Elektromagnetisk spektrum

Fysik B · STX · B-niveau · Bølger og optik

⚛️ Elektromagnetisk spektrum

Lys er en elektromagnetisk bølge — selvbærende svingninger af elektriske og magnetiske felter, vinkelret på hinanden og på udbredelsesretningen.

Maxwells ligninger (1865): lys = elektromagnetisk bølge der breder sig med v = 1/√(ε₀·μ₀) = 3·10⁸ m/s. Forudsagde radiobølger (eksperimentelt verificeret af Hertz 1887).

Det elektromagnetiske spektrum (sorteret efter frekvens, lavest til højest): radio (10⁻⁹ - 10⁹ Hz), mikrobølger (10⁹ - 10¹¹ Hz, mobiltelefoner, mikrobølgeovn), infrarød (10¹¹ - 4·10¹⁴ Hz, varme), synligt lys (4-7,5·10¹⁴ Hz, 700-400 nm), ultraviolet (10¹⁵ - 10¹⁶ Hz, solbrun), røntgen (10¹⁶ - 10¹⁹ Hz, medicinsk billede), gamma (>10¹⁹ Hz, atomkerneprocesser).

Synligt lys: 400 nm (violet) → 450 (blå) → 500 (cyan) → 550 (grøn) → 600 (gul) → 650 (orange) → 700 nm (rød).

Lysets dobbeltnatur: bølge (interferens, diffraktion, polarisation — Young's dobbelt-spalte 1801) OG partikel (foto-effekt, Compton-spredning — Einstein 1905, Compton 1923).

Polarisation: lys-vektorer kan svinge i bestemt plan. Polaroid-filter blokerer alle andre retninger. Bruges i solbriller (reflekteret lys er polariseret), 3D-biograf-briller, LCD-skærme.

Refleksion: indfaldsvinkel = udfaldsvinkel.

Brydning: Snells lov n₁·sin(θ₁) = n₂·sin(θ₂).

Total intern refleksion: ved overgang fra højere til lavere brydningsindeks ved kritisk vinkel — bruges i lyslederkabler.

Diffraktion: bølge-bøjning omkring forhindring.

Interferens: bølger overlejrer (konstruktiv eller destruktiv) — afgør om to lyskilder forstærker eller udslukker hinanden.

Læringsmål

• Anvende bølgeligning v = fλ
• Forklare stående bølger og resonans
• Anvende Snells lov n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂
• Anvende afbildningsligning 1/f = 1/d_o + 1/d_i
• Forklare Doppler-effekten

Sådan kan du arbejde med emnet

• Lav en oversigt over det elektromagnetiske spektrum fra radiobølger til gammastråling
• Forklar, hvordan bølgelængde og frekvens hænger sammen for elektromagnetiske bølger
• Diskutér, hvilke dele af det elektromagnetiske spektrum der er farlige for mennesker, og hvorfor

Eksperiment-forslag

• Lav en oversigtsplakat over det elektromagnetiske spektrum med bølgelængde, frekvens og 2-3 anvendelser for hvert område (radio, mikrobølger, IR, synligt, UV, røntgen, gamma).
• Undersøg med polaroidfiltre, hvordan reflekteret lys fra en vandoverflade eller en bilrude er polariseret, og forklar hvorfor solbriller med polarisationsfilter virker.
• Diskuter sundhedsrisici og -anvendelser ved UV-, røntgen- og gammastråling ud fra deres energiindhold (E = hf).

Brobygning

Elektromagnetiske bølger opstår, når elektriske og magnetiske felter ændrer sig — og det starter med, at strøm i en leder skaber et magnetfelt. Næste kategori er 'Magnetisme og induktion', der starter med 'Magnetfelt fra strømbærende ledere'.