Atomfysik

Värmestrålningen från jordytan skulle gå rakt ut i rymden om det inte fanns växthusgaser i atmosfären. Växthusgaser absorberar en del av den värmestrålningsenergi som emitteras från jordytan. Växthusgaserna kommer att exciteras, få en högre energi, och denna energi sprids till andra molekyler i atmosfären, huvudsakligen genom kollisioner. Den uppvärmda atmosfären kommer att i sin tur skicka ut värmestrålning i alla riktningar. En del av denna värmestrålning går mot jordytan och absorberas där. Detta leder till en extra uppvärmning av jordytan. Mer värmestrålning kommer då att emitteras från jordytan och vi får en serieprocess, som ställer in sig på ett sluttillstånd, där vi får en viss temperatur vid jordytan.

De viktigaste växthusgaserna i atmosfären är vattenånga, koldioxid, metan, dikväveoxid, ozon.

Temperaturen 255 K är medeltemperaturen vid jordytan sett över hela året och över hela jordklotet, om det inte funnits växthusgaser i atmosfären.

Temperaturen 288 K är den medeltemperatur vi har över året och hela jorden med nuvarande mängd växthusgaser.1)

Amazing! First ever photograph inside a hydrogen atom, Fox News. (2013-05-28) http://www.foxnews.com/science/2013/05/28/amazing-first-ever-photograph-inside-hydrogen-atom/

Excitering betyder att energi tillförs en atom så att en elektron ”hoppar upp” till ett skal som innehåller mer energi. Energin tillförs genom att en elektron exempelvis absorberar en foton, eller krockar med en närliggande atom eller partikel.

Exciterade atomer är vanligen mycket instabila; efter en bråkdel av en sekund hoppar elektronen tillbaka till sitt grundskal, varvid den extra energin avges i form av elektromagnetisk strålning (ljus). Beroende på atomslaget, hur mycket energi som tillförts och huruvida elektronen hoppar tillbaka till sitt grundtillstånd i ett enda, eller flera steg, så kommer olika våglängder att utsändas.

Det utstrålade ljuset har väldigt specifika våglängder, vilket gör att fenomenet kan användas för att beräkna vilka ämnen ett visst prov består av. Detta används bland annat inom astronomi för att bestämma vilka grundämnen olika stjärnor är uppbyggda av.2) 3)

En elektron är en elementarpartikel med en negativ laddning. En atomkärna omgiven av elektroner bildar en atom. Elektroner är lätta partiklar; en proton är cirka 1 836 gånger tyngre än elektronen.

Elektronerna har vissa bestämda energivärden, ju mer energi en elektron har desto längre bort från kärnan med de positivt laddade protonerna befinner den sig. De elektroner som har samma energivärde befinner sig på samma energinivå, så kallade skal, i atomen.

Om en elektron tillförs extra energi hoppar den ett skal utåt, atomen är då exciterad. Det finns en maxgräns för hur mycket energi en elektron kan tillföras och ändå vara en del av en atom. Tillförs en elektron mer energi än maxgränsen så frigör den sig från atomen, varvid atomen blir en positivt laddad jon. 4)

Foton5) är det elektromagnetiska fältets energikvantum (den minsta energimängd som kan överföras av elektromagnetisk strålning, t.ex. ljus).

Elektromagnetisk strålning och materia har enligt kvantteorin såväl våg- som partikelegenskaper. Vågegenskaperna syns när det passerar ett gitter6), eftersom det då uppvisar interferens7). Partikelegenskaperna syns i den fotoelektriska effekten8). Fotonen beskrivs ibland därför som ett vågpaket. Fotonen är också en elementarpartikel9) av typen boson10) och bärare av den elektromagnetiska växelverkan.

Liksom alla kraftbärande elementarpartiklar är en foton i någon mån immateriell. Den har en energi, en frekvens och en rörelsemängd, men begrepp som massa, storlek och läge kan inte definieras på ett meningsfullt sätt. Det närmaste man kan komma är säga att den fyller ut hela det rum den kan finnas i. Det finns ingen gräns för hur många fotoner som får plats i ett rum. 11)

Om en atom eller molekyl träffas av en foton kan atomen eller molekylen ta upp energin som finns i fotonen. Fotonen absorberas och försvinner. Detta inträffar dock bara om energin i fotonen precis motsvarar skillnaden mellan två energinivåer i atomen/molekylen. Annars passerar fotonen opäverkad. Strålningen går då rakt genom materian. 12)

När en elektron i en atom byter tillstånd till en lägre energinivå, och alltså förlorar potentiell energi, genereras en foton med en energimängd, ett ljuskvantum, som motsvarar den energi som elektronen förlorade.

De energinivåer elektronerna kan ha i ett visst ämne har vissa bestämda värden, kvantnivåer, beroende på vilket elektronskal de tillhör. Ljus har därför karaktäristiska frekvenser som beror på vilket ämne de framställts i.

Även det omvända förekommer. I ljus som från början var kontinuerligt spritt över spektrum och som färdats genom interstellär gas kan man se att fotoner med vissa frekvenser saknas. De har fångats upp av gasen genom att excitera dess elektroner.13)

Kom gärna med synpunkter på Klimatfakta