ELEKTROMAGNETICKÉ SPEKTRUM: CHARAKTERISTIKY, PÁSMA, APLIKÁCIE - FYZICKÝ - 2025

Elektromagnetické spektrum sa skladá z objednaného usporiadanie všetkých vlnových dĺžok elektromagnetických vĺn, ktoré predpokladajú žiadny pozitívny hodnotu, a to bez akéhokoľvek obmedzenia. Je rozdelená do 7 sekcií vrátane viditeľného svetla.

Frekvencie viditeľného svetla poznáme, keď vidíme dúhu, v ktorej každá farba zodpovedá inej vlnovej dĺžke: červená je najdlhšia a fialová najkratšia.

Elektromagnetické spektrum. Všimnite si, že frekvencia (a tým aj energia) sa v tejto schéme zvyšuje zľava doprava. André Oliva / verejné vlastníctvo

Rozsah viditeľného svetla zaberá iba veľmi krátku oblasť spektra. Ostatné oblasti, ktoré nevidíme, sú rádiové vlny, mikrovlny, infračervené žiarenie, ultrafialové žiarenie, röntgenové lúče a gama lúče.

Regióny neboli objavené súčasne, ale v inom čase. Napríklad existenciu rádiových vĺn predpovedal v roku 1867 James Clerk Maxwell ao niekoľko rokov neskôr, v roku 1887, ich Heinrich Hertz prvýkrát vyrobil vo svojom laboratóriu, preto sa nazývajú hertzovské vlny.

Všetky sú schopné interagovať s hmotou, ale rôznymi spôsobmi, v závislosti od energie, ktorú nesú. Na druhej strane rôzne oblasti elektromagnetického spektra nie sú ostro definované, pretože hranice sú v skutočnosti nejasné.

kapely

Pásma elektromagnetického spektra. Tatoute a Phrood / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Hranice medzi rôznymi oblasťami elektromagnetického spektra sú dosť nejasné. Nejedná sa o prirodzené divízie, v skutočnosti je spektrum kontinuum.

Rozdelenie na pásy alebo zóny však slúži na pohodlnú charakterizáciu spektra podľa jeho vlastností. Začneme popisom rádiových vĺn, ktorých vlnové dĺžky sú dlhšie.

Rádiové vlny

Najnižšia frekvencia majú rozsah okolo 10 ⁴ Hz, čo opäť odpovedajú najdlhšia vlnovej dĺžky, zvyčajne o veľkosti budovy. AM, FM a občianske pásmo využívajú vlnu v tomto rozsahu, ako aj televízne vysielanie VHF a UHF.

Na komunikačné účely sa rádiové vlny použili prvýkrát okolo roku 1890, keď rádio vymyslel Guglielmo Marconi.

Pretože frekvencia rádiových vĺn je nižšia, nemajú na hmotu žiadne ionizujúce účinky. To znamená, že rádiové vlny nemajú dostatok energie na vysunutie elektrónov z molekúl, ale zvyšujú teplotu objektov zvyšovaním vibrácií molekúl.

Mikrovlnka

Vlnová dĺžka mikrovĺn je rádovo centimetrov a boli prvýkrát zistené Heinrichom Hertzom.

Majú dostatok energie na ohrievanie potravín, ktoré vo väčšej či menšej miere obsahujú vodu. Voda je polárna molekula, čo znamená, že hoci je elektricky neutrálna, záporné a kladné náboje sú mierne oddelené a tvoria elektrický dipól.

Keď mikrovlny, ktoré sú elektromagnetickými poľami, narazia do dipólu, produkujú krútiace momenty, ktoré ich spôsobujú otáčaním, aby boli zarovnané s poľom. Pohyb sa premieta do energie, ktorá sa šíri potravou a má za následok zahrievanie.

infračervené

Túto časť elektromagnetického spektra objavil William Herschel na začiatku 19. storočia a má nižšiu frekvenciu ako viditeľné svetlo, ale vyššiu ako mikrovlny.

Vlnová dĺžka infračerveného spektra (pod červenou) je porovnateľná so špičkou ihly, je teda energetickejším žiarením ako mikrovlnami.

Väčšina slnečného žiarenia prichádza na tieto frekvencie. Akýkoľvek predmet emituje určité množstvo infračerveného žiarenia, najmä ak sú horúce, ako sú napríklad kuchynské horáky a teplokrvné zvieratá. To je pre ľudí neviditeľné, ale niektorí predátori rozlišujú infračervené žiarenie od svojej koristi, čo im dáva výhodu pri love.

viditeľný

Je to časť spektra, ktorú môžeme našimi očami detekovať, medzi 400 a 700 nanometrov (1 nanometer, skrátená nm je 1 × ^10-9 m) vlnovej dĺžky.

