ЕЛЕКТРОМАГНІТНИЙ СПЕКТР: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СМУГИ, ПРОГРАМИ - ФІЗИЧНІ - 2025

Електромагнітний спектр складається з упорядкованого розташування всіх довжин хвиль електромагнітних хвиль, які беруть на себе будь-яке позитивне значення, без яких - або обмежень. Він розділений на 7 секцій, включаючи видиме світло.

Ми знайомі з частотами видимого світла, коли бачимо веселку, у якої кожен колір відповідає різній довжині хвилі: червоний - найдовший, а фіолетовий - найкоротший.

Електромагнітний спектр. Зауважте, що частота (а разом з цим і енергія) збільшується зліва направо в цій схемі. Андре Олива / Громадське надбання

Діапазон видимого світла займає лише дуже коротку область спектру. Інші регіони, яких ми не бачимо, - це радіохвилі, мікрохвилі, інфрачервоні, ультрафіолетові, рентгенівські та гамма-промені.

Регіони не були виявлені одночасно, але в різний час. Наприклад, існування радіохвиль було прогнозовано у 1867 році Джеймсом Клерком Максвеллом, а через роки, у 1887 році, Генріх Герц вперше випустив їх у своїй лабораторії, саме тому їх називають герцзянськими хвилями.

Усі здатні взаємодіяти з матерією, але різними способами, залежно від енергії, яку вони несуть. З іншого боку, різні області електромагнітного спектру чітко не визначені, оскільки насправді межі нечіткі.

Групи

Смуги електромагнітного спектру. Tatoute and Phrood / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Межі між різними областями електромагнітного спектру досить нечіткі. Це не природні поділи, насправді спектр - це континуум.

Однак поділ на смуги або зони служить для зручності характеристики спектру відповідно до його властивостей. Ми розпочнемо наш опис радіохвилями, довжина хвиль яких довша.

Радіохвилі

Найнижчі частоти мають діапазон близько 10 ⁴ Гц, що в свою чергу відповідає найдовшій довжині хвилі, як правило, розміру будівлі. AM, FM та громадяни діапазону радіо використовують хвилі в цьому діапазоні, а також телевізійні трансляції УКХ та УВЧ.

Для цілей зв'язку радіохвилі вперше були використані близько 1890 р., Коли Гуглієльмо Марконі винайшов радіо.

Оскільки частота радіохвиль є меншою, вони не мають іонізуючого впливу на речовину. Це означає, що радіохвилям не вистачає енергії для викидання електронів з молекул, але вони підвищують температуру предметів, підвищуючи вібрацію молекул.

Мікрохвильова піч

Довжина хвилі мікрохвиль становить приблизно сантиметри, її також вперше виявив Генріх Герц.

У них достатньо енергії для нагрівання їжі, яка більшою чи меншою мірою містить воду. Вода - це полярна молекула, що означає, що хоча вона електрично нейтральна, негативні та позитивні заряди злегка відокремлюються, утворюючи електричний диполь.

Коли мікрохвилі, які є електромагнітними полями, вражають диполь, вони створюють крутний момент, який змушує їх обертатися, щоб вирівняти їх із полем. Рух перетворюється на енергію, яка поширюється через їжу і має ефект її нагрівання.

Інфрачервоний

Ця частина електромагнітного спектру була відкрита Вільгельмом Гершелем на початку 19 століття і має меншу частоту, ніж видиме світло, але вищу, ніж мікрохвилі.

Довжина хвилі інфрачервоного спектру (внизу червона) порівнянна з кінчиком голки, тому вона є більш енергійним випромінюванням, ніж мікрохвилі.

Значна частина сонячної радіації надходить на цих частотах. Будь-який об’єкт випромінює певну кількість інфрачервоного випромінювання, особливо якщо вони гарячі, наприклад кухонні пальники та теплокровні тварини. Людям це непомітно, але деякі хижаки відрізняють інфрачервону емісію від своєї здобичі, надаючи їм перевагу в полюванні.

Видно

Це частина спектру, яку ми можемо виявити очима, між 400 і 700 нанометрами (1 нанометр, скорочено нм - 1 × 10 ^-9 м) довжини хвилі.

