Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Elektromagnetické spektrum sumarizuje celkové elektromagnetické žiarenie a klasifikuje ho do kategórií rôznych typov žiarenia, vrátane dobre známeho farebného spektra viditeľného svetla.
Elektromagnetické vlny používané vo vysielaní, televízii a radaroch sú len časťou kompletného súboru nazývaného elektromagnetické spektrum. Rozdelenie elektromagnetického spektra do špecifických frekvenčných rozsahov a zodpovedajúcich rozsahov vlnových dĺžok je výsledkom spôsobu, akým sa vytvárajú a využívajú obalené vlny. Tieto rozsahy však nie sú striktne obmedzené a navzájom sa prekrývajú a niektoré typy vĺn možno získať rôznymi spôsobmi.
Oddelenie elektromagnetického spektra
V elektromagnetickom spektre je žiarenie charakterizované vlnovou dĺžkou λ alebo frekvenciou f. Keďže elektromagnetické vlny sa vždy šíria rýchlosťou svetla c ≈ 108 m/s, platí závislosť vlnovej dĺžky a frekvencie: λ=c / f .
Tu je dôležitá nepriama úmernosť vlnovej dĺžky a frekvencie λ ~ f-1. Čím väčšie λ, tým menšie f a naopak.
Vďaka fotoelektrickému javu vieme, že viditeľné svetlo, a teda elektromagnetické žiarenie vo všeobecnosti, vykazuje aj vlastnosti častíc, takzvaných fotónov. Ich energiu možno vypočítať takto: EФ=hf=( hc ) / λ , kde h je Planckova konštanta. Preto možno elektromagnetické žiarenie charakterizovať a triediť aj podľa energie jeho fotónov. Tu opäť musíme dodržať proporcionalitu EФ~ f ~ λ-1 .
Elektromagnetické spektrum je zvyčajne nastavené iba na hornú a dolnú hranicu frekvencie a vlnovej dĺžky, keďže žiarenie nad alebo pod ňou sa v prírode prakticky nenachádza.V rámci týchto limitov je spektrum rozdelené do mnohých malých čiastkových pásiem, takže všetky emisie s frekvenciami v týchto rozsahoch majú určité, identické charakteristiky. Tieto charakteristické vlastnosti sa medzi frekvenčnými rozsahmi líšia natoľko, že môžeme hovoriť o rôznych typoch žiarenia.
V poradí zvyšovania frekvencie f a klesajúcej vlnovej dĺžky λ elektromagnetické spektrum (pozri obrázok 1) zahŕňa nízkofrekvenčné žiarenie, rádiové vlny, mikrovlny, infračervené žiarenie alebo tepelné žiarenie, viditeľné svetlo, ultrafialové žiarenie, röntgenové lúče, a nakoniec gama žiarenie (γ - žiarenie).
Ryža. 1. Elektromagnetické spektrum. (Šírka rozsahu viditeľného svetla je výrazne zväčšená kvôli jasnosti obrázku - (I)).
Hranice jednotlivých rozsahov sú samozrejme len približné a prechody medzi rôznymi druhmi žiarenia sú plynulé, veď do týchto kategórií sme predsa len elektromagnetické žiarenie umelo rozdelili.
Druhy elektromagnetických vĺn a ich charakteristiky
| Typ emisie/názov rozsahu spektra | Vlnová dĺžka, λ | Frekvencia, f | Fotónová energia, Ef |
| Nízka frekvencia | 100 000 km – 10 km | 3Hz - 30kHz | 12,4 fev - 124 peV |
| Rozhlasové vlny | 10 km – 1 m | 30 kHz – 300 MHz | 124peV - 1,24µeV |
| Mikrovlny | 1 m - 1 mm | 300 MHz - 300 GHz | 1,24 µeV - 1,24 meV |
| Infračervené/tepelné žiarenie | 1 mm - 780 nm | 300 GHz – 385 THz | 1,24 meV - 1,59 eV |
| Viditeľné svetlo | 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 |
| Röntgenové snímky | 10 nm – 22:00 | 30Phz - 30Ehz | 124 eV - 124 keV |
| Gamma lúče | <10 пм | 30 Hz | 124 keV |
Najjasnejšie používané predpony jednotiek sú "f" pre "femto" a 10-15, "p" pre "pico" a 10- 12, "T" pre "tera" a 1012, "P" pre "penta" a 1015a "E" pre "exa" a 1018Okrem toho máme prepočet 1 eV ≈ 1,60210-19 J cez elementárny náboj e.
