Elektromagnetisch spectrum

Nadat James Clerk Maxwell in 1873 aantoonde dat licht opgevat kan worden als een elektromagnetische golf, werd het woord spectrum gebruikt voor alle elektromagnetische straling. In het elektromagnetische spectrum zitten de volgende gebieden: radiogolven, microgolven, infrarode straling, zichtbaar licht, ultraviolet licht, röntgenstraling en gammastraling. Het zichtbare licht vormt slechts een klein deel van het elektromagnetische spectrum.

De golflengte (l) en frequentie (f) van (elektromagnetische) golven staan met elkaar in verband. In onderstaande animatie is een touw afgebeeld, dat met een apparaatje bewogen wordt. Wanneer het apparaatje een golfbeweging maakt, wordt deze golf over het touw naar rechts verplaatst. De lengte van één golf is de golflengte (l) en de tijd om één golfbeweging te maken is de periodetijd (T).
De golflengte is afhankelijk van de periodetijd en de snelheid (v) over het touw; l=v·T
De frequentie geeft het aantal trillingen per seconde aan, waardoor f=1/T (Hertz). Hierdoor is l=v/f.

Voor elektromagnetische golven is de golflengte l=v/f=300.000.000/f meter.
Bijvoorbeeld de golflengte van een 100 MHz signaal (radio) is l=300.000.000/100.000.000= 3 meter.

De golflengte en frequentie staan met elkaar in verband. In deze animatie wordt met een apparaatje (links) een touw in beweging gebracht, zodat er een golf over het touw beweegt.

Dit is het elektromagnetisch spectrum. Er kan een gedeelte aangeklikt worden om een beschrijving te krijgen.

Radiogolven

Een radio is in staat om radiogolven op te vangen en om te zetten in geluid.

De radiogolven zijn ontdekt door Heinrich Hertz in 1888. Radiogolven hebben de grootste golflengte van het elektromagnetische spectrum. De golflengte van radiogolven liggen tussen de vele kilometers tot 30 cm ( 1 GHz). Radiogolven worden voornamelijk afgegeven door elektronische circuits. De frequentie van de elektriciteit thuis is maar 50 trillingen per seconde. Dit betekent dat de elektromagnetisch golf die wordt uitgestraald, een golflengte van 6000 kilometer heeft.
Radiogolven worden in het dagelijkse leven veel gebruikt. Zo worden ze bijvoorbeeld gebruikt voor radio's en televisies. Hiervoor worden radiogolven gebruikt met hoge frequenties. Maar ook bijna alle elektrische apparaten zenden radiogolven uit.

Microgolven

Microgolven hebben een golflengte tussen de 30 cm en 1mm. Dit betekent dat microgolven een frequentie hebben van 1 GHz tot 300 GHz. 
Microgolven lijken een beetje op lichtstralen wat betreft afbuiging en weerkaatsing, maar microgolven kunnen in tegenstelling tot lichtstralen ook in niet-transparante materialen binnendringen.

Het eten in een magnetron wordt d.m.v. microgolven warm gemaakt.

Dit wordt bijvoorbeeld toegepast in de magnetron. Hierin worden de microgolven door middel van een ronddraaiende verspreider verspreid in de magnetron. Microgolven worden geabsorbeerd door water in ons eten. Dit heeft als gevolg dat de watermoleculen gaan trillen en vervolgens het eten warm wordt. Microgolven worden ook toegepast voor communicatie (bijvoorbeeld in de ruimte of bij een radarinstallatie) en in de sterrenkunde.

Infrarode straling

De infrarode straling is ontdekt door William Herschel (ontdekker van de planeet Uranus) in 1800. Infrarode straling heeft een golflengte van 1 mm tot 780 nm. Omdat infrarode straling warmte afgeeft als het bijvoorbeeld op de huid valt, wordt deze straling ook wel warmtestraling genoemd. Infrarode straling wordt veel toegepast in fotografie en afstandsbepalingen, maar ook in bijvoorbeeld warmtelampen.
Zo worden infrarood foto's gemaakt door middel van de infrarode straling die voorwerpen afgeven. Deze wordt opgevangen op een film die gevoelig is voor infrarode straling. Hierdoor is het mogelijk om bijvoorbeeld in het donker foto's te maken of om in het donker te kunnen zien (nachtkijkers). Rond om de aarde zweven verschillende satellieten die de mogelijkheid hebben om infrarode foto's te maken van de aarde of een ander hemellichaam.

Zichtbaar licht

Het zichtbare licht heeft een golflengte van 780 nm tot 380 nm. Dit gebied wordt ook wel lichtspectrum genoemd. De kleur rood heeft een golflengte van 780 nm en de kleur violet een golflengte van 380 nm. Tussen rood en violet bevinden zich een aantal andere kleuren, namelijk: oranje, geel, groen, blauw en indigo. Deze kleuren zijn ook terug te vinden in de regenboog of na breking van licht doormiddel van een prisma.

Ultraviolet licht

Het ultraviolette licht is in 1801 door Johann Ritter ontdekt toen hij met zilverchloride werkte (ultraviolet licht doet zilverchloride snel van kleur veranderen). De golflengte van ultraviolet licht ligt tussen de 380 nm en de 12 nm. Onze zon is een natuurlijke bron van ultraviolette straling, maar de meeste straling wordt in de dampkring geabsorbeerd door het ozongas. Dit is erg belangrijk omdat een te grote hoeveelheid ultraviolette straling dodelijk kan zijn voor al het leven. Maar we kunnen eigenlijk ook niet zonder. Doormiddel van ultraviolet licht wordt onze huid bruin en wordt er in ons lichaam vitamine D aangemaakt.
Ultraviolette straling wordt onder andere gebruikt om bacteriën te doden in ruimten die steriel moeten zijn.

Röntgenstraling

Een foto genomen m.b.v. röntgenstraling.

In 1895 ontdekte Wilhelm Konrad Röntgen de X stralen. Later werden deze stralen vernoemd naar de ontdekker en werden ze röntgenstralen genoemd. Röntgenstralen hebben een golflengte die tussen de 12 nm en de 0,002 nm ligt.
Een kenmerkende eigenschap van röntgenstraling is dat het door bijna alle stoffen heen dringt. Hierbij gaat een deel verloren door absorptie. Een andere eigenschap is dat veel stoffen fluorescerend worden wanneer ze in aanraking komen met röntgenstralen. Wanneer er een menselijk lichaam tussen een röntgenapparaat en een fluorescerend scherm wordt geplaatst, dan verschijnen op het scherm schaduwen van de botten. Dit komt omdat bot de röntgenstralen beter absorberen dan de zachte delen. In plaats van een fluorescerend scherm kan ook een film worden gebruikt. Dit wordt veel toegepast in ziekenhuizen.

Gammastralen

De gammastralen zijn in 1903 voor het eerst vastgesteld door Antoine Henri Becquerel. De golflengte van gammastralen ligt tussen beneden de 0,002 nm.
Gammastraling heeft een heel grote doordringende kracht.
Gammastraling komt vrij bij materiaal dat radioactief is (uranium). Het is ook vaak te vinden in de buurt van kerncentrales of op plaatsen waar een kernexplosie heeft plaatsgevonden. De straling is zelfs in staat om door lood en cement heen te gaan. De straling is gevaarlijk omdat het levend weefsel beschadigt.