Elektromagnetisch Spectrum

Het elektromagnetisch spectrum

Zonder licht zouden wij de wereld om ons heen helemaal niet kunnen zien. Het feit dat wij kleuren waarnemen – rood, groen, blauw, en alles daartussen – is geen toeval. Achter dit verschijnsel zit een heel systeem: het elektromagnetisch spectrum. Dit spectrum gaat veel verder dan het licht dat wij met onze ogen kunnen zien. Er bestaan ook golven zoals infrarood, ultraviolet en zelfs radiogolven.

Om te begrijpen hoe dit werkt, bekijken we een aantal vragen die steeds een nieuw aspect van licht en het spectrum belichten.

Vraag 1: Golflengte en frequentie

Licht kan beschreven worden door twee grootheden: de golflengte $\lambda$ (in meter) en de frequentie $f$ (in Hertz). Deze twee grootheden zijn met elkaar verbonden via de formule:

waarbij $c$ de lichtsnelheid is, ongeveer $3,0 \times 10^{8} \,\text{m/s}$.

Het zichtbare licht voor mensen ligt ongeveer tussen de $400\,\text{nm}$ (violet/blauw) en $700\,\text{nm}$ (rood). Golflengtes langer dan $700\,\text{nm}$ vallen in het infrarood gebied, en korter dan $400\,\text{nm}$ vallen ze in het ultraviolet gebied.

Opdracht

Bereken voor de volgende golflengtes de frequentie. Geef daarna aan in welk gedeelte van het spectrum ze vallen (zichtbaar, infrarood of ultraviolet):

1. $\lambda = 500\,\text{nm}$
2. $\lambda = 900\,\text{nm}$
3. $\lambda = 250\,\text{nm}$

Uitwerking

• Voor $\lambda = 500\,\text{nm} = 500 \times 10^{-9}\,\text{m}$:
  $f = \frac{c}{\lambda} = \frac{3,0 \times 10^{8}}{500 \times 10^{-9}} = 6,0 \times 10^{14}\,\text{Hz}.$
  Dit valt binnen het zichtbare licht (groen).
• Voor $\lambda = 900\,\text{nm} = 900 \times 10^{-9}\,\text{m}$:
  $f = \frac{3,0 \times 10^{8}}{900 \times 10^{-9}} \approx 3,3 \times 10^{14}\,\text{Hz}.$
  Dit valt buiten het zichtbare gebied, in het infrarood.
• Voor $\lambda = 250\,\text{nm} = 250 \times 10^{-9}\,\text{m}$:
  $f = \frac{3,0 \times 10^{8}}{250 \times 10^{-9}} = 1,2 \times 10^{15}\,\text{Hz}.$
  Dit valt buiten het zichtbare gebied, in het ultraviolet.

Vraag 2: Roodverschuiving

Wanneer een object zich van ons af beweegt, lijkt de golflengte van het licht dat wij waarnemen langer te worden. Dit noemen we roodverschuiving. Beweegt het object juist naar ons toe, dan wordt de golflengte korter, en dit heet blauwverschuiving. Dit effect lijkt op het geluid van een ambulance: als hij naar je toe rijdt hoor je een hogere toon, en als hij weg rijdt een lagere toon.

De formule voor rood- of blauwverschuiving is:

waarbij $\lambda_0$ de oorspronkelijke golflengte is, $\Delta \lambda$ het verschil in golflengte, en $v$ de snelheid van het object.

Opdracht

Stel: een ster straalt licht uit met een golflengte van $\lambda_0 = 500\,\text{nm}$. Op aarde meten we een golflengte van $\lambda = 505\,\text{nm}$. Bereken met welke snelheid de ster van ons af beweegt.

Uitwerking

De ster beweegt dus met $3,0 \times 10^{6}\,\text{m/s}$ van ons af.

Samenvatting

Door middel van golflengtes en frequenties kunnen we precies uitdrukken welk soort licht we waarnemen. Golflengtes die buiten ons bereik liggen, vallen onder infrarood of ultraviolet licht.

Daarnaast kunnen golflengtes veranderen wanneer een object naar ons toe of van ons af beweegt. Dit verschijnsel, roodverschuiving en blauwverschuiving, geeft wetenschappers de mogelijkheid om snelheden van sterren en sterrenstelsels te berekenen.

Zo leren we dat het elektromagnetisch spectrum niet alleen bepaalt welke kleuren we zien, maar ook informatie geeft over beweging en afstand in het heelal.