Електромагнітне випромінювання

Електромагн́ітне випром́інювання (англ. electromagnetic radiation) — взаємопов'язані коливання електричного (Е) i магнітного (B) полів, що утворюють електромагнітне поле, а також процес утворення вільного електромагнітного поля за нерівномірного руху та взаємодії електричних зарядів^[2]. Розповсюдження випромінення здійснюється за допомогою електромагнітних хвиль. Електромагнітні хвилі випромінюються зарядженими частинками, атомами, молекулами, антенами та іншими випромінювальними системами^[3]. Електромагнітне випромінювання — це потік фотонів, який лише за великої їх кількості можна розглядати як неперервний процес.

Електромагнітне випромінювання
Першовідкривач або винахідник	Генріх Герц[1]
Дата відкриття (винаходу)	13 листопада 1886[1]
Є об'єднанням	див. список:d
Електромагнітне випромінювання у Вікісховищі

Спектр електромагнітного випромінювання

Види електромагнітних коливань

Розрізняють вимушені (під впливом зовнішніх джерел) і власні електромагнітні коливання. У необмеженому просторі або в системах з втратами енергії можливі електромагнітні коливання з неперервним спектром частот. Просторово обмежені системи мають дискретний спектр частот, причому кожній частоті відповідає один або кілька незалежних типів коливань (мод) на власних частотах.

Представлення коливань у вигляді суперпозиції мод з неперервним або дискретним спектром можливе для довільної складної системи провідників та діелектриків, якщо поля, струм або заряди в них зв'язані між собою лінійними співвідношеннями.

Основні характеристики

Основними характеристиками електромагнітного випромінювання заведено вважати частоту, довжину хвилі і поляризацію.

Довжина хвилі прямо пов'язана з частотою через (групову) швидкість поширення випромінювання. Групова швидкість поширення електромагнітного випромінювання у вакуумі дорівнює швидкості світла, в інших середовищах ця швидкість є меншою. Фазова швидкість електромагнітного випромінювання у вакуумі також дорівнює швидкості світла, у різних середовищах вона може бути як меншою, так і більшою від швидкості світла^[4].

Інші процеси та явища

У неоднорідному середовищі спостерігаються явища відбивання, заломлення, дифракції та інтерференції електромагнітних хвиль.

Наукові галузі, що займаються вивченням електромагнітного випромінювання

Описом властивостей і параметрів електромагнітного випромінювання у цілому займається класична електродинаміка, хоча властивостями випромінювання окремих областей спектра займаються певні спеціалізовані розділи фізики (частково так склалося історично, частково обумовлено істотною конкретною специфікою, особливо щодо взаємодії випромінювання різних діапазонів з речовинами, частково також специфікою прикладних задач). До таких спеціалізованих розділів належать оптика (та її розділи) і радіофізика. Жорстким електромагнітним випромінюванням короткохвильового діапазону спектра займається фізика високих енергій.

Існують з різницею у деталях та ступені спільності різні теорії, що дозволяють змоделювати й дослідити властивості й прояви електромагнітного випромінювання. Найбільш основоположною із завершених та перевірених теорій такого роду є квантова електродинаміка, з якої шляхом тих чи інших спрощень можна в принципі отримати усі перераховані нижче теорії, що мають широке застосування у своїх областях. Для опису низькочастотного електромагнітного випромінювання в макроскопічній області використовують, зазвичай, класичну електродинаміку, що ґрунтується на рівняннях Максвелла, причому існують її спрощення у прикладних застосуваннях. Для оптичного випромінювання (аж до рентгенівського діапазону) застосовують оптику (зокрема, фізичну оптику, коли розміри деяких частин оптичної системи близькі до довжин хвиль; квантову оптику, коли істотними є процеси поглинання, випромінювання і розсіювання фотонів; геометричну оптику — граничний випадок хвильової оптики, коли довжиною хвилі випромінювання можна знехтувати). Гамма-випромінювання найчастіше є предметом ядерної фізики, з інших — медичних і біологічних — позицій вивчається вплив електромагнітного випромінювання у радіології. Існує також низка областей — фундаментальних і прикладних — таких, як астрофізика, фотохімія, біологія фотосинтезу і зорового сприйняття, ряд областей спектрального аналізу, для яких електромагнітне випромінювання (найчастіше — певного діапазону) і його взаємодія з речовиною відіграють ключову роль. Всі ці області межують і навіть перетинаються з описаними вище розділами фізики.

