ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ СПЕКТР: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ДИАПАЗОНЫ, ПРИЛОЖЕНИЯ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2026

Электромагнитный спектр состоит из упорядоченного расположения всех длин волн электромагнитных волн, которые берут на себя любое положительное значение, без каких - либо ограничений. Он разделен на 7 секций, включая видимый свет.

Мы знакомы с частотами видимого света, когда видим радугу, в которой каждый цвет соответствует разной длине волны: красный - самая длинная, а фиолетовый - самая короткая.

Электромагнитный спектр. Обратите внимание, что в этой схеме частота (а вместе с ней и энергия) увеличивается слева направо. Андре Олива / Общественное достояние

Диапазон видимого света занимает очень небольшую часть спектра. Другие области, которые мы не видим, - это радиоволны, микроволны, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-лучи.

Регионы были открыты не одновременно, а в разное время. Например, существование радиоволн было предсказано в 1867 году Джеймсом Клерком Максвеллом, а годы спустя, в 1887 году, Генрих Герц впервые произвел их в своей лаборатории, поэтому они и называются волнами Герца.

Все они способны взаимодействовать с материей, но по-разному, в зависимости от энергии, которую они несут. С другой стороны, различные области электромагнитного спектра четко не определены, потому что на самом деле границы нечеткие.

Группы

Полосы электромагнитного спектра. Тату и Фруд / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Границы между различными областями электромагнитного спектра довольно нечеткие. Это не естественные деления, на самом деле спектр - это континуум.

Однако разделение на полосы или зоны позволяет удобно характеризовать спектр в соответствии с его свойствами. Мы начнем наше описание с радиоволн, длина которых больше.

Радиоволны

Самые низкие частоты имеют диапазон около 10 ⁴ Гц, что, в свою очередь, соответствует самым длинным длинам волн, обычно размером со здание. AM, FM и гражданское радио используют волны в этом диапазоне, а также телевизионные передачи в диапазонах VHF и UHF.

Для целей связи радиоволны были впервые использованы примерно в 1890 году, когда Гульельмо Маркони изобрел радио.

Поскольку частота радиоволн ниже, они не оказывают ионизирующего воздействия на материю. Это означает, что радиоволнам не хватает энергии для выброса электронов из молекул, но они повышают температуру объектов за счет увеличения вибрации молекул.

Микроволновая печь

Длина волны микроволн составляет порядка сантиметров, и они также были впервые обнаружены Генрихом Герцем.

У них достаточно энергии, чтобы разогреть пищу, которая в большей или меньшей степени содержит воду. Вода - полярная молекула, что означает, что, хотя она электрически нейтральна, отрицательный и положительный заряды немного разделены, образуя электрический диполь.

Когда микроволны, которые представляют собой электромагнитные поля, ударяются о диполь, они создают крутящий момент, который заставляет их вращаться, выравнивая их с полем. Движение переводится в энергию, которая распространяется через пищу и нагревает ее.

инфракрасный

Эта часть электромагнитного спектра была открыта Уильямом Гершелем в начале 19 века и имеет более низкую частоту, чем видимый свет, но выше, чем микроволны.

Длина волны инфракрасного спектра (ниже красного) сравнима с кончиком иглы, поэтому это более энергичное излучение, чем микроволны.

Большая часть солнечного излучения приходится на эти частоты. Любой объект излучает определенное количество инфракрасного излучения, особенно если он горячий, например, кухонные горелки и теплокровные животные. Он невидим для людей, но некоторые хищники выделяют инфракрасное излучение от своей добычи, что дает им преимущество при охоте.

видимый

Это часть спектра, которую мы можем обнаружить нашими глазами, с длиной волны от 400 до 700 нанометров (1 нанометр, сокращенно нм - 1 × 10 ^-9 м).

Белый свет содержит смесь всех длин волн, которые мы можем видеть по отдельности, проходя через призму. Капли дождя в облаках иногда ведут себя как призмы, поэтому мы можем видеть цвета радуги.

