SÄHKÖMAGNEETTINEN SPEKTRI: OMINAISUUDET, KAISTAT, SOVELLUKSET - FYYSINEN - 2025

Sähkömagneettisen spektrin koostuu määräsi järjestelyn kaikkien aallonpituuksien sähkömagneettisen säteilyn, joka olettaa mikä tahansa positiivinen arvo, ilman mitään rajoituksia. Se on jaettu 7 osaan, mukaan lukien näkyvä valo.

Tunnemme näkyvän valon taajuudet, kun näemme sateenkaaren, jossa jokainen väri vastaa eri aallonpituutta: punainen on pisin ja violetti lyhyin.

Sähkömagneettinen spektri. Huomaa, että taajuus (ja yhdessä sen kanssa energia) kasvaa vasemmalta oikealle tässä kaaviossa. André Oliva / Julkinen verkkotunnus

Näkyvän valon alue vie vain hyvin lyhyen alueen spