fale radiowe
fale radiowe są emitowane i odbierane przez anteny, które składają się z przewodników, takich jak rezonatory prętów metalowych. W sztucznym generowaniu fal radiowych urządzenie elektroniczne zwane nadajnikiem generuje prąd elektryczny prądu przemiennego, który jest przykładany do anteny. Oscylujące elektrony w antenie generują oscylujące pola elektryczne i magnetyczne, które promieniują z dala od anteny jako fale radiowe., W odbiorze fal radiowych, oscylujące pola elektryczne i magnetyczne pary fal radiowych do elektronów w antenie, popychając je tam iz powrotem, tworząc prądy oscylacyjne, które są stosowane do odbiornika radiowego. Atmosfera ziemska jest głównie przezroczysta dla fal radiowych, z wyjątkiem warstw naładowanych cząstek w jonosferze, które mogą odzwierciedlać określone częstotliwości.,
fale radiowe są niezwykle szeroko stosowane do przesyłania informacji na odległość w systemach łączności radiowej, takich jak radiofonia, telewizja, Radiotelefony dwukierunkowe, telefony komórkowe, satelity komunikacyjne i Sieci bezprzewodowe. W systemie łączności radiowej prąd o częstotliwości radiowej jest modulowany za pomocą sygnału informacyjnego w nadajniku, zmieniając amplitudę, częstotliwość lub fazę, i przykładany do anteny., Fale radiowe przenoszą informacje w przestrzeni kosmicznej do odbiornika, gdzie są odbierane przez antenę i informacje pobierane przez demodulację w odbiorniku. Fale radiowe są również wykorzystywane do nawigacji w systemach takich jak Global Positioning System (GPS) i nawigacyjnych beacons, a lokalizowanie odległych obiektów w radiolokacji i radarze. Są one również wykorzystywane do zdalnego sterowania i do ogrzewania przemysłowego.,
wykorzystanie widma radiowego jest ściśle regulowane przez rządy, koordynowane przez organ o nazwie International Telecommunications Union (itu), który przydziela częstotliwości różnym użytkownikom do różnych zastosowań.
mikrofale
Wykres nieprzezroczystości atmosfery Ziemi na różne długości fal promieniowania elektromagnetycznego. Jest to nieprzezroczystość powierzchniowo-kosmiczna, atmosfera jest przezroczysta dla długich fal radiowych w troposferze, a nie nieprzezroczysta, jak pokazano na wykresie.,
mikrofale to fale radiowe o krótkiej długości fali, od około 10 centymetrów do jednego milimetra, w pasmach częstotliwości SHF i EHF. Energia mikrofalowa wytwarzana jest z lamp klystronowych i magnetronowych oraz z urządzeń półprzewodnikowych, takich jak diody Gunna i IMPATTA. Chociaż są one emitowane i absorbowane przez krótkie anteny, są one również absorbowane przez polarne cząsteczki, sprzęgające się z trybami wibracyjnymi i obrotowymi, powodując masowe nagrzewanie., W przeciwieństwie do fal o wyższej częstotliwości, takich jak podczerwień i światło, które są pochłaniane głównie na powierzchniach, mikrofale mogą przenikać do materiałów i deponować swoją energię pod powierzchnią. Efekt ten jest używany do podgrzewania żywności w kuchenkach mikrofalowych oraz do ogrzewania przemysłowego i diatermii medycznej. Mikrofale są głównymi długościami fal używanymi w radarach i są wykorzystywane do komunikacji satelitarnej oraz technologii sieci bezprzewodowych, takich jak Wi-Fi., Kable miedziane (linie przesyłowe), które są używane do przenoszenia fal radiowych o niższej częstotliwości do anten, mają nadmierne straty mocy na częstotliwościach mikrofalowych, a do ich przenoszenia stosuje się metalowe rury zwane falowodami. Chociaż na dolnym końcu pasma atmosfera jest głównie przezroczysta, na górnym końcu pasma absorpcja mikrofal przez gazy atmosferyczne ogranicza praktyczne odległości propagacji do kilku kilometrów.,
promieniowanie terahercowe lub submilimetrowe to obszar widma od około 100 GHz do 30 teraherców (THz) pomiędzy mikrofal i dalekiej podczerwieni, który można uznać za należący do obu pasm. Do niedawna zasięg był rzadko badany i niewiele źródeł energii mikrofalowej istniało w tzw. Luce terahercowej, ale obecnie pojawiają się zastosowania takie jak obrazowanie i komunikacja. Naukowcy chcą również zastosować technologię terahercową w Siłach Zbrojnych, gdzie fale o wysokiej częstotliwości mogą być skierowane na oddziały wroga w celu obezwładnienia ich sprzętu elektronicznego., Promieniowanie terahercowe jest silnie absorbowane przez gazy atmosferyczne, co czyni ten zakres częstotliwości bezużytecznym dla komunikacji na duże odległości.
