Elektromagnetiske spekteret

radiobølger

radiobølger sendes og mottas av antenner, som består av ledere slik som metall stang resonatorer. I kunstig generasjon av radiobølger, til en elektronisk enhet som kalles en sender genererer en AC-strøm som brukes til en antenne. Oscillerende elektroner i antennen generere oscillerende elektriske og magnetiske felt som stråler bort fra antennen som radiobølger., I resepsjonen av radiobølger, oscillerende elektriske og magnetiske felt av en radio bølgen par til elektroner i en antenne, skyve dem frem og tilbake, og skaper oscillerende strømmer som er anvendt i en radiomottaker. Jordens atmosfære er hovedsakelig transparent for radiobølger, med unntak for lag av ladde partikler i ionosfæren som kan reflektere visse frekvenser.,

radiobølger er svært mye brukt til å overføre informasjon på tvers av avstander i radio communication systems, for eksempel radio kringkasting, fjernsyn, toveis radioer, mobiltelefoner, kommunikasjon satellitter, og trådløse nettverk. I en radio communication system, en radio frekvens gjeldende er modulert med en informasjon-lager-signal i en sender av varierende enten amplitude, frekvens-eller fase, og brukes til en antenne., Bølgene bærer informasjon på tvers av plass til en mottaker, hvor de er mottatt av en antenne og informasjonen som er hentet ut av demodulation i mottakeren. Radiobølger brukes også for navigering i systemer som GPS (Global Positioning System) og navigasjonsutstyr beacons, og finne objekter som er langt borte i radiolocation og radar. De er også brukt til fjernkontrollen, og for industriell oppvarming.,

bruk av radiofrekvenser er strengt regulert av myndighetene, koordinert av et organ kalt International Telecommunications Union (ITU) som tildeler frekvenser til forskjellige brukere, for ulike bruksområder.

Mikrobølgeovn

Mikrobølgeovn er radiobølger av kort bølgelengde, fra om lag 10 centimeter til én millimeter, i SHF og EHF frekvensbånd. Mikrobølgeovn energi er produsert med klystron og magnetron rør, og med solid state-enheter slik som Gunn og IMPATT dioder. Selv om de slippes ut og tas opp av korte antenner, de er også absorbert av polare molekyler, kopling til vibrasjons-og rotasjons-moduser, noe som resulterer i bulk oppvarming., I motsetning til høyere frekvens bølger som infrarød og lys som absorberes hovedsakelig på overflater, mikrobølgeovn kan trenge inn i materialet og sette sin energi under overflaten. Denne effekten brukes til å varme mat i mikrobølgeovner, og for industriell oppvarming og medisinsk diathermy. Mikrobølgeovn er den viktigste bølgelengder som brukes i radar, og er brukt for satellitt kommunikasjon, og trådløse nettverk teknologier som Wi-Fi., Kobber-kabler (transmission lines) som brukes til å bære lavere frekvens radiobølger til å antenner har overdreven makt tap ved mikrobølgeovn frekvenser, og metall rør kalt waveguides brukes til å bære dem. Men på den lave enden av bandet atmosfæren er hovedsakelig gjennomsiktig, i den øvre enden av bandet absorpsjon av mikrobølger av atmosfæriske gasser grenser praktisk forplantning avstander på noen få kilometer.,

Terahertz stråling eller sub-millimeter stråling er en region av spekteret, fra rundt 100 GHz til 30 terahertz (THz) mellom mikrobølgeovn og langt infrarød som kan regnes som å tilhøre enten band. Inntil nylig ble serien sjelden studert, og få kilder eksisterte for mikrobølgeovn energi i den såkalte terahertz gap, men programmer som imaging and communications vises nå. Forskere er også ute etter å søke terahertz-teknologi i forsvaret, hvor høyfrekvente bølger kan også være rettet mot fiendens tropper å uskadeliggjøre elektronisk utstyr., Terahertz stråling er sterkt absorbert av atmosfæriske gasser, noe som gjør dette frekvensområdet ubrukelig for lang avstand kommunikasjon.