Цвета радуги представляют собой разные длины волн видимого света. Источник: Pixabay.

Длины волн видимых нами цветов в нанометрах:

-Красный: 700–620

-Оранжевый: 620–600

-Желтый: 600–580

-Зеленый: 580–490

-Синий: 490–450

-Фиолетовый: 450–400

ультрафиолетовый

Это более энергичная область, чем видимый свет, с длинами волн за пределами фиолетового, то есть более 450 нм.

Мы не можем этого видеть, но излучение, исходящее от Солнца, очень велико. И поскольку оно имеет более высокую энергию, чем видимая часть, это излучение гораздо больше взаимодействует с веществом, вызывая повреждение многих молекул, имеющих биологическое значение.

Ультрафиолетовые лучи были открыты вскоре после инфракрасных лучей, хотя сначала их называли «химическими лучами», потому что они вступают в реакцию с такими веществами, как хлорид серебра.

Рентгеновские лучи

Они были открыты Вильгельмом Рентгеном в 1895 году во время экспериментов с ускоряющими электронами (катодными лучами), направленными на цель. Не имея возможности объяснить, откуда они взялись, он назвал их рентгеновскими лучами.

Это высокоэнергетическое излучение с длиной волны, сопоставимой с размером атома, способное проходить через непрозрачные тела и создавать изображения, как в рентгеновских лучах.

Рентгенограммы получены с помощью рентгеновских лучей: Источник: Pixabay.

Поскольку у них больше энергии, они могут взаимодействовать с веществом, извлекая электроны из молекул, поэтому они известны под названием ионизирующее излучение.

Гамма лучи

Это наиболее энергичное излучение из всех, с длинами волн порядка атомного ядра. Это часто встречается в природе, так как испускается радиоактивными элементами при их распаде на более стабильные ядра.

Во Вселенной есть источники гамма-излучения при взрывах сверхновых, а также загадочные объекты, среди которых пульсары, черные дыры и нейтронные звезды.

Атмосфера Земли защищает планету от этих высокоионизирующих излучений, исходящих из Вселенной, и из-за своей высокой энергии они оказывают вредное воздействие на биологические ткани.

Приложения

-Радио волны или радиочастоты используются в телекоммуникациях, потому что они способны передавать информацию. Также в лечебных целях для разогрева тканей и улучшения текстуры кожи.

-Для получения магнитно-резонансных изображений также необходимы радиочастоты. В астрономии радиотелескопы используют их для изучения структуры небесных объектов.

-Сотовые телефоны и спутниковое телевидение - два применения микроволн. Радар - еще одно важное приложение. Кроме того, вся Вселенная погружена в фон микроволнового излучения, исходящего от Большого взрыва, и обнаружение указанного фонового излучения является лучшим доказательством в пользу этой теории.

Радар излучает импульс в направлении объекта, который рассеивает энергию во всех направлениях, но часть его отражается, неся информацию о местоположении объекта. Источник: Wikimedia Commons.

-Видимый свет необходим, поскольку он позволяет нам эффективно взаимодействовать с окружающей средой.

-Рентгеновские лучи имеют множество применений в качестве диагностического инструмента в медицине, а также на уровне материаловедения, для определения характеристик многих веществ.

-Гамма-излучение из разных источников используется для лечения рака, а также для стерилизации пищи.

Ссылки

1. Джамбаттиста, А. 2010. Физика. Второе издание. Макгроу Хилл.
2. Джанколи, Д. 2006. Физика: принципы с приложениями. Шестой. Эд Прентис Холл.
3. Рекс, А. 2011. Основы физики. Пирсон.
4. Сервей, Р. 2019. Физика для науки и техники. Десятый. Издание. Том 2. Cengage.
5. Шипман, Дж. 2009. Введение в физическую науку. Двенадцатое издание. Брукс / Коул, Cengage Editions.