Elektromagnetiske spektrum

Det elektromagnetiske spektrum er fordelingen af ​​energien fra kildens elektromagnetiske stråling i form af frekvens , bølgelængde eller anden lignende parameter [1] . I det generelle tilfælde dækker det helheden af ​​alle frekvensområder , men afhængigt af opgaven kan det for eksempel kun begrænses til det synlige område . Viser i hvilket omfang ultraviolet stråling, blå, grøn og andre farver, infrarød komponent er repræsenteret i det undersøgte signal.

Det er en af ​​varianterne af fysiske spektre . Karakteriseret ved spektral tæthed . Mulige dimensioner: ( J / m 3 ) / Hz , (J / m 3 ) / m og andre, ofte angivet i relative dimensionsløse enheder. Det optages eksperimentelt ved at detektere intensiteten af ​​stråling i smalle spektrale intervaller, der er ekstraheret fra signalet (f.eks. ved hjælp af en monokromator ).

Bølgelængde - frekvens - fotonenergi

Karakteristikken for det elektromagnetiske spektrum - den spektrale tæthed af strålingsenergi - er energien pr. lille interval i en eller anden variabel og relateret til bredden af ​​dette interval. Som en variabel, der bestemmer positionen af ​​punkterne i spektret, kan være

• bølgelængde ;
• oscillationsfrekvens (se også artiklen Frekvensskala );
• fotonenergi ( elektromagnetisk feltkvante ) ;
• [mindre ofte] bølgetal osv.

Energien af ​​en foton er ifølge kvantemekanikken proportional med frekvensen: , hvor h er Plancks konstant , E er energien, er frekvensen; i denne sammenhæng udtrykkes energiværdier normalt i elektronvolt . Længden af ​​en elektromagnetisk bølge i vakuum er omvendt proportional med frekvensen: , hvor er lysets hastighed . Når vi taler om længden af ​​elektromagnetiske bølger i et medium, betyder de normalt den ækvivalente værdi af bølgelængden i vakuum, som adskiller sig med brydningsindekset , da frekvensen af ​​bølgen bevares under overgangen fra et medium til et andet , men bølgelængden ændringer.

Spektrets dimension bestemmes af valget af en variabel: hvis det for eksempel er en frekvens, så vil det være (J / m 3 ) / Hz, og hvis bølgelængden så (J / m 3 ) / m. Nogle gange, i stedet for volumetrisk energitæthed, overvejes overfladeeffekttætheden af ​​elektromagnetisk stråling - så er dimensionerne henholdsvis (W/m 2 ) / Hz eller (W / m 2 ) / m.

Frekvensskalaen (bølgelængder, fotonenergier) er kontinuerlig, men er traditionelt opdelt (se nedenfor) i en række områder. Tilstødende områder kan overlappe lidt.

Grundlæggende elektromagnetiske områder

γ-stråling

Gammastråler har en energi over 124.000 eV og en bølgelængde mindre end 0,01  nm  = 0,1  Å .

Kilder: rum , nukleare reaktioner , radioaktivt henfald , synkrotronstråling .

Et stofs gennemsigtighed for gammastråler afhænger i modsætning til synligt lys ikke af stoffets kemiske form og aggregeringstilstand, men hovedsageligt af ladningen af ​​de kerner, der udgør stoffet, og af gammastrålernes energi. Derfor kan absorptionskapaciteten af ​​et stoflag for gammakvanter i den første tilnærmelse karakteriseres ved dets overfladedensitet (i g/cm²). I lang tid blev det antaget, at skabelsen af ​​spejle og linser til γ-stråler er umulig, men ifølge den seneste forskning på dette område er brydningen af ​​γ-stråler mulig. Denne opdagelse betyder sandsynligvis skabelsen af ​​en ny gren af ​​optikken - γ-optik [2] [3] [4] [5] .

Der er ingen skarp nedre grænse for gammastråling, men det antages normalt, at gammakvanter udsendes af kernen, og røntgenkvanter udsendes af atomets elektronskal (dette er blot en terminologisk forskel, der ikke påvirker strålingens fysiske egenskaber).

Røntgenstråler

• fra 0,1 nm = 1 Å (12.400 eV) til 0,01 nm = 0,1 Å (124.000 eV) - hård røntgenstråling . Kilder: nogle nukleare reaktioner , katodestrålerør .
• fra 10 nm (124 eV) til 0,1 nm = 1 Å (12.400 eV) - bløde røntgenstråler . Kilder: katodestrålerør, plasma termisk stråling.

