Sähkömagneettisen spektrin

Radio waves

radioaallot lähetetään ja vastaanotetaan antennit, jotka koostuvat johtimet, kuten metalli rod resonaattoreita. Radioaaltojen keinotekoisessa sukupolvessa lähettimeksi kutsuttu elektroniikkalaite tuottaa vaihtovirtaa, jota käytetään antenniin. Antennin värähtelevät elektronit tuottavat värähteleviä sähkö-ja magneettikenttiä, jotka säteilevät pois antennista radioaaltoina., Vuonna radioaaltojen vastaanottoa, värähtelevän sähkö-ja magneettikenttiä ja radioaaltojen pari elektronit antenni, työntämällä niitä edestakaisin, luo värähtelevän virtaukset, jotka ovat hakeneet radio-vastaanotin. Maan ilmakehä on pääasiassa avoin radioaalloille lukuun ottamatta ionosfäärissä olevia varautuneita hiukkasia, jotka voivat heijastaa tiettyjä taajuuksia.,

radioaallot ovat erittäin yleisesti käytetty tapa siirtää tietoa eri etäisyyksillä radio communication systems, kuten radio -, televisio -, kaksisuuntainen radiot, matkapuhelimet, viestintä-satelliitit, ja langaton verkko. Radio communication system, radio nykyinen taajuus on moduloitu tieto-laakeri signaalin lähettimen vaihtelemalla joko amplitudin, taajuuden tai vaiheen, ja soveltaa antenni., Radioaallot kuljettavat tietoa eri tilaa-vastaanotin, jossa ne vastaanotetaan antennin ja tiedot uutetaan demodulaatio vastaanotin. Radioaaltoja käytetään myös navigointi-järjestelmissä, kuten Global Positioning System (GPS) ja navigointi-majakat, ja paikallistamiseen kaukaisten kohteiden radiopaikannus ja tutka. Niitä käytetään myös kauko-ohjaukseen ja teollisuuden lämmitykseen.,

radiotaajuuksien käyttö on tiukasti säännelty hallitukset, koordinoi elin, jota kutsutaan Kansainvälisen televiestintäliiton (ITU), joka jakaa taajuuksia eri käyttäjille eri käyttötarkoituksiin.

Mikroaallot

Mikroaallot ovat radioaaltojen lyhyt aallonpituus, noin 10 senttimetriä yhden millimetrin, SHF-ja EHF-taajuusalueet. Mikroaaltoenergiaa tuotetaan klystron-ja magnetroniputkilla sekä kiinteän olomuodon laitteilla, kuten Gunn-ja IMPATT-diodeilla. Vaikka ne ovat vapautuu ja imeytyy lyhyt antenneja, ne ovat myös imeytyy polar molekyylejä, kytkentä värähtelyjen ja rotaatio tilaa, jolloin irtotavarana lämmitys., Toisin kuin suurtaajuiset aallot, kuten infrapuna ja valo, jotka imeytyvät pääasiassa pinnoille, mikroaallot voivat tunkeutua materiaaleihin ja tallettaa energiansa pinnan alle. Tätä vaikutusta käytetään ruoan lämmittämiseen mikroaaltouunissa sekä teollisuuden lämmitykseen ja lääketieteelliseen diatermiaan. Mikroaallot ovat tärkeimmät aallonpituudet käyttää tutka ja käytetään satelliittiviestintä, ja langattoman verkon teknologiat, kuten Wi-Fi., Kupari kaapelit (voimajohdot), joita käytetään siirtämään alemman taajuuden radioaaltoja antennit on liikaa valtaa tappiot mikroaaltotaajuuksilla, ja metalli putket kutsutaan aaltoputkia käytetään tekemään niitä. Vaikka alhainen loppuun bändi tunnelma on pääosin avointa, yläpäässä bändi imeytymistä mikroaaltouuni ilmakehän kaasuja rajoja käytännön eteneminen etäisyydet muutaman kilometrin.,