promieniowanie podczerwone
podczerwona część widma elektromagnetycznego obejmuje zakres od około 300 GHz do 400 THz (1 mm – 750 nm). Można go podzielić na trzy części:
- dalekiej podczerwieni, od 300 GHz do 30 THz (1 mm-10 µm). Dolna część tego zakresu może być również nazywana mikrofalami lub falami terahercowymi., Promieniowanie to jest zazwyczaj absorbowane przez tak zwane tryby obrotowe w cząsteczkach fazy gazowej, przez ruchy cząsteczkowe w cieczach i przez fonony w ciałach stałych. Woda w ziemskiej atmosferze absorbuje się tak silnie w tym zakresie, że powoduje, że atmosfera w efekcie staje się nieprzezroczysta. Istnieją jednak pewne zakresy długości fal („okna”) w zakresie nieprzezroczystym, które umożliwiają częściową transmisję i mogą być używane w astronomii. Zakres długości fal od około 200 µm do kilku mm jest często określany jako Astronomia Submilimetrowa, rezerwując daleką podczerwień dla długości fal poniżej 200 µm.,
- średniej podczerwieni, od 30 do 120 THz(10-2, 5 µm). Gorące obiekty (promienniki ciała czarnego) mogą silnie promieniować w tym zakresie, a skóra ludzka w normalnej temperaturze ciała promieniuje silnie na dolnym końcu tego regionu. Promieniowanie to jest absorbowane przez wibracje molekularne, gdzie różne Atomy w cząsteczce wibrują wokół swoich pozycji równowagi. Zakres ten jest czasami nazywany regionem odcisków palców, ponieważ widmo absorpcji w średniej podczerwieni związku jest bardzo specyficzne dla tego związku.
- bliskiej podczerwieni, od 120 do 400 THz (2500-750 nm)., Procesy fizyczne, które są istotne dla tego zakresu, są podobne do tych dla światła widzialnego. Najwyższe częstotliwości w tym regionie mogą być wykrywane bezpośrednio przez niektóre rodzaje filmów fotograficznych oraz przez wiele typów półprzewodnikowych czujników Obrazu do fotografii w podczerwieni i wideografii.
światło widzialne
powyżej częstotliwości podczerwieni pojawia się światło widzialne., Słońce emituje swoją szczytową moc w obszarze widzialnym, chociaż integracja całego widma mocy emisyjnej przez wszystkie długości fal pokazuje, że Słońce emituje nieco więcej podczerwieni niż światło widzialne. Z definicji światło widzialne jest częścią widma EM, na którą ludzkie oko jest najbardziej wrażliwe. Światło widzialne (i światło bliskiej podczerwieni) jest zazwyczaj absorbowane i emitowane przez elektrony w cząsteczkach i atomach, które przemieszczają się z jednego poziomu energetycznego do drugiego. To działanie pozwala na mechanizmy chemiczne, które leżą u podstaw ludzkiego widzenia i fotosyntezy roślin., Światło, które pobudza ludzki układ wzrokowy, jest bardzo małą częścią widma elektromagnetycznego. Tęcza pokazuje optyczną (widzialną) część widma elektromagnetycznego; podczerwień (gdyby mogła być widziana) znajdowałaby się tuż za czerwoną stroną tęczy, a ultrafiolet pojawiałby się tuż za Fioletowym końcem.
promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali od 380 nm do 760 nm (400-790 teraherców) jest wykrywane przez ludzkie oko i postrzegane jako światło widzialne., Inne długości fal, zwłaszcza bliskiej podczerwieni (dłuższe niż 760 nm) i ultrafioletu (krótsze niż 380 nm) są również czasami określane jako światło, zwłaszcza gdy widoczność dla ludzi nie jest istotna. Światło białe jest kombinacją świateł o różnych długościach fal w widmie widzialnym. Przepuszczenie światła białego przez pryzmat dzieli je na kilka kolorów światła obserwowanych w widmie widzialnym między 400 nm A 780 nm.,
jeśli promieniowanie o częstotliwości w widocznym obszarze widma EM odbija się od obiektu, powiedzmy miski owoców, a następnie uderza w oczy, skutkuje to wzrokową percepcją sceny. System wzrokowy mózgu przetwarza mnogość odbitych częstotliwości w różne odcienie i odcienie, a dzięki temu niedostatecznie rozumianemu zjawisku psychofizycznemu większość ludzi postrzega miskę owoców.
na większości długości fal, jednak informacje przenoszone przez promieniowanie elektromagnetyczne nie są bezpośrednio wykrywane przez ludzkie zmysły., Naturalne źródła wytwarzają promieniowanie EM w całym spektrum, a technologia może również manipulować szerokim zakresem długości fal. Światłowód przepuszcza światło, które, choć niekoniecznie w widzialnej części widma (zwykle jest to Podczerwień), może przenosić informacje. Modulacja jest podobna do tej stosowanej w falach radiowych.
promieniowanie ultrafioletowe
ilość penetracji UV w stosunku do wysokości w ozonie Ziemi
Następna częstotliwość pochodzi ultrafioletowe (UV)., Długość fali promieniowania UV jest krótsza niż fioletowy koniec widma widzialnego, ale dłuższa niż promieniowanie rentgenowskie.