Røntgenkvanter udsendes hovedsageligt under overgange af elektroner i elektronskallen af ​​tunge atomer til lavtliggende baner. Ledige stillinger i lavtliggende baner skabes normalt ved elektronpåvirkning. De således skabte røntgenstråler har et linjespektrum med frekvenser, der er karakteristiske for et givet atom (se karakteristisk stråling ); dette giver især mulighed for at undersøge sammensætningen af ​​stoffer ( røntgenfluorescensanalyse ). Termisk , bremsstrahlung og synkrotron røntgenstråler har et kontinuerligt spektrum.

I røntgenstråler observeres diffraktion på krystalgitre, da bølgelængderne af elektromagnetiske bølger ved disse frekvenser er tæt på perioderne med krystalgitre. Metoden til røntgendiffraktionsanalyse er baseret på dette .

Ultraviolet stråling

Område: 400 nm (3,10 eV) til 10 nm (124 eV)

Optisk stråling

Stråling af det optiske område ( synligt lys og nær infrarød stråling ) passerer frit gennem atmosfæren, kan let reflekteres og brydes i optiske systemer. Kilder: termisk stråling (inklusive solen ), fluorescens, kemiske reaktioner, lysdioder.

Farverne af synlig stråling svarende til monokromatisk stråling kaldes spektral . Spektret og spektralfarverne kan ses, når en smal lysstråle passerer gennem et prisme eller et andet brydningsmedium. Traditionelt er det synlige spektrum opdelt igen i rækker af farver:

Nær-infrarød stråling dækker området fra 207 THz (0,857 eV) til 405 THz (1,68 eV). Den øvre grænse bestemmes af det menneskelige øjes evne til at opfatte rødt, hvilket varierer fra person til person. Som regel svarer gennemsigtigheden i den nær-infrarøde stråling til gennemsigtigheden i synligt lys.

Infrarød

Infrarød stråling er placeret mellem synligt lys og terahertz-stråling. Rækkevidde: 2000  µm (150 GHz) til 740 nm (405 THz).

Elektromagnetisk terahertz-stråling

Terahertz (submillimeter) stråling er placeret mellem infrarød stråling og mikrobølger i området fra 1 mm (300 GHz) til 0,1 mm (3 THz).

THz-stråling - ikke- ioniserende , passerer let gennem de fleste dielektrika, men absorberes kraftigt af ledende materialer og nogle dielektrika. For eksempel er træ, plastik, keramik gennemsigtigt for ham, men metal og vand er det ikke.

Elektromagnetiske mikro- og radiobølger

For elektromagnetiske bølger med en frekvens under 300 GHz er der tilstrækkeligt monokromatiske kilder, hvis stråling er egnet til amplitude- og frekvensmodulation . Derfor har fordelingen af ​​frekvenser i dette område altid problemerne med signaltransmission i tankerne .

• fra 30 GHz til 300 GHz - mikrobølger .
• fra 3 GHz til 30 GHz - centimeter bølger (SHF) .
• fra 300 MHz til 3 GHz- decimeterbølger .
• fra 30 MHz til 300 MHz- meter bølger .
• fra 3 MHz til 30 MHz - korte bølger .
• fra 300 kHz til 3 MHz- mellembølger .
• fra 30 kHz til 300 kHz lange bølger .
• fra 3 kHz til 30 kHz - ekstra lange (myriameter) bølger .
• fra 3 kHz - elektromagnetiske bølger i det akustiske område .

I modsætning til det optiske område udføres studiet af spektret i radioområdet ikke ved fysisk adskillelse af bølger, men ved signalbehandlingsmetoder .

Se også

• Spektral tæthed af stråling

Noter

1. ↑ Elektromagnetisk spektrum  . Encyclopedia Britannica . Hentet: 26. december 2019.
2. ↑ Muligheden for at skabe linser til gammastråling er vist - Videnskab og teknologi - Fysik - Kompulent (utilgængeligt link) . Dato for adgang: 13. februar 2013. Arkiveret fra originalen 15. juni 2012. (ubestemt) 
3. ↑ Vesti.Ru: Fysikere har skabt en "umulig" linse til gammastråler (utilgængeligt link) . Hentet 13. februar 2013. Arkiveret fra originalen 21. februar 2013. (ubestemt) 
4. ↑ Silicium 'prisme' bøjer gammastråler - physicsworld.com (utilgængeligt link) . Hentet 13. februar 2013. Arkiveret fra originalen 12. maj 2013. (ubestemt) 
5. ↑ ILL :: Neutroner til videnskab: Gammastråleoptik: et levedygtigt værktøj til en ny gren af ​​videnskabelig opdagelse. 05/02/2012 (utilgængeligt link) . Dato for adgang: 13. februar 2013. Arkiveret fra originalen 11. september 2013. (ubestemt) 

Ordbøger og encyklopædier	Fantastisk catalansk stor kinesisk Britannica (online)