Elektromagnetické spektrum

Rádiové vlny

Rádiové vlny jsou vysílány a přijímány antény, které se skládají z dirigenty, jako jsou kovové tyče rezonátory. Při umělé generování rádiových vln generuje elektronické zařízení zvané vysílač střídavý elektrický proud, který je aplikován na anténu. Oscilující elektrony v anténě generují oscilační elektrická a magnetická pole, která vyzařují od antény jako rádiové vlny., V příjem rádiových vln, oscilující elektrická a magnetická pole a rádiové vlny pár elektronů v anténě, tlačí je zpět a zpět, vytváří oscilující proudy, které jsou aplikovány na rozhlasový přijímač. Zemská atmosféra je převážně transparentní pro rádiové vlny, s výjimkou vrstev nabitých částic v ionosféře, které mohou odrážet určité frekvence.,

Rádiové vlny jsou velmi široce používány pro přenos informací přes vzdálenosti v rádiové komunikační systémy, jako jsou rozhlasové vysílání, televize, vysílačky, mobilní telefony, komunikační satelity a bezdrátové sítě. V rádiovém komunikačním systému je vysokofrekvenční proud modulován signálem nesoucím informace ve vysílači změnou amplitudy, frekvence nebo fáze a aplikován na anténu., Rádiové vlny přenášejí informace napříč prostorem do přijímače, kde jsou přijímány anténou a informace extrahované demodulací v přijímači. Rádiové vlny se také používají pro navigaci v systémech, jako je Global Positioning System (GPS) a Navigační majáky, a lokalizaci vzdálených objektů v radiolokaci a radaru. Používají se také pro dálkové ovládání a pro průmyslové vytápění.,

využívání rádiového spektra je přísně regulována vlády, který koordinuje organizace s názvem Mezinárodní Telekomunikační Unie (ITU), která přiděluje frekvence různých uživatelů pro různé účely.

Mikrovlny

mikrovlny jsou rádiové vlny krátké vlnové délky, od asi 10 centimetrů do jednoho milimetru, ve frekvenčních pásmech SHF a EHF. Mikrovlnná energie se vyrábí s klystron a magnetronové trubice a polovodičová zařízení, jako jsou Gunn a IMPATT diody. I když jsou emitovány a absorbovány krátké antény, které jsou také absorbovány polární molekuly, tažné na vibrační a rotační režimy, což vede ve velkém topení., Na rozdíl od vysokofrekvenčních vln, jako je infračervené záření a světlo, které jsou absorbovány hlavně na površích, mohou mikrovlny proniknout do materiálů a ukládat svou energii pod povrch. Tento účinek se používá k ohřevu potravin v mikrovlnných troubách a pro průmyslové vytápění a lékařskou diatermii. Mikrovlny jsou hlavní vlnové délky používané v radaru a používají se pro satelitní komunikaci a bezdrátové síťové technologie, jako je Wi-Fi., Měděné kabely (vedení), které se používají k nést nižší frekvencí rádiových vln do antény mají nadměrné ztráty výkonu v mikrovlnných frekvencích, a kovové trubky, tzv. vlnovody se používají pro přepravu. Přestože na spodním konci pásma je atmosféra hlavně průhledná, na horním konci pásma absorpce mikrovln atmosférickými plyny omezuje praktické vzdálenosti šíření na několik kilometrů.,

Terahertzové záření nebo sub-milimetrové záření je oblast spektra od asi 100 GHz až 30 terahertzové (THz) mezi mikrovlny a infračervené, které mohou být považovány za patřící buď kapelu. Až donedávna byl rozsah zřídka studován a v takzvané terahertzové mezeře existovalo jen málo zdrojů pro mikrovlnnou energii, ale nyní se objevují aplikace, jako je zobrazování a komunikace. Vědci se také snaží uplatnit terahertzové technologie v ozbrojených silách, kde vysokofrekvenční vlny mohou být zaměřena na nepřátelské jednotky zneškodnit jejich elektronických zařízení., Terahertzové záření je silně absorbováno atmosférickými plyny, což činí tento frekvenční rozsah zbytečným pro dálkovou komunikaci.