UV jest najdłuższym promieniowaniem o długości fali, którego fotony są wystarczająco energiczne, aby jonizować Atomy, oddzielając od nich elektrony, a tym samym powodując reakcje chemiczne. Promieniowanie UV o krótkiej długości fali i promieniowanie o krótszej długości fali nad nim (promienie rentgenowskie i gamma) nazywane są promieniowaniem jonizującym, a ekspozycja na nie może uszkodzić żywą tkankę, czyniąc je zagrożeniem dla zdrowia. UV może również powodować, że wiele substancji świeci światłem widzialnym; nazywa się to fluorescencją.,
w środkowym zakresie promieniowania UV promienie UV nie mogą jonizować, ale mogą łamać wiązania chemiczne, dzięki czemu cząsteczki są niezwykle reaktywne. Na przykład oparzenia słoneczne są spowodowane uciążliwym działaniem promieniowania UV o średnim zakresie na komórki skóry, które jest główną przyczyną raka skóry. Promienie UV w środkowym zakresie mogą nieodwracalnie uszkodzić złożone cząsteczki DNA w komórkach wytwarzających dimery tyminy, co czyni je bardzo silnym mutagenem.,
Słońce emituje znaczne promieniowanie UV (około 10% jego całkowitej mocy), w tym bardzo krótkie fale UV, które mogą potencjalnie zniszczyć większość życia na lądzie(woda oceaniczna zapewniłaby pewną ochronę życia). Jednak większość szkodliwych fal UV słońca jest pochłaniana przez atmosferę, zanim dotrą do powierzchni. Wyższe zakresy energii (Najkrótsza długość fali) UV (zwane „UV próżniowe”) są absorbowane przez azot, a przy dłuższych długościach fali przez prosty dwuatomowy tlen w powietrzu., Większość promieniowania UV w średnim zakresie energii jest blokowana przez warstwę ozonową, która silnie wchłania się w ważnym zakresie 200-315 nm, którego dolna część energetyczna jest zbyt długa, aby zwykły dioksygen w powietrzu mógł wchłonąć. Pozostawia to mniej niż 3% światła słonecznego na poziomie morza w promieniach UV, a cała reszta przy niższych energiach. Pozostała część to UV-a, wraz z niektórymi UV-B. najniższy zakres energii UV między 315 nm a światłem widzialnym (zwanym UV-a) nie jest dobrze blokowany przez atmosferę, ale nie powoduje oparzeń słonecznych i nie powoduje mniejszych uszkodzeń biologicznych., Nie jest jednak nieszkodliwy i tworzy rodniki tlenowe, mutacje i uszkodzenia skóry.
promienie rentgenowskie
po promieniach UV pojawiają się promienie rentgenowskie, które podobnie jak górne zakresy UV również jonizują. Jednak ze względu na ich wyższe Energie, promienie rentgenowskie mogą również oddziaływać z materią za pomocą efektu Comptona. Twarde promienie rentgenowskie mają krótsze długości fal niż miękkie promienie rentgenowskie, a ponieważ mogą przenikać przez wiele substancji o niewielkiej absorpcji, mogą być używane do „przejrzenia” obiektów o „grubości” mniejszej niż kilka metrów wody., Jednym z godnych uwagi zastosowań jest diagnostyczne obrazowanie rentgenowskie w medycynie (proces znany jako radiografia). Promienie rentgenowskie są przydatne jako sondy w fizyce wysokoenergetycznej. W astronomii dyski akrecyjne wokół gwiazd neutronowych i czarnych dziur emitują promieniowanie rentgenowskie, umożliwiając badania tych zjawisk. Promienie rentgenowskie są również emitowane przez koronę gwiazdową i są silnie emitowane przez niektóre typy mgławic., Jednak teleskopy rentgenowskie muszą być umieszczone poza ziemską atmosferą, aby zobaczyć astronomiczne promienie rentgenowskie, ponieważ duża głębokość atmosfery Ziemi jest nieprzezroczysta dla promieni rentgenowskich (o gęstości 1000 g/cm2), co odpowiada 10 metrowej grubości wody. Jest to ilość wystarczająca do zablokowania prawie wszystkich astronomicznych promieni rentgenowskich (a także astronomicznych promieni gamma-patrz niżej).
promienie Gamma
po twardych promieniach rentgenowskich pochodzą promienie gamma, które zostały odkryte przez Paula Ulricha Villarda w 1900 roku., Są to najbardziej energiczne fotony, nie posiadające określonej dolnej granicy długości fali. W astronomii są cenne do badania obiektów lub regionów o wysokiej energii, jednak tak jak w przypadku promieni rentgenowskich można to zrobić tylko za pomocą teleskopów znajdujących się poza ziemską atmosferą. Promienie Gamma są wykorzystywane eksperymentalnie przez fizyków dla ich zdolności penetracji i są produkowane przez wiele radioizotopów. Są one używane do napromieniowania żywności i nasion do sterylizacji, a w medycynie są sporadycznie stosowane w radioterapii raka., Częściej promienie gamma są wykorzystywane do diagnostyki obrazowej w medycynie nuklearnej, przykładem są skany PET. Długość fali promieniowania gamma może być mierzona z dużą dokładnością dzięki efektom rozpraszania Comptona.
Dodaj komentarz