Infrarød stråling

Den infrarøde delen av det elektromagnetiske spekteret dekker området fra ca 300 GHz til 400 THz (1 mm – 750 nm). Det kan deles inn i tre deler:

• Langt infrarød, fra 300 GHz til 30 THz (1 mm – 10 mikrometer). Den nedre delen av dette området kan også bli kalt mikrobølgeovn eller terahertz bølger., Denne strålingen er vanligvis absorberes av såkalte rotasjons-moduser i gass-fase molekyler, av molekylære bevegelser i væsker, og ved phonons i faste stoffer. Vannet i Jordens atmosfære absorberer så sterkt i dette området at det gjør atmosfæren i effekt ugjennomsiktig. Det er imidlertid visse bølgelengder områder («windows») i den ugjennomsiktige område som delvis tillate overføring, og kan brukes til astronomi. Bølgelengdeområdet fra ca 200 µm opp til et par mm er ofte referert til som Submillimetre astronomi, reservere langt infrarøde bølgelengder under 200 µm.,
• Mid-ir, fra 30 til 120 THz (10-2.5 mikrometer). Varme gjenstander (svart-kroppen radiatorer) kan utstråle sterkt i dette området, og menneskelige huden ved normal kroppstemperatur utstråler sterkt på den nedre enden av denne regionen. Denne strålingen blir absorbert av molekylære vibrasjoner, der de forskjellige atomene i et molekyl vibrerer rundt sin likevekt posisjoner. Dette området kalles noen ganger fingeravtrykk i regionen, siden midten av infrarød absorpsjon spekter av et stoff som er svært spesifikke til det sammensatte.
• Nær-infrarød, fra 120 til 400 THz (2,500–750 nm)., Fysiske prosesser som er relevante for dette området er lik de for synlig lys. De høyeste frekvensene i denne regionen kan påvises direkte ved noen typer av fotografisk film, og av mange typer solid state bildesensorer for infrarød fotografering og nyttige hint.

Synlig lys

Over infrarød i frekvens kommer synlig lys., Solen avgir sin peak effekt i det synlige området, selv om å integrere hele emission power spekteret gjennom alle bølgelengder viser at Sola sender ut litt mer infrarød enn synlig lys. Ved definisjon, synlig lys er den delen av EM-spekteret det menneskelige øyet er mest følsomme for. Synlig lys (og nær-infrarødt lys) er vanligvis absorberes og sendes ut fra atomer i molekyler og atomer som beveger seg fra en energi nivå til et annet. Denne handlingen kan kjemiske mekanismer som ligger til grunn for menneskelig visjon og plantenes fotosyntese., Lyset som interesserer det menneskelige synssystemet er en svært liten del av det elektromagnetiske spekteret. En regnbue viser optisk (synlige) som en del av det elektromagnetiske spektrum; infrarød (hvis det kunne bli sett) vil bli plassert like utenfor den røde siden av rainbow med ultrafiolett vises bare utover den fiolette slutten.

Elektromagnetisk stråling med en bølgelengde mellom 380 nm og 760 nm (400-790 terahertz) er oppdaget av det menneskelige øyet og oppfattes som synlig lys., Andre bølgelengder, spesielt nær infrarød (lenger enn 760 nm) og ultrafiolett (kortere enn 380 nm) er også noen ganger referert til som lys, spesielt når synlighet for mennesker er ikke relevant. Hvitt lys er en kombinasjon av lys med forskjellige bølgelengder i det synlige spekteret. Passerer hvitt lys gjennom et prisme deler den opp i flere farger av lys observert i det synlige spekteret mellom 400 nm og 780 nm.,

Hvis stråling har en frekvens i det synlige området av EM-spekteret reflekterer av et objekt, for eksempel en skål med frukt, og deretter treffer øynene, dette resulterer i visuell persepsjon av scenen. Hjernens visuelle system prosesser mangfoldet av reflektert frekvenser i ulike farger og nyanser, og gjennom dette ikke er tilstrekkelig forstått psykofysiske fenomen, de fleste mennesker oppfatter en skål med frukt.

I de fleste bølgelengder, men informasjonen som er gjennomført av elektromagnetisk stråling er ikke direkte oppdaget av menneskets sanser., Naturlige kilder produsere EM-stråling over hele spekteret, og teknologien kan også manipulere et bredt spekter av bølgelengder. Optisk fiber sender ut lys, men ikke nødvendigvis i den synlige delen av spekteret (det er vanligvis infrarød), kan bære informasjon. Modulasjonen er lik den som brukes med radiobølger.

Ultrafiolett stråling

Neste i frekvens kommer ultrafiolett (UV)., Bølgelengden av UV-stråler er kortere enn den fiolette slutten av det synlige spekteret, men lenger enn X-ray.

UV er den lengste bølgelengden stråling som fotoner er energisk nok til å ionize atomer, som skiller elektroner fra dem, og dermed forårsaker kjemiske reaksjoner. Kort bølgelengde UV og kortere bølgelengde stråling over det (røntgen og gammastråler) kalles ioniserende stråling og eksponering for dem kan skade levende vev, noe som gjør dem en helse-eller miljøfare. UV kan også føre til at mange stoffer til å gløde med synlig lys; dette kalles fluorescens.,

På midten spekter av UV, UV-stråler kan ikke ionize men kan bryte kjemiske bindinger, noe som gjør molekyler uvanlig reaktiv. Solbrenthet, for eksempel, er forårsaket av den nedbrytende virkninger av midtre området UV-stråling på hud celler, som er den viktigste årsak til hudkreft. UV-stråler i midtre området kan uopprettelig skade komplekse DNA-molekyler i celler som produserer innhold av tymin dimers noe som gjør det til et svært potent mutagen.,

Solen avgir betydelig UV-stråling (ca 10% av sin totale makt), inkludert svært kort bølgelengde UV-som potensielt kan ødelegge mest liv på landet (ocean vann ville gi noen beskyttelse for livet der). Imidlertid, de fleste av Solens skadelige UV-bølgelengdene blir absorbert av atmosfæren før de når overflaten. Jo høyere energi (kortest bølgelengde) som omfattes av UV (kalt «vakuum UV») er absorbert av nitrogen og på lengre bølgelengder, ved en enkel diatomic oksygen i luften., De fleste av UV i mid-range av energien er blokkert av ozonlaget, som suger til seg sterkt i viktige 200-315 nm, lavere energi del av noe som er for lang for ordinære dioxygen i luften for å absorbere. Dette etterlater mindre enn 3% av sollys på havet i UV, med alle av denne resten på de lavere energier. Resten er UV-EN, sammen med noen av UV-B. lavest mulig energi spekter av UV mellom 315 nm og synlig lys (kalt UV-A) ikke er blokkert godt av atmosfæren, men ikke forårsaker solbrenthet og gir mindre biologisk skade., Imidlertid, det er ikke ufarlig, og oppretter oksygen radikaler, mutasjoner og skade huden.

X-stråler

Etter UV komme X-stråler, som i likhet med de øvre lag av UV er også ioniserende. Imidlertid, på grunn av sin høyere energier, X-stråler kan også samhandle med saken ved hjelp av Compton-effekten. Vanskelig X-stråler har kortere bølgelengder enn myke X-stråler, og som de kan passere gjennom mange stoffer med liten absorpsjon, de kan brukes til å «se gjennom» objekter med ‘tykkelser’ mindre enn det som tilsvarer et par meter med vann., En viktig bruk av diagnostisk røntgen imaging in medicine (en prosess som er kjent som radiografi). X-stråler er nyttige som prober i høy-energi fysikk. I astronomi, den accretion disker rundt nøytron stjerner og sorte hull avgir X-stråler, noe som muliggjør studier av disse fenomenene. X-stråler er også slippes ut av stellar corona og er sterkt slippes ut av noen typer av stjernetåker., Imidlertid, X-ray teleskop, må være plassert utenfor Jordens atmosfære for å se astronomiske X-stråler, siden den store dybden av atmosfæren på Jorden er ugjennomsiktig for X-stråler (med områdetetthet på 1000 g/cm2), tilsvarende 10 meter tykkelse av vann. Dette er et beløp tilstrekkelig til å blokkere nesten alle astronomiske X-stråler (og også astronomiske gamma stråler—se nedenfor).

Gamma stråler

Etter hard X-stråler kommer gamma stråler, som ble oppdaget av Paul Ulrich Villard i 1900., Dette er den mest energirike fotoner, har ingen definert nedre grense for sin bølgelengde. I astronomi de er verdifulle for å studere høy-energi objekter eller områder, men som med X-stråler kan dette bare bli ferdig med teleskoper utenfor Jordens atmosfære. Gamma-stråler er brukt eksperimentelt av fysikere for sine penetrerende evne og er produsert av en rekke radioisotopes. De er brukt til bestråling av matvarer og frø for sterilisering, og i medisin de er noen ganger brukt stråling i kreftbehandling., Mer vanlig, gamma-stråler er brukt for diagnostiske bildebehandling i nukleærmedisin, et eksempel på dette er PET-skanner. Bølgelengden av gamma-stråler kan måles med stor nøyaktighet gjennom virkninger av Compton spredning.