ЕЛЕКТРОМАГНИТЕН СПЕКТЪР: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЛЕНТИ, ПРИЛОЖЕНИЯ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

На електромагнитния спектър се състои от подредени подреждането на всички дължини на вълната на електромагнитните вълни, които обвързва положителна стойност, без ограничение. Той е разделен на 7 секции, включително видима светлина.

Запознати сме с честотите на видимата светлина, когато видим дъгата, при която всеки цвят съответства на различна дължина на вълната: червеният е най-дългият, а виолетовият е най-кратък.

Електромагнитен спектър. Обърнете внимание, че честотата (и с нея енергията) се увеличава отляво надясно в тази схема. Андре Олива / Публично достояние

Диапазонът на видимата светлина заема само много къса област от спектъра. Другите региони, които не можем да видим, са радиовълни, микровълни, инфрачервени, ултравиолетови, рентгенови и гама лъчи.

Регионите не са открити едновременно, но по различно време. Например съществуването на радиовълни е предсказано през 1867 г. от Джеймс Клерк Максуел, а години по-късно, през 1887 г., Хайнрих Херц ги произвежда за първи път в своята лаборатория, поради което те се наричат ​​херцовски вълни.

Всички са способни да взаимодействат с материята, но по различни начини, в зависимост от енергията, която носят. От друга страна, различните области на електромагнитния спектър не са дефинирани рязко, защото всъщност границите са размити.

Групи

Ленти на електромагнитния спектър. Tatoute and Phrood / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Границите между различните области на електромагнитния спектър са доста размити. Това не са естествени разделения, всъщност спектърът е континуум.

Въпреки това разделянето на ленти или зони служи за удобно характеризиране на спектъра според неговите свойства. Ще започнем нашето описание с радиовълни, чиито дължини на вълната са по-дълги.

Радио вълни

Най-ниските честоти имат обхват около 10 ⁴ Hz, което от своя страна съответства на най-дългите дължини на вълната, обикновено на размера на сградата. AM, FM и гражданите използват радиовълни в този диапазон, както и УКВ и UHF телевизионни предавания.

За комуникационни цели радиовълните са използвани за първи път около 1890 г., когато Гуглиелмо Маркони изобретява радиото.

Тъй като честотата на радиовълните е по-ниска, те нямат йонизиращи ефекти върху материята. Това означава, че радиовълните нямат достатъчно енергия, за да изхвърлят електрони от молекулите, но те повишават температурата на обектите, като повишават вибрацията на молекулите.

Микровълнова печка

Дължината на вълната на микровълните е от порядъка на сантиметри и те бяха открити за първи път от Хайнрих Херц.

Те имат достатъчно енергия за загряване на храна, която в по-голяма или по-малка степен съдържа вода. Водата е полярна молекула, което означава, че въпреки че е електрически неутрална, отрицателните и положителните заряди са леко разделени, образувайки електрически дипол.

Когато микровълните, които са електромагнитни полета, ударят дипол, те произвеждат въртящи моменти, които ги карат да се въртят, за да ги приведат в съответствие с полето. Движението се превежда в енергия, която се разпространява чрез храната и има ефект на загряването му.

Инфрачервен

Тази част от електромагнитния спектър е открита от Уилям Хершел в началото на 19 век и има по-ниска честота от видимата светлина, но по-висока от микровълните.

Дължината на вълната на инфрачервения спектър (под червено) е сравнима с върха на иглата, следователно е по-енергично излъчване от микровълните.

Голяма част от слънчевата радиация идва на тези честоти. Всеки обект излъчва определено количество инфрачервено лъчение, особено ако е горещо, като кухненски горелки и топлокръвни животни. Той е невидим за хората, но някои хищници отличават инфрачервената емисия от плячката си, което им дава предимство в лова.

видим

Това е частта от спектъра, която можем да открием с очите си, между 400 и 700 нанометра (1 нанометър, съкратено nm е 1 × 10 ^-9 m) с дължина на вълната.

