Электромагнитный спектр
Электромагни́тный спектр — совокупность всех диапазонов частот электромагнитного излучения.
Длина волны — частота — энергия фотона[edit | edit source]
К спектральным характеристикам электромагнитного излучения относят следующие величины:
Энергия фотона, согласно квантовой механике, пропорциональна частоте: , где h — постоянная Планка, Е — энергия, — частота. Длина электромагнитной волны в вакууме обратно пропорциональна частоте и выражается через скорость света: . Рассматривая длину электромагнитных волн в среде, имеют в виду эквивалентную величину длины волны в вакууме, которая отличается на показатель преломления, т.к. частота волны при переходе из одной среды в другую сохраняется, а длина волны — изменяется.
В шкале электромагнитеого спектра в верхней части шкалы приводятся значения энергии (в электронвольтах). Частоты, указанные в нижней части шкалы, выражены в герцах, а также в кратных единицах: кГц = 1000 Гц, МГц = 1000 кГц = 1000000 Гц, ГГц = 1000 МГц = 109 Гц, ТГц = 1000 ГГц = 1012 Гц.
Шкала частот (длин волн, энергий) является непрерывной, но традиционно разбита на ряд диапазонов. Соседние диапазоны могут немного перекрываться.
Основные электромагнитные диапазоны[edit | edit source]
γ-излучение[edit | edit source]
Гамма-лучи имеют энергию выше 124 000 эВ и длину волны меньше 0,01 нм = 0,1 Å.
Источники: космос, ядерные реакции, радиоактивный распад, синхротронное излучение.
Прозрачность вещества для гамма-лучей, в отличие от видимого света, зависит не от химической формы и агрегатного состояния вещества, а в основном от заряда ядер, входящих в состав вещества, и от энергии гамма-квантов. Поэтому поглощающую способность слоя вещества для гамма-квантов в первом приближении можно охарактеризовать его поверхностной плотностью (в г/см²). Длительное время считалось, что создание зеркал и линз для γ-лучей невозможно, однако согласно последним исследованиям в данной области, преломление γ-лучей возможно. Это открытие, возможно, означает создание нового раздела оптики - γ-оптики[1][2][3][4].
Резкой нижней границы для гамма-излучения не существует, однако обычно считается, что гамма-кванты излучаются ядром, а рентгеновские кванты — электронной оболочкой атома (это лишь терминологическое различие, не затрагивающее физических свойств излучения).
Рентгеновское излучение[edit | edit source]
- от 0,1 нм = 1 Å (12 400 эВ) до 0,01 нм = 0,1 Å (124 000 эВ) — жёсткое рентгеновское излучение. Источники: некоторые ядерные реакции, электронно-лучевые трубки.
- от 10 нм (124 эВ) до 0,1 нм = 1 Å (12 400 эВ) — мягкое рентгеновское излучение. Источники: электронно-лучевые трубки, тепловое излучение плазмы.
Рентгеновские кванты излучаются в основном при переходах электронов в электронной оболочке тяжёлых атомов на низколежащие орбиты. Вакансии на низколежащих орбитах создаются обычно электронным ударом. Рентгеновское излучение, созданное таким образом, имеет линейчатый спектр с частотами, характерными для данного атома (см. характеристическое излучение); это позволяет, в частности, исследовать состав веществ (рентгено-флюоресцентный анализ). Тепловое, тормозное и синхротронное рентгеновское излучение имеет непрерывный спектр.
В рентгеновских лучах наблюдается дифракция на кристаллических решётках, поскольку длины электромагнитных волн на этих частотах близки к периодам кристаллических решёток. На этом основан метод рентгено-дифракционного анализа.
Ультрафиолетовое излучение[edit | edit source]
Диапазон: От 400 нм (3,10 эВ) до 10 нм (124 эВ)
Наименование | Аббревиатура | Длина волны в нанометрах | Количество энергии на фотон |
---|---|---|---|
Ближний | NUV | 400 — 300 | 3,10 — 4,13 эВ |
Средний | MUV | 300 — 200 | 4,13 — 6,20 эВ |
Дальний | FUV | 200 — 122 | 6,20 — 10,2 эВ |
Экстремальный | EUV, XUV | 121 — 10 | 10,2 — 124 эВ |
Вакуумный | VUV | 200 — 10 | 6,20 — 124 эВ |
Ультрафиолет А, длинноволновой диапазон, Чёрный свет | UVA | 400 — 315 | 3,10 — 3,94 эВ |
Ультрафиолет B (средний диапазон) | UVB | 315 — 280 | 3,94 — 4,43 эВ |
Ультрафиолет С, коротковолновой, гермицидный диапазон | UVC | 280 — 100 | 4,43 — 12,4 эВ |
Оптическое излучение[edit | edit source]
Излучение оптического диапазона (видимое излучение и ближнее инфракрасное излучение) свободно проходит сквозь атмосферу, может быть легко отражено и преломлено в оптических системах. Источники: тепловое излучение (в том числе Солнца), флюоресценция, химические реакции, светодиоды.
