מהי קרינה?

הקרינה האלקטרומגנטית היא אנרגיה המתפשטת במרחב או בחומרים שונים בצורה של גלים. הקרינה נפלטת ממקורות שונים כגון אנטנות, השמש ועוד.קרינה אלקטרו מגנטית היא אנרגיה שנוצרת כתוצאה משינויים במטענים חשמליים. שינויים במתח חשמלי יוצרים שדה חשמלי ושינויים בזרם יוצרים שדה מגנטי. הקרינה האלקטרומגנטית היא צירוף של שדות חשמליים ומגנטיים, שדות אלקטרומגנטיים, הנוצרים ע"י מטענים וזרמים חשמליים. הקרינה האלקטרומגנטית מוגדרת באמצעות מאפיינים פיזיקליים הכוללים תדר, אורך הגל וגובה הגל (המכונה משרעת או אמפליטודה). שדות אלה מתפשטים במרחב ויוצרים את הקרינה. את הקרינה ניתן לאפיין במספר תכונות : תדירות הקרינה , עוצמת השדה החשמלי, עוצמת השדה המגנטי, הספק כללי של הקרינה, כיוון התפשטות הקרינה, מהירות התפשטות וכו'. הקרינה האלקטרומגנטית נבלעת בחומרים במנות אנרגיה זעירות הקרויות פוטונים. למשל, פוטונים של האור הנראה נבלעים ברשתית העין ומאפשרים את הראייה. בליעת הקרינה האלקטרומגנטית בחומרים משתנה בהתאם לתכונותיה ולתכונות החומר.

שדה אלקטרומגנטי

שדה אלקטרומגנטי הוא שדה פיזיקלי המורכב משדה חשמלי ושדה מגנטי. השדה מתאר את הכוח האלקטרומגנטי הפועל על מטען חשמלי, ליחידת מטען. בכל מקום שיש קרינה אלקטרומגנטית או גל אלקטרומגנטי קיימים שדות אלקטרומגנטיים שמרכיבים אותו.כל גוף טעון חשמלית משרה שדה אלקטרומגנטי סביבו. השדה האלקטרומגנטי בנקודה מסוימת במרחב מגדיר את הכוחות (המגנטיים והחשמליים) שיפעלו על גוף טעון במטען חשמלי, אם יימצא בנקודה הזאת, במהירות מוגדרת. שדה אלקטרומגנטי (חשמלי-מגנטי), הוא מושג המבטא את התכונות הבסיסיות המאפיינות קרינה אלקטרומגנטית.

שדות חשמליים נוצרים סביב גופים בעלי מטען חשמלי. ככל שמתרחקים מהמטען, השדה הולך ונחלש. חיכוך בין שני גופים, למשל, גורם ליצירת מטענים חשמליים עליהם, וסביבם נוצרים שדות חשמליים המושכים אליהם אבק, חלקיקים מרחפים וכד'.
השדה החשמלי נמדד ביחידות של וולט/מטר [V/m].

קווי השדה החשמלי

שדות מגנטיים נוצרים סביב זרם חשמלי (למשל קווי מתח גבוה). ככל שהזרם החשמלי חזק יותר, כך השדה המגנטי שנוצר סביבו חזק יותר. עוצמת השדה יורדת לפי ריבוע המרחק ממקור הזרם החשמלי. שדות מגנטיים נוצרים גם סביב גופים מגנטיים . אם מפזרים, למשל, אבקת נסורת ברזל סביב מגנט, חלקיקי הנסורת מתיישרים לפי קווי השדה המגנטי של המגנט.
השדה המגנטי נמדד ביחידות אמפר/מטר [A/m], או ביחידות של מיליגאוס [mG].

מקורות של שדות אלקטרומגנטיים

שדות אלקטרומגנטיים נובעים ממקורות שונים, חלקם טבעיים וחלקם מעשי ידי אדם והוא חשוף למקורות שבסביבתו.

מקורות טבעיים של שדות אלקטרומגנטיים

שדות חשמליים נוצרים בטבע לדוגמה כאשר מצטברים מטענים חשמליים בעננים והם מתפרקים בהתפרקויות חשמליות בצורה של ברקים.

שדה מגנטי טבעי הוא לדוגמה השדה המגנטי של כדור הארץ (הקרוי גם מגנטוספירה). שדה זה נוצר כתוצאה מסיבוב הליבה המתכתית (הנוזלית) של כדור הארץ סביב ציר הסיבוב שלו. השדה המגנטי של כדור הארץ הינו שדה סטאטי חלש וניתן להבחין בו באמצעות מצפן. שיעורו בין 0.25 ל-0.65 גאוס, תלוי במיקום על כדור הארץ.

מקורות מלאכותיים של שדות אלקטרומגנטיים

מקורות מלאכותיים של שדות אלקטרומגנטיים נוצרים במצבים בהם מייצרים מעגלים סגורים שבהם עובר זרם חשמלי המייצר שדה אלקטרומגנטי בין הקטבים.

