Електромагнітний спектр

Електромагнітний спектр - спектр електромагнітного випромінювання.

Довжина хвилі - Частота - Енергія фотона

Як спектральної характеристики електромагнітного випромінювання використовують такі величини :

• Довжину хвилі;
• Частоту коливань - шкала частот наведена в окремій статті;
• Енергію фотона ( кванта електромагнітного поля).

Енергія фотона, згідно квантової механіки, пропорційна частоті: E = h ν , Де h - постійна Планка, Е - енергія, ν - Частота. Довжина електромагнітної хвилі в вакуумі обернено пропорційна частоті і виражається через швидкість світла : . Говорячи про довжину електромагнітних хвиль в середовищі, зазвичай мають на увазі еквівалентну величину довжини хвилі в вакуумі, яка відрізняється на коефіцієнт заломлення, оскільки частота хвилі при переході з одного середовища в іншу зберігається, а довжина хвилі - змінюється.

У верхній частині шкали наводяться значення енергії (в електронвольт). Частоти, зазначені в нижній частині шкали, виражені в герцах, а також в кратних одиницях: кГц = 1000 Гц, МГц = 1000 кГц = 1000000 Гц, ГГц = 1000 МГц = 10 ⁹ Гц, ТГц = 1000 ГГц = 10 ¹² Гц.

Шкала частот (довжин хвиль, енергій) є безперервною, але традиційно розбита на ряд діапазонів. Сусідні діапазони можуть трохи перекриватися.

2. Основні електромагнітні діапазони

2.1. γ-випромінювання

Гамма-промені мають енергію вище 124 000 еВ і довжину хвилі менше 0,01 нм = 0,1 .

Джерела: космос, ядерні реакції, радіоактивний розпад, синхротронне випромінювання.

Прозорість речовини для гамма-променів, на відміну від видимого світла, залежить не від хімічної форми і агрегатного стану речовини, а в основному від заряду ядер, що входять до складу речовини, і від енергії гамма-квантів. Тому поглинаючу здатність шару речовини для гамма-квантів у першому наближенні можна охарактеризувати його поверхневою щільністю (в г / см ). Дзеркал та лінз для γ-променів не існує.

Різкій нижньої межі для гамма-випромінювання не існує, проте зазвичай вважається, що гамма-кванти випромінюються ядром, а рентгенівські кванти - електронною оболонкою атома (це лише термінологічне розходження, не зачіпає фізичних властивостей випромінювання).

2.2. Рентгенівське випромінювання

• від 0,1 нм = 1 (12400 еВ) до 0,01 нм = 0,1 (124000 еВ) - жорстке рентгенівське випромінювання. Джерела: деякі ядерні реакції, електронно-променеві трубки.
• від 10 нм (124 еВ) до 0,1 нм = 1 (12400 еВ) - м'яке рентгенівське випромінювання. Джерела: електронно-променеві трубки, теплове випромінювання плазми.

Рентгенівські кванти випромінюються в основному при переходах електронів в електронній оболонці важких атомів на низьколежачих орбіти. Вакансії на низьколежачих орбітах створюються зазвичай електронним ударом. Рентгенівське випромінювання, створене таким чином, має лінійчатий спектр з частотами, характерними для даного атома (див. характеристичне випромінювання); це дозволяє, зокрема, дослідити склад речовин ( рентгено-флюоресцентний аналіз). Теплове, гальмівне і синхротронне рентгенівське випромінювання має безперервний спектр.

В рентгенівських променях спостерігається дифракція на кристалічних решітках, оскільки довжини електромагнітних хвиль на цих частотах близькі до періодів кристалічних граток. На цьому заснований метод рентгено-дифракційного аналізу.

2.3. Ультрафіолетове випромінювання

Діапазон: Від 400 нм (3,10 еВ) до 10 нм (124 еВ)

2.4. Оптичне випромінювання

Випромінювання оптичного діапазону ( видиме світло і ближнє інфрачервоне випромінювання) вільно проходить крізь атмосферу, може бути легко відображено і заломлюючись в оптичних системах. Джерела: теплове випромінювання (в тому числі Сонця), флюоресценція, хімічні реакції, світлодіоди.

Кольори видимого випромінювання, відповідні монохроматичному випромінюванню, називаються спектральними. Спектр і спектральні кольори можна побачити при проходженні вузького світлового променя через призму або яку-небудь іншу заломлюючу середовище. Традиційно, видимий спектр ділиться, у свою чергу, на діапазони кольорів:

Ближнє інфрачервоне випромінювання займає діапазон від 207 ТГц (0,857 еВ) до 405 ТГц (1,68 еВ). Верхня межа визначається здатністю людського ока до сприйняття червоного світла, різної в різних людей. Як правило, прозорість в ближньому інфрачервоному випромінюванні відповідає прозорості у видимому світлі.

2.5. Інфрачервоне випромінювання

Діапазон: від 2000 мкм (1,5 ТГц) до 740 нм (405 ТГц).

2.6. Електромагнітне випромінювання терагерцевому

Терагерцова випромінювання Терагерцова (субміліметровому) випромінювання розташоване між інфрачервоним випромінюванням і мікрохвилями, в діапазоні від 1 мм (300 ГГц) до 0,1 мм (3 ТГц).

2.7. Електромагнітні мікро-і радіохвилі

Для електромагнітних хвиль з частотою нижче 300 ГГц існують досить монохроматічни джерела, випромінювання яких придатне для амплітудної і частотної модуляції. Тому, розподіл частот в цій області завжди має на увазі завдання передачі сигналів.

• від 30 ГГц до 300 ГГц - мікрохвилі.
• від 3 ГГц до 30 ГГц - сантиметрові хвилі (СВЧ).
• від 300 МГц до 3 ГГц - дециметрові хвилі.
• від 30 МГц до 300 МГц - метрові хвилі.
• від 3 МГц до 30 МГц - короткі хвилі.
• від 300 кГц до 3 МГц - середні хвилі.
• від 30 кГц до 300 кГц - довгі хвилі.
• від 3 кГц до 30 кГц - наддовгі (міріаметрові) хвилі.

На відміну від оптичного діапазону, дослідження спектра в радіодіапазоні проводиться не фізичним поділом хвиль, а методами обробки сигналів.