Спектральный диапазон электромагнитных волн

Спектральный диапазон электромагнитных волн

Содержание

Длина волны — частота — энергия фотона [ править | править код ]

В качестве спектральной характеристики электромагнитного излучения используют следующие величины:

Энергия фотона, согласно квантовой механике, пропорциональна частоте: E = h ν <displaystyle E=h
u > , где h — постоянная Планка, Е — энергия, ν <displaystyle
u > — частота. Длина электромагнитной волны в вакууме обратно пропорциональна частоте и выражается через скорость света: ν λ = c <displaystyle
u ,lambda ,=,c> . Говоря о длине электромагнитных волн в среде, обычно подразумевают эквивалентную величину длины волны в вакууме, которая отличается на коэффициент преломления, поскольку частота волны при переходе из одной среды в другую сохраняется, а длина волны — изменяется.

В верхней части шкалы приводятся значения энергии (в электронвольтах). Частоты, указанные в нижней части шкалы, выражены в герцах, а также в кратных единицах: кГц = 1000 Гц, МГц = 1000 кГц = 1000000 Гц, ГГц = 1000 МГц = 10 9 Гц, ТГц = 1000 ГГц = 10 12 Гц.

Шкала частот (длин волн, энергий) является непрерывной, но традиционно разбита на ряд диапазонов. Соседние диапазоны могут немного перекрываться.

Основные электромагнитные диапазоны [ править | править код ]

γ-излучение [ править | править код ]

Гамма-лучи имеют энергию выше 124 000 эВ и длину волны меньше 0,01 нм = 0,1 Å.

Прозрачность вещества для гамма-лучей, в отличие от видимого света, зависит не от химической формы и агрегатного состояния вещества, а в основном от заряда ядер, входящих в состав вещества, и от энергии гамма-квантов. Поэтому поглощающую способность слоя вещества для гамма-квантов в первом приближении можно охарактеризовать его поверхностной плотностью (в г/см²). Длительное время считалось, что создание зеркал и линз для γ-лучей невозможно, однако, согласно последним исследованиям в данной области, преломление γ-лучей возможно. Это открытие, возможно, означает создание нового раздела оптики — γ-оптики [1] [2] [3] [4] .

Резкой нижней границы для гамма-излучения не существует, однако обычно считается, что гамма-кванты излучаются ядром, а рентгеновские кванты — электронной оболочкой атома (это лишь терминологическое различие, не затрагивающее физических свойств излучения).

Рентгеновское излучение [ править | править код ]

  • от 0,1 нм = 1 Å (12 400 эВ) до 0,01 нм = 0,1 Å (124 000 эВ) — жёсткое рентгеновское излучение. Источники: некоторые ядерные реакции, электронно-лучевые трубки.
  • от 10 нм (124 эВ) до 0,1 нм = 1 Å (12 400 эВ) — мягкое рентгеновское излучение. Источники: электронно-лучевые трубки, тепловое излучение плазмы.

Рентгеновские кванты излучаются в основном при переходах электронов в электронной оболочке тяжёлых атомов на низколежащие орбиты. Вакансии на низколежащих орбитах создаются обычно электронным ударом. Рентгеновское излучение, созданное таким образом, имеет линейчатый спектр с частотами, характерными для данного атома (см. характеристическое излучение); это позволяет, в частности, исследовать состав веществ (рентгено-флюоресцентный анализ). Тепловое, тормозное и синхротронное рентгеновское излучение имеет непрерывный спектр.

Читайте также:  Как выглядит пьющая женщина

В рентгеновских лучах наблюдается дифракция на кристаллических решётках, поскольку длины электромагнитных волн на этих частотах близки к периодам кристаллических решёток. На этом основан метод рентгено-дифракционного анализа.

Ультрафиолетовое излучение [ править | править код ]

Диапазон: От 400 нм (3,10 эВ) до 10 нм (124 эВ)

Наименование Аббревиатура Длина волны в нанометрах Количество энергии на фотон
Ближний NUV 400 — 300 3,10 — 4,13 эВ
Средний MUV 300 — 200 4,13 — 6,20 эВ
Дальний FUV 200 — 122 6,20 — 10,2 эВ
Экстремальный EUV, XUV 121 — 10 10,2 — 124 эВ
Вакуумный VUV 200 — 10 6,20 — 124 эВ
Ультрафиолет А, длинноволновой диапазон, Чёрный свет UVA 400 — 315 3,10 — 3,94 эВ
Ультрафиолет B (средний диапазон) UVB 315 — 280 3,94 — 4,43 эВ
Ультрафиолет С, коротковолновой, гермицидный диапазон UVC 280 — 100 4,43 — 12,4 эВ

Оптическое излучение [ править | править код ]

Излучение оптического диапазона (видимый свет и ближнее инфракрасное излучение [ источник не указан 1169 дней ] ) свободно проходит сквозь атмосферу, может быть легко отражено и преломлено в оптических системах. Источники: тепловое излучение (в том числе Солнца), флюоресценция, химические реакции, светодиоды.