Infračervené záření

infračervené části elektromagnetického spektra pokrývá rozsah od zhruba 300 GHz až 400 THz (1 mm – 750 nm). Lze jej rozdělit na tři části:

• daleko-infračervený, od 300 GHz do 30 THz (1 mm – 10 µm). Spodní část tohoto rozsahu může být také nazývána mikrovlny nebo terahertzové vlny., Toto záření je obvykle absorbovány tzv. rotační režimy v plynu-fáze, molekulami, molekulárními pohyby v kapalinách, a tím, fonony v pevných látkách. Voda v zemské atmosféře absorbuje v tomto rozsahu tak silně, že činí atmosféru ve skutečnosti neprůhlednou. Existují však určité rozsahy vlnových délek („windows“) v neprůhledném rozsahu, které umožňují částečný přenos a mohou být použity pro astronomii. Rozsah vlnových délek od přibližně 200 µm do několika mm je často označován jako Submilimetrová astronomie, která vyhrazuje daleko infračervené vlnové délky pod 200 µm.,
• Střední infračervené záření, od 30 do 120 THz (10-2, 5 µm). Horké předměty (radiátory černého těla) mohou v tomto rozsahu silně vyzařovat a lidská kůže při normální tělesné teplotě silně vyzařuje na dolním konci této oblasti. Toto záření je absorbováno molekulárními vibracemi, kde různé atomy v molekule vibrují kolem svých rovnovážných poloh. Tento rozsah se někdy nazývá oblast otisků prstů, protože střední infračervené absorpční spektrum sloučeniny je pro tuto sloučeninu velmi specifické.
• blízké infračervené záření, od 120 do 400 THz(2 500–750 nm)., Fyzikální procesy, které jsou relevantní pro tento rozsah, jsou podobné jako u viditelného světla. Nejvyšší frekvence v této oblasti mohou být detekovány přímo některými typy fotografických filmů a mnoha typy obrazových senzorů v pevném stavu pro infračervenou fotografii a videografii.

Viditelné světlo

Výše infračervené frekvence přichází viditelné světlo., Slunce vyzařuje jeho špičkový výkon ve viditelné oblasti, i když integraci celý emisní výkonové spektrum přes všechny vlnové délky ukazuje, že Slunce vyzařuje něco více infračerveného než viditelného světla. Podle definice je viditelné světlo součástí em spektra, na které je lidské oko nejcitlivější. Viditelné světlo (a blízké infračervené světlo) je obvykle absorbováno a emitováno elektrony v molekulách a atomech, které se pohybují z jedné energetické úrovně do druhé. Tato akce umožňuje chemické mechanismy, které jsou základem lidského vidění a fotosyntézy rostlin., Světlo, které vzrušuje lidský vizuální systém, je velmi malá část elektromagnetického spektra. Duha ukazuje optické (viditelné) části elektromagnetického spektra; infračervené (pokud by to mohlo být vidět) by být umístěn těsně za červenou straně duhy s ultrafialovým objevují jen za fialové konce.

Elektromagnetické záření s vlnovou délkou mezi 380 nm a 760 nm (400-790 thz) je detekováno pomocí lidské oko a vnímá jako viditelné světlo., Jiné vlnové délky, zejména blízké infračervené (delší než 760 nm) a ultrafialové (kratší než 380 nm) jsou také někdy odkazoval se na jako světlo, zvláště když viditelnost pro člověka není relevantní. Bílé světlo je kombinací světel různých vlnových délek ve viditelném spektru. Procházející bílé světlo přes hranol ji rozdělí do několika barev světla pozorovaných ve viditelném spektru mezi 400 nm a 780 nm.,

Pokud záření, které má frekvenci ve viditelné oblasti spektra EM, odráží objekt, například misku ovoce a pak zasáhne oči, má to za následek vizuální vnímání scény. Mozek je vizuální systém zpracovává velké množství odráží kmitočty do různých odstínů a barev, a přes to nedostatečně-rozumí psychofyzický jev, většina lidí vnímá mísa ovoce.

na většině vlnových délek však informace přenášené elektromagnetickým zářením nejsou přímo detekovány lidskými smysly., Přírodní zdroje produkují EM záření napříč spektrem, a technologie může také manipulovat širokou škálu vlnových délek. Optické vlákno přenáší světlo, které, i když ne nutně ve viditelné části spektra (obvykle je infračervené), může přenášet informace. Modulace je podobná modulaci používané s rádiovými vlnami.

Ultrafialového záření

Další v frekvence přichází ultrafialové (UV)., Vlnová délka UV paprsků je kratší než fialový konec viditelného spektra, ale delší než rentgen.

