Det elektromagnetiska spektrumet

Det synliga ljuset du ser varje dag är bara en liten remsa av en mycket större familj av strålning: det elektromagnetiska spektrumet. Alla typerna, från de allra längsta vågorna till de allra kortaste, färdas med samma höga hastighet genom tomrum, men de skiljer sig åt i våglängd. Strålningen avges och tas upp i små energipaket, fotoner, och ju kortare våglängden är, desto mer energi bär varje foton.

I den ena änden ligger radiovågor, med våglängder från ungefär en meter upp till flera kilometer och väldigt låg energi per foton. De används för radio, TV och trådlös kommunikation, och tar sig igenom både väggar och kroppar. Lite kortare, från millimeter upp till ungefär en meter, är mikrovågor, som används för wifi och mobiltelefoni, men också i mikrovågsugnen: där får mikrovågorna vattenmolekylerna i maten att röra sig snabbare, vilket är samma sak som att maten blir varm.

Nästa steg är infraröd strålning, som du känner som värme snarare än ser. Alla föremål sänder ut infraröd strålning, och ju varmare de är desto mer, vilket är precis det en värmekamera fångar upp när den gör natten eller mörka rum synliga. Direkt efter infrarött kommer det smala band av våglängder, ungefär 400 till 700 nanometer, som ögat kan uppfatta som färger, innan spektrumet fortsätter mot ultraviolett strålning (UV), där energin per foton blir stor nog för att skada celler i huden och orsaka solbränna.

Inne i UV-området går en viktig gräns: strålning med så mycket energi per foton att den kan slå loss elektroner från atomer kallas joniserande. Det gäller den mest kortvågiga UV-strålningen, röntgenstrålning och gammastrålning, men inte radiovågor, mikrovågor, infrarött eller synligt ljus. Solens UV som når marken räknas inte som joniserande, men kan ändå skada arvsmassan i hudceller direkt. Röntgenstrålning har så hög energi att den tar sig rakt igenom mjuk vävnad men fastnar i tätare material som ben, och används därför för att avbilda skelett. Gammastrålning, till exempel från radioaktivt sönderfall, har oftast ännu mer energi och är så genomträngande att den kräver tjocka skärmar av bly eller betong, men den kan också slå ut cancerceller i strålbehandling. Astronomer studerar strålning från hela spektrumet, eftersom olika delar avslöjar olika saker: infrarött och radiovågor tar sig till exempel igenom stoftmoln som stoppar synligt ljus.

Det här lär du dig

Ordna radiovågor, mikrovågor, infraröd strålning, synligt ljus, UV, röntgen och gammastrålning efter våglängd och energi
Koppla varje del av spektrumet till en eller flera vanliga användningar
Förklara var gränsen mellan joniserande och icke-joniserande strålning ligger och vad jonisering innebär
Resonera om risker kopplade till olika delar av spektrumet utifrån deras energi

Begrepp att kunna

Elektromagnetiskt spektrum: Hela familjen av strålning, från radiovågor med lång våglängd till gammastrålning med kort våglängd, ordnad efter våglängd och energi.
Infraröd strålning: Strålning med längre våglängd än synligt ljus, som uppfattas som värme. Alla föremål sänder ut den, och varma föremål mer än kalla.
Ultraviolett strålning (UV): Strålning med kortare våglängd än synligt ljus och så mycket energi att den kan skada hudceller och orsaka solbränna.
Röntgenstrålning: Högenergetisk strålning som tar sig igenom mjuk vävnad men absorberas av tätare material som ben, vilket gör den användbar för medicinsk avbildning.
Gammastrålning: Den mest energirika delen av spektrumet, som bland annat sänds ut vid radioaktivt sönderfall. Mycket genomträngande och farlig för levande vävnad i stora doser.
Joniserande strålning: Strålning med nog hög energi per foton för att slå loss elektroner från atomer. Den mest kortvågiga UV-strålningen, röntgen och gamma är joniserande, medan radiovågor, mikrovågor, infrarött och synligt ljus inte är det.

Vanliga svårigheter

Tror att synligt ljus utgör en stor del av spektrumet

Det band av våglängder ögat kan uppfatta är bara en mycket smal skiva av hela spektrumet. Radiovågor, mikrovågor och infraröd strålning, och utomhus även ultraviolett strålning, finns runt omkring oss hela tiden utan att vi ser något av det, eftersom våra ögon bara är känsliga för en liten del av alla möjliga våglängder.

Tror att ordet strålning alltid betyder något radioaktivt och farligt

Strålning är ett samlingsnamn för energi som sprids från en källa, som vågor eller partiklar, och radiovågor från en vanlig sändare eller värmestrålning från en kamin är precis så mycket strålning som gammastrålning från ett radioaktivt ämne. Det som avgör om strålningen är farlig är hur mycket energi varje foton bär och hur mycket strålning man utsätts för, inte ordet i sig.

