קרינה אלקטרומגנטית

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

קרינה אלקטרומגנטית היא הפרעה מחזורית הרמונית בשדה החשמלי והמגנטי, המתפשטת במרחב. הפרעה כזו נקראת גל אלקטרומגנטי. חזית הגל של הקרינה האלקטרומגנטית מתקדמת בריק במהירות קבועה, שהיא מהירות האור. לעתים מתוארת הקרינה האלקטרומגנטית גם כזרם או שטף של חלקיקים, הנקראים פוטונים.

[עריכה] היסטוריה

הראשון שגילה בפועל את קיומם של הגלים האלקטרומגנטיים, היה הפיזיקאי היהודי-גרמני היינריך הרץ (1857-1894), ועל שמו נקראת עד היום יחידת המידה של התדירות - הרץ.

גל אלקטרומגנטי שתדירותו הרץ אחד משלים מחזור אחד שנייה, כלומר הוא מתאר גל שזמן המחזור שלו הוא שנייה אחת. מכיוון שחזית הגל מתקדמת במהירות האור (כ-300,000 ק"מ בשנייה), הרי שאורך הגל בריק שווה בקירוב ל-300,000 ק"מ. רוב הגלים האלקטרומגנטיים נמדדים ביחידות של קילו-הרץ (1,000 הרץ), מגה-הרץ (1,000,000 הרץ) וג'יגה-הרץ (1,000,000,000 הרץ).

במאה ה-19 ניסח הפיזיקאי הבריטי ג'יימס קלרק מקסוול תאוריה המתארת את התנהגות הקרינה (אם כי התייחסותו אז הייתה רק לאור שהיה מוכר בזמנו) שבמרכזה משוואות מקסוול המפורסמות ולפיה האור מורכב מגלים. בתחילת המאה ה-20 טען אלברט איינשטיין שהקרינה מורכבת דווקא מקוונטות המכונות פוטונים, שלכל אחד מהם אנרגיה קבועה ביחס ישר לתדירותו. מכאן שכאשר התדירות קטנה (ואורך הגל מתארך) - האנרגיה יורדת. כמה שנים מאוחר יותר "פישרה" תורת הקוונטים בין איינשטיין למקסוול וקבעה את עקרון השניות או עקרון הדואליות של האור, שלפיו ניתן לתאר את הקרינה האלקטרומגנטית (ובעצם כל חומר) הן כזרם של חלקיקים, והן כגלים.

[עריכה] הספקטרום האלקטרומגנטי

ערך מורחב – הספקטרום האלקטרומגנטי

תכונות הקרינה האלקטרומגנטית תלויות במידה רבה באורך הגל של הקרינה, או בתדירות הקרינה, שהיא הערך ההופכי לאורך הגל. משום כך, נהוג לחלק את הספקטרום האלקטרומגנטי בחלוקה גסה, המפרידה בין סוגי קרינה בעלי תכונות שונות. אורך הגל הוא משתנה שיכול לקבל אינסוף ערכים רציפים, ולכן החלוקה לסוגים שונים של גלים היא גסה, והגבולות בין הסוגים השונים הם מטושטשים למדי.

הקרינה בעלת אורכי הגל הארוכים ביותר בספקטרום האלקטרומגנטי (והתדר הנמוך ביותר) נקראת גלי רדיו. גלים אלה, שאורכם יכול להגיע מעשרות סנטימטרים עד קילומטרים רבים, משמשים את האדם רבות בתעשיות התקשורת הרבות בעולם המודרני, בעיקר בתקשורת למרחקים גדולים, כגון רדיו וטלוויזיה. גלי המיקרו, הקצרים מהם רק במעט, משמשים אף הם לתקשורת, בטווחים הקצרים יותר, כגון תקשורת סלולרית ומכ"ם, אך גם לבישול. אורכם של גלים אלה נע בין מילימטרים ספורים לעשרות סנטימטרים.

גלים קצרים יותר מאלה, נפלטים מגופים חמים, ונקראים גלי תת אדום (אינפרא אדום או IR בלעז). אורך הגל שלהם נע בין מיקרונים בודדים למילימטר. על ידי איתור קרני תת אדום ניתן לאתר את מקומם של בעלי חיים, עקב טמפרטורת הגוף שלהם. מסיבה זו, בעלי חיים שונים, בעיקר טורפים, פיתחו רגישות לקרינת תת אדומה. בעולם המודרני קרינה תת אדומה משמשת באמצעי ראיית לילה, לתקשורת בטווחים קצרים מאוד (שלט רחוק ולתקשורת אלחוטית בין מכשירים קרובים), וכן לתקשורת אופטית.

