12.1 : الطبيعة المزدوجة للإشعاع الكهرومغناطيسي

يتكون الإشعاع الكهرومغناطيسي من مكونات المجال الكهربائي والمغناطيسي التي تتذبذب في مستويات متعامدة على بعضها البعض وعمودية بشكل متبادل على انتشار الإشعاع عبرالفراغ. يمكن تصنيف الإشعاع الكهرومغناطيسي على أنه موجة، تتميز بخصائص الموجات مثل الطول الموجي (يشار إليه بـ λ) والتردد (يمثله ν).

الطول الموجي هو المسافة بين قمتين متتاليتين (أعلى نقطة) أو قاعين (أدنى نقطة) في الموجة. التردد هو عدد الموجات المتكررة أو دورات الموجة التي تمر بنقطة معينة في وقت ثابت. الأنواع المختلفة من الإشعاع الكهرومغناطيسي لها أطوال موجية وترددات متفاوتة. الطيف الكهرومغناطيسي هو المجموعة المرتبة للإشعاع الكهرومغناطيسي مجمعة حسب التردد أو الطول الموجي. يرتبط الطول الموجي والتردد بسرعة الإشعاع عبر وسط. سرعة الإشعاع في الفراغ (يرمز لها بـ c) هي ثابت فيزيائي عالمي بقيمة تقارب 3 × 10^8 متر/ثانية.

لذلك، فإن الطول الموجي والتردد يتناسبان عكسياً. يتميز الإشعاع ذو التردد العالي بطول موجي منخفض، والعكس صحيح.

بالإضافة إلى سلوكه كموجة، يمكن اعتبار الإشعاع الكهرومغناطيسي أيضًا مجموعة من الجسيمات تسمى الفوتونات. الفوتون هو أصغر وحدة أو "كم" من الضوء أو الإشعاع الكهرومغناطيسي. ليس له كتلة أو شحنة ولكنه يحمل طاقة. يمتلك كل فوتون كمية محددة من الطاقة، والتي يمكن نقلها إلى المادة عند التفاعل معها. طاقة الفوتون (يرمز لها بـ E) تتناسب طرديًا مع التردد وتتناسب عكسيًا مع الطول الموجي. المعادلة التي تربط طاقة الفوتون بتردد إشعاعه تُعرف باسم معادلة بلانك.

يُشار إلى ثابت بلانك بالرمز h بقيمة 6.626 × 10^34 م^2 كجم ثانية^-1.