radiogolven
radiogolven worden uitgezonden en ontvangen door antennes, die bestaan uit geleiders zoals metalen staafresonatoren. Bij de kunstmatige opwekking van radiogolven genereert een elektronisch apparaat, een zender genaamd, een AC – elektrische stroom die wordt toegepast op een antenne. De oscillerende elektronen in de antenne genereren oscillerende elektrische en magnetische velden die als radiogolven van de antenne wegstralen., Bij de ontvangst van radiogolven koppelen de oscillerende elektrische en magnetische velden van een radiogolf aan de elektronen in een antenne, die ze heen en weer duwen, waardoor oscillerende stromen ontstaan die worden toegepast op een radio-ontvanger. De atmosfeer van de aarde is voornamelijk transparant voor radiogolven, behalve voor lagen geladen deeltjes in de ionosfeer die bepaalde frequenties kunnen reflecteren.,
radiogolven worden op grote schaal gebruikt om informatie over afstanden door te geven in radiocommunicatiesystemen zoals radio-omroep, televisie, tweerichtingsradio ‘ s, mobiele telefoons, communicatiesatellieten en draadloze netwerken. In een radiocommunicatiesysteem wordt een radiofrequentiestroom gemoduleerd met een informatiedragend signaal in een zender door de amplitude, frequentie of fase te variëren, en toegepast op een antenne., De radiogolven dragen de informatie door de ruimte naar een ontvanger, waar ze worden ontvangen door een antenne en de informatie die wordt onttrokken door demodulatie in de ontvanger. Radiogolven worden ook gebruikt voor navigatie in systemen zoals Global Positioning System (GPS) en navigatiebakens, en het lokaliseren van verre objecten in radiolocatie en radar. Ze worden ook gebruikt voor afstandsbediening en voor industriële verwarming.,
het gebruik van het radiospectrum wordt strikt gereguleerd door regeringen, gecoördineerd door een instantie genaamd de Internationale Telecommunicatie-Unie (ITU) die frequenties toewijst aan verschillende gebruikers voor verschillende toepassingen.
microgolven
Plot of Earth ‘ s atmospheric opacity to various golflengtes of electromagnetic radiation. Dit is de oppervlakte-naar-ruimte opaciteit, de atmosfeer is transparant voor lange golf radio uitzendingen binnen de troposfeer, niet ondoorzichtig zoals op de kaart.,
microgolven zijn radiogolven met een korte golflengte, van ongeveer 10 centimeter tot een millimeter, in de SHF-en EHF-frequentiebanden. Magnetron energie wordt geproduceerd met klystron en magnetron buizen, en met solid state apparaten zoals Gunn en IMPATT diodes. Hoewel ze worden uitgezonden en geabsorbeerd door korte antennes, worden ze ook geabsorbeerd door polaire moleculen, koppeling aan trillings-en rotatiemodi, wat resulteert in bulk verwarming., In tegenstelling tot hogere frequentiegolven zoals infrarood en licht die voornamelijk aan oppervlakken worden geabsorbeerd, kunnen microgolven in materialen doordringen en hun energie onder het oppervlak afzetten. Dit effect wordt gebruikt om voedsel te verwarmen in magnetrons, en voor industriële verwarming en medische diathermie. Microgolven zijn de belangrijkste golflengten die worden gebruikt in radar, en worden gebruikt voor satellietcommunicatie, en draadloze netwerktechnologieën zoals Wi-Fi., De koperen kabels (transmissielijnen) die worden gebruikt om radiogolven met een lagere frequentie naar antennes te dragen, hebben overmatige vermogensverliezen bij microgolffrequenties, en metalen buizen die golfgeleiders worden genoemd, worden gebruikt om ze te dragen. Hoewel aan het lage uiteinde van de band de atmosfeer voornamelijk transparant is, beperkt de absorptie van microgolven door atmosferische gassen de praktische voortplantingsafstanden tot enkele kilometers.,
Terahertzstraling of sub-millimeter straling is een gebied van het spectrum van ongeveer 100 GHz tot 30 terahertz (THz) tussen microgolven en ver-infrarood dat kan worden beschouwd als behorend tot beide banden. Tot voor kort werd het bereik zelden bestudeerd en bestonden er weinig bronnen voor microgolfenergie in de zogenaamde terahertz gap, maar toepassingen zoals beeldvorming en communicatie verschijnen nu. Wetenschappers zijn ook op zoek naar het toepassen van terahertz technologie in de strijdkrachten, waar hoogfrequente golven kunnen worden gericht op vijandelijke troepen om hun elektronische apparatuur uit te schakelen., Terahertzstraling wordt sterk geabsorbeerd door atmosferische gassen, waardoor dit frequentiebereik nutteloos is voor communicatie over lange afstand.
