ELEKTROMAGNETSKI SPEKTAR: KARAKTERISTIKE, POJASEVI, PRIMJENE - FIZIČKA - 2024

Elektromagnetski spektar sastoji se od uređenog dogovoru svih valnih duljina elektromagnetskih valova, koji preuzima nikakvu pozitivnu vrijednost, bez ikakvih ograničenja. Podijeljen je u 7 odjeljaka, uključujući vidljivu svjetlost.

Poznati smo po frekvencijama vidljive svjetlosti kada vidimo dugu, u kojoj svaka boja odgovara različitoj valnoj duljini: crvena je najdulja, a ljubičasta najkraća.

Elektromagnetski spektar. Imajte na umu da se frekvencija (a s njom i energija) povećava s lijeva na desno u ovoj shemi. André Oliva / Javna domena

Raspon vidljive svjetlosti zauzima samo vrlo kratko područje spektra. Druge regije koje ne možemo vidjeti su radio valovi, mikrovalne pećnice, infracrveni, ultraljubičasti, rendgenski i gama zraci.

Regije nisu otkrivene u isto vrijeme, ali u različito vrijeme. Na primjer, postojanje radio valova predvidio je 1867. godine James Clerk Maxwell, a godinama kasnije, 1887., Heinrich Hertz ih je prvi put proizveo u svom laboratoriju, zbog čega se nazivaju hertzijskim valovima.

Svi su sposobni komunicirati s materijom, ali na različite načine, ovisno o energiji koju nose. S druge strane, različita područja elektromagnetskog spektra nisu oštro definirana, jer su granice zapravo nejasne.

bendovi

Zavoji elektromagnetskog spektra. Tatoute i Phrood / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Granice između različitih područja elektromagnetskog spektra prilično su nejasne. To nisu prirodne podjele, zapravo je spektar kontinuum.

Međutim, odvajanje u pojase ili zone služi za pogodno karakteriziranje spektra u skladu s njegovim svojstvima. Naš ćemo opis započeti radio valovima čija je valna duljina duža.

Radio valovi

Najniže frekvencije imaju raspon oko 10 ⁴ Hz, što zauzvrat odgovara najduljim valnim duljinama, obično veličini zgrade. AM, FM i građani koriste radio valove u tom rasponu, kao i VHF i UHF televizijske emisije.

Radi komunikacije, radio valovi su se prvi put koristili oko 1890., kada je Guglielmo Marconi izumio radio.

Što je frekvencija radio valova niža, oni ne djeluju ionizirajući na materiju. To znači da radio valovima nedostaje dovoljno energije da izbacuju elektrone iz molekula, ali oni povećavaju temperaturu objekata povećavajući vibraciju molekula.

Mikrovalna pećnica

Valna duljina mikrotalasa je poredanih centimetara, a prvi ih je detektirao Heinrich Hertz.

Imaju dovoljno energije za zagrijavanje hrane, koja u većoj ili manjoj mjeri sadrži vodu. Voda je polarna molekula, što znači da iako je električno neutralna, negativni i pozitivni naboji malo su razdvojeni, tvoreći električni dipol.

Kad mikrovalne pećnice, koja su elektromagnetska polja, udare u dipole, stvaraju se okretni momenti koji ih natjeraju da se okreću kako bi ih uskladili sa poljem. Pokret se pretvara u energiju koja se širi kroz hranu i ima učinak zagrijavanja.

Infracrveni

Ovaj dio elektromagnetskog spektra otkrio je William Herschel u ranom 19. stoljeću i ima nižu frekvenciju od vidljive svjetlosti, ali veću od mikrotalasa.

Valna duljina infracrvenog spektra (ispod crvene) usporediva je s vrhom igle, stoga je energetskija zračenje od mikrovalova.

Veliki dio sunčevog zračenja dolazi na tim frekvencijama. Bilo koji objekt emitira određenu količinu infracrvenog zračenja, posebno ako je vruće, poput kuhinjskih plamenika i toplokrvnih životinja. Ljudi su nevidljivi, ali neki grabežljivci razlikuju infracrvenu emisiju od svog plijena, što im daje prednost u lovu.

vidljiv

To je dio spektra koji možemo otkriti očima, između 400 i 700 nanometara (1 nanometar, skraćeno nm je 1 × 10 ^-9 m) valne duljine.