UV záření je nejdelší vlnová délka záření, jehož fotony jsou aktivní natolik, aby ionizaci atomů, odděluje elektrony od nich, a tím způsobuje chemické reakce. Krátká vlnová délka UV a kratší vlnová délka záření nad ním (X-paprsky a gama paprsky) se nazývají ionizující záření, a jejich vystavení může poškodit živé tkáně, což je zdravotní riziko. UV může také způsobit, že mnoho látek svítí viditelným světlem; to se nazývá fluorescence.,

ve středním rozsahu UV záření nemůže ionizovat UV záření, ale může rozbít chemické vazby, což činí molekuly neobvykle reaktivní. Například spálení sluncem je způsobeno rušivými účinky UV záření středního rozsahu na kožní buňky, což je hlavní příčina rakoviny kůže. UV paprsky ve středním rozsahu mohou nenapravitelně poškodit složité molekuly DNA v buňkách produkujících tyminové dimery, což z něj činí velmi silný mutagen.,

Slunce vyzařuje značné UV záření (asi 10% celkového výkonu), včetně extrémně krátké vlnové délce UV záření, která by mohla potenciálně zničit většinu života na zemi (vody oceánu by poskytovat určitou ochranu pro život). Většina slunečních škodlivých UV vlnových délek je však absorbována atmosférou dříve, než se dostanou na povrch. Vyšší energetické (nejkratší vlnová délka) rozsahy UV (nazývané „vakuové UV“) jsou absorbovány dusíkem a při delších vlnových délkách jednoduchým diatomickým kyslíkem ve vzduchu., Většina UV v mid-range energie je blokován ozónovou vrstvu, která absorbuje silně v důležité 200-315 nm rozsah, nižší energetickou část, která je příliš dlouhá pro běžné dioxygen ve vzduchu absorbovat. To ponechává méně než 3% slunečního světla na hladině moře v UV záření, přičemž všechny tyto zbytky jsou při nižších energiích. Zbytek je UV-A, spolu s některými UV-B. nejnižší energetické spektrum UV mezi 315 nm a viditelné světlo (tzv UV-A) není blokován dobře atmosféru, ale nezpůsobuje spálení a má méně biologického poškození., Není však neškodný a vytváří kyslíkové radikály, mutace a poškození kůže.

rentgenové záření

po UV záření přicházejí rentgenové záření, které stejně jako horní rozsahy UV jsou také ionizující. Vzhledem k jejich vyšším energiím však rentgenové paprsky mohou také interagovat s hmotou pomocí Comptonového efektu. Tvrdé rentgenové záření má kratší vlnové délky než měkké X-záření a jak mohou projít přes mnoho látek s malou absorpce, které mohou být použity, aby se ‚vidět skrz‘ objekty s tloušťkou méně než ekvivalentní několik metrů vody., Jedním z pozoruhodných použití je diagnostické rentgenové zobrazování v medicíně (proces známý jako radiografie). Rentgenové paprsky jsou užitečné jako sondy ve fyzice s vysokou energií. V astronomii, akreční disky kolem neutronových hvězd a černých děr emitují rentgenové záření, umožňující studium těchto jevů. Rentgenové paprsky jsou také emitovány hvězdnou koronou a jsou silně emitovány některými typy mlhovin., Nicméně, X-ray dalekohledy musí být umístěn mimo Zemské atmosféry vidět astronomical X-paprsky, vzhledem k velké hloubce atmosféry Země je neprůhledný pro rentgenové paprsky (s plošnou hustotou 1000 g/cm2), což se rovná 10 metrů tloušťka vody. To je množství dostatečné k zablokování téměř všech astronomických rentgenových paprsků (a také astronomických gama paprsků—viz níže).

gama paprsky

po tvrdých rentgenových paprscích přicházejí gama paprsky, které objevil Paul Ulrich Villard v roce 1900., Jedná se o nejaktivnější fotony, které nemají definovanou dolní hranici své vlnové délky. V astronomii jsou cenné pro studium vysokoenergetických objektů nebo oblastí, ale stejně jako u rentgenových paprsků to lze provést pouze dalekohledy mimo zemskou atmosféru. Gama paprsky jsou experimentálně používány fyziky pro jejich penetrační schopnost a jsou produkovány řadou radioizotopů. Používají se k ozařování potravin a semen pro sterilizaci a v medicíně se příležitostně používají při terapii rakoviny záření., Častěji se gama paprsky používají pro diagnostické zobrazování v jaderné medicíně, příkladem jsou PET skeny. Vlnová délka gama paprsků může být měřena s vysokou přesností prostřednictvím účinků comptonova rozptylu.