infrarode straling
Het infrarode deel van het elektromagnetische spectrum bestrijkt het gebied van ongeveer 300 GHz tot 400 THz (1 mm – 750 nm). Het kan in drie delen worden verdeeld:
- Ver-Infrarood, van 300 GHz tot 30 THz (1 mm – 10 µm). Het onderste deel van dit bereik kan ook microgolven of terahertzgolven worden genoemd., Deze straling wordt meestal geabsorbeerd door zogenaamde rotatiemodi in gasfasemoleculen, door moleculaire bewegingen in vloeistoffen en door fononen in vaste stoffen. Het water in de atmosfeer van de aarde absorbeert zo sterk in dit bereik dat het de atmosfeer in feite ondoorzichtig maakt. Er zijn echter bepaalde golflengtebereiken (“vensters”) binnen het ondoorzichtige bereik die gedeeltelijke transmissie mogelijk maken, en kunnen worden gebruikt voor astronomie. Het golflengtebereik van ongeveer 200 µm tot een paar mm wordt vaak aangeduid als submillimeter astronomie, waarbij ver infrarood wordt gereserveerd voor golflengten onder 200 µm.,
- midden-infrarood, van 30 tot 120 THz (10-2, 5 µm). Hete objecten (zwart-lichaam radiatoren) kunnen sterk uitstralen in dit bereik, en menselijke huid bij normale lichaamstemperatuur straalt sterk aan de onderkant van dit gebied. Deze straling wordt geabsorbeerd door moleculaire trillingen, waar de verschillende atomen in een molecuul trillen rond hun evenwichtspositie. Dit bereik wordt soms het gebied van de vingerafdruk genoemd, aangezien het midden-infrarode absorptiespectrum van een verbinding zeer specifiek voor die verbinding is.
- nabij-infrarood, van 120 tot 400 THz (2.500–750 nm)., Fysische processen die relevant zijn voor dit bereik zijn vergelijkbaar met die voor zichtbaar licht. De hoogste frequenties in dit gebied kunnen direct worden gedetecteerd door sommige soorten fotografische film, en door vele soorten solid state beeldsensoren voor infraroodfotografie en videografie.
zichtbaar licht
boven infrarood in frequentie komt zichtbaar licht., De zon straalt zijn piekvermogen uit in het zichtbare gebied, hoewel de integratie van het volledige emissiespectrum door alle golflengten laat zien dat de zon iets meer infrarood dan zichtbaar licht uitzendt. Zichtbaar licht is per definitie het deel van het EM-spectrum waar het menselijk oog het meest gevoelig voor is. Zichtbaar licht (en nabij-infrarood licht) wordt meestal geabsorbeerd en uitgezonden door elektronen in moleculen en atomen die zich van het ene energieniveau naar het andere verplaatsen. Deze actie maakt de chemische mechanismen mogelijk die ten grondslag liggen aan het menselijk zicht en de fotosynthese van planten., Het licht dat het menselijke visuele systeem prikkelt is een zeer klein deel van het elektromagnetische spectrum. Een regenboog toont het optische (zichtbare) deel van het elektromagnetische spectrum; infrarood (als het gezien kon worden) zou zich net voorbij de rode zijde van de regenboog bevinden met ultraviolet dat net voorbij het violette uiteinde verschijnt.
elektromagnetische straling met een golflengte tussen 380 nm en 760 nm (400-790 terahertz) wordt gedetecteerd door het menselijk oog en waargenomen als zichtbaar licht., Andere golflengten, vooral nabij-infrarood (langer dan 760 nm) en ultraviolet (korter dan 380 nm) worden ook wel licht genoemd, vooral wanneer de zichtbaarheid voor mensen niet relevant is. Wit licht is een combinatie van lichten van verschillende golflengten in het zichtbare spectrum. Het passeren van wit licht door een prisma splitst het in de verschillende kleuren van licht waargenomen in het zichtbare spectrum tussen 400 nm en 780 nm.,
als straling met een frequentie in het zichtbare gebied van het EM-spectrum weerkaatst op een object, bijvoorbeeld een kom fruit, en vervolgens de ogen treft, resulteert dit in visuele waarneming van de scène. Het visuele systeem van de hersenen verwerkt de veelheid aan gereflecteerde frequenties in verschillende tinten en tinten, en door dit psychofysisch fenomeen dat onvoldoende wordt begrepen, nemen de meeste mensen een schaal fruit waar.
bij de meeste golflengten wordt de informatie die door elektromagnetische straling wordt overgedragen echter niet direct gedetecteerd door de menselijke zintuigen., Natuurlijke bronnen produceren EM-straling over het hele spectrum, en technologie kan ook een breed scala van golflengten manipuleren. Optische vezel zendt licht dat, hoewel niet noodzakelijk in het zichtbare deel van het spectrum (het is meestal infrarood), informatie kan dragen. De modulatie is vergelijkbaar met die van radiogolven.
ultraviolette straling
de hoeveelheid penetratie van UV ten opzichte van de hoogte in Ozon van de aarde
De volgende frequentie komt ultraviolet (UV)., De golflengte van UV-stralen is korter dan het violette uiteinde van het zichtbare spectrum, maar langer dan de Röntgenstraal.