Бялата светлина съдържа смес от всички дължини на вълната, която можем да видим отделно, когато преминем през призма. Дъждовните капки в облаците понякога се държат като призми, така че можем да видим цветовете на дъгата.

Цветовете на дъгата представляват различни дължини на вълната на видимата светлина. Източник: Pixabay

Дължините на вълните на цветовете, които виждаме в нанометри, са:

-Червена: 700–620

-Оранжево: 620–600

-Жело: 600–580

-Зелен: 580–490

-Там: 490–450

-Виолет: 450–400

ултравиолетов

Това е по-енергичен регион от видимата светлина, с дължина на вълната над виолетовата, тоест по-голяма от 450 nm.

Не можем да го видим, но радиацията, която идва от Слънцето, е много изобилна. И тъй като има по-висока енергия от видимата част, това лъчение взаимодейства много повече с материята, причинявайки увреждане на много молекули с биологично значение.

Ултравиолетовите лъчи са открити малко след инфрачервените лъчи, въпреки че в началото те са били наричани „химически лъчи“, защото реагират с вещества като сребърен хлорид.

Рентгенови лъчи

Те са открити от Вилхелм Рентген през 1895 г., докато експериментират с ускоряващи се електрони (катодни лъчи), насочени към мишена. Неспособен да обясни откъде идват, той ги нарече рентгенови.

Това е силно енергично излъчване с дължина на вълната, сравнима с размера на атома, способна да преминава през непрозрачни тела и да произвежда изображения, както при рентгенови лъчи.

Рентгенографиите се получават с помощта на рентгенови лъчи: Източник: Pixabay.

Тъй като имат повече енергия, те могат да взаимодействат с материята чрез извличане на електрони от молекулите, оттам са известни с името йонизиращо лъчение.

Гама лъчи

Това е най-енергийното излъчване от всички, с дължини на вълните от порядъка на атомно ядро. Той се среща често в природата, тъй като се излъчва от радиоактивни елементи, тъй като те се разпадат до по-стабилни ядра.

Във Вселената има източници на гама лъчи при експлозии на свръхнови, както и мистериозни обекти, сред които пулсари, черни дупки и неутронни звезди.

Земната атмосфера защитава планетата от тези силно йонизиращи лъчения, които идват от Вселената, и поради високата си енергия те имат вредно влияние върху биологичната тъкан.

Приложения

-Радио вълни или радиочестоти се използват в телекомуникациите, защото те са в състояние да пренасят информация. Също така за терапевтични цели за затопляне на тъканите и подобряване на текстурата на кожата.

-За получаване на изображения с магнитен резонанс са необходими и радиочестоти. В астрономията радиотелескопите ги използват за изучаване на структурата на небесните обекти.

-Телефонните телефони и сателитната телевизия са две приложения на микровълните. Радарът е друго важно приложение. Освен това цялата Вселена е потопена в фон на микровълново излъчване, произхождащ от Големия взрив, като откриването на посоченото фоново лъчение е най-доброто доказателство в полза на тази теория.

Радарът излъчва импулс към обект, който разпръсква енергията във всички посоки, но част се отразява, носейки информацията за местоположението на обекта. Източник: Wikimedia Commons.

-Визуалната светлина е необходима, тъй като ни позволява да взаимодействаме ефективно с околната си среда.

-X-лъчите имат многобройни приложения като диагностичен инструмент в медицината, а също така и на нивото на материалознанието, за да определят характеристиките на много вещества.

-Гама радиация от различни източници се използва като лечение на рак, както и за стерилизация на храна.

Препратки

1. Giambattista, A. 2010. Физика. Второ издание. McGraw Hill.
2. Giancoli, D. 2006. Физика: Принципи на приложение. 6-ти. Ед Прентис Хол.
3. Рекс, А. 2011. Основи на физиката. Пиърсън.
4. Serway, R. 2019. Физика за наука и инженерство. 10-ти. Edition. Том 2. Включване.
5. Shipman, J. 2009. Въведение в физическите науки. Дванадесето издание. Брукс / Коул, Cengage издания.