ELEKTROMÁGNESES SPEKTRUM: JELLEMZŐK, SÁVOK, ALKALMAZÁSOK - FIZIKAI - 2025

Az elektromágneses spektrum az elektromágneses hullámok összes hullámhosszának rendezett elrendezéséből áll, amelyek bármilyen pozitív értéket igényelnek, korlátozás nélkül. 7 részre van osztva, beleértve a látható fényt is.

Ismerjük a látható fény gyakoriságát, amikor látunk szivárványt, amelyben az egyes színek eltérő hullámhossznak felelnek meg: a vörös a leghosszabb és az ibolya a legrövidebb.

Elektromágneses spektrum. Vegye figyelembe, hogy ebben a sémaban a frekvencia (és ezzel együtt az energia) balról jobbra növekszik. André Oliva / Nyilvános

A látható fény tartománya csak a spektrum nagyon rövid területét foglalja el. A többi régió, amelyet nem látunk, a rádióhullámok, a mikrohullámok, az infravörös, az ultraibolya, a röntgen és a gamma sugarak.

A régiókat nem ugyanabban az időben fedezték fel, hanem különböző időpontokban. Például James Clerk Maxwell 1867-ben előre jelezte a rádióhullámok létezését, és évekkel később, 1887-ben, Heinrich Hertz először állította elő laboratóriumában, ezért hertzi hullámoknak hívják őket.

Mindegyik képes az anyaggal kölcsönhatásba lépni, de a hordozott energiától függően, különböző módon. Másrészt az elektromágneses spektrum különböző régióit nem határozza meg élesen, mivel a határok valójában homályosak.

zenekarok

Az elektromágneses spektrum sávok. Tatoute és Phrood / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Az elektromágneses spektrum különböző régiói közötti határok meglehetősen homályosak. Ezek nem természetes megosztások, valójában a spektrum kontinuum.

A sávokra vagy zónákra történő szétválasztás azonban a spektrum tulajdonságainak megfelelő kényelmes jellemzésére szolgál. Leírásunkat rádióhullámokkal kezdjük, amelyek hullámhossza hosszabb.

Rádióhullámok

A legalacsonyabb frekvenciák 10 ⁴ Hz körüli tartományban vannak, ami viszont a leghosszabb hullámhosszoknak felel meg, tipikusan az épület méretének. Az AM, az FM és a polgárok sávja ebben a tartományban hullámokat, valamint VHF és UHF televíziós adásokat használ.

Kommunikációs célokra a rádióhullámokat először használták 1890 körül, amikor Guglielmo Marconi feltalálta a rádiót.

Mivel a rádióhullámok frekvenciája alacsonyabb, ezeknek nincs ionizáló hatása az anyagra. Ez azt jelenti, hogy a rádióhullámok nem rendelkeznek elegendő energiával ahhoz, hogy az elektroneket a molekulákból kilökjék, ám a molekulák rezgésének növelésével növelik a tárgyak hőmérsékletét.

Mikrohullámú sütő

A mikrohullámok hullámhossza centiméter nagyságrendben van, és Heinrich Hertz is először észlelte őket.

Elegendő energiájuk van az étel melegítéséhez, amely nagyobb vagy kisebb mértékben vizet tartalmaz. A víz egy poláris molekula, ami azt jelenti, hogy bár elektromos szempontból semleges, a negatív és a pozitív töltések kissé el vannak választva, és így elektromos dipólt képeznek.

Amikor a mikrohullámok, amelyek elektromágneses terek, egy dipólusba ütköznek, olyan nyomatékot képeznek, amely elforgatja őket, hogy igazodjanak a mezőhöz. A mozgás energiává válik, amely elterjed az életen és melegíti azt.

Infravörös

Az elektromágneses spektrumnak ezt a részét William Herschel fedezte fel a 19. század elején, és alacsonyabb frekvenciájú, mint a látható fény, de magasabb, mint a mikrohullámok.

Az infravörös spektrum (a vörös alatt) hullámhossza hasonló a tű hegyéhez, tehát energikusabb sugárzás, mint a mikrohullámok.

A napsugárzás nagy része ezen a frekvencián érkezik. Bármely tárgy bizonyos mennyiségű infravörös sugárzást bocsát ki, különösen ha forró, például konyhai égők és melegvérű állatok. Az emberek számára láthatatlan, de néhány ragadozó megkülönbözteti az infravörös sugárzást a zsákmánytól, így előnyt biztosítva számukra a vadászatban.

Látható

Ez a spektrum azon része, amelyet a szemünkkel észlelhetünk, 400–700 nanométer (1 nanométer, rövidítve nm = 1 × ^10–9 m) hullámhosszon.

