Miks kehad soojenevad IP-kiirguse ja nähtava valguse toimel? Miks UV-kiirgus suvel juukseid pleegitab? Miks Päikeselt tulev röntgenkiirgus neeldub täielikult Maa atmosfääris, aga nähtav valgus praktiliselt mitte? Millist valgust kasutatakse valguskaablis, et edastatav signaal ei neelduks plastikkius? Selleks, et neile küsimustele vastata, peame uurima, miks ja kuidas elektromagnetlained aines neelduvad.
Selleks, et elektromagnetlained aines neelduksid, peab toimuma elektromagnetlaine energia ülekandumine aineosakestele. Nii võib neeldunud elektromagnetlaine energia arvelt a) keha soojeneda, kui osakeste kineetiline energia kasvab, või b) toimuda keemilised reaktsioonid, sest kiirgus ioniseerib aineosakesi või lõhub aatomitevahelist keemilist sidet.
Aine neelab elektromagnetlaine footoni ja soojeneb, kui neeldunud footoni energia klapib energiaga, mis on vajalik aineosakeste võnke- või pöörlemisoleku muutmiseks. Näiteks mikrolainete sagedus on sobiv, et panna kiiremini võnkuma vee- ja orgaaniliste ainete molekulid, mistõttu mikrolaineahju kiirgus neeldub toidus ja toit soojeneb.
Aines toimuvad kiirguse toimel keemilised reaktsioonid, kui kiirguse footoni energia on samas suurusjärgus keemilise sideme energiaga. UV-kiirgus põhjustab näiteks keemilise sideme katkemist osooni () molekulis ja seetõttu valdav osa UV-kiirgusest osoonikihis neeldubki.
Aines toimuvad keemilised muutused ka siis, kui keemiline side ei katke, aga molekulidest lüüakse välja elektrone – toimub aineosakeste ioniseerimine. Tekkinud osakesed on keemiliselt aktiivsed ja võivad põhjustada erinevaid keemilisi reaktsioone. Röntgenpildi tegemisel neeldub kiirgus inimese kudedes – rohkem luukoes ja vähem pehmetes kudedes. Röntgenkiirguse energia on piisav kas
elektronide välja löömiseks molekulidest või keemilise sideme lõhkumiseks. Seetõttu ongi nimetatud kiirgus inimesele ohtlik, sest keemilised muutused molekulides põhjustavad ka muutusi vastavate kudede talitluses.
Kosmosest lähtuvad röntgen- ja gammakiirgused neelduvad Maa atmosfääris, ioniseerides Maa atmosfääri kõrgemaid kihte. Seda atmosfäärikihti nimetatakse ionosfääriks.
Suurema footonienergiaga elektromagnetlained (UV-, röntgen- ja gammakiirgused) põhjustavad ainetes pigem keemilisi muutusi, sest need footoni energiad on suuremad molekulide võnkumissageduse kasvuks vajaminevatest energiatest. Madalama energiaga elektromagnetlained (nähtav valgus, IP-kiirgus ja mikrolained) põhjustavad neeldumisel pigem soojuslikke muutusi. Raadiolainete footonite energia ei ole piisav ei aineosakeste võnkeolekute muutmiseks ega ka keemiliste sidemete lõhkumiseks, seega raadiolained aines ei neeldu.
Valgus- ehk kiudoptilise kaabliga edastatakse heli- ja videosignaali kohtvõrkudes ning ka mandritevahelises sides. Esimene mandritevaheline valguskaabel paigaldati 1988. aastal Vaiksesse ookeani ühendamaks Jaapanit ja Ameerika Ühendriike. Kuna infot edastatakse väga pikkade vahemaade taha, peaks kaablis kasutatavas klaasis valgus neelduma või sellest välja hajuma võimalikult vähe. Kõige vähem neeldub optilises kius IP-kiirgus, mille lainepikkus on suurusjärgus mõnituhat nanomeetrit, seetõttu kasutataksegi info edastamiseks IP-valgust.
Näidisülesanne
Lahendus
Valge valgus on liitvalgus ja sisaldab kõiki värvuseid ehk elektromagnetlainete spektri nähtava piirkonna komponente. Joonisel 3.11 on toodud valge valguse spekter. Põhikoolis õppisime, et värvilised kehad paistavad sellepärast värvilised, et mõne värvusega valgust keha pind peegeldab, aga mõnda neelab. Sinine pind peegeldab sinist valgust ja neelab suurema lainepikkusega ning seega väiksema footonienergiaga valgust. Seevastu punane värv peegeldab punast valgust, aga neelab väiksema lainepikkusega, seega suurema footoni energiaga valgust. Kuna suurema footonienergiaga elektromagnetlaine põhjustab neeldumisel enam keemilisi muutusi, pleegivadki esmalt punakad-kollakad toonid ja kauem püsivad trükiste sinakad toonid.
a) D-vitamiini süntees
b) Vähiravi gammakiirgusega
c) Infrapunasaun
d) Röntgenkiirguse neeldumine atmosfääris
e) Infrapunakiirguse neeldumine atmosfääris