Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!
Elektromagnetické spektrum shrnuje souhrn elektromagnetického záření a klasifikuje jej do kategorií různých typů záření, včetně dobře známého barevného spektra viditelného světla.
Elektromagnetické vlny používané ve vysílání, televizi a radaru jsou pouze částí kompletního souboru zvaného elektromagnetické spektrum. Rozdělení elektromagnetického spektra do konkrétních frekvenčních rozsahů a odpovídajících vlnových délek je výsledkem způsobu, jakým jsou obalované vlny vytvářeny a využívány. Tyto rozsahy však nejsou striktně omezeny a vzájemně se překrývají a některé typy vln lze získat různými způsoby.
Oddělení elektromagnetického spektra
V elektromagnetickém spektru je záření charakterizováno vlnovou délkou λ nebo frekvencí f. Protože elektromagnetické vlny se vždy šíří rychlostí světla c ≈ 108 m/s, platí závislost vlnové délky a frekvence: λ=c / f .
Tady je důležitá nepřímá úměrnost vlnové délky a frekvence λ ~ f-1. Čím větší λ, tím menší f a naopak.
Díky fotoelektrickému jevu víme, že viditelné světlo, a tedy obecně elektromagnetické záření, vykazuje i vlastnosti částic, tzv. fotonů. Jejich energii lze vypočítat takto: EФ=hf=( hc ) / λ , kde h je Planckova konstanta. Elektromagnetické záření lze proto také charakterizovat a třídit podle energie jeho fotonů. Zde opět musíme dodržet proporcionalitu EФ~ f ~ λ-1 .
Elektromagnetické spektrum je obvykle nastaveno pouze na horní a dolní hranici frekvence a vlnové délky, protože záření nad nebo pod touto hranicí se v přírodě prakticky nevyskytuje.V rámci těchto limitů je spektrum rozděleno do mnoha malých dílčích pásem, takže všechna vysílání s frekvencemi v těchto rozsazích mají určité, identické charakteristiky. Tyto charakteristické vlastnosti se mezi frekvenčními rozsahy liší natolik, že můžeme mluvit o různých typech záření.
V pořadí rostoucí frekvence f a klesající vlnové délky λ zahrnuje elektromagnetické spektrum (viz obrázek 1) nízkofrekvenční záření, rádiové vlny, mikrovlny, infračervené záření nebo tepelné záření, viditelné světlo, ultrafialové záření, rentgenové záření, a nakonec gama záření (γ - záření).
Rýže. 1. Elektromagnetické spektrum. (Šířka rozsahu viditelného světla je výrazně zvětšena kvůli jasnosti obrázku - (I)).
Hranice jednotlivých rozsahů jsou samozřejmě pouze přibližné a přechody mezi různými druhy záření jsou plynulé, protože přeci jen jsme elektromagnetické záření do těchto kategorií uměle rozdělili.
Druhy elektromagnetických vln a jejich vlastnosti
| Typ emise/název rozsahu spektra | Vlnová délka, λ | Frekvence, f | Fotonová energie, Ef |
| Nízká frekvence | 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 záření | 1 mm - 780 nm | 300 GHz - 385 THz | 1,24 meV - 1,59 eV |
| Viditelné světlo | 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 |
| Rentgenové snímky | 10 nm - 22:00 | 30Phz - 30Ehz | 124 eV - 124 keV |
| Gamma paprsky | <10 пм | 30 Hz | 124 keV |
Obskurnější předpony jednotek, které se zde používají, jsou "f" pro "femto" a 10-15, "p" pro "pico" a 10- 12, "T" pro "tera" a 1012, "P" pro "penta" a 1015a "E" pro "exa" a 1018Navíc máme převod 1 eV ≈ 1,60210-19 J přes elementární náboj E.
Záření gama ve skutečnosti označuje jakékoli záření s vlnovou délkou menší než 22 pm. Také vidíme, že viditelné světlo je jen velmi malou částí celého elektromagnetického spektra. Závěrem je třeba poznamenat, že se jedná pouze o přibližnou klasifikaci a každý z těchto typů záření je v praxi rozčleněn na ještě více podtypů.
Aplikace
Každý typ elektromagnetického vlnění se vyskytuje v přírodě a nachází své uplatnění v technologii. Zde je několik příkladů.
Nízkofrekvenční záření.
- Případy blesků v horních vrstvách atmosféry způsobené zvýšenou sluneční aktivitou.
- Radionavigace a podvodní komunikace.
Rozhlasové vlny.
- studená oblaka plynu a prachu (teplota ≤ 1 K) v prostoru mezi hvězdami vyzařují rádiové záření.
- rozhlasové a televizní pořady, magnetická rezonance (MRI).
Mikrovlny.
- Kosmická mikrovlna (" kosmické mikrovlnné pozadí" ) v mikrovlnném rozsahu, poslední zbytkové záření z Velkého třesku od 380 000 let po Velkém třesku, (slabě) přítomné v celém vesmíru.
- Mikrovlnné trouby, radary, satelitní vysílání, WLAN, Bluetooth, GPS.
Infračervené.
- " Tepelné záření" všeho živého díky jejich teplotě, hlavní záření při všech "každodenních" teplotách maximálně do několika tisíc Kelvinů (tedy i silné záření např. ohně a chladu, malé hvězdičky).
- Dálkové ovladače, tepelné záření (např. při chovu zvířat), přístroje pro noční vidění.
Viditelné světlo.
- Průměrné hvězdy podobné Slunci mají maximální emisi ve viditelné oblasti.Teplota povrchu Slunce je asi 6000 K, takže maximum jeho záření dopadá na modrozelené světlo. Vyzařuje však také jakékoli jiné viditelné světlo dostatečně na to, aby se nám zdálo bílé. Chladné hvězdy s povrchovou teplotou kolem 4000 K vyzařují převážně červené světlo a zdají se nám načervenalé, protože vyzařují příliš málo modrého světla. Na druhou stranu horké hvězdy s povrchovou teplotou kolem 10 000 K vypadají namodralé.
- Osvětlení, zobrazovací technika, fotografie, mikroskopie, DVD a Blu-ray přehrávače, laser (ukazovátko).
UV záření.
- Žhavé hvězdy s povrchovou teplotou 10 000 K vyzařují převážně ultrafialové záření, slunce také vyzařuje ultrafialové záření, což má za následek opálení kůže a také spálení.
- Zabíjí bakterie, proto se používá ke sterilizaci v nemocnicích, ke kontrole bankovek, v soláriích.
Rentgenové záření.
- Supernovy exploze velkých hvězd, hmoty padající do černých děr a Slunce vyzařují velmi slabé rentgenové záření, které však na zemský povrch nedosáhne.
- Rentgenový výzkum v medicíně, výzkum krystalových struktur (Braggova rovnice), sterilizace v nemocnicích.
Gamma paprsky.
- Radioaktivní rozpad, exploze supernov velkých hvězd, hmota padající do černých děr.
- Radioterapie v medicíně, senzorové technologie a testování materiálů, sterilizace v nemocnicích.