האור הנראה הוא אותו תחום של קרינה אלקטרומגנטית הנקלט בעין האדם באופן טבעי. זהו תחום צר מאוד של הספקטרום, הכולל גלים אלקטרומגנטיים באורכי גל שבין 0.4 מיקרון לבין 0.8 מיקרון בקירוב. המוח מפרש בצורה שונה אורכים שונים של גלים, וכך מתקבלים במוח הצופה צבעים שונים, כאשר אורך הגל הארוך ביותר הוא אדום, והקצר ביותר הוא הסגול. בעלי חיים שונים רגישים לתחומים מעט שונים של הספקטרום, אם כי תחומי הרגישות של כל בעלי החיים מרוכזים פחות או יותר באזור זה של הספקטרום. בעלי חיים ליליים רבים רגישים לאורכי גל ארוכים מעט יותר, דבר המאפשר להם ראייה תרמית על ידי רגישות לתת אדום. חרקים רבים רגישים לאורכי גל קצרים מעט יותר, דבר המאפשר להם ראייה בתחום העל סגול. גם צמחים רגישים לקרינה אלקטרומגנטית בתחום הנראה ובעיקר לקרינה באורכי גל המתאימים לצבע הירוק, הנמצא בערך באמצע התחום הנראה. סביר להניח שאין זה מקרה שאורך הגל של הצבע הירוק הוא בעל העוצמה הגבוהה ביותר מתוך הספקטרום הנמדד על פני כדור הארץ (לאחר בליעת האטמוספירה).

גלים אלקטרומגנטיים באורכים שבין 10 ננומטר ועד 380 ננומטר נקראים קרינת על סגול (Ultra violet או UV בלעז). קרינה זו נבלעת ברובה על ידי האטמוספירה, ובעיקר על ידי שכבת האוזון שבה. מכיוון שקרינה זו עשויה להסב נזקים בריאותיים שונים לבני אדם ובעלי חיים אחרים, התופעה של חור בשכבת האוזון היא תופעה מטרידה מאוד ברמה עולמית. מאידך, שימוש מבוקר בקרינה זו מסייע לטיפול במחלות שונות. שימושים נוספים בקרינה על סגולה הם טיהור מי שתייה, בדיקת מחצבים, סטריליזציה של ציוד ביולוגי ועוד.

בקצה הספקטרום נמצאות קרינת רנטגן (אורך גל: 5 פיקומטר עד 10 ננומטר) הנקראת על שם הפיזיקאי שגילה אותה, וילהלם רנטגן, וקרינת גמא (אורך גל של פחות מ-5 פיקומטר). אלה הן קרינות המסוכנות לרוב היצורים החיים. קרינת הרנטגן, בשימוש מבוקר משמשת לצרכים רפואיים והנדסיים שונים.

בנוסף, מחלקים את סוגי הקרינה בצורה גסה לשני תחומים: קרינה מייננת ובלתי מייננת. נזקה של פגיעה של קרינה בלתי מייננת בגוף הוא יחסית מועט. לעומתה, קרינה מייננת קורעת אלקטרונים מהאטומים בגוף שבהם היא פוגעת, הופכת אותם ליונים והורסת מבנים מולקולריים בגוף. הדבר קורה כי בגלים קצרים יותר מאולטרה סגול, אנרגיית הפוטון היא כה רבה עד כי היא עולה על אנרגיית היינון של האטום. מכאן השם "קרינה מייננת".

ככל שאורך הגל קצר יותר, כך הוא יינן בקלות רבה יותר אטומים. גלים קצרים מאולטרה סגול הם מייננים, ובהם קרינת רנטגן, גמא וקרינה קוסמית. קרינה קוסמית היא קרינה שנמדדה בחלל וגליה קצרים מגלי גמא. קרינה זו מסבה נזק חמור ביותר ומשפיעה במהירות על תאי יצורים חיים. יש חוקרים המניחים שהקרינה הקוסמית שמגיעה מהחלל היא זו שמשנה ללא הרף את ה-DNA של בעלי חיים, וגורמת למוטציות שונות.