Цвета видимого излучения, соответствующие монохроматическому излучению, называются спектральными. Спектр и спектральные цвета можно увидеть при прохождении узкого светового луча через призму или какую-либо другую преломляющую среду. Традиционно, видимый спектр делится, в свою очередь, на диапазоны цветов:

Цвет Диапазон длин волн, нм Диапазон частот, ТГц Диапазон энергии фотонов, эВ
Фиолетовый 380—440 790—680 2,82—3,26
Синий 440—485 680—620 2,56—2,82
Голубой 485—500 620—600 2,48—2,56
Зелёный 500—565 600—530 2,19—2,48
Жёлтый 565—590 530—510 2,10—2,19
Оранжевый 590—625 510—480 1,98—2,10
Красный 625—740 480—405 1,68—1,98

Ближнее инфракрасное излучение занимает диапазон от 207 ТГц (0,857 эВ) до 405 ТГц (1,68 эВ). Верхняя граница определяется способностью человеческого глаза к восприятию красного цвета, различной у разных людей. Как правило, прозрачность в ближнем инфракрасном излучении соответствует прозрачности в видимом свете.

Инфракрасное излучение [ править | править код ]

Инфракрасное излучение расположено между видимым светом и терагерцовым излучением. Диапазон: от 2000 мкм (150 ГГц) до 740 нм (405 ТГц).

Электромагнитное терагерцовое излучение [ править | править код ]

Терагерцовое излучение Терагерцовое (субмиллиметровое) излучение расположено между инфракрасным излучением и микроволнами, в диапазоне от 1 мм (300 ГГц) до 0,1 мм (3 ТГц).

Электромагнитные микро- и радиоволны [ править | править код ]

Для электромагнитных волн с частотой ниже 300 ГГц существуют достаточно монохроматичные источники, излучение которых пригодно для амплитудной и частотной модуляции. Поэтому распределение частот в этой области всегда имеет в виду задачи передачи сигналов.

  • от 30 ГГц до 300 ГГц — микроволны.
  • от 3 ГГц до 30 ГГц — сантиметровые волны (СВЧ).
  • от 300 МГц до 3 ГГц — дециметровые волны.
  • от 30 МГц до 300 МГц — метровые волны.
  • от 3 МГц до 30 МГц — короткие волны.
  • от 300 кГц до 3 МГц — средние волны.
  • от 30 кГц до 300 кГц — длинные волны.
  • от 3 кГц до 30 кГц — сверхдлинные (мириаметровые) волны.
Читайте также:  Препараты для лечения описторхоза у взрослых

В отличие от оптического диапазона, исследование спектра в радиодиапазоне проводится не физическим разделением волн, а методами обработки сигналов. [ источник не указан 3043 дня ]

Спектр электромагнитных волн – это весь диапазон частот или длин вол электромагнитного поля, которое существует в природе. Этот спектр достаточно широк, поэтому его, для удобства классификации и работы с ним, разделяют на несколько диапазонов.

Все диапазоны электромагнитных вол по мере возрастания их частоты или длины волны располагают на так называемой «шкале электромагнитных волн». На этой шкале размещены (в порядке возрастания частоты) следующие диапазоны:

  1. Низкочастотные электромагнитные волны (от нескольких Гц до 100 кГц).
  2. Радиоволны (от 100 кГц до 300 ГГц).
  3. Инфракрасное излучение (от 300 ГГц до 400 тыс. ГГц).
  4. Видимый свет (от 400 до 800 тыс. ГГц).
  5. Ультрафиолетовое излучение (от 800 тыс. ГГц до 30 млн. ГГц).
  6. Рентгеновское излучение.
  7. Гамма излучение.

Рассмотрим более подробно каждый из этих диапазонов.

Низкочастотные электромагнитные волны – это самый низкий диапазон спектра. Именно в этом диапазоне работает большинство электронных приборов. Дело в том, что с низкочастотным диапазоном легче всего работать и им легче всего управлять.

Радиоволны идут следующим диапазоном в спектре. Как мы знаем, с помощью радиоволн работают практически все беспроводные системы и устройства для передачи информации. В свою очередь радиоволны разделяются на несколько поддиапазонов: длинные, средние, короткие, ультракороткие и сверхвысокочастотные (СВЧ).

Инфракрасное излучение, видимый свет и ультрафиолетовое излучение входят в так называемый «оптический диапазон» или оптический спектр. Этот диапазон находится в промежутке частот между 3·10 11 до 3·10 16 Гц. Оптический спектр также широко используется в системах передачи информации, но кроме этого еще и в системах отображения визуальной информации: дисплеях, мониторах, информационных табло и т.д.

