Elektromagnetiska vågor

I tidigare lektion har vi sammanfattat att strålning handlar om överföring av energi utan fysisk kontakt eller via något medium. Energi finns omkring oss i allt som rör sig, allt som får saker att hända. Vi har också delat upp strålning i joniserande och icke joniserande. Inom den icke-joniserande strålning fokuserar vi mest på radiofrekvent strålning som omfattar radiovågor, mikrovågor och lågfrekventa elektromagnetiska fält.

Termen elektromagnetism är sambandet mellan magnetism och elektricitet och är en av de fyra grundläggande krafter som gör att partiklar påverkar varandra, de andra är gravitation, starka och svaga kärnkraften.

Det har också tagits upp atomens beståndsdelar: kärna, proton, neutron och elektron.

Här nedan några egenskaper:

  • Atomkärnan består av protoner och neutroner.
  • I ett “moln” runt atomens kärna kretsar elektroner.
  • Protoner är positivt laddade (+) och elektronerna är negativt laddade (-).
  • Neutroner har ingen elektrisk laddning.
  • Atomer består av lika många protoner som elektroner (neutrala).

Ibland kan dock atomen av olika anledningar ha för få eller för många elektroner. Sådana atomer kallas joner. En jon är alltså en positivt eller negativt laddad atom vilket innebär att elektroner har förflyttat sig och ändrat deras hastighet eller riktning. Det innebär att en viss energi har frigjorts.

En laddning i vila producerar ett elektriskt fält omkring sig men inget magnetfält. Termen fält betyder här att någon osynlig ”strålning” omgärdar laddningen. Denna ”strålning” kallar vi för fältlinjer, ett abstrakt begrepp. Fältlinjernas riktning definieras utifrån den riktning en positivt laddad partikel får då den placeras i fältet. Nedan visas fältlinjerna kring en positivt och en negativt laddad partikel.

Bild 1: Laddningar i vila producerar elektrisk fält

Fältets styrka avgörs av den kraft som den laddade partikeln påverkas av i förhållande till dess laddning. Bilden ovan illustrerar två laddningar, den ena positiv och den andra negativ. Observera fältets riktningar som är utåt och inåt.

Kraft mellan laddningar

Den kraften som uppstår mellan dessa två laddningar är resultat av det relativa överskott eller underskott på elektroner. Det är denna kraft som får elektronerna att övergå från det ena laddning till den andra för att utjämna laddningsförhållandet mellan dem.

Bild 2: Kraftsamverkan mellan laddningar

Denna kraft verkar på avstånd, precis som gravitationskraften. Större avstånd mellan laddningar resulterar i mindre kraft mellan laddningarna.

Bild 3: Kraft på avstånd

Generellt gäller följande:

  • En laddning är positivt laddat om den har ett överskott på elektroner.
  • En laddning är negativt laddat om den har ett underskott på elektroner.
  • Två positiva laddningar stöter bort varandra.
  • Två negativa laddningar stöter bort varandra.
  • Två lika laddningar stöter bort varandra, Repulsion.
  • Två olika laddningar attraherar varandra, Attraktion.
Bild 4: Repulsion och Attraktion

Kraften mellan två elektriskt laddade partiklar beräknas med Coulombs lag.

Coulombs lag

Bild 5: Grafisk representation av Coulombs lag

En laddning (Q eller q) kan vara positiv eller negativ. Den minsta elektriska laddning kallas elementarladdning som betecknas med bokstaven e och har för enhet Coulomb (C): e = 1,6*10-19 C

Coulombs lag beskriver styrkan och riktningen för en kraft som verkar mellan två stationära elektriskt laddade partiklar. Lagen publicerades först 1785 av den franska fysikern Charles-Augustin de Coulomb.

Denna lag säger att storleken av kraften mellan två punktformiga laddningar är direkt proportionell mot laddningarnas produkt och omvänt proportionell mot kvadraten av deras inbördes avstånd.

Avståndet mellan laddningar betecknas som r i Coulombs formeln.

  • Om avståndet halveras fyrdubblas kraften
  • Om bägge laddningar fördubblas, blir kraften fyra gånger så stor.

Inom fysik används flera konstanter som är resultat av långa studier över fysikaliska aspekter i universum. De uttrycks ofta som ett värde som är just konstant.

Med hjälp av Coulumbs lag kan räknas hur kraften påverkar laddningar.