تابش یک فرآیند فیزیکی است که نتیجه آن انتقال انرژی با استفاده از امواج الکترومغناطیسی است. فرآیند معکوس تابش را جذب می گویند. بیایید این موضوع را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم و همچنین نمونه هایی از تشعشعات در زندگی روزمره و طبیعت بیاوریم.
فیزیک وقوع تشعشع
هر جسمی متشکل از اتم هایی است که به نوبه خود توسط هسته هایی با بار مثبت تشکیل می شوند و الکترون هایی که لایه های الکترونی اطراف هسته ها را تشکیل می دهند و دارای بار منفی هستند. اتم ها به گونه ای چیده شده اند که می توانند در حالت های مختلف انرژی باشند، یعنی هم انرژی بالاتر و هم انرژی کمتری داشته باشند. هنگامی که یک اتم کمترین انرژی را داشته باشد، می گویند حالت پایه آن است، هر حالت انرژی دیگر اتم را برانگیخته می گویند.
وجود حالت های انرژی مختلف یک اتم به این دلیل است که الکترون های آن می توانند در سطوح انرژی خاصی قرار بگیرند. هنگامی که یک الکترون از یک سطح بالاتر به سطح پایین تر حرکت می کند، اتم انرژی خود را از دست می دهد که به شکل یک فوتون - یک ذره حامل - به فضای اطراف تابش می کند.امواج الکترومغناطیسی برعکس، انتقال یک الکترون از سطح پایین تر به سطح بالاتر با جذب یک فوتون همراه است.
راه های مختلفی برای انتقال الکترون اتم به سطح انرژی بالاتر وجود دارد که شامل انتقال انرژی می شود. این می تواند هم تاثیر بر اتم در نظر گرفته شده تابش الکترومغناطیسی خارجی و هم انتقال انرژی به آن توسط وسایل مکانیکی یا الکتریکی باشد. علاوه بر این، اتم ها می توانند انرژی را از طریق واکنش های شیمیایی دریافت و سپس آزاد کنند.
طیف الکترومغناطیسی
قبل از رفتن به نمونه هایی از تابش در فیزیک، باید توجه داشت که هر اتم بخش های خاصی از انرژی را ساطع می کند. این به این دلیل اتفاق می‌افتد که حالت‌هایی که یک الکترون می‌تواند در یک اتم باشد، دلخواه نیستند، بلکه کاملاً تعریف شده‌اند. بر این اساس، انتقال بین این حالت ها با انتشار مقدار معینی انرژی همراه است.
از فیزیک اتمی مشخص است که فوتون های تولید شده در نتیجه انتقال های الکترونیکی در یک اتم دارای انرژی است که با فرکانس نوسان آنها نسبت مستقیم دارد و با طول موج آنها نسبت عکس دارد (فوتن یک موج الکترومغناطیسی است که مشخص می شود. با سرعت انتشار، طول و فرکانس). از آنجایی که یک اتم یک ماده فقط می تواند مجموعه خاصی از انرژی ها را ساطع کند، به این معنی است که طول موج فوتون های ساطع شده نیز مشخص است. مجموعه تمام این طول ها طیف الکترومغناطیسی نامیده می شود.
اگر طول موج یک فوتون باشدبین 390 نانومتر و 750 نانومتر قرار دارد، سپس آنها در مورد نور مرئی صحبت می کنند، زیرا شخص می تواند آن را با چشمان خود درک کند، اگر طول موج کمتر از 390 نانومتر باشد، چنین امواج الکترومغناطیسی انرژی بالایی دارند و به آنها اشعه ماوراء بنفش، اشعه ایکس می گویند. یا اشعه گاما برای طول های بیشتر از 750 نانومتر، یک انرژی فوتون کوچک مشخص است که به آنها تابش فروسرخ، میکرو یا رادیویی می گویند.
تابش حرارتی اجسام
هر جسمی که دمایی غیر از صفر مطلق دارد، انرژی تابش می کند، در این مورد ما از تابش گرمایی یا حرارتی صحبت می کنیم. در این حالت، دما هم طیف الکترومغناطیسی تابش حرارتی و هم مقدار انرژی ساطع شده از بدن را تعیین می کند. هر چه دما بیشتر باشد، انرژی بیشتری به فضای اطراف می‌تابد و طیف الکترومغناطیسی آن بیشتر به ناحیه فرکانس بالا منتقل می‌شود. فرآیندهای تابش حرارتی توسط قوانین استفان بولتزمن، پلانک و وین توصیف شده است.
نمونه هایی از تشعشعات در زندگی روزمره
همانطور که در بالا ذکر شد، مطلقاً هر جسمی انرژی را به شکل امواج الکترومغناطیسی ساطع می کند، اما این فرآیند همیشه با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیست، زیرا دمای اجسام اطراف ما معمولاً بسیار پایین است، بنابراین طیف آنها در فرکانس پایین نامرئی برای ناحیه انسان قرار دارد.
نمونه بارز تشعشعات در محدوده مرئی یک لامپ رشته ای الکتریکی است. جریان الکتریکی که به صورت مارپیچی عبور می کند، رشته تنگستن را تا 3000 کلوین گرم می کند. چنین دمای بالایی باعث می شود که رشته امواج الکترومغناطیسی را به حداکثر برساند.که در قسمت طول موج بلند طیف مرئی قرار می گیرند.
یک نمونه دیگر از تشعشعات در خانه، اجاق مایکروویو است که امواج مایکروویو نامرئی برای چشم انسان منتشر می کند. این امواج توسط اجسام حاوی آب جذب می شوند و در نتیجه انرژی جنبشی و در نتیجه دمای آنها افزایش می یابد.
در نهایت، یک نمونه از تشعشعات در زندگی روزمره در محدوده مادون قرمز، رادیاتور یک رادیاتور است. ما تابش آن را نمی بینیم، اما گرمای آن را احساس می کنیم.
اجرای تابشی طبیعی
شاید بارزترین نمونه تابش در طبیعت ستاره ما - خورشید باشد. دمای سطح خورشید حدود 6000 کلوین است، بنابراین حداکثر تابش آن در طول موج 475 نانومتر می افتد، یعنی در طیف مرئی قرار دارد.
خورشید سیارات اطراف خود و ماهواره های آنها را گرم می کند که آنها نیز شروع به درخشش می کنند. در اینجا لازم است بین نور منعکس شده و تابش حرارتی تمایز قائل شد. بنابراین، زمین ما دقیقاً به دلیل بازتاب نور خورشید از فضا به شکل یک توپ آبی دیده می شود. اگر در مورد تابش حرارتی سیاره صحبت کنیم، آنگاه نیز رخ می دهد، اما در ناحیه طیف مایکروویو (حدود 10 میکرون) قرار دارد.
علاوه بر نور منعکس شده، جالب است که مثال دیگری از تشعشعات در طبیعت ارائه دهیم که با جیرجیرک همراه است. نور مرئی ساطع شده توسط آنها به هیچ وجه به تشعشعات حرارتی مربوط نمی شود و نتیجه یک واکنش شیمیایی بین اکسیژن اتمسفر و لوسیفرین (ماده ای موجود در سلول های حشرات) است. این پدیده استنام بیولومینسانس.