Рентгеновское излучение возникает в результате различных процессов, возникающих в электронной оболочке атомов различных веществ. Например, при резком торможении быстрых заряженных частиц: электронов, протонов и других. Используется в основном в медицине.

Гамма излучение, также как и рентгеновское генерируется внутри ядер, правда не в результате торможения частиц, а в процессе реакции их деления. Используется, а точнее является следствием использования радиоактивных материалов в энергетике.

Читайте также:  Волдыри на половом члене

Упорядоченная совокупность длин волн либо частот лучистой энергии образует спектр, приведенный на рис. 1.7.

Спектр лучистой энергии условно поделен на диапазоны, называемые по виду излучений. Спектральный диапазон — часть спектра электромагнитных колебаний, обладающих сходными физическими свойствами.

Инфракрасная область оптического диапазона электромагнитных волн была открыта в 1800 г. У. Гершелем (1738—1822, Англия) при исследовании распределения энергии в спектре солнечного излучения. Инфракрасный диапазон волн расположен между видимым и радиочастотным диапазонами и занимает область от 0,75 до 750 мкм. В 1801 г. И. Риттером (1776—1810, Германия) были открыты ультрафиолетовые лучи. Почти столетие спустя, в 1895 г. В. К. Рёнтген (1845—1923, Германия) открыл неизвестное ранее излучение, назвав его Х-лучами, однако благодарные потомки присвоили им название рентгеновских лучей.

В справочной литературе спектры в диапазоне 200—400 и 760— 1000 нм (иначе, 2000—4000 и 7600—10000 А), т.е. для ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов, приводятся в волновых числах.

Рис. 1.7. Спектр электромагнитных колебаний

В увеличенном масштабе диапазон видимых излучений представлен на рис. I приложения 1.

Границы диапазонов электромагнитного излучения (по Джадду и Вышецки, с. 47)

Длины волн диапазона, м

2,998-10 8 —1,5-10 7

20 кГц — 100 кГц

100 кГц — 30 ГГц

5. Высокочастотное излучение

6. Инфракрасное излучение

7. Видимое излучение

8. Ультрафиолетовое излучение

9. Рентгеновское излучение и космические лучи

В спектроскопии выделяют, кроме указанных в табл. 1.1, следующие диапазоны спектра [1] :

  • 1) вакуумную ультрафиолетовую область — 10—190 нм;
  • 2) УВИ-область [2] — 0,19—2,5 мкм;
  • 3) ближнюю инфракрасную область — 0,76—2,5 мкм;
  • 4) среднюю инфракрасную область — 2,5—40 мкм;
  • 5) дальнюю инфракрасную область — 40—1000 мкм.

Диапазон видимых излучений можно разделить на поддиапазоны, соответствующие определенным цветам. Это деление условное. В различных литературных источниках указываются разные границы поддиапазонов (табл. 1.2). Некоторые авторы выделяют к тому же поддиапазон желто-зеленых цветов.

Естественно, не все наблюдатели одинаково воспринимают не только границы цветовых поддиапазонов, но и границы диапазона видимого излучения в целом. Свойство восприятия границ диапазонов зависит от свойств наблюдателя, поэтому следует считать границы диапазона видимого излучения, а также границы поддиапазонов цветов усредненными характеристиками для большинства наблюдателей. Иначе говоря, ощущение цвета наблюдателем — характеристика субъективная, поэтому разные авторы расходятся во мнении о границах диапазонов излучений.

Это позволяет сделать вывод о том, что при производстве экспертных исследований и, прежде всего, при разработке экспертных методов и методик в тех случаях, когда речь идет о цвете, границах цветовых диапазонов, необходимо стремиться указывать объективную характеристику — длину волны излучения.

Границы диапазонов видимого излучения (по разным источникам)

Ссылка на основную публикацию
Сколько проходят прыщи
Третью неделю уже лечу угревую сыпь по всему лицу и шее, а никак не проходит. Похожа на акне, потому что...
Симптомы аппендицита у детей 12 лет
Боль в животе, слабость, повышение температуры тела могут быть симптомами как отравления, так и аппендицита. В последнем случае важно действовать...
Симптомы артроза голеностопного сустава
Артроз голеностопного сустава – это хроническая патология хряща сочленения, которая развивается постепенно. При этом ткани становятся тонкими, разрушаются. Если вовремя...
Сколько раз можно делать рентген детям
7 минут Автор: Любовь Добрецова 24637 Диагностические исследования, функциональной основой которых является рентгенологическое излучение, смело можно назвать наиболее распространенными методиками,...
Adblock detector