Terahertsisäteily säteilyä tai sub-millimetri-säteily on alueella spektrin noin 100 GHz 30 terahertsisäteily (THz) välillä mikroaaltouuni ja kaukana infrapuna, joka voidaan katsoa kuuluvaksi joko bändi. Viime aikoihin asti, välillä oli harvoin opiskellut ja vähän lähteitä olemassa, mikroaaltouuni energiaa ns terahertsisäteily kuilu, mutta sovelluksia, kuten kuvantaminen ja viestintä ovat nyt näy. Tutkijat ovat myös etsivät soveltaa terahertsisäteily teknologian asevoimien, jossa korkean taajuuden aaltoja saattaa olla suunnattu vihollisen joukot lamauttaa niiden elektroniset laitteet., Terahertsin säteily imeytyy voimakkaasti ilmakehän kaasuihin, mikä tekee tästä taajuusalueesta hyödyttömän pitkän matkan viestintään.

Infrapuna säteily

infrapuna-osa sähkömagneettisen spektrin kattaa vaihtelevat noin 300 GHz-400 THz (1 mm – 750 nm). Se voidaan jakaa kolmeen osaan:

• Kauas-infrapuna-300 GHz-30 THz (1 mm – 10 µm). Tämän levinneisyysalueen alaosaa voidaan kutsua myös mikroaalloiksi tai terahertsiaalloiksi., Tämä säteily absorboituu tyypillisesti niin sanottuihin rotaatiotiloihin kaasufaasimolekyyleissä, molekyyliliikkeisiin nesteissä ja fononeihin kiinteissä aineissa. Maan ilmakehän vesi imeytyy tällä alueella niin voimakkaasti, että se tekee ilmakehästä käytännössä läpinäkymättömän. Läpinäkymättömällä alueella on kuitenkin tiettyjä aallonpituusalueita (”windows”), jotka mahdollistavat osittaisen välityksen ja joita voidaan käyttää tähtitieteessä. Sen aallonpituus on noin 200 µm, jopa muutama mm on usein kutsutaan Submillimetre tähtitiede, varaamalla pitkälle-infrapuna-aallonpituuksilla, alle 200 µm.,
• Keski-infrapuna -, 30-120 THz (10-2.5 µm). Kuumia esineitä (musta-laitoksen patterit) voi säteillä voimakkaasti tällä alueella, ja ihmisen ihon normaali ruumiinlämpö säteilee voimakkaasti alapäässä tämän alueen. Tämä säteily absorboituu molekyylien värähtelyihin, joissa molekyylin eri atomit värähtelevät tasapainoasentojensa ympärillä. Tätä aluetta kutsutaan joskus sormenjälki-alueeksi, koska yhdisteen lähi-infrapuna-absorptiospektri on hyvin spesifinen kyseiselle yhdisteelle.
• lähi-infrapuna -, 120-400 THz (2,500–750 nm)., Fyysiset prosessit, jotka ovat merkityksellisiä tällä alueella, ovat samanlaisia kuin näkyvän valon. Korkeimmat taajuudet tällä alueella voidaan havaita suoraan joidenkin valokuvaus-elokuva, ja monenlaisia solid-state-kuva-anturit infrapuna valokuvauksen ja videokuvaukseen.

Näkyvä valo

Edellä infrapuna-taajuus tulee näkyvää valoa., Aurinko säteilee sen huipputeho näkyvä alue, vaikka integrointi koko päästöjen teho taajuuksien läpi kaikki aallonpituudet osoittaa, että Aurinko säteilee hieman enemmän kuin infrapuna näkyvä valo. Määritelmän mukaan näkyvä valo on se osa EM-spektriä, jolle ihmissilmä on herkin. Näkyvän valon (ja lähi-infrapuna-valo) on tyypillisesti absorboituu ja emittoituu elektroneja molekyylejä ja atomeja, jotka liikkuvat yhdestä energiaa tasolta toiselle. Tämä toiminta mahdollistaa kemialliset mekanismit, jotka ohjaavat ihmisen näkökykyä ja kasvien fotosynteesiä., Ihmisen näköjärjestelmää kiihottava valo on hyvin pieni osa sähkömagneettisesta spektristä. Sateenkaari näkyy optinen (näkyvä) osa sähkömagneettisen spektrin; infrapuna (jos se voisi olla nähnyt) olisi joka sijaitsee takana punainen puolella sateenkaaren uv esiintyy vain yli violetti lopussa.