Діапазони електромагнітного випромінювання

Електромагнітне випромінювання заведено розділяти за частотними діапазонами (див. таблицю). Між діапазонами немає чітких переходів, іноді вони перекриваються, а межі між ними є умовними. Оскільки швидкість поширення випромінювання (у вакуумі) стала, то частота його коливань жорстко пов'язана з довжиною хвилі у вакуумі.

Назва діапазону		Довжини хвиль, λ	Частота, ν	Джерела випромінювання
Радіохвилі	наддовгі	понад 10 км	до 30 кГц	Атмосферні та магнітосферні явища. Радіозв'язок.
	Довгі	10 км — 1 км	30 кГц — 300 кГц
	Середні	1 км — 100 м	300 кГц — 3 МГц
	Короткі	100 м — 10 м	3 МГц — 30 МГц
	Ультракороткі	10 м — 1 мм	30 МГц — 300 ГГц[5]
Інфрачервоне випромінювання		1 мм — 780 нм	300 ГГц — 429 ТГц	Вивчення молекул і атомів при теплових та електричних впливах.
Видиме випромінювання		780—380 нм	429 ТГц — 750 ТГц
Ультрафіолетові		380нм — 10нм	3× 1014 Гц — 3× 1016 Гц	Випромінювання атомів під впливом прискорених електронів.
Рентгенівські		10 нм — 5 пм	3× 1016Гц — 6× 1019 Гц	Атомні процеси при впливі прискорених заряджених частинок.
Гамма		до 5 пм	понад 6× 1019 Гц	Ядерні і космічні процеси, радіоактивний розпад.

Радіохвилі. Ультракороткі радіохвилі заведено поділяти на метрові, дециметрові, сантиметрові, міліметрові й субміліметрові (мікрометрові). Хвилі довжиною λ < 1 м (ν > 300 МГц) прийнято також називати мікрохвилями або хвилями надвисоких частот (НВЧ).

Іонізаційне електромагнітне випромінювання. До цієї групи традиційно відносять рентгенівське і гамма-випромінювання, хоча, іонізувати атоми може й ультрафіолетове випромінювання, і навіть видиме світло. Межі областей рентгенівського й гамма-випромінювання можуть бути визначеними лише досить умовно. Для загальної орієнтації можна прийняти, що енергія рентгенівських квантів лежить у межах 20 еВ — 0,1 МеВ, а енергія гамма-квантів — вище від 0,1 МеВ. У вузькому розумінні гамма-випромінювання здійснюється ядром, а рентгенівське — атомною електронною оболонкою при вибиванні електрона з низькорозташованих орбіт, хоча ця класифікація незастосована до жорсткого випромінювання, що генерується без участі атомів і ядер (наприклад, синхротронного чи гальмівного випромінювання).

Вплив на організм людини

Докладніше: Електромагнітне випромінювання та здоров'я

Правове регулювання в Україні

Гранично допустимі рівні електромагнітного випромінювання визначаються відповідно до Державних санітарних норм і правил захисту населення від впливу електромагнітних випромінювань, затверджених наказом Міністерства охорони здоров'я України від 01 серпня 1996 року № 239, зареєстрованих у Міністерстві юстиції України 29 серпня 1996 року за № 488/1513.^[6]

Див. також

• Електромагнітна хвиля
• Електромагнітний спектр
• Електромагнітне забруднення
• Електромагнетизм
• Енергія випромінювання (оптика)