Цвета видимого излучения, соответствующие монохроматическому излучению, называются спектральными. Спектр и спектральные цвета можно увидеть при прохождении узкого светового луча через призму или какую-либо другую преломляющую среду. Традиционно, видимый спектр делится, в свою очередь, на диапазоны цветов:
Цвет | Диапазон длин волн, нм | Диапазон частот, ТГц | Диапазон энергии фотонов, эВ |
---|---|---|---|
Фиолетовый | 380—440 | 790—680 | 2,82—3,26 |
Синий | 440—485 | 680—620 | 2,56—2,82 |
Голубой | 485—500 | 620—600 | 2,48—2,56 |
Зелёный | 500—565 | 600—530 | 2,19—2,48 |
Жёлтый | 565—590 | 530—510 | 2,10—2,19 |
Оранжевый | 590—625 | 510—480 | 1,98—2,10 |
Красный | 625—740 | 480—405 | 1,68—1,98 |
Ближнее инфракрасное излучение занимает диапазон от 207 ТГц (0,857 эВ) до 405 ТГц (1,68 эВ). Верхняя граница определяется способностью человеческого глаза к восприятию красного света, различной у разных людей. Как правило, прозрачность в ближнем инфракрасном излучении соответствует прозрачности в видимом свете.
Инфракрасное излучение[edit | edit source]
Инфракра́сное излуче́ние — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны[5] λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1—2 мм).
Открыто инфракрасное излучение было в 1800 г. английским учёным У. Гершелем.
Сейчас весь диапазон инфракрасного излучения подразделяют на три составляющих:
- коротковолновая область: λ=0,74 - 2,5 мкм;
- средневолновая область: λ=2,5 - 50 мкм;
- длинноволновая область: λ=50 - 2000 мкм;
Последнее время длинноволновую окраину этого диапазона выделяют в отдельный, независимый диапазон электромагнитных волн — терагерцовое излучение (субмиллиметровое излучение).
- Единица измерения на основе одного триллиона герц.
- Один триллион герц, герц.
Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как все тела, твёрдые и жидкие, нагретые до определённой температуры, излучают энергию в инфракрасном спектре. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения. Спектр излучения абсолютно чёрного тела при относительно невысоких (до нескольких тысяч Кельвинов) температурах лежит в основном именно в этом диапазоне.
Электромагнитное терагерцовое излучение[edit | edit source]
Терагерцовое (субмиллиметровое) излучение расположено между инфракрасным излучением и микроволнами, в диапазоне от 1 мм (300 ГГц). до 0,1 мм.
До недавнего времени диапазон был слабо изучен и мало источников существовало для микроволновой энергии в верхней части полосы (суб-миллиметровых волн или так называемых ТГц волн), но приложения, такие как изображения и связи, сейчас появляются. Ученые также рассматривают применение терагерцовой технологии в вооруженных силах, где высокочастотные волны могли бы быть направлены на войска противника, чтобы вывести из строя их электронное оборудование.[6]
Электромагнитные микро- и радиоволны[edit | edit source]
Для электромагнитных волн с частотой ниже 300 ГГц существуют достаточно монохроматичные источники, излучение которых пригодно для амплитудной и частотной модуляции. Поэтому, распределение частот в этой области всегда имеет в виду задачи передачи сигналов.
- от 30 ГГц до 300 ГГц — микроволны.
- от 3 ГГц до 30 ГГц — сантиметровые волны (СВЧ).
- от 300 МГц до 3 ГГц — дециметровые волны.
- от 30 МГц до 300 МГц — метровые волны.
- от 3 МГц до 30 МГц — короткие волны.
- от 300 кГц до 3 МГц — средние волны.
- от 30 кГц до 300 кГц — длинные волны.
- от 3 кГц до 30 кГц — сверхдлинные (мириаметровые) волны.
В отличие от оптического диапазона, исследование спектра в радиодиапазоне проводится не физическим разделением волн, а методами обработки сигналов.[?]
См. также[edit | edit source]
Примечания[edit | edit source]
- ↑ "Показана возможность создания линз для гамма-излучения - Наука и техника - Физика - Компьюлента". Retrieved 2013-02-13.
- ↑ "Вести.Ru: Физики создали "невозможную" линзу для гамма-лучей". Archived from the original on 2013-02-15. Retrieved 2013-02-13.
- ↑ "Silicon 'prism' bends gamma rays - physicsworld.com". Archived from the original on 2013-02-15. Retrieved 2013-02-13.
- ↑ "ILL :: Neutrons for science : Gamma ray optics: a viable tool for a new branch of scientific discovery. 02.05.2012". Archived from the original on 2013-02-15. Retrieved 2013-02-13.
- ↑ Длина электромагнитной волны в вакууме.
- ↑ https://web.archive.org/web/20100106223741/http://indiadaily.com/editorial/1803.asp