De la ràdio als raigs gamma
La llum que veiem és una franja estreta d'una família molt més gran, la de les ones electromagnètiques, en què camps elèctrics i magnètics oscil·len i es propaguen junts. En el buit, totes viatgen a la mateixa velocitat, \(c = 3 \cdot 10^8\ \text{m/s}\), i el que en distingeix una de l'altra és la longitud d'ona o, el que és el mateix, la freqüència, lligades per \(c = \lambda\,f\).
Quan les ordenem per la longitud d'ona, obtenim l'espectre electromagnètic, amb els raigs gamma, els raigs X, l'ultraviolat, la llum visible, l'infraroig, les microones i les ones de ràdio. El visible va d'uns 400 nm, en el violeta, a uns 700 nm, en el vermell. Les fronteres entre les altres regions són convencions, sense un punt exacte on una s'acaba i comença l'altra.
El 1900, per explicar la llum que emeten els cossos calents, Max Planck va suposar que l'energia intercanviada amb la radiació venia en paquets. El 1905, Einstein va anar més lluny i va proposar que la llum mateixa està feta d'aquests paquets, que avui anomenem fotons, cadascun amb energia \(E = h\,f\), on \(h\) és la constant de Planck.
Amb la idea de fotó entenem per què l'ultraviolat crema la pell i la llum visible no. Un fotó d'UV-B porta uns 4 eV, una energia de l'ordre de la que manté units els àtoms de molècules com l'ADN, i per això pot trencar aquests enllaços. Un fotó de llum vermella té menys de 2 eV.
Una llum visible més intensa porta més fotons, i cadascun continua sent massa feble per fer aquest mal. Pot escalfar la pell, que és un altre efecte, la suma de l'energia de molts fotons convertida en calor. El que decideix la cremada, com podem veure a la simulació, és l'energia de cada fotó, i no la quantitat de llum.
Per comentar
- Arrossega el marcador del vermell al violeta, al regle o al zoom del visible. Què passa amb la freqüència i amb l'energia de cada fotó?
- Fes clic a «Wi-Fi» i després a «Microones (forn)». Les freqüències s'assemblen? Quantes vegades supera l'energia d'un fotó de llum verda la d'un fotó de Wi-Fi?
- Tria la llum verda i porta la intensitat al màxim. Algun fotó trenca enllaços a la pell? Ara tria l'UV-B amb la intensitat baixa i compara.
- Busca el punt del regle on el fotó passa de 10 eV. En quina regió de l'espectre som, i per què aquesta radiació s'anomena ionitzant?