Tror att styrkan avgör om strålningen joniserar

En mycket stark radiosändare kan ändå inte jonisera, eftersom varje foton bär alldeles för lite energi, oavsett hur många fotoner som skickas ut. På mycket nära håll kan den däremot värma upp vävnad. Redan en svag röntgenkälla kan jonisera, eftersom varje enskild foton bär tillräckligt mycket energi. Det är energin per foton, alltså våglängden, som avgör om strålningen joniserar, medan styrkan och tiden avgör hur stor dosen blir.

I verkligheten

En brandman använder en värmekamera för att hitta en person i ett rökfyllt, mörklagt rum

Kroppen har en annan temperatur än omgivningen och sänder därför ut en annan mängd infraröd strålning. Den långvågiga infraröda strålningen tar sig dessutom igenom röken mycket bättre än synligt ljus. Kameran gör den annars osynliga infraröda strålningen synlig som en bild, helt utan att det behövs något synligt ljus i rummet.

En tandläkare tar en röntgenbild för att se om det finns hål i en tand

Röntgenstrålningen tar sig lätt igenom den mjuka tandköttsvävnaden men absorberas mer av den tätare tandsubstansen, så bilden visar tandens och rotens form tydligt. Just därför går det att upptäcka skador inne i tanden utan att behöva borra.

Tips

Bygg en egen minneslista i rätt ordning: radiovågor, mikrovågor, infrarött, synligt, ultraviolett, röntgen, gamma, och skriv samtidigt en risk eller användning bredvid varje ord. Att formulera listan själv fastnar bättre än att bara läsa den.
Gå runt hemma och leta efter källor till minst fyra olika delar av spektrumet: en wifi-router, en tv-fjärrkontroll (infrarött), en glödlampa (synligt och infrarött) och solljuset utomhus, som innehåller UV. Sortera dem efter om du tror de är joniserande eller inte.
När du stöter på en ny typ av strålning i en text, fråga dig först var den ligger i förhållande till synligt ljus, längre eller kortare våglängd, innan du försöker minnas om den är farlig. Längre våglängd än synligt ljus betyder att den inte joniserar, och ju kortare våglängden är åt andra hållet, desto mer energi per foton.

Testa dig själv

1. Ordna radiovågor, infraröd strålning, ultraviolett strålning och röntgenstrålning efter stigande energi.

Radiovågor har lägst energi, därefter infraröd strålning, följt av ultraviolett strålning, och röntgenstrålning har högst energi av de fyra. Ordningen följer direkt av våglängden: ju kortare våglängd, desto högre energi.

2. Varför kan en mycket stark radiosändare inte ge dig solbränna, medan även en ganska svag UV-lampa kan skada huden?

Det är inte den totala styrkan som avgör om strålning kan ge solbränna, utan energin hos varje enskild foton. En radiofotons energi är alltid alldeles för låg för att skada molekylerna i huden, oavsett hur många fotoner som träffar den. UV-strålningens kortare våglängd ger varje foton tillräckligt mycket energi för att skada celler, även om den totala mängden strålning är liten.

3. Vad händer med röntgenstrålning som träffar tät benvävnad jämfört med röntgenstrålning som träffar mjuk muskelvävnad?

Benvävnaden absorberar en betydligt större andel av röntgenstrålningen, medan muskelvävnaden låter det mesta passera igenom. Den skillnaden i absorption är precis det som gör att skelettet syns tydligt mot en mörkare bakgrund på en röntgenbild.

Ur kursplanen

Fysik åk 7–9 · Fysiken i naturen och samhället
Partikelstrålning och elektromagnetisk strålning, deras användningsområden och risker.
Fysik åk 7–9 · Fysiken i naturen och samhället
Fysikaliska förklaringsmodeller av jordens strålningsbalans, växthuseffekten och klimatförändringar.
Fysik nivå 1a2 · Energi, energiresurser och elektromagnetism
Huvuddragen inom det elektromagnetiska spektrumet.
Fysik nivå 1b · Energi, energiresurser och elektromagnetism
Huvuddragen inom det elektromagnetiska spektrumet.
Fysik nivå 2 · Universum, materien och strålning
Metoder för undersökning av universum. Elektromagnetisk strålning från stjärnor och interstellära rymden.
Fysik nivå 2 · Energi, energiresurser och elektromagnetism
Fysikaliska principer bakom tekniska tillämpningar, till exempel inom kommunikations- och medicinteknik. Elektromagnetiska fält i omgivningen.

Källa: Skolverket, centralt innehåll.

Bygger på

Leder vidare till

Träna vidare – gratis

Det här ämnet har inga egna träningsuppgifter än. De här närliggande ämnena har lösta exempel och uppgifter som anpassar sig efter dig: