Elektromagnetisk spektrum

radiobølger

radiobølger udsendes og modtages af antenner, der består af ledere såsom metalstangsresonatorer. Ved kunstig generering af radiobølger genererer en elektronisk enhed kaldet en sender en vekselstrøm, der påføres en antenne. De oscillerende elektroner i antennen genererer oscillerende elektriske og magnetiske felter, der udstråler væk fra antennen som radiobølger., Ved modtagelse af radiobølger, de oscillerende elektriske og magnetiske felter i en radiobølge par til elektronerne i en antenne, skubbe dem frem og tilbage, skabe oscillerende strømme, som påføres en radiomodtager. Jordens atmosfære er hovedsageligt gennemsigtig for radiobølger, bortset fra lag af ladede partikler i ionosfæren, som kan afspejle visse frekvenser.,

radiobølger er ekstremt udbredt til at transmittere information på tværs af afstande i radiokommunikationssystemer som radioudsendelser, tv, tovejs radioer, mobiltelefoner, kommunikationssatellitter og trådløst netværk. I et radiokommunikationssystem moduleres en radiofrekvensstrøm med et informationsbærende signal i en sender ved at variere enten amplitude, frekvens eller fase og påføres en antenne., Radiobølgerne bærer Informationen over rummet til en modtager, hvor de modtages af en antenne og de oplysninger, der udvindes ved demodulation i modtageren. Radiobølger bruges også til navigation i systemer som Global Positioning System (GPS) og navigations beacons, og lokalisere fjerne objekter i radiolocation og radar. De bruges også til fjernbetjening og til industriel opvarmning.,

brugen af radiospektret reguleres strengt af regeringer, koordineret af et organ kaldet International Telecommunications Union (ITU), der tildeler frekvenser til forskellige brugere til forskellige anvendelser.

Mikrobølger

mikrobølger er radiobølger med kort bølgelængde, fra cirka 10 centimeter til en millimeter, i SHF-og EHF-frekvensbåndene. Mikrobølge energi produceres med klystron og magnetron rør, og med solid state enheder såsom Gunn og IMPATT dioder. Selvom de udsendes og absorberes af korte antenner, absorberes de også af polære molekyler, kobling til vibrations-og rotationstilstande, hvilket resulterer i bulkopvarmning., I modsætning til højere frekvensbølger som infrarød og lys, der absorberes hovedsageligt på overflader, kan mikrobølger trænge ind i materialer og deponere deres energi under overfladen. Denne effekt bruges til at opvarme mad i mikrobølgeovne og til industriel opvarmning og medicinsk diatermi. Mikrobølger er de vigtigste bølgelængder, der bruges i radar, og bruges til satellitkommunikation, og trådløse netværksteknologier såsom Wi-Fi., Kobberkablerne (transmissionsledninger), der bruges til at bære radiobølger med lavere frekvens til antenner, har store strømtab ved mikrobølgefrekvenser, og metalrør kaldet bølgeledere bruges til at bære dem. Selvom atmosfæren i den lave ende af båndet hovedsageligt er gennemsigtig, begrænser absorptionen af mikrobølger ved atmosfæriske gasser i den øvre ende af båndet praktiske udbredelsesafstande til et par kilometer.,

Terahertz-stråling eller sub-millimeter-stråling er en region af spektret, fra omkring 100 GHz til 30 terahertz (Mulighederne) mellem mikrobølger og infrarødt lys, som kan betragtes som tilhørende enten band. Indtil for nylig blev området sjældent undersøgt, og der eksisterede få kilder til mikrobølgeenergi i det såkaldte terahert.-hul, men applikationer som billeddannelse og kommunikation vises nu. Forskere søger også at anvende terahert.-teknologi i de væbnede styrker, hvor højfrekvente bølger kan rettes mod fjendens tropper for at gøre deres elektroniske udstyr ude af stand., Terahert radiation-stråling absorberes stærkt af atmosfæriske gasser, hvilket gør dette frekvensområde ubrugeligt til langdistancekommunikation.

Infrarød stråling

Den infrarøde del af det elektromagnetiske spektrum dækker intervallet fra omkring 300 GHz til 400 Mulighederne (1 mm 750 nm). Det kan opdeles i tre dele:

• Far-infrarød, fra 300 GH.til 30 th. (1 mm – 10 µm). Den nederste del af dette område kan også kaldes mikrobølger eller terahert wavesbølger., Denne stråling absorberes typisk af såkaldte rotationstilstande i gasfasemolekyler, af molekylære bevægelser i væsker og af fononer i faste stoffer. Vandet i Jordens atmosfære absorberer så stærkt i dette område, at det gør atmosfæren i virkeligheden uigennemsigtig. Der er dog visse bølgelængdeområder (“vinduer”) inden for det uigennemsigtige område, der tillader delvis transmission og kan bruges til astronomi. Bølgelængdeområdet fra cirka 200 µm op til et par mm omtales ofte som Submillimeterastronomi, der reserverer langt infrarød til bølgelængder under 200 µm.,
• Mid-infrarød, fra 30 til 120 TH. (10-2, 5 µm). Varme genstande (sortkrops radiatorer) kan udstråle stærkt i dette område, og menneskelig hud ved normal kropstemperatur udstråler stærkt i den nedre ende af dette område. Denne stråling absorberes af molekylære vibrationer, hvor de forskellige atomer i et molekyle vibrerer omkring deres ligevægtspositioner. Dette interval kaldes undertiden fingeraftryksregionen, da det midterste infrarøde absorptionsspektrum for en forbindelse er meget specifikt for den forbindelse.
• nær-infrarød, fra 120 til 400 TH. (2.500–750 nm)., Fysiske processer, der er relevante for dette område, ligner dem for synligt lys. De højeste frekvenser i denne region kan detekteres direkte af nogle typer fotografisk film og af mange typer solid state billedsensorer til infrarød fotografering og videografi.

synligt lys

over infrarødt i frekvens kommer synligt lys., Solen udsender sin spidseffekt i det synlige område, selvom integrering af hele emissionskraftspektret gennem alle bølgelængder viser, at Solen udsender lidt mere infrarød end synligt lys. Per definition er synligt lys den del af EM-spektret, som det menneskelige øje er mest følsomt over for. Synligt lys (og næsten infrarødt lys) absorberes og udsendes typisk af elektroner i molekyler og atomer, der bevæger sig fra et energiniveau til et andet. Denne handling tillader de kemiske mekanismer, der ligger til grund for menneskets syn og plantefotosyntese., Lyset, der ophidser det menneskelige visuelle system, er en meget lille del af det elektromagnetiske spektrum. En regnbue viser optical (synlige) del af det elektromagnetiske spektrum; infrarød (hvis det kunne ses) ville være placeret lige over den røde side af regnbuen med ultraviolet udkommer lige ud over den violette ende.

elektromagnetisk stråling med en bølgelængde mellem 380 nm og 760 nm (400-790 terahert.) detekteres af det menneskelige øje og opfattes som synligt lys., Andre bølgelængder, især nær infrarød (længere end 760 nm) og ultraviolet (kortere end 380 nm) kaldes også undertiden lys, især når synligheden for mennesker ikke er relevant. Hvidt lys er en kombination af lys med forskellige bølgelængder i det synlige spektrum. Passerer hvidt lys gennem et prisme opdeler det i de flere lysfarver, der observeres i det synlige spektrum mellem 400 nm og 780 nm.,

hvis stråling, der har en frekvens i det synlige område af EM-spektret, reflekterer et objekt, siger en skål frugt, og så rammer øjnene, resulterer dette i visuel opfattelse af scenen. Hjernens visuelle system behandler de mange reflekterede frekvenser i forskellige nuancer og nuancer, og gennem dette utilstrækkeligt forståede psykofysiske fænomen opfatter de fleste en skål frugt.

Ved de fleste bølgelængder detekteres Informationen, der bæres af elektromagnetisk stråling, imidlertid ikke direkte af menneskelige sanser., Naturlige kilder producerer EM-stråling på tværs af spektret, og teknologi kan også manipulere en bred vifte af bølgelængder. Optisk fiber transmitterer lys, som, selvom det ikke nødvendigvis er i den synlige del af spektret (det normalt er infrarødt), kan bære information. Moduleringen svarer til den, der bruges med radiobølger.

Ultraviolet stråling

den Næste frekvens, der kommer ultraviolet (UV)., Bølgelængden af UV-stråler er kortere end den violette ende af det synlige spektrum, men længere end røntgenstrålen.