ihmissilmä havaitsee sähkömagneettisen säteilyn, jonka aallonpituus on 380-760 nm (400-790 terahertsiä) ja joka nähdään näkyvänä valona., Muut aallonpituudet, erityisesti lähi-infrapuna (yli 760 nm) ja ultravioletti (alle 380 nm) ovat myös joskus kutsutaan valon, varsinkin kun näkyvyys ihmisille ei ole merkitystä. Valkoinen valo on yhdistelmä näkyvän spektrin eri aallonpituuksilla olevia valoja. Valkoisen valon läpäiseminen prisman läpi jakaa sen näkyvässä spektrissä havaittuihin useisiin valon väreihin 400-780 nm: n välillä.,

Jos säteilyn taajuus on näkyvissä alueen koko EM kirjo heijastuu esine, sanotaan, hedelmiä, ja sitten iskee silmät, tämä johtaa näköhavainnon kohtaus. Aivojen visuaalinen järjestelmä käsittelee lukuisia näkyy taajuudet eri sävyjä ja sävyjä, ja tätä kautta riittävästi ymmärretty psykofyysinen ilmiö, useimmat ihmiset kokevat kulhoon hedelmiä.

useimmilla aallonpituuksilla sähkömagneettisen säteilyn kantamaa informaatiota ei kuitenkaan havaita suoraan ihmisen aisteilla., Luonnon lähteet tuottavat sähkömagneettista säteilyä koko spektrissä, ja teknologia voi myös manipuloida monenlaisia aallonpituuksia. Valokuitu lähettää valoa, joka, vaikka ei välttämättä näkyvä osa taajuuksista (se on yleensä infrapuna), voi kuljettaa tietoja. Modulaatio on samanlainen kuin radioaalloilla.

Uv-säteily

Seuraava taajuus tulee ultravioletti (UV)., UV-säteiden aallonpituus on näkyvän spektrin violettia päätä lyhyempi, mutta röntgeniä pidempi.

UV on pisin aallonpituus säteilyä, jonka fotonit ovat energinen tarpeeksi ionisoi atomeja, erottaa elektroneja niitä, ja siten aiheuttaa kemiallisia reaktioita. Lyhyen aallonpituuden UV-säteilyä ja sen yläpuolella olevaa lyhyemmän aallonpituuden säteilyä (röntgensäteitä ja gammasäteitä) kutsutaan ionisoivaksi säteilyksi, ja niille altistuminen voi vahingoittaa elävää kudosta, mikä tekee niistä terveyshaittoja. UV voi myös saada monet aineet hehkumaan näkyvällä valolla; tätä kutsutaan fluoresenssiksi.,

UV-säteilyn keskialueella UV-säteet eivät voi ionisoitua vaan voivat rikkoa kemiallisia sidoksia, jolloin molekyylit ovat epätavallisen reaktiivisia. Auringonpolttama johtuu esimerkiksi keskialueen UV-säteilyn häiritsevistä vaikutuksista ihosoluihin,mikä on ihosyövän pääsyy. Keskialueen UV-säteet voivat vaurioittaa korjaamattomasti tymiinimittareita tuottavien solujen monimutkaisia DNA-molekyylejä, mikä tekee siitä erittäin voimakkaan mutageenin.,

