Le rayonnement est un processus physique dont le résultat est le transfert d'énergie à l'aide d'ondes électromagnétiques. Le processus inverse du rayonnement est appelé absorption. Examinons cette question plus en détail et donnons également des exemples de rayonnement dans la vie quotidienne et dans la nature.
Physique de l'occurrence des radiations
Tout corps est constitué d'atomes, qui, à leur tour, sont formés par des noyaux chargés positivement, et d'électrons, qui forment des coquilles d'électrons autour des noyaux et sont chargés négativement. Les atomes sont disposés de telle manière qu'ils peuvent être dans différents états d'énergie, c'est-à-dire qu'ils peuvent avoir à la fois une énergie supérieure et inférieure. Lorsqu'un atome a l'énergie la plus basse, on dit qu'il s'agit de son état fondamental, tout autre état d'énergie de l'atome est appelé excité.
L'existence de différents états d'énergie d'un atome est due au fait que ses électrons peuvent être situés à certains niveaux d'énergie. Lorsqu'un électron passe d'un niveau supérieur à un niveau inférieur, l'atome perd de l'énergie qu'il rayonne dans l'espace environnant sous la forme d'un photon - une particule porteuseondes électromagnétiques. Au contraire, le passage d'un électron d'un niveau inférieur à un niveau supérieur s'accompagne de l'absorption d'un photon.
Il existe plusieurs façons de transférer l'électron d'un atome à un niveau d'énergie supérieur, qui impliquent le transfert d'énergie. Cela peut être à la fois l'impact sur l'atome considéré du rayonnement électromagnétique externe et le transfert d'énergie vers celui-ci par des moyens mécaniques ou électriques. De plus, les atomes peuvent recevoir puis libérer de l'énergie par le biais de réactions chimiques.
Spectre électromagnétique
Avant de passer aux exemples de rayonnement en physique, il convient de noter que chaque atome émet certaines portions d'énergie. Cela se produit parce que les états dans lesquels un électron peut se trouver dans un atome ne sont pas arbitraires, mais strictement définis. Ainsi, la transition entre ces états s'accompagne de l'émission d'une certaine quantité d'énergie.
Il est connu de la physique atomique que les photons générés à la suite de transitions électroniques dans un atome ont une énergie directement proportionnelle à leur fréquence d'oscillation et inversement proportionnelle à la longueur d'onde (un photon est une onde électromagnétique caractérisée par vitesse de propagation, longueur et fréquence). Puisqu'un atome d'une substance ne peut émettre qu'un certain ensemble d'énergies, cela signifie que les longueurs d'onde des photons émis sont également spécifiques. L'ensemble de toutes ces longueurs est appelé le spectre électromagnétique.
Si la longueur d'onde d'un photonse situe entre 390 nm et 750 nm, alors ils parlent de lumière visible, car une personne peut la percevoir de ses propres yeux, si la longueur d'onde est inférieure à 390 nm, alors ces ondes électromagnétiques ont une énergie élevée et sont appelées ultraviolets, rayons X ou rayonnement gamma. Pour des longueurs supérieures à 750 nm, une faible énergie photonique est caractéristique, on parle alors de rayonnement infrarouge, micro ou radio.
Radiation thermique des corps
Tout corps qui a une température autre que le zéro absolu rayonne de l'énergie, dans ce cas on parle de rayonnement thermique ou thermique. Dans ce cas, la température détermine à la fois le spectre électromagnétique du rayonnement thermique et la quantité d'énergie émise par le corps. Plus la température est élevée, plus le corps rayonne d'énergie dans l'espace environnant et plus son spectre électromagnétique se déplace vers la région des hautes fréquences. Les processus de rayonnement thermique sont décrits par les lois de Stefan-Boltzmann, Planck et Wien.
Exemples de radiations dans la vie de tous les jours
Comme mentionné ci-dessus, absolument tout corps émet de l'énergie sous forme d'ondes électromagnétiques, mais ce processus ne peut pas toujours être vu à l'œil nu, car les températures des corps qui nous entourent sont généralement trop basses, de sorte que leur spectre réside dans la basse fréquence invisible pour la zone humaine.
Un exemple frappant de rayonnement dans le visible est une lampe électrique à incandescence. Passant en spirale, le courant électrique chauffe le filament de tungstène jusqu'à 3000 K. Une température aussi élevée fait que le filament émet des ondes électromagnétiques, maximumqui tombent dans la partie des grandes longueurs d'onde du spectre visible.
Un autre exemple de rayonnement dans la maison est le four à micro-ondes, qui émet des micro-ondes invisibles à l'œil humain. Ces ondes sont absorbées par des objets contenant de l'eau, augmentant ainsi leur énergie cinétique et, par conséquent, leur température.
Enfin, un exemple de rayonnement dans la vie quotidienne dans la gamme infrarouge est le radiateur d'un radiateur. Nous ne voyons pas son rayonnement, mais nous sentons sa chaleur.
Objets rayonnants naturels
L'exemple le plus frappant de rayonnement dans la nature est peut-être notre étoile - le Soleil. La température à la surface du Soleil est d'environ 6000 K, donc son rayonnement maximal tombe à une longueur d'onde de 475 nm, c'est-à-dire qu'il se situe dans le spectre visible.
Le soleil réchauffe les planètes qui l'entourent et leurs satellites, qui commencent également à briller. Ici, il est nécessaire de faire la distinction entre la lumière réfléchie et le rayonnement thermique. Ainsi, notre Terre peut être vue de l'espace sous la forme d'une boule bleue précisément en raison de la lumière solaire réfléchie. Si nous parlons du rayonnement thermique de la planète, il se produit également, mais se situe dans la région du spectre des micro-ondes (environ 10 microns).
Outre la lumière réfléchie, il est intéressant de donner un autre exemple de rayonnement dans la nature, qui est associé aux grillons. La lumière visible qu'ils émettent n'est en aucun cas liée au rayonnement thermique et résulte d'une réaction chimique entre l'oxygène atmosphérique et la luciférine (substance contenue dans les cellules d'insectes). Ce phénomène estle nom de la bioluminescence.
