Zhrnutie na Elektromagnetické žiarenie a atmosféra

## Úvod Elektromagnetické žiarenie je forma energie, ktorá sa šíri vo forme vĺn a fotónov. Zahŕňa široké spektrum od rádiových vĺn až po gama žiarenie. V tomto materiáli si rozoberieme jednotlivé časti spektra, energetiku fotónov, interakcie s atmosférou a ochranné mechanizmy. > Definícia: Elektromagnetické žiarenie je tok energie vo forme elektromagnetických vĺn alebo diskrétnych kvant nazývaných fotóny. ## Základné pojmy - **Frekvencia** $f$ je počet kmitov za sekundu v hertzoch (Hz). - **Energia fotónu** vypočítame pomocou Planckovho vzťahu: $$E = h f$$ kde $h$ je Planckova konštanta $h = 6{,}626\times10^{-34}\ \mathrm{J\,s}$. - **Vlnová dĺžka** $\lambda$ súvisí s frekvenciou cez rýchlosť svetla $c$: $$c = \lambda f$$ kde $c = 3{,}00\times10^8\ \mathrm{m\,s^{-1}}$. ### Prepočet energie – príklady V nasledujúcej tabuľke sú príklady pre rôzne časti spektra s použitím $h = 6{,}626\times10^{-34}\ \mathrm{J\,s}$. | Typ žiarenia | Frekvencia $f$ | Výpočet $E = h f$ | Energia $E$ | | --- | ---: | --- | ---: | | Rádiová vlna | $1{,}0\times10^{9}\ \mathrm{Hz}$ | $E = 6{,}626\times10^{-34}\cdot1{,}0\times10^{9}$ | $6{,}63\times10^{-25}\ \mathrm{J}$ | | Mikrovlny (mikrovlnka) | $2{,}45\times10^{9}\ \mathrm{Hz}$ | $E = 6{,}626\times10^{-34}\cdot2{,}45\times10^{9}$ | $1{,}62\times10^{-24}\ \mathrm{J}$ | | Viditeľné (zelené) | $5{,}5\times10^{14}\ \mathrm{Hz}$ | $E = 6{,}626\times10^{-34}\cdot5{,}5\times10^{14}$ | $3{,}64\times10^{-19}\ \mathrm{J}$ | | Infračervené (príklad) | $1{,}0\times10^{13}\ \mathrm{Hz}$ | $E = 6{,}626\times10^{-34}\cdot1{,}0\times10^{13}$ | $6{,}63\times10^{-21}\ \mathrm{J}$ | | Ultrafialové (UV) | $1{,}0\times10^{15}\ \mathrm{Hz}$ | $E = 6{,}626\times10^{-34}\cdot1{,}0\times10^{15}$ | $6{,}63\times10^{-19}\ \mathrm{J}$ | | Röntgenové | $3{,}0\times10^{18}\ \mathrm{Hz}$ | $E = 6{,}626\times10^{-34}\cdot3{,}0\times10^{18}$ | $1{,}99\times10^{-15}\ \mathrm{J}$ | | Gama žiarenie | $1{,}0\times10^{20}\ \mathrm{Hz}$ | $E = 6{,}626\times10^{-34}\cdot1{,}0\times10^{20}$ | $6{,}63\times10^{-14}\ \mathrm{J}$ | > Poznámka: Energie sú veľmi malé v jouloch, preto sa často udávajú v elektronvoltoch: $1\ \mathrm{eV} = 1{,}602\times10^{-19}\ \mathrm{J}$. ## Spektrum a vlastnosti - Spektrum od nízkych energií po vysoké: **rádiové → mikrovlny → infračervené → viditeľné → ultrafialové → röntgenové → gama**. - Nižšie frekvencie majú dlhšiu vlnovú dĺžku a nižšiu energiu fotónov. - Vyššie frekvencie sú viac energetické a môžu ionizovať látky (UV pri vyšších energiách, röntgeny, gama). ### Tabuľka – porovnanie účinkov | Druh žiarenia | Energia fotónu | Prenikavosť | Riziko pre živé tkanivá | | --- | --- | --- | --- | | Rádiové | veľmi nízka | preniká atmosférou dobre | nízke | | Mikrovlny | nízka | prenikajú čiastočne | ohrievanie (lokálne) | | Viditeľné | stredná | preniká (dostane sa na povrch) | možné poškodenie pri veľmi intenzívnom svetle | | Infračervené | nízke–stredné | čiastočne preniká | ohrievanie kože | | Ultrafialové | vyššia | väčšinou pohltené v atmosfére | môže poškodzovať pokožku a DNA | | Röntgenové | vysoká | väčšinou zablokované | ionizačné, poškodenie buniek | | Gama | veľmi vysoká | takmer úplne pohltené | extrémne ionizačné | ## Ktoré vlny prenikajú atmosférou? - Atmosféra funguje ako filter: niektoré frekvencie prejdú, iné sú pohltené. Neprenikajú (alebo len málo) — atmosféra nás nimi chráni: - Ultrafialové (UV) — veľkú časť pohlcuje ozónová vrstva. - Röntgenové žiarenie — takmer úplne zablokované molekulami vzduchu. - Gama žiarenie — väčšinou úplne pohltené. Prenikajú dobre: - Rádiové vlny — používajú sa na komunikáciu (rádio, TV, mobilné siete). - Mikrovlny — čiastočne (napr. radar, satelity, ale množstvo sa pohlcuje pri vlhkosti). - Viditeľné svetlo — prejde atmosférou, preto vidíme Slnko zo Zeme. - Niektoré infračervené pásma — čiastočne prenikajú, iné pohlcuje vodná para a CO2. Fun fact: Slnko vyžaruje široké spektrum elektromagnetického žiarenia vrátane viditeľného, UV a IR; ozónová vrstva dok