גלים של שדות אלקטרומגנטיים

שדות אלקטרומגנטיים מופיעים גם כצירוף של שדה חשמלי ושדה מגנטי המתפשטים במרחב כגלים שיש להם מאפיינים פיזיקליים שהם תדר, אורך גל וגובה גל (משרעת, או אמפליטודה). בריק (ואקום), הגלים האלקטרומגנטיים נעים במהירות של כ- 300,000 ק"מ לשנייה (מהירות האור).

תחנות השידור של הרדיו, הטלוויזיה ומוקדי שידור של רשתות הסלולר משדרים בתחום הגלים האלקטרומגנטיים הקרויים גלי רדיו (radio waves). גלי הרדיו משודרים דרך אנטנות, מתפשטים במרחב ונקלטים באמצעות אנטנות קליטה והופכים לאותות הניתנים לראיה או לשמיעה במכשירי הרדיו, הטלוויזיה, הטלפון הסלולרי וכדומה.

גל אלקטרומגנטי

סוגי קרינה אלקטרומגנטית

האנרגיה של קרינה אלקטרומגנטית תלויה בתדר (לחלופין אורך גל) ו/או במשרעת (גובה) השדות האלקטרומגנטיים. נהוג להציג את תחומי התדרים של הקרינה האלקטרומגנטית על סרגל תדרים הקרוי ספקטרום הקרינה האלקטרומגנטית.

את ספקטרום הקרינה האלקטרומגנטית מחלקים לשני תחומים עיקריים, בהתאם לשיעור האנרגיה של הקרינה האלקטרומגנטית לפי התדר: קרינה בלתי מייננת וקרינה מייננת. חלוקה זו מבטאת את יכולתה או אי-יכולתה של הקרינה לגרום לשינויים במבנה הפיזיקלי של האטומים או המולקולות של חומר.

קרינה מייננת

קבוצת התדרים הגבוהים בספקטרום האלקטרומגנטי שקו הגבול התחתון שלה עובר בתוך תחום האור האולטרא-סגול מוגדרת כקרינה מייננת. לקרינה אלקטרומגנטית בתחום תדרים זה יש יכולת לגרום לשינוי במבנה האטומים או המולקולות באמצעות יינון. במקרה זה, המונח יינון מתייחס ליכולת הקרינה האלקטרומגנטית להסיר אלקטרון אחד או יותר מן האטומים או המולקולות. לאחר היינון, האטום הופך ליון עם מטען חשמלי חיובי.

קרינה בלתי מייננת

קבוצת התדרים הנמוכים בספקטרום האלקטרומגנטי שהגבול העליון שלה נמצא בתחום האור האולטרא-סגול מוגדרת כקרינה בלתי מייננת. יש לציין כי תחום האור הנראה נכלל בתחום זה. לקרינה בלתי מייננת אין יכולת לגרום לשינוי במבנה האטומים או המולקולות באמצעות יינון. מאידך, הקרינה האלקטרומגנטית הבלתי מייננת עלולה להשפיע על ההתנהגות האלקטרונית של החומר באמצעות השדות האלקטרומגנטיים שלה, גם ללא יינון (למשל, השפעה על קיטוב האטומים או המולקולות).

ספקטרום הקרינה האלקטרומגנטית

הספקטרום האלקטרומגנטי הוא אוסף כל הגלים האלקטרומגנטיים בכל התדרים האפשריים. הספקטרום של גופים שונים מכיל מידע פיזיקלי אודותיהם. תחומים שונים של הספקטרום האלקטרומגנטי משמשים בתחומים רבים בניהם תקשורת מידע (טלפונים חוטיים, אלחוטיים וסלולריים, העברת מידע בסיבים אופטיים תקשורת לוויינית ועוד), רפואה (מדידת חום גוף, מדידת לחץ דם, אבחון לא פולשני ועוד) בתחומי מדע שונים נעשים שימושים רבים נוספים לתחומים שונים של הספקטרום האלקטרומגנטי. תחום הפיזיקה שעוסק בספקטרום האלקטרומגנטי הינו האלקטרומגנטיות

קרינת גלי רדיו

גלי רדיו הם קרינה אלקטרומגנטית בתדרים שבין 3 קילו-הרץ עד 300 גיגה-הרץ מתוך הספקטרום האלקטרומגנטי. אורכי הגל של תדרים אלו הם 100 ק"מ עד 1 מילימטר. ככל שאר הגלים המהווים קרינה אלקטרומגנטית, גם גלי רדיו מתפשטים במהירות האור, ונעים בשדות אלקטרומגנטיים המתפשטים בריק.

תדרי רדיו משמשים, בין השאר, לתקשורת אלחוטית. לשם ביצוע תקשורת אלחוטית יש להקצות למשדר תדר שבו ישדר, ורוחב פס מסוים. לכל משדר תדר המוקצב לו, שבו ניתן להאזין לו, ובקשר דו-כיווני - גם לשוחח אתו.