Біле світло містить суміш усіх довжин хвиль, яку ми можемо бачити окремо при проходженні крізь призму. Краплі дощу в хмарах іноді поводяться як призми, тому ми можемо побачити кольори веселки.

Кольори веселки представляють різну довжину хвилі видимого світла. Джерело: Pixabay.

Довжина хвиль кольорів, які ми бачимо, у нанометрах:

-Черсткий: 700–620

-Помаранчевий: 620–600

-Жіле: 600–580

-Зелений: 580–490

-Примітка: 490–450

-Віолет: 450–400

Ультрафіолет

Це більш енергетична область, ніж видиме світло, з довжиною хвилі понад фіолетовою, тобто більше 450 нм.

Ми цього не бачимо, але випромінювання, яке виходить від Сонця, є дуже рясним. Оскільки воно має більшу енергію, ніж видима частина, це випромінювання значно більше взаємодіє з речовиною, завдаючи шкоди багатьом молекулам біологічного значення.

Ультрафіолетові промені були виявлені незабаром після інфрачервоних променів, хоча спочатку їх називали «хімічними променями», оскільки вони реагували з такими речовинами, як хлорид срібла.

Рентген

Їх було відкрито Вільгельмом Рентгеном у 1895 р. Під час експериментів із прискорюючими електронами (катодними променями), спрямованими на ціль. Неможливо пояснити, звідки вони взялися, він назвав їх рентгенівськими променями.

Це високоенергетичне випромінювання з довжиною хвилі, порівнянною з розміром атома, здатне проходити через непрозорі тіла і створювати зображення, як у рентгенівських променів.

Рентгенограми отримують за допомогою рентгенівських променів: Джерело: Pixabay.

Оскільки вони мають більше енергії, вони можуть взаємодіяти з речовиною, витягуючи з молекул електрони, отже, вони відомі іменем іонізуючого випромінювання.

Гамма-промені

Це найенергетичніше випромінювання з усіх довжин хвиль на порядок атомного ядра. Він часто зустрічається в природі, оскільки його викидають радіоактивні елементи, коли вони розпадаються на більш стійкі ядра.

У Всесвіті є джерела гамма-променів при вибухах наднової, а також загадкові об'єкти, серед яких пульсари, чорні діри та нейтронні зірки.

Атмосфера Землі захищає планету від цих сильно іонізуючих випромінювань, які надходять із Всесвіту, і завдяки своїй високій енергії вони згубно впливають на біологічні тканини.

Програми

-Радіо хвилі або радіочастоти використовуються в телекомунікаціях, оскільки вони здатні транспортувати інформацію. Також з лікувальною метою для прогрівання тканин та покращення текстури шкіри.

-Для отримання зображень магнітного резонансу необхідні також радіочастоти. В астрономії радіотелескопи використовують їх для вивчення будови небесних об’єктів.

-Телефони та супутникове телебачення - це два програми мікрохвильових печей. Радар - ще одне важливе додаток. Крім того, весь Всесвіт занурений у фон мікрохвильового випромінювання, що йде від Великого вибуху, і виявлення згаданого фонового випромінювання є найкращим доказом на користь цієї теорії.

Радіолокатор випромінює імпульс у бік об’єкта, який розсіює енергію у всіх напрямках, але частина її відображається, вносячи інформацію про місцезнаходження об'єкта. Джерело: Wikimedia Commons.

-Видимий світло необхідний, оскільки він дозволяє нам ефективно взаємодіяти з навколишнім середовищем.

-Х-промені мають багаторазове застосування як діагностичний інструмент у медицині, а також на рівні матеріалознавства, для визначення характеристик багатьох речовин.

-Гамма-випромінювання з різних джерел використовується як лікування раку, а також для стерилізації їжі.

Список літератури

1. Giambattista, A. 2010. Фізика. Друге видання. McGraw Hill.
2. Джанколі, Д. 2006. Фізика: принципи застосування. 6-й. Ед Прентіс Холл.
3. Рекс, А. 2011. Основи фізики. Пірсон.
4. Сервей, Р. 2019. Фізика для науки та техніки. 10-й. Видання. Том 2. Звірка.
5. Шипман, Дж. 2009. Вступ до фізичної науки. Дванадцяте видання. Брукс / Коул, Cengage Edition.