Elektromagnetische golven

Licht is een voorbeeld van een elektromagnetische golf, een golf die zich voortplant van een bron naar de ontvanger. Zichtbaar licht is echter maar een heel klein deel van het elektromagnetische spectrum. Ook bijvoorbeeld röntgenstraling, uv-straling en radiogolven zijn elektromagnetische golven, die een hele andere golflengte hebben dan zichtbaar licht.

Golven en golflengte

Een golf is een trilling die steeds doorgegeven wordt aan het volgende deeltje. De golf begint bij de bron (de plek waar de trillingen gemaakt worden) en beweegt door het doorgeven van die trilling steeds verder van de bron vandaan. Een golf bestaat uit bergen en dalen, de breedte van één berg en dal samen wordt de golflengte genoemd. Een goed zichtbaar voorbeeld van golven zijn golven op een wateroppervlak. Maar ook geluid plant zich voort door middel van golven.

Elektromagnetische golf

Bij een elektromagnetische golf zijn er geen deeltjes die trillen, maar een elektromagnetisch veld dat verandert. Ook dit kun je zien als een golf met bergen en dalen. De snelheid waarmee een elektromagnetische golf van de bron af beweegt is altijd hetzelfde: dat is de lichtsnelheid. Deze is maar liefst 299 792 km/s. De golflengte van elektromagnetische golven kan enorm variëren, van picometers tot kilometers. De golflengte bepaalt van wat voor soort elektromagnetische straling er sprake is. De golflengte zegt ook iets over de energie van de straling: bij een kleinere golflengte is de energie groter.

Elektromagnetisch spectrum

Alle soorten elektromagnetische golven samen wordt het elektromagnetisch spectrum genoemd. Zichtbaar licht is maar een héél klein gedeelte van het elektromagnetische spectrum. Er zijn ook elektromagnetische golven met veel grotere of veel kleinere golflengtes, zoals te zien is in de onderstaande afbeeldingen. Net als licht spelen ook alle andere soorten straling een belangrijke rol in het dagelijks leven.

Zichtbaar licht

Bij zichtbaar licht bepaalt de golflengte de kleur van het licht. Het zichtbare licht heeft een golflengte tussen 380
nanometer (violet) en 780 nanometer (rood). Een nanometer is 0,000000001 meter dus we hebben het hier over hele kleine getallen. Wit licht is een mengsel van alle kleuren, wanneer je wit licht op een prisma laat vallen wordt het spectrum van het zichtbare licht zichtbaar. Dat komt doordat de violette golven net iets meer gebroken worden door het prisma dan de rode golven.

Infraroodstraling en UV-straling

Naast wit ontvangen we op aarde ook straling van kleuren die mensen niet kunnen zien. Zo zendt de zon ook infrarode straling (IR) uit, die je voelt als warmte. Aan de andere kant van het lichtspectrum zit ultraviolette straling (UV). Dit is de straling waarvan je bruin wordt, maar die ook huidkanker kan veroorzaken als je huid er teveel van opneemt. De ozonlaag in de aardatmosfeer zorgt voor een deel voor bescherming tegen de UV-straling van de zon, maar op zonnige dagen zul je ook zelf moeten oppassen dat je niet teveel in de zon ligt

Het licht van de zon bevat naast zichtbaar licht ook ultraviolette en infrarode straling.

Röntgenstraling en gammastraling

Röntgenstraling heeft een nog kleinere golflengte dan UV-straling, en wordt daardoor niet meer tegengehouden door bijvoorbeeld water en zachte weefsels. De straling wordt wel tegengehouden door bijvoorbeeld botten. De bekendste toepassing is dan ook de röntgenfoto, in het ziekenhuis of bij de tandarts. Op de foto kun je dan zien waar de röntgenstraling tegengehouden wordt, en zo een beeld maken van de botten of tanden. In het ziekenhuis kan ook een CT-scan gemaakt worden, waarbij met behulp van röntgenstraling en computerverwerking een 3D-beeld van de binnenkant van een deel van je lichaam gemaakt kan worden.

Gammastraling kan worden uitgezonden door radioactieve stoffen, en heeft een nog kleinere golflengte. Deze straling kan ook door vaste stoffen heen en is daardoor moeilijk tegen te houden. Gammastraling en (in mindere mate) röntgenstraling zijn vormen van ioniserende straling: de golven kunnen (door hun hoge energie) atomen ioniseren. Hierdoor is de straling, bij langdurige blootstelling, gevaarlijk voor de mens. Daarom staan artsen die met röntgenstraling werken vaak in een andere ruimte en wordt radioactief afval van kerncentrales verpakt in loden containers of hele dikke lagen beton.

Microgolven en radiogolven

Aan de andere kant van het elektromagnetisch spectrum hebben we de microgolven en de radiogolven. Deze hebben een veel grotere golflengte dan zichtbaar licht. De bekendste toepassing van microgolven is de magnetron: de microgolven in de magnetron kunnen watermoleculen in het voedsel in beweging brengen, en daardoor warmt het eten op.

In een magnetron zorgen elektromagnetische golven met een golflengte van ongeveer 12 cm ervoor dat het eten opgewarmd wordt.

Radiogolven hebben nog grotere golflengtes, die variëren van millimeters tot honderden kilometers. Deze golven worden gebruikt voor allerlei communicatiedoeleinden: denk aan je wifi, FM- en AM-radio, portofoons van de hulpdiensten, mobiele telefonie en mobiel dataverkeer, militaire communicatie en communicatie met ruimtestations. Er worden dan gegevens verwerkt in het signaal dat als golf door een antenne wordt uitgezonden, een andere antenne kan die golven dan opvangen en de gegevens er uit halen. Zowel voor het uitzenden als het ontvangen van radiogolven is er dus een antenne nodig.

Frequentie en golflengte

De frequentie van elektromagnetische straling geeft aan hoeveel trillingen er per seconde zijn, dus hoeveel bergen en dalen er per seconde gemaakt worden. Voor een kleine golflengte heb je een grote frequentie nodig, wanneer de frequentie kleiner wordt krijg je een grotere golflengte. Dat volgt uit onderstaande formule. Voor de golflengte wordt de Griekse letter labda gebruikt: λ. De lichtsnelheid is een natuurconstante, deze is voor alle elektromagnetische golven gelijk en kun je opzoeken.

In de praktijk kom je de frequentie vaak tegen bij elektromagnetische golven die voor communicatie gebruikt worden. De radiozender 3FM zendt in een groot deel van het land bijvoorbeeld uit op een frequentie van 96,8 MHz. Het 4G-netwerk, voor mobiele telefonie en dataverkeer, maakt gebruik van frequentiebanden tussen 800 en 2600 MHz.

Bronvermelding afbeeldingen