Biele svetlo obsahuje zmes všetkých vlnových dĺžok, ktoré môžeme vidieť oddelene pri prechode hranolom. Dažďové kvapky v oblakoch sa niekedy správajú ako hranoly, takže vidíme farby dúhy.

Farby dúhy predstavujú rôzne vlnové dĺžky viditeľného svetla. Zdroj: Pixabay.

Vlnové dĺžky farieb, ktoré vidíme v nanometroch, sú:

-Červená: 700–620

-Orange: 620–600

-Žlté: 600–580

-Green: 580–490

-Blue: 490–450

-Violet: 450–400

ultrafialový

Je to energetickejšia oblasť ako viditeľné svetlo, s vlnovými dĺžkami nad fialovými, to je viac ako 450 nm.

Nevidíme to, ale žiarenie vychádzajúce zo Slnka je veľmi hojné. A pretože má vyššiu energiu ako viditeľná časť, toto žiarenie interaguje oveľa viac s hmotou a spôsobuje poškodenie mnohých molekúl biologického významu.

Ultrafialové lúče boli objavené krátko po infračervenom žiarení, aj keď spočiatku sa nazývali „chemické lúče“, pretože reagujú s látkami, ako je chlorid strieborný.

röntgenové lúče

Objavil ich Wilhelm Roentgen v roku 1895 pri experimentovaní s urýchľujúcimi sa elektrónmi (katódové lúče) namierenými na cieľ. Nemohol vysvetliť, odkiaľ prišli, nazval ich röntgenovými lúčmi.

Je to vysoko energetické žiarenie s vlnovou dĺžkou porovnateľnou s veľkosťou atómu, schopné prechádzať cez nepriehľadné telá a vytvárať obrazy ako v röntgenovom žiarení.

Röntgenové snímky sa získavajú röntgenovými lúčmi: Zdroj: Pixabay.

Keďže majú viac energie, môžu interagovať s látkou extrahovaním elektrónov z molekúl, a preto sú známe pod menom ionizujúceho žiarenia.

Lúče gama

Toto je najenergetickejšie žiarenie zo všetkých, s vlnovými dĺžkami rádovo atómového jadra. Vyskytuje sa často v prírode, pretože je emitovaná rádioaktívnymi prvkami, pretože sa rozkladajú na stabilnejšie jadrá.

Vo vesmíre existujú zdroje gama lúčov pri výbuchoch supernovy, ako aj záhadné objekty, medzi ktorými sú pulzary, čierne diery a neutrónové hviezdy.

Atmosféra Zeme chráni planétu pred týmito vysoko ionizujúcimi žiareniami, ktoré pochádzajú z vesmíru, a vďaka svojej vysokej energii majú škodlivý vplyv na biologické tkanivo.

aplikácia

- Rádiové vlny alebo rádiové frekvencie sa používajú v telekomunikáciách, pretože sú schopné prenášať informácie. Tiež na terapeutické účely na zahrievanie tkanív a zlepšenie textúry pokožky.

- Na získanie snímok z magnetickej rezonancie sú potrebné aj rádiofrekvencie. V astronómii ich rádioteleskopy používajú na štúdium štruktúry nebeských objektov.

- Mobilné telefóny a satelitná televízia sú dve aplikácie mikrovĺn. Radar je ďalšou dôležitou aplikáciou. Okrem toho je celý vesmír ponorený do pozadia mikrovlnného žiarenia pochádzajúceho z Veľkého tresku, čo je dôkaz tohto žiarenia pozadia najlepším dôkazom v prospech tejto teórie.

Radar vysiela impulz smerom k objektu, ktorý rozptyľuje energiu vo všetkých smeroch, ale jej časť sa odráža a prináša informácie o umiestnení objektu. Zdroj: Wikimedia Commons.

- Neviditeľné svetlo je potrebné, pretože nám umožňuje efektívne spolupracovať s prostredím.

- röntgenové lúče majú viacnásobné uplatnenie ako diagnostický nástroj v medicíne a tiež na úrovni materiálovej vedy, aby sa určili vlastnosti mnohých látok.

- Gama žiarenie z rôznych zdrojov sa používa na liečenie rakoviny, ako aj na sterilizáciu potravín.

Referencie

1. Giambattista, A. 2010. Fyzika. Druhé vydanie. McGraw Hill.
2. Giancoli, D. 2006. Fyzika: Princípy s aplikáciami. 6 .. Ed Prentice Hall.
3. Rex, A. 2011. Základy fyziky. Pearson.
4. Serway, R. 2019. Fyzika pre vedu a techniku. 10 .. Vydanie. Zväzok 2. Cengage.
5. Shipman, J. 2009. Úvod do fyzikálnej vedy. Dvanáste vydanie. Brooks / Cole, vydania Cengage.