Bijelo svjetlo sadrži mješavinu svih valnih duljina koje možemo zasebno vidjeti kada prolazimo kroz prizmu. Kišne kapljice u oblacima ponekad se ponašaju kao prizme, pa možemo vidjeti boje duge.

Boje duge predstavljaju različite valne duljine vidljive svjetlosti. Izvor: Pixabay.

Valne duljine boja koje vidimo u nanometarima su:

-Crveno: 700–620

-Randžasta: 620–600

-Bijelo: 600–580

-Zrna: 580–490

-Cijelo: 490–450

-Violet: 450–400

ultraljubičast

To je energičnije područje od vidljive svjetlosti, valne duljine su više od ljubičaste, to jest veće od 450 nm.

Ne možemo ga vidjeti, ali zračenje koje dolazi od Sunca je vrlo veliko. I budući da ima veću energiju od vidljivog dijela, to zračenje djeluje mnogo više na materiju, uzrokujući oštećenje mnogih molekula biološke važnosti.

Ultraljubičaste zrake otkrivene su nedugo nakon infracrvenih zraka, iako su ih isprva nazivali "kemijske zrake", jer reagiraju s tvarima poput srebrovog klorida.

Rendgenski zraci

Otkrio ih je Wilhelm Roentgen 1895. godine eksperimentirajući sa ubrzavajućim elektronima (katodnim zracima) usmjerenim na metu. Ne može objasniti odakle dolaze, nazvao ih je rendgenima.

To je visokoenergetsko zračenje valne duljine usporedive s veličinom atoma, sposobno proći kroz neprozirna tijela i stvarati slike kao na rendgenu.

Radiografski snimci dobivaju se pomoću rendgenskih zraka: Izvor: Pixabay.

Kako imaju više energije, mogu komunicirati s materijom izvlačeći elektrone iz molekula, otuda su poznati i po nazivu ionizirajućeg zračenja.

Gama zrake

Ovo je najenergičnije zračenje od svih, s talasnim duljinama u redoslijedu atomskog jezgra. U prirodi se često pojavljuje, jer ih emitiraju radioaktivni elementi kako propadaju u stabilnija jezgra.

U svemiru postoje izvori gama zraka u eksplozijama supernove, kao i misteriozni objekti među kojima su pulsari, crne rupe i neutronske zvijezde.

Zemljina atmosfera štiti planetu od ovih vrlo ionizirajućih zračenja koja dolaze iz svemira, a zbog svoje visoke energije štetno djeluju na biološko tkivo.

Prijave

-Radio valovi ili radio frekvencije koriste se u telekomunikacijama jer su u stanju prenijeti informacije. Također u terapeutske svrhe za zagrijavanje tkiva i poboljšanje teksture kože.

-Za dobivanje slika magnetske rezonancije potrebne su i radiofrekvencije. U astronomiji radio teleskopi ih ​​koriste za proučavanje strukture nebeskih objekata.

-Cell telefoni i satelitska televizija dvije su aplikacije mikrovalnih pećnica. Radar je još jedna važna aplikacija. Pored toga, čitav svemir uronjen je u pozadinu mikrovalnog zračenja, koja dolazi iz Velikog praska, što je otkrivanje navedenog pozadinskog zračenja najbolji dokaz u korist ove teorije.

Radar emitira impuls prema objektu, koji raspršuje energiju u svim smjerovima, ali dio se reflektira, donoseći podatke o položaju objekta. Izvor: Wikimedia Commons.

- Vidljivo svjetlo je potrebno jer nam omogućava učinkovitu interakciju s okolinom.

-X zrake imaju višestruku primjenu kao dijagnostički alat u medicini, ali i na razini znanosti o materijalima, za utvrđivanje karakteristika mnogih tvari.

-Gamino zračenje iz različitih izvora koristi se kao liječenje raka, kao i za sterilizaciju hrane.

Reference

1. Giambattista, A. 2010. Fizika. Drugo izdanje. McGraw Hill.
2. Giancoli, D. 2006. Fizika: Načela s primjenama. 6.. Ed Prentice Hall.
3. Rex, A. 2011. Osnove fizike. Pearson.
4. Serway, R. 2019. Fizika za znanost i inženjerstvo. 10.. Izdanje. Svezak 2. Cengage.
5. Shipman, J. 2009. Uvod u fizikalne znanosti. Dvanaesto izdanje. Brooks / Cole, izdanja u registru.