UV er den længste bølgelængdestråling, hvis fotoner er energiske nok til at ionisere atomer, adskille elektroner fra dem og dermed forårsage kemiske reaktioner. Kort bølgelængde UV og den kortere bølgelængdestråling over den (røntgenstråler og gammastråler) kaldes ioniserende stråling, og eksponering for dem kan skade levende væv, hvilket gør dem til en sundhedsfare. UV kan også få mange stoffer til at gløde med synligt lys; dette kaldes fluorescens.,

i mellemområdet af UV kan UV-stråler ikke ionisere, men kan bryde kemiske bindinger, hvilket gør molekyler usædvanligt reaktive. Solskoldning er for eksempel forårsaget af de forstyrrende virkninger af UV-stråling i mellemområdet på hudceller, som er den vigtigste årsag til hudkræft. UV-stråler i mellemområdet kan uopretteligt skade de komplekse DNA-molekyler i cellerne, der producerer thymindimerer, hvilket gør det til et meget potent mutagen.,10% af dens samlede effekt), herunder ekstremt kort bølgelængde UV, der potentielt kan ødelægge det meste liv på land (havvand ville give en vis beskyttelse for livet der). Imidlertid absorberes de fleste af solens skadelige UV-bølgelængder af atmosfæren, før de når overfladen. De højere energi (korteste bølgelængde) områder af UV (kaldet “vakuum UV”) absorberes af nitrogen og ved længere bølgelængder af simpelt diatomisk ilt i luften., De fleste af UV-i mid-range af energi er blokeret af ozonlaget, der absorberer kraftigt i de vigtige 200-315 nm, rækkevidde, lav energi-del, der er for lang for almindelige dioxygen i luften til at absorbere. Dette efterlader mindre end 3% sollys ved havoverfladen i UV, med al denne rest ved de lavere energier. Resten er UV-A sammen med nogle UV-B. det meget laveste energiområde for UV mellem 315 nm og synligt lys (kaldet UV-A) er ikke blokeret godt af atmosfæren, men forårsager ikke solskoldning og gør mindre biologisk skade., Det er dog ikke ufarligt og skaber iltradikaler, mutationer og hudskader.

røntgenstråler

efter UV kommer røntgenstråler, som ligesom de øvre UV-områder også er ioniserende. På grund af deres højere energier kan røntgenstråler imidlertid også interagere med stof ved hjælp af Compton-effekten. Hårde røntgenstråler har kortere bølgelængder end bløde røntgenstråler, og da de kan passere gennem mange stoffer med ringe absorption, kan de bruges til at ‘se igennem’ objekter med ‘tykkelser’ mindre end det, der svarer til et par meter vand., En bemærkelsesværdig anvendelse er diagnostisk røntgenbillede i medicin (en proces kendt som radiografi). Røntgenstråler er nyttige som sonder i højenergifysik. I astronomi udsender accretionskiverne omkring neutronstjerner og sorte huller røntgenstråler, hvilket muliggør undersøgelser af disse fænomener. Røntgenstråler udsendes også af stjernekorona og udsendes stærkt af nogle typer tåger., Røntgenteleskoper skal dog placeres uden for Jordens atmosfære for at se astronomiske røntgenstråler, da den store dybde af Jordens atmosfære er uigennemsigtig for røntgenstråler (med arealdensitet på 1000 g/cm2), svarende til 10 meter tykkelse vand. Dette er en mængde, der er tilstrækkelig til at blokere næsten alle astronomiske røntgenstråler (og også astronomiske gammastråler-se nedenfor).

gammastråler

efter hårde røntgenstråler kommer gammastråler, som blev opdaget af Paul Ulrich Villard i 1900., Disse er de mest energiske fotoner, der ikke har nogen defineret nedre grænse for deres bølgelængde. I astronomi er de værdifulde til at studere højenergiobjekter eller regioner, men som med røntgenstråler kan dette kun gøres med teleskoper uden for Jordens atmosfære. Gammastråler bruges eksperimentelt af fysikere til deres penetrerende evne og produceres af en række radioisotoper. De bruges til bestråling af fødevarer og frø til sterilisering, og i medicin anvendes de lejlighedsvis i strålekræftbehandling., Mere almindeligt, gammastråler bruges til diagnostisk billeddannelse i nuklearmedicin, et eksempel er PET-scanninger. Bølgelængden af gammastråler kan måles med høj nøjagtighed gennem virkningerne af Compton-spredning.