קרינה אלקטרומגנטית

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

קרינה אלקטרומגנטית היא הפרעה מחזורית הרמונית בשדה החשמלי והמגנטי, המתפשטת במרחב. הפרעה כזו נקראת גל אלקטרומגנטי. חזית הגל של הקרינה האלקטרומגנטית מתקדמת בריק במהירות קבועה, שהיא מהירות האור. לעיתים מתוארת הקרינה האלקטרומגנטית גם כזרם או שטף של חלקיקים, הנקראים פוטונים.

[עריכה] הספקטרום האלקטרומגנטי

תכונות הקרינה האלקטרומגנטית תלויים במידה רבה באורך הגל של הקרינה, או תדירות הקרינה, שהיא הערך ההופכי לאורך הגל. משום כך, נהוג לחלק את הספקטרום האלקטרומגנטי בחלוקה גסה, המפרידה בין סוגי קרינה בעלי תכונות שונות. חשוב להבין שאורך הגל הוא משתנה שיכול לקבל אינסוף ערכים רציפים, ולכן החלוקה לסוגים שונים של גלים נכונה רק באופן כללי, והגבולות בין הסוגים השונים הם גבולות מטושטשים למדי.

הקרינה בעלת אורכי הגל הארוכים ביותר בספקטרום האלקטרומגנטי (והתדר הנמוך ביותר) נקראת גלי רדיו. גלים אלה, שאורכם יכול להגיע מעשרות סנטימטרים עד קילומטרים רבים, משמשים אותנו רבות בתעשיות התקשורת הרבות בעולם המודרני, בעיקר בתקשורת למרחקים גדולים, כגון רדיו וטלויזיה. גלי המיקרו, הקצרים מהם רק במעט, משמשים אף הם לתקשורת, בטווחים הקצרים יותר, כגון תקשורת סלולרית ומכ"ם, אך גם לבישול. אורכם של גלים אלה נע בין מילימטרים ספורים לעשרות סנטימטרים.

גלים קצרים יותר מאלה, נפלטים מגופים חמים, ונקראים גלי תת אדום (Infra-Red או IR בלעז). אורך הגל שלהם נע בין מיקרונים בודדים למילימטר. על ידי איתור קרני תת אדום, ניתן לאתר את מקומם של בעלי חיים, עקב טמפרטורת הגוף שלהם. מסיבה זו, בעלי חיים שונים, בעיקר טורפים, פיתחו רגישות לקרינת תת אדומה. בעולם המודרני קרינה תת אדומה משמשת לראיית לילה, לתקשורת בטווחים קצרים מאוד (שלט רחוק ותקשורת אלחוטית בין מכשירים קרובים), וכן לתקשורת אופטית.

האור הנראה הוא אותו תחום של קרינה אלקטרומגנטית הנקלט בעין האדם באופן טבעי. זהו תחום צר מאוד של הספקטרום, הכולל גלים אלקטרומגנטיים באורכי גל שבין 0.4 מיקרון לבין 0.8 מיקרון בקירוב. המוח מפרש בצורה שונה אורכים שונים של גלים, וכך מתקבלים במוחינו צבעים שונים. בעלי חיים שונים רגישים לתחומים מעט שונים של הספקטרום, אם כי תחומי הרגישות של כל בעלי החיים מרוכזים פחות או יותר באזור זה של הספקטרום. בעלי חיים ליליים רבים רגישים לאורכי גל ארוכים מעט יותר, דבר המאפשר להם ראיה תרמית על ידי רגישות לתת אדום. חרקים רבים רגישים לאורכי גל קצרים מעט יותר, דבר המאפשר להם ראיה בתחום העל סגול. גם צמחים רגישים לקרינה אלקטרומגנטית בתחום הנראה ובעיקר לקרינה באורכי גל המתאימים לצבע הירוק, הנמצא בערך באמצע התחום הנראה. סביר להניח שאין זה מקרה שאורך הגל של הצבע הירוק הוא בעל העוצמה הגבוהה ביותר מתוך הספקטרום הנמדד על פני כדור הארץ (לאחר בליעת האטמוספירה).

גלים אלקטרומגנטיים באורכים שבין 10 נאנומטר ועד 380 נאנומטר נקראים קרינת על סגול (Ultra violet או UV בלעז). קרינה זו נבלעת ברובה על ידי האטמוספירה, ובעיקר על ידי שכבת האוזון שבה. מכיוון שקרינה זו עשויה להסב נזקים בריאותיים שונים לבני אדם ובעלי חיים אחרים, התופעה של חור בשכבת האוזון היא תופעה מטרידה מאוד ברמה עולמית. מאידך, שימוש מבוקר בקרינה זו מסייע לטיפול במחלות שונות. שימושים נוספים בקרינה על סגולה הם טיהור מי שתיה, בדיקת מחצבים, סטריליזציה של ציוד ביולוגי ועוד.

בקצה הספקטרום נמצאות קרינת הרנטגן (אורך גל: 5 פיקומטר עד 10 ננומטר) הנקראת על שם הפיזיקאי שגילה אותה, וילהלם רנטגן, וקרינת הגמא (אורך גל של פחות מ-5 פיקומטר). אלה הן קרינות עוצמתיות מאד, המסוכנות לרוב היצורים החיים. קרינת הרנטגן, בשימוש מבוקר משמשת לצרכים רפואיים והנדסיים שונים.

