Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
Widmo elektromagnetyczne podsumowuje całość promieniowania elektromagnetycznego i klasyfikuje je na kategorie różnych rodzajów promieniowania, w tym dobrze znane spektrum kolorów światła widzialnego.
Fale elektromagnetyczne używane w nadawaniu, telewizji i radarach to tylko część pełnego zestawu zwanego widmem elektromagnetycznym. Podział widma elektromagnetycznego na określone zakresy częstotliwości i odpowiadające im zakresy długości fal wynika ze sposobu, w jaki powstają i wykorzystywane są fale otoczone. Zakresy te nie są jednak ściśle ograniczone i nakładają się na siebie, a niektóre rodzaje fal można uzyskać na różne sposoby.
Separacja widma elektromagnetycznego
W widmie elektromagnetycznym promieniowanie charakteryzuje się długością fali λ lub częstotliwością f. Ponieważ fale elektromagnetyczne poruszają się zawsze z prędkością światła c ≈ 108 m/s, obowiązuje zależność długości fali od częstotliwości: λ=c / f .
Odwrotna proporcjonalność długości fali i częstotliwości λ ~ f-1 jest tutaj ważna. Im większe λ, tym mniejsze f i odwrotnie.
Dzięki efektowi fotoelektrycznemu wiemy, że światło widzialne, a więc ogólnie promieniowanie elektromagnetyczne, również wykazuje właściwości cząstek, tzw. fotonów. Ich energię można obliczyć w następujący sposób: EФ=hf=( hc ) / λ , gdzie h jest stałą Plancka. Dlatego promieniowanie elektromagnetyczne można również scharakteryzować i posortować według energii jego fotonów. Tutaj znowu musimy przestrzegać proporcjonalności EФ~ f ~ λ-1 .
Zwykle widmo elektromagnetyczne jest ustawione tylko na górną i dolną granicę częstotliwości i długości fali, ponieważ promieniowanie powyżej lub poniżej tej granicy praktycznie nie występuje w przyrodzie.W tych granicach widmo jest podzielone na wiele małych podpasm, dzięki czemu wszystkie emisje o częstotliwościach w tych zakresach mają pewne, identyczne cechy. Te charakterystyczne właściwości różnią się między zakresami częstotliwości tak bardzo, że możemy mówić o różnych rodzajach promieniowania.
W kolejności rosnącej częstotliwości f i malejącej długości fali λ widmo elektromagnetyczne (patrz rysunek 1) obejmuje promieniowanie o niskiej częstotliwości, fale radiowe, mikrofale, promieniowanie podczerwone lub termiczne, światło widzialne, promieniowanie ultrafioletowe, promieniowanie rentgenowskie, i wreszcie promieniowanie gamma (γ - promieniowanie).
Ryż. 1. Widmo elektromagnetyczne. (Szerokość zakresu światła widzialnego jest znacznie zwiększona dla przejrzystości rysunku - (I)).
Granice poszczególnych zakresów są oczywiście tylko przybliżone, a przejścia między różnymi rodzajami promieniowania płynne, bo przecież sztucznie podzieliliśmy promieniowanie elektromagnetyczne na te kategorie.
Rodzaje fal elektromagnetycznych i ich charakterystyka
| Typ emisji/nazwa zakresu widma | Długość fali, λ | Częstotliwość, f | Energia fotonu, Ef |
| Niska częstotliwość | 100 000 km - 10 km | 3Hz - 30kHz | 12.4 fev - 124 peV |
| Fale radiowe | 10 km - 1 m | 30 kHz - 300 MHz | 124peV - 1,24µeV |
| Mikrofale | 1 m - 1 mm | 300 MHz - 300 GHz | 1,24 µeV - 1,24 meV |
| Podczerwień/promieniowanie cieplne | 1 mm - 780 nm | 300 GHz - 385 THz | 1,24 meV - 1,59 eV |
| Światło widzialne | 780nm - 380nm | 385 THz - 789 THz | 1,59 eV - 3,27 eV |
| UV | 380 nm - 10 nm | 789 THz - 30 PHz | 3,27 eV - 124 eV |
| RTG | 10 nm - 22:00 | 30Phz - 30Ehz | 124 eV - 124 keV |
| Promienie gamma | <10 пм | 30 Hz | 124 keV |
Mniej znane przedrostki jednostek to „f” dla „femto” i 10-15, „p” dla „pico” i 10- 12, „T” dla „tera” i 1012, „P” dla „penta” i 1015, oraz „E” dla „exa” i 1018Ponadto mamy konwersję 1 eV ≈ 1,60210-19 J przez ładunek elementarny mi.
