تابش الکترومغناطیسی

موج الکترومغناطیسی نوعی موج عرضی پیش‌رونده است که از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی ساخته شده‌است. این شکل موجی را نشان می‌دهد که از چپ به راست می‌رود. میدان الکتریکی در صفحهٔ عمودی و میدان مغناطیسی در صفحهٔ افقی هستند.

تابش الکترومغناطیسی، پدیده‌ای موجی است که در فضا منتشر می‌شود و از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی ساخته شده‌است. این میدان‌ها در حال انتشار، بر یکدیگر و بر جهت پیشروی موج عمود هستند.

گاهی به تابش الکترومغناطیسی، نور می‌گویند، اگرچه نور مرئی فقط بخشی از گسترهٔ امواج الکترومغناطیسی است. امواج الکترومغناطیسی بر حسب بسامدشان به نام‌های گوناگونی خوانده می‌شوند: امواج رادیویی، ریزموج، فروسرخ (مادون قرمز)، نور مرئی، فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما. این نام‌ها به ترتیب افزایش بسامد مرتب شده‌اند. تغییر در اندازه یا موقعیت بار الکتریکی، باعث پدید آمدن و انتشار موج الکترو مغناطیسی می‌شود.

ماهیت فیزیکی

نخستین بار، ماکسول موج الکترومغناطیسی را پیش‌بینی کرد و سپس هاینریش هرتز آن را با آزمایش به اثبات رساند. ماکسول پس از تکمیل نظریهٔ الکترومغناطیس، از معادلات این نظریه، شکلی از معادلهٔ موج را به دست آورد و نشان داد که میدان‌های الکترومغناطیسی هم می‌توانند موج‌گونه رفتار کنند. بر پایه معادلات ماکسول، سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی، برابر با سرعت نور به دست می‌آمد، بنابراین او نتیجه گرفت که نور هم باید نوعی موج الکترومغناطیسی باشد.

طیف الکترومغناطیسی

طبق معادلات ماکسول، میدان الکتریکی متغیر با زمان باعث پدید آمدن میدان مغناطیسی متغیر با زمان می‌شود و برعکس؛ بنابراین اگر یک میدان الکتریکی متغیر، میدان مغناطیسی بسازد، میدان مغناطیسی نیز میدان الکتریکی متغیر می‌سازد، و این‌گونه موج الکترومغناطیسی ساخته می‌شود و پیش می‌رود.

نظریهٔ الکترودینامیک کوانتومی، برهم‌کنش تابش الکترومغناطیسی و ماده را توصیف می‌کند.

طیف الکترومغناطیسی

مقالهٔ اصلی: طیف الکترومغناطیسی

امواج الکترومغناطیسی بر حسب بسامدشان به نام‌های گوناگونی خوانده می‌شوند: امواج رادیویی، ریزموج، فروسرخ (مادون قرمز)، نور مرئی، فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما. این نام‌ها به ترتیب افزایش بسامد مرتب شده‌اند.

از بسامد	تا بسامد	نام طیف بسامدی	به انگلیسی
۳۰ اگزاهرتز	۳۰۰ اگزاهرتز	پرتو گاما
۳ اگزاهرتز	۳۰ اگزاهرتز	پرتو ایکس سخت	HX
۳۰ پتاهرتز	۳ اگزاهرتز	پرتو ایکس نرم	SX
۳ پتاهرتز	۳۳ پتاهرتز	پرتو فرابنفش دور	EUV
۷۵۰ تراهرتز	۳ پتاهرتز	پرتو فرابنفش نزدیک	NUV
۴۰۰ تراهرتز	۷۵۰ تراهرتز	نور مرئی
۲۱۴ تراهرتز	۴۰۰ تراهرتز	فروسرخ نزدیک	NIR
۱۰۰ تراهرتز	۲۱۴ تراهرتز	موج کوتاه فروسرخ	SIR
۳۷٫۵ تراهرتز	۱۰۰ تراهرتز	موج متوسط فروسرخ	MIR
۲۰ تراهرتز	۳۷٫۵ تراهرتز	موج بلند فروسرخ	HIR
۳۰۰ گیگاهرتز	۲۰ تراهرتز	فروسرخ بسیار دور	FIR
۳۰ گیگاهرتز	۳۰۰ گیگاهرتز	بسامد مافوق بالا (ریزموج)	EHF
۳ گیگاهرتز	۳۰ گیگاهرتز	بسامد بسیار بالا (ریزموج)	SHF
۳۰۰ مگاهرتز	۳ گیگاهرتز	بسامد فرابالا (ریزموج)	UHF
۳۰ مگاهرتز	۳۰۰ مگاهرتز	بسامد خیلی بالا (ریزموج)	VHF
۳ مگاهرتز	۳۰ مگاهرتز	بسامد بالا (ریزموج)	HF
۳۰۰ کیلوهرتز	۳ مگاهرتز	بسامد متوسط (ریزموج)	MF
۳۰ کیلوهرتز	۳۰۰ کیلوهرتز	بسامد پایین (ریزموج)	LF
۳ کیلوهرتز	۳۰ کیلوهرتز	بسامد خیلی پایین (ریزموج)	VLF
۳۰۰ هرتز	۳ کیلوهرتز	بسامد در حد صوت (ریزموج)	VF
۳۰ هرتز	۳۰۰ هرتز	بسامد بسیار پایین	ELF

تابش خورشید و زمین

بیشینه تابش بر اساس قانون پلانک در گستره دماهای زمینی و خورشیدی

خورشید، این رآکتور گرما-هسته‌ای بزرگ، در سراسر طیف الکترومغناطیسی تابش می‌کند. از پرتوهای x و پرتوهای کیهانی گرفته تا موج‌های رادیویی به طول موج‌هایی تا ۱۵m یا بیشتر. اما چون سطح آن داغ است (۶۰۰۰ سانتیگراد)، بیشتر انرژی آن در طول موج‌های نسبتاً کوتاه (فرابنفش، مرئی و فروسرخ نزدیک) است و مقدار بیشینه تابش در طول موج نزدیک به ۰٫۵ میکرومتر گسیل می‌شود. علاوه بر این، پرتوهای فروسرخ خورشید نیز برای ما منبع گرما بشمار می‌آیند.

بر پایه فرمول‌های تابش پلانک، انرژی گسیل‌شده از جسمی با دمایی برابر با دمای زمین نیز باید در محدوده فروسرخ باشد و طول موج‌های این تابش نیز تقریباً در محدوده ۱۰ میکرومتر متمرکز است.

از آنجا که زمین همواره در حالت شبه ترازمندی است، به همان اندازه که از خورشید انرژی دریافت می‌کند، با تابش LW به فضا انرژی از دست می‌دهد. به این ترتیب، مناسب‌ترین شرایط برای زیست موجودات زنده در این کره خاکی فراهم می‌شود.

منابع

• David J. Griffiths (۱۹۸۹)، Introduction to Electrodynamics (2nd Edition)، Prentice Hall