[עריכה] הספקטרום האלקטרומגנטי - סוגי קרינה

ניתן לחלק את הקשת האלקטרומגנטית כך: במרכז אנו רואים את הצבעים הנראים לעין האדם. אורך הגל הארוך ביותר שאנו רואים הוא אדום, והקצר ביותר הוא הסגול. אורכי גלי פוטונים הארוכים מהאדום נקראים בפינו "תת אדום" (INFRA REDׂ ), ואילו אורכי גל הנמצאים מעבר לגל הנראה הקצר ביותר (סגול) נקראים על סגול (ULTRA VIOLET - UVׂ ).

האולטרה סגול מחלק את סוגי הקרינה בצורה גסה לשניים: קרינה מיננת ובלתי מייננת.

גלים קצרים מאולטרה סגול הם כאמור מייננים, ובהם קרינת הרנטגן, הגמא והקרינה הקוסמית. אלו גלים קצרים יותר מהאולטרה סגול ולפיכך עוצמתם היא הגבוהה ביותר. קרינה קוסמית היא קרינה שנמדדה בחלל וגליה קצרים מגלי גמא. קרינה זו מסבה נזק חמור ביותר ומשפיעה במהירות על תאי בעלי חיים. יש חוקרים המניחים שהקרינה הקוסמית שמגיעה מהחלל- היא זו שמשנה ללא הרף את ה DNA של בעלי חיים, גורמת למוטציות שונות- כאשר רק המוטציה ה"טובה" שורדת. תהליך זה קרוי בפינו אבולוציה.

בגלים קצרים יותר מאולטרה סגולית, הפוטונים נעים בעצמה כה גבוהה עד כי הם מסוגלים להוציא אלקטרון מאטום. וכך הם הופכים אטום ליון חיובי- לכן קרינה זו נקראת קרינה מייננת.

ככל שגל אולטרה סגול קצר יותר- הוא יינן בקלות רבה יותר אטומים. גלים ארוכים יותר כמעט ולא ייננו. גלים ארוכים יותר הם - האור הנראה, תת אדום, מיקרוגל (כולל סלולרי) ורדיו.

קרינות בלתי מייננות אלו, על אף שאינן הופכות אטומים נטרליים ליונים, בצורה לא טבעית היא מזיקה ביותר לתאים, ובמיוחד לתאי עצב. מחקרים רבים הראו שחשיפה לקרינה אלקטרומגנטית באורכי גל ארוכים (בלתי מייננים) כמו ממסכים שונים,טלפונים סלולריים, אנטנות רדיו, מכ"מים וכד' פוגעים ישירות ב DNA של תאי העצב ובכך הורגים תאי עצב רבים. המוח כידוע, הוא הנפגע העיקרי שכן כולו מורכב מתאי עצב.טלפונים סלולריים עושים אפקט חמור במיוחד מכיוון שהם פולטים קרינה ישירה קרוב מאוד למוח.

[עריכה] היסטוריה

הראשון שגילה בפועל את קיומם של הגלים האלקטרומגנטיים, היה הפיזיקאי היהודי-גרמני היינריך הרץ (1857-1894), ועל שמו נקראת עד היום יחידת המידה של התדירות - הרץ.

הרץ אחד שווה להופכי של שנייה אחת (אחד חלקי שניה), ומתאר גל שזמן המחזור שלו הוא שנייה אחת. גל אלקטרומגנטי של הרץ אחד, הינו לפיכך גל שמשלים מחזור אחד בשנייה אחת. מכיוון שחזית הגל מתקדמת במהירות האור, ניתן לחשב את אורך הגל בריק ולגלות שהוא שווה בקירוב ל-300,000 ק"מ. רוב הגלים האלקטרומגנטיים נמדדים ביחידות של קילו-הרץ (=1,000הרץ), מגה-הרץ (=1,000,000הרץ) וג'יגה-הרץ (=1,000,000,000הרץ).

במאה ה-19 הפיזיקאי הבריטי ג'יימס קלרק מקסוול ניסח תאוריה המתארת את התנהגות הקרינה (למעשה הוא התייחס רק לאור שהיה מוכר בזמנו) שבמרכזה משוואות מקסוול המפורסמות ולפיה האור מורכב מגלים. בתחילת המאה ה-20 אלברט איינשטיין טען שהקרינה מורכבת דווקא מקוונטות המכונים פוטונים, לכל אחד מהם אנרגיה קבועה ביחס ישר לתדירות שלה. מכאן שכאשר התדירות קטנה (ואורך הגל מתארך)- האנרגיה יורדת. כמה שנים מאוחר יותר תורת הקוונטים "פישרה" בין איינשטיין למקסוול וקבעה את עקרון השניות או עקרון הדואליות של האור, לפיו ניתן לתאר את הקרינה האלקטרומגנטית (ובעצם כל חומר) הן כזרם של חלקיקים, והן כגלים.