Promieniowanie gamma w rzeczywistości odnosi się do dowolnego promieniowania o długości fali mniejszej niż 22:00. Widzimy również, że światło widzialne jest tylko bardzo małą częścią całego widma elektromagnetycznego. Na koniec należy zauważyć, że jest to tylko przybliżona klasyfikacja, a każdy z tych rodzajów promieniowania w praktyce dzieli się na jeszcze więcej podtypów.
Aplikacja
Każdy rodzaj fali elektromagnetycznej występuje w przyrodzie i znajduje zastosowanie w technice. Oto kilka przykładów.
Promieniowanie o niskiej częstotliwości.
- Przypadki wyładowań atmosferycznych w górnych warstwach atmosfery spowodowane zwiększoną aktywnością słoneczną.
- Radionawigacja i łączność podwodna.
Fale radiowe.
- zimne obłoki gazu i pyłu (o temperaturze ≤ 1 K) w przestrzeni międzygwiazdowej emitują emisję radiową.
- programy radiowe i telewizyjne, rezonans magnetyczny (MRI).
Mikrofale.
- Kosmiczne mikrofale („kosmiczne mikrofalowe tło”) w zakresie mikrofal, ostatnie promieniowanie szczątkowe Wielkiego Wybuchu od 380 000 lat po Wielkim Wybuchu, (słabo) obecne w całym wszechświecie.
- Kuchenki mikrofalowe, radary, transmisje satelitarne, WLAN, Bluetooth, GPS.
Podczerwień.
- " Promieniowanie cieplne" wszystkich żywych istot z uwagi na ich temperaturę, główne promieniowanie we wszystkich temperaturach "codziennych" aż do maksymalnie kilku tysięcy kelwinów (stąd też silne promieniowanie, np. od ognia i zimna, małe gwiazdki).
- Piloty, promieniowanie cieplne (np. w hodowli zwierząt), noktowizory.
Światło widzialne.
- Średnie gwiazdy podobne do Słońca mają maksymalną emisję w zakresie widzialnym.Temperatura powierzchni Słońca wynosi około 6000 K, więc maksimum jego promieniowania przypada na światło niebiesko-zielone. Jednak emituje również każde inne światło widzialne na tyle, aby wydawać się nam białe. Chłodne gwiazdy o temperaturze powierzchni około 4000 K emitują głównie światło czerwone i wydają się nam czerwonawe, ponieważ emitują zbyt mało światła niebieskiego. Z drugiej strony gorące gwiazdy o temperaturze powierzchni około 10 000 K wydają się niebieskawe.
- Oświetlenie, technologia wyświetlania, fotografia, mikroskopia, odtwarzacze DVD i Blu-ray, laser (wskaźnik).
Promieniowanie UV.
- Gorące gwiazdy o temperaturze powierzchni 10 000 K emitują głównie ultrafiolet, słońce również emituje ultrafiolet, powodując opaleniznę i poparzenia słoneczne.
- Zabija bakterie, dlatego jest używany do sterylizacji w szpitalach, do sprawdzania banknotów, w solariach.
Prześwietlenia.
- Eksplozje supernowych dużych gwiazd, materia wpadająca w czarne dziury, a Słońce emituje bardzo słabe promieniowanie rentgenowskie, które jednak nie dociera do powierzchni ziemi.
- Badania rentgenowskie w medycynie, badania struktur krystalicznych (równanie Bragga), sterylizacja w szpitalach.
Promienie gamma.
- Rozpad radioaktywny, wybuchy supernowych dużych gwiazd, wpadanie materii do czarnych dziur.
- Radioterapia w medycynie, technologia czujników i badania materiałowe, sterylizacja w szpitalach.