קרינה היא תהליך פיזיקלי, שתוצאתו היא העברת אנרגיה באמצעות גלים אלקטרומגנטיים. התהליך ההפוך לקרינה נקרא ספיגה. הבה נשקול את הנושא הזה ביתר פירוט, וגם ניתן דוגמאות לקרינה בחיי היומיום ובטבע.
פיזיקה של התרחשות קרינה
כל גוף מורכב מאטומים, אשר, בתורם, נוצרים על ידי גרעינים בעלי מטען חיובי, ומאלקטרונים, היוצרים קליפות אלקטרונים סביב הגרעינים וטעונים שלילי. אטומים מסודרים בצורה כזו שהם יכולים להיות במצבי אנרגיה שונים, כלומר, הם יכולים להיות בעלי אנרגיה גבוהה יותר וגם נמוכה יותר. כאשר לאטום יש את האנרגיה הנמוכה ביותר, אומרים שהוא מצב הקרקע שלו, כל מצב אנרגיה אחר של האטום נקרא מעורר.
קיומם של מצבי אנרגיה שונים של אטום נובע מהעובדה שניתן לאתר את האלקטרונים שלו ברמות אנרגיה מסוימות. כאשר אלקטרון עובר מרמה גבוהה יותר לנמוכה, האטום מאבד אנרגיה, אותה הוא מקרין לחלל הסובב בצורה של פוטון - חלקיק נשא.גלים אלקטרומגנטיים. להיפך, המעבר של אלקטרון מרמה נמוכה לגבוהה מלווה בקליטת פוטון.
ישנן מספר דרכים להעביר אלקטרון של אטום לרמת אנרגיה גבוהה יותר, הכרוכות בהעברת אנרגיה. זו יכולה להיות גם ההשפעה על האטום הנחשב של קרינה אלקטרומגנטית חיצונית, וגם העברת אנרגיה אליו באמצעים מכניים או חשמליים. בנוסף, אטומים יכולים לקבל ולאחר מכן לשחרר אנרגיה באמצעות תגובות כימיות.
ספקטרום אלקטרומגנטי
לפני שעוברים לדוגמאות של קרינה בפיזיקה, יש לציין שכל אטום פולט חלקים מסוימים של אנרגיה. זה קורה מכיוון שהמצבים שבהם יכול להיות אלקטרון באטום אינם שרירותיים, אלא מוגדרים בקפדנות. בהתאם לכך, המעבר בין המצבים הללו מלווה בפליטת כמות מסוימת של אנרגיה.
ידוע מהפיזיקה האטומית שלפוטונים הנוצרים כתוצאה ממעברים אלקטרוניים באטום יש אנרגיה פרופורציונלית ישירה לתדר התנודה שלהם ופרופורציונלית הפוך לאורך הגל (פוטון הוא גל אלקטרומגנטי שמאופיין לפי מהירות התפשטות, אורך ותדירות). מכיוון שאטום של חומר יכול לפלוט רק קבוצה מסוימת של אנרגיות, זה אומר שגם אורכי הגל של הפוטונים הנפלטים הם ספציפיים. הסט של כל האורכים האלה נקרא הספקטרום האלקטרומגנטי.
אם אורך הגל של פוטוןנמצא בין 390 ננומטר ל-750 ננומטר, אז הם מדברים על אור נראה, מכיוון שאדם יכול לתפוס אותו במו עיניו, אם אורך הגל הוא פחות מ-390 ננומטר, אז לגלים אלקטרומגנטיים כאלה יש אנרגיה גבוהה והם נקראים אולטרה סגול, רנטגן או קרינת גמא. לאורכים של יותר מ-750 ננומטר, אופיינית אנרגיית פוטון קטנה, הם נקראים קרינת אינפרא אדום, מיקרו או רדיו.
קרינה תרמית של גופים
כל גוף שיש לו טמפרטורה כלשהי מלבד האפס המוחלט מקרין אנרגיה, במקרה הזה אנחנו מדברים על קרינה תרמית או תרמית. במקרה זה, הטמפרטורה קובעת הן את הספקטרום האלקטרומגנטי של קרינה תרמית והן את כמות האנרגיה הנפלטת מהגוף. ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, הגוף מקרין יותר אנרגיה לחלל שמסביב, והספקטרום האלקטרומגנטי שלו עובר לאזור בתדר גבוה יותר. תהליכי הקרינה התרמית מתוארים על ידי חוקים של סטפן-בולצמן, פלאנק וויין.
דוגמאות לקרינה בחיי היומיום
כפי שהוזכר לעיל, לחלוטין כל גוף מקרין אנרגיה בצורה של גלים אלקטרומגנטיים, אבל תהליך זה לא תמיד ניתן לראות בעין בלתי מזוינת, מכיוון שהטמפרטורות של הגופים הסובבים אותנו בדרך כלל נמוכות מדי, ולכן הספקטרום שלהם שוכנת בתדר הנמוך הבלתי נראה לאזור אנושי.
דוגמה בולטת לקרינה בטווח הנראה היא מנורת ליבון חשמלית. עובר בספירלה, הזרם החשמלי מחמם את חוט הטונגסטן עד ל-3000 K. טמפרטורה כה גבוהה גורמת לחוט הפלמנט לפלוט גלים אלקטרומגנטיים, מקסימוםהנופלים בחלק ארוך הגל של הספקטרום הנראה.
דוגמה נוספת לקרינה בבית היא תנור המיקרוגל, שפולט מיקרוגלים בלתי נראים לעין האנושית. גלים אלו נספגים על ידי עצמים המכילים מים, ובכך מגדילים את האנרגיה הקינטית שלהם וכתוצאה מכך, הטמפרטורה שלהם.
לבסוף, דוגמה לקרינה בחיי היומיום בתחום האינפרא אדום היא הרדיאטור של רדיאטור. אנחנו לא רואים את הקרינה שלו, אבל אנחנו מרגישים את החום שלו.
אובייקטים קורנים טבעיים
אולי הדוגמה הבולטת ביותר לקרינה בטבע היא הכוכב שלנו - השמש. הטמפרטורה על פני השמש היא כ-6000 K, כך שהקרינה המקסימלית שלה נופלת באורך גל של 475 ננומטר, כלומר, היא נמצאת בתוך הספקטרום הנראה.
השמש מחממת את כוכבי הלכת סביבה ואת הלוויינים שלהם, שגם הם מתחילים לזהור. כאן יש צורך להבחין בין אור מוחזר לבין קרינה תרמית. אז ניתן לראות את כדור הארץ שלנו מהחלל בצורה של כדור כחול בדיוק בגלל אור השמש המוחזר. אם מדברים על הקרינה התרמית של כוכב הלכת, אז היא מתרחשת גם היא, אבל נמצאת באזור ספקטרום המיקרוגל (כ-10 מיקרון).
מלבד אור מוחזר, מעניין לתת דוגמה נוספת לקרינה בטבע, הקשורה לצרצרים. האור הנראה הנפלט על ידם אינו קשור בשום צורה לקרינה תרמית והוא תוצאה של תגובה כימית בין חמצן אטמוספרי ללוציפרין (חומר הכלול בתאי חרקים). התופעה הזו היאהשם של ביולוגית.