Žiarenie gama v skutočnosti označuje akékoľvek žiarenie s vlnovou dĺžkou menšou ako 10 pm. Tiež vidíme, že viditeľné svetlo je len veľmi malou časťou celého elektromagnetického spektra. Na záver treba poznamenať, že ide len o približnú klasifikáciu a každý z týchto typov žiarenia je v praxi rozčlenený na ešte viac podtypov.
Aplikácia
Každý typ elektromagnetického vlnenia sa vyskytuje v prírode a nachádza svoje uplatnenie v technológii. Tu je niekoľko príkladov.
Nízkofrekvenčné žiarenie.
- Prípady bleskov vo vyšších vrstvách atmosféry spôsobené zvýšenou slnečnou aktivitou.
- Rádiová navigácia a podvodná komunikácia.
Rozhlasové vlny.
- studené oblaky plynu a prachu (teplota ≤ 1 K) v priestore medzi hviezdami vyžarujú rádiové vyžarovanie.
- rozhlasové a televízne relácie, magnetická rezonancia (MRI).
Mikrovlnky.
- Kozmická mikrovlnná rúra (" kozmické mikrovlnné pozadie" ) v mikrovlnnom rozsahu, posledné zvyškové žiarenie z Veľkého tresku od 380 000 rokov po Veľkom tresku, (slabo) prítomné v celom vesmíre.
- Mikrovlnné rúry, radary, satelitné vysielanie, WLAN, Bluetooth, GPS.
Infračervené.
- " Tepelné žiarenie" všetkého živého vzhľadom na ich teplotu, hlavné žiarenie pri všetkých "každodenných" teplotách maximálne do niekoľko tisíc Kelvinov (teda aj silné žiarenie napr. ohňa a chladu, malé hviezdičky).
- Diaľkové ovládače, tepelné žiarenie (napr. pri chove zvierat), prístroje nočného videnia.
Viditeľné svetlo.
- Priemerné hviezdy podobné Slnku majú maximálnu emisiu vo viditeľnom rozsahu.Teplota povrchu Slnka je asi 6000 K, takže maximum jeho žiarenia dopadá na modrozelené svetlo. Vyžaruje však aj akékoľvek iné viditeľné svetlo dostatočne na to, aby sa nám zdalo biele. Chladné hviezdy s povrchovou teplotou okolo 4000 K vyžarujú väčšinou červené svetlo a javia sa nám červenkasté, pretože vyžarujú príliš málo modrého svetla. Na druhej strane horúce hviezdy s povrchovou teplotou okolo 10 000 K sa javia modrasté.
- Osvetlenie, zobrazovacia technika, fotografia, mikroskopia, DVD a Blu-ray prehrávače, laser (ukazovátko).
UV žiarenie.
- Horúce hviezdy s povrchovou teplotou 10 000 K vyžarujú prevažne ultrafialové žiarenie, slnko tiež vyžaruje ultrafialové žiarenie, čo má za následok opálenie pokožky a spálenie pokožky.
- Zabíja baktérie, preto sa používa na sterilizáciu v nemocniciach, na kontrolu bankoviek, v soláriách.
Röntgenové snímky.
- Výbuchy veľkých hviezd supernov, hmota padajúca do čiernych dier a Slnko vyžarujú veľmi slabé röntgenové lúče, ktoré však nedosahujú zemský povrch.
- Röntgenový výskum v medicíne, výskum kryštálových štruktúr (Braggova rovnica), sterilizácia v nemocniciach.
Gamma lúče.
- Rádioaktívny rozpad, výbuchy supernov veľkých hviezd, hmota padajúca do čiernych dier.
- Rádioterapia v medicíne, senzorová technika a testovanie materiálov, sterilizácia v nemocniciach.