A fehér fény az összes hullámhossz keverékét tartalmazza, amelyet külön láthatunk, ha egy prizmán haladunk keresztül. A felhőkben esőcseppek prizmákként viselkednek, így láthatjuk a szivárvány színét.

A szivárvány színei a látható fény különböző hullámhosszait képviselik. Forrás: Pixabay.

Az általunk látott színek hullámhosszai nanométerben:

-Vörös: 700–620

-Orange: 620–600

-Sárga: 600–580

-Zöld: 580–490

-Kék: 490–450

-Violet: 450–400

Ultraibolya

Ez egy energetikaibb régió, mint a látható fény, ibolya fölötti hullámhosszon, vagyis nagyobb, mint 450 nm.

Nem látjuk, de a Nap sugárzása nagyon bőséges. És mivel az energiája nagyobb, mint a látható részén, ez a sugárzás sokkal inkább kölcsönhatásba lép az anyaggal, és sok biológiai jelentőségű molekula károsodását okozza.

Az ultraibolya sugarakat röviddel az infravörös sugarak után fedezték fel, bár kezdetben "kémiai sugaraknak" nevezték őket, mert olyan anyagokkal, mint az ezüst-klorid reagálnak.

Röntgensugarak

Wilhelm Roentgen fedezte fel őket 1895-ben, miközben a cél felé irányított gyorsító elektronokkal (katód sugarakkal) kísérleteztek. Mivel nem tudta megmagyarázni, honnan származnak, röntgennek hívta őket.

Nagyon energiás sugárzás, amelynek hullámhossza megegyezik az atom méretével, képes átlátszó testekön átjutni és képeket hozni, mint a röntgen esetében.

A röntgenfelvételeket röntgenfelvételekkel készítjük: Forrás: Pixabay.

Mivel több energiájuk van, kölcsönhatásba léphetnek az anyaggal elektronok kinyerésével a molekulákból, ezért ionizáló sugárzásnak is nevezik őket.

Gamma sugarak

Ez az összes legintenzívebb sugárzás, amelynek hullámhossza egy atommag sorrendje. Gyakran előfordul a természetben, mivel radioaktív elemek bocsátják ki, mivel stabilabb magokká alakulnak le.

Az univerzumban a szupernóva robbanások gamma sugarai vannak, valamint rejtélyes tárgyak, köztük a pulzárok, a fekete lyukak és a neutroncsillagok.

A Föld légköre megvédi a bolygót az univerzumból származó erősen ionizáló sugárzásoktól, és nagy energiájuk miatt káros hatással vannak a biológiai szövetre.

Alkalmazások

- A rádióhullámokat vagy a rádiófrekvenciákat a távközlésben használják, mert képesek információt továbbítani. Terápiás célokra is, hogy melegítse a szöveteket és javítsa a bőr textúráját.

-A mágneses rezonancia képeinek elkészítéséhez rádiófrekvenciákra is szükség van. A csillagászatban a rádióteleszkópok felhasználják az égi tárgyak szerkezetének tanulmányozására.

- A telefonok és a műholdas televízió kétféle mikrohullámú alkalmazás. A radar egy másik fontos alkalmazás. Ezenkívül az egész világegyetem egy nagy hullámból származó mikrohullámú sugárzás háttérébe merül, amely az említett háttér sugárzás detektálása a legjobb bizonyíték ennek az elméletnek.

A radar impulzust bocsát ki egy tárgy felé, amely eloszlatja az energiát minden irányba, de annak egy része visszatükröződik, információt szolgáltatva az objektum helyéről. Forrás: Wikimedia Commons.

-Kényszerű fényre van szükség, mivel lehetővé teszi számunkra, hogy hatékonyan befolyásoljuk a környezetünket.

Az x-sugarak diagnosztikai eszközként alkalmazhatók az orvostudományban és az anyagtudomány szintjén is számos anyag tulajdonságainak meghatározására.

-A különféle forrásokból származó gamma-sugárzást rák kezelésére, valamint ételek sterilizálására használják.

Irodalom

1. Giambattista, A. 2010. Fizika. Második kiadás. McGraw Hill.
2. Giancoli, D. 2006. Fizika: alapelvek alkalmazásokkal. 6.. Ed Prentice Hall.
3. Rex, A. 2011. A fizika alapjai. Pearson.
4. Serway, R. 2019. Fizika a tudomány és a technika számára. 10.. Kiadás. 2. kötet. Cengage.
5. Shipman, J. 2009. Bevezetés a fizikai tudományhoz. Tizenkettedik kiadás. Brooks / Cole, Cengage kiadások.