Aurinko säteilee merkittävä UV-säteilyn (noin 10% sen koko voima), mukaan lukien erittäin lyhyen aallonpituuden UV, joka saattaa tuhota maailman elämä maalla (merivesi olisi tarjota jonkin verran suojaa elämä on). Suurin osa Auringon vahingollisista UV-aallonpituuksista kuitenkin imeytyy ilmakehään ennen kuin ne pääsevät pinnalle. Korkeampi energian (lyhin aallonpituus) vaihtelee UV (nimeltään ”tyhjiö UV”) imeytyvät typen ja pidemmillä aallonpituuksilla, yksinkertaisella kaksiatomisen hapen., Suurin osa UV-keskitason energia on estää otsonikerroksen, joka imee erittäin tärkeä 200-315 nm alue, pienempi energian osa, joka on liian pitkä tavallisille dioxygen ilmassa imeä. Tämä jättää alle 3% auringonvalosta merenpinnan tasolla UV, ja kaikki tämä loput pienempi energiat. Jäljellä on UV-A -, sekä joitakin UV-B-hyvin pienin energia valikoiman UV välillä 315 nm ja näkyvä valo (kutsutaan UV-A) ei ole tukossa hyvin tunnelmaa, mutta ei aiheuta auringonpolttama ja ei vähemmän biologisia vaurioita., Se ei kuitenkaan ole vaaraton ja aiheuttaa happiradikaaleja, mutaatioita ja ihovaurioita.

röntgensäteet

UV: n jälkeen tulevat röntgensäteet, jotka UV: n ylärajojen tapaan myös ionisoivat. Korkeampien energioidensa vuoksi röntgensäteet voivat kuitenkin myös olla vuorovaikutuksessa aineen kanssa Compton-efektin avulla. Kova X-säteet ovat lyhyempiä aallonpituuksia kuin pehmeä X-säteet ja niin he voi kulkea monia aineita, joilla on vähän imeytyminen, ne voidaan ’nähdä läpi’ esineitä ’paksuudet’ alle, että vastaava pari metriä vettä., Yksi merkittävä käyttökohde on diagnostinen röntgenkuvaus lääketieteessä (prosessi tunnetaan nimellä radiografia). Röntgensäteet ovat hyödyllisiä luotaimina suurienergisessa fysiikassa. Tähtitieteessä neutronitähtien ja mustien aukkojen ympärillä olevat kertymälevyt säteilevät röntgensäteitä, mikä mahdollistaa näiden ilmiöiden tutkimisen. Röntgensäteilyä säteilee myös tähtikorona, ja sitä säteilevät voimakkaasti tietyntyyppiset sumut., Kuitenkin, X-ray kaukoputket on sijoitettu Maan ilmakehän ulkopuolella nähdä tähtitieteellisiä X-säteet, koska suuri syvyys Maan ilmakehässä on läpinäkymätön röntgensäteilyä (kanssa areal tiheys 1000 g/cm2), mikä vastaa 10 metriä paksuus vettä. Tämä määrä riittää estämään lähes kaikki tähtitieteelliset röntgensäteet (ja myös tähtitieteelliset gammasäteet—katso alla).

gammasäteet

kovien röntgensäteiden jälkeen tulevat gammasäteet, jotka löysi Paul Ulrich Villard vuonna 1900., Nämä ovat energisimpiä fotoneja, joiden aallonpituudelle ei ole määritelty alarajaa. Tähtitieteessä ne ovat arvokkaita korkean energian kohteiden tai alueiden tutkimiseen, mutta kuten röntgensäteiden kohdalla, tämä voidaan tehdä vain maapallon ilmakehän ulkopuolisilla teleskoopeilla. Gammasäteilyä käytetään kokeellisesti fyysikot heidän läpitunkeva kykynsä ja tuotetaan useita radioisotooppien. Niitä käytetään sterilointiin tarkoitettujen elintarvikkeiden ja siementen säteilyttämiseen, ja lääketieteessä niitä käytetään toisinaan sädesyöpähoidossa., Yleisemmin gammasäteitä käytetään diagnostiseen kuvantamiseen ydinlääketieteessä, esimerkkinä PET-skannaukset. Gammasäteiden aallonpituus voidaan mitata suurella tarkkuudella Comptonin sironnan vaikutusten kautta.