử được coi là bức xạ điện từ bên ngoài, vừa là sự truyền năng lượng cho nó bằng các phương tiện cơ học hoặc điện. Ngoài ra, các nguyên tử có thể nhận và sau đó giải phóng năng lượng thông qua các phản ứng hóa học.
Quang phổ điện từ
Trước khi chuyển sang các ví dụ về bức xạ trong vật lý, cần lưu ý rằng mỗi nguyên tử phát ra một số phần năng lượng nhất định. Điều này xảy ra bởi vì các trạng thái mà một electron có thể có trong nguyên tử không phải là tùy ý, mà được xác định một cách chặt chẽ. Theo đó, sự chuyển đổi giữa các trạng thái này đi kèm với việc phát ra một lượng năng lượng nhất định.
Từ vật lý nguyên tử người ta biết rằng các photon được tạo ra do kết quả của quá trình chuyển đổi điện tử trong nguyên tử có năng lượng tỷ lệ thuận với tần số dao động của chúng và tỷ lệ nghịch với bước sóng (photon là một sóng điện từ có đặc điểm là bằng tốc độ lan truyền, độ dài và tần số). Vì nguyên tử của một chất chỉ có thể phát ra một tập hợp năng lượng nhất định, nên điều đó có nghĩa là bước sóng của các photon được phát ra cũng cụ thể. Tập hợp của tất cả các độ dài này được gọi là phổ điện từ.
Nếu bước sóng của một photonnằm giữa 390 nm và 750 nm, sau đó họ nói về ánh sáng nhìn thấy, vì một người có thể cảm nhận nó bằng mắt của mình, nếu bước sóng nhỏ hơn 390 nm, thì sóng điện từ đó có năng lượng cao và được gọi là tia cực tím, tia x hoặc bức xạ gamma. Đối với độ dài lớn hơn 750 nm, năng lượng photon nhỏ là đặc trưng, chúng được gọi là bức xạ hồng ngoại, vi mô hoặc vô tuyến.
Bức xạ nhiệt của các vật thể
Bất kỳ vật thể nào có nhiệt độ khác không tuyệt đối đều bức xạ năng lượng, trong trường hợp này chúng ta nói đến bức xạ nhiệt hoặc nhiệt. Trong trường hợp này, nhiệt độ xác định cả phổ điện từ của bức xạ nhiệt và lượng năng lượng mà cơ thể phát ra. Nhiệt độ càng cao, năng lượng cơ thể bức xạ ra không gian xung quanh càng nhiều và quang phổ điện từ của nó càng dịch chuyển về vùng tần số cao. Các quá trình bức xạ nhiệt được mô tả bởi các định luật Stefan-Boltzmann, Planck và Wien.
Ví dụ về bức xạ trong cuộc sống hàng ngày
Như đã đề cập ở trên, hoàn toàn bất kỳ cơ thể nào cũng bức xạ năng lượng dưới dạng sóng điện từ, nhưng quá trình này không phải lúc nào cũng có thể nhìn thấy bằng mắt thường, vì nhiệt độ của các vật thể xung quanh chúng ta thường quá thấp nên quang phổ của chúng nằm trong tần số thấp vô hình đối với khu vực của con người.
Một ví dụ nổi bật về bức xạ trong phạm vi khả kiến là đèn điện sợi đốt. Truyền theo hình xoắn ốc, dòng điện làm nóng dây tóc vônfram có công suất 3000 K. Nhiệt độ cao như vậy làm cho dây tóc phát ra sóng điện từ, cực đạinằm trong phần bước sóng dài của quang phổ khả kiến.
Một ví dụ khác về bức xạ trong nhà là lò vi sóng, phát ra sóng vi ba mà mắt người không nhìn thấy được. Các sóng này bị hấp thụ bởi các vật thể chứa nước, do đó làm tăng động năng của chúng và kết quả là nhiệt độ của chúng.
Cuối cùng, một ví dụ về bức xạ trong cuộc sống hàng ngày trong phạm vi hồng ngoại là bức xạ của bộ tản nhiệt. Chúng tôi không nhìn thấy bức xạ của nó, nhưng chúng tôi cảm thấy hơi ấm của nó.
Vật thể rạng ngời tự nhiên
Có lẽ ví dụ nổi bật nhất về bức xạ trong tự nhiên là ngôi sao của chúng ta - Mặt trời. Nhiệt độ trên bề mặt của Mặt trời là khoảng 6000 K, vì vậy bức xạ cực đại của nó rơi vào bước sóng 475 nm, tức là nó nằm trong quang phổ khả kiến.
Mặt trời sưởi ấm các hành tinh xung quanh nó và các vệ tinh của chúng cũng bắt đầu phát sáng. Ở đây cần phân biệt giữa ánh sáng phản xạ và bức xạ nhiệt. Vì vậy, Trái đất của chúng ta có thể được nhìn thấy từ không gian dưới dạng một quả bóng màu xanh lam chính xác là do ánh sáng mặt trời phản chiếu. Nếu chúng ta nói về bức xạ nhiệt của hành tinh, thì nó cũng diễn ra, nhưng nằm trong vùng của quang phổ vi sóng (khoảng 10 micron).
Bên cạnh ánh sáng phản xạ, thật thú vị khi đưa ra một ví dụ khác về bức xạ trong tự nhiên, có liên quan đến loài dế. Ánh sáng nhìn thấy do chúng phát ra không liên quan đến bức xạ nhiệt và là kết quả của phản ứng hóa học giữa oxy trong khí quyển và luciferin (một chất có trong tế bào côn trùng). Hiện tượng này làtên của sự phát quang sinh học.