UV is de langste golflengtestraling waarvan de fotonen voldoende energiek zijn om atomen te ioniseren, elektronen ervan te scheiden en zo chemische reacties te veroorzaken. Korte golflengte UV en de kortere golflengtestraling erboven (X-stralen en gammastralen) worden ioniserende straling genoemd, en blootstelling aan hen kan het levende weefsel beschadigen, waardoor ze een gezondheidsrisico vormen. UV kan ook veel stoffen doen gloeien met zichtbaar licht; Dit wordt fluorescentie genoemd.,
bij het middelste bereik van UV kunnen UV-stralen niet ioniseren, maar kunnen ze chemische bindingen breken, waardoor moleculen ongewoon reactief worden. Zonnebrand, bijvoorbeeld, wordt veroorzaakt door de verstorende effecten van middle range UV-straling op huidcellen, die de belangrijkste oorzaak van huidkanker is. UV-stralen in het middenbereik kunnen onherstelbaar schade toebrengen aan de complexe DNA-moleculen in de cellen die thymine dimeren produceren, waardoor het een zeer krachtig mutageen is.,
De Zon zendt significante UV-straling uit (ongeveer 10% van haar totale vermogen), inclusief extreem korte golflengte UV die mogelijk het meeste leven op land zou kunnen vernietigen (oceaanwater zou enige bescherming bieden voor leven op het land). Echter, de meeste schadelijke UV-golflengten van de zon worden geabsorbeerd door de atmosfeer voordat ze het oppervlak bereiken. De hogere energie (Kortste golflengte) bereiken van UV (genoemd “vacuüm UV”) worden geabsorbeerd door stikstof en, bij langere golflengten, door eenvoudige diatomaire zuurstof in de lucht., Het grootste deel van de UV in het middenbereik van energie wordt geblokkeerd door de ozonlaag, die sterk absorbeert in het belangrijke 200-315 nm bereik, waarvan het lagere energiegedeelte te lang is voor gewone dioxygen in de lucht om te absorberen. Dit laat minder dan 3% van het zonlicht op zeeniveau in UV, met al deze rest op de lagere energieën. De rest is UV-A, samen met wat UV-B. Het laagste energiebereik van UV tussen 315 nm en zichtbaar licht (UV-A genoemd) wordt niet goed geblokkeerd door de atmosfeer, maar veroorzaakt geen zonnebrand en doet minder biologische schade., Het is echter niet onschadelijk en creëert zuurstofradicalen, mutaties en huidschade.
X-stralen
na UV komen X-stralen, die, net als de bovenste UV-bereiken, ook ioniserende zijn. Door hun hogere energieën kunnen röntgenstralen echter ook met materie interageren door middel van het Compton-effect. Harde röntgenstralen hebben kortere golflengten dan zachte röntgenstralen en omdat ze door veel stoffen kunnen gaan met weinig absorptie, kunnen ze worden gebruikt om ‘door te kijken’ door objecten met ‘diktes’ die minder zijn dan het equivalent van een paar meter water., Een opmerkelijk gebruik is diagnostische röntgenweergave in geneeskunde (een proces dat als radiografie wordt bekend). Röntgenstralen zijn nuttig als sondes in de hoge-energetische fysica. In de astronomie zenden de accretieschijven rond neutronensterren en zwarte gaten röntgenstralen uit, waardoor studies van deze verschijnselen mogelijk worden. X-stralen worden ook uitgezonden door stellaire corona en worden sterk uitgezonden door sommige soorten nevels., Röntgentelescopen moeten echter buiten de atmosfeer van de aarde worden geplaatst om astronomische röntgenstralen te zien, aangezien de grote diepte van de atmosfeer van de aarde ondoorzichtig is voor röntgenstralen (met een oppervlaktedichtheid van 1000 g/cm2), gelijk aan 10 meter dikte van water. Dit is voldoende om bijna alle astronomische röntgenstralen (en ook astronomische gammastralen-zie hieronder) te blokkeren.
gammastralen
na harde röntgenstralen komen gammastralen, die in 1900 door Paul Ulrich Villard werden ontdekt., Dit zijn de meest energetische fotonen, die geen bepaalde ondergrens aan hun golflengte hebben. In de astronomie zijn ze waardevol voor het bestuderen van hoog-energetische objecten of gebieden, maar net als bij röntgenstralen kan dit alleen met telescopen buiten de atmosfeer van de aarde. Gammastralen worden experimenteel gebruikt door natuurkundigen voor hun penetrerende vermogen en worden geproduceerd door een aantal radio-isotopen. Ze worden gebruikt voor bestraling van voedsel en zaden voor sterilisatie, en in de geneeskunde worden ze af en toe gebruikt in bestraling kankertherapie., Meer in het algemeen, worden gammastralen gebruikt voor kenmerkende weergave in nucleaire geneeskunde, een voorbeeld die PET-aftasten zijn. De golflengte van gammastralen kan met hoge nauwkeurigheid worden gemeten door de gevolgen van Compton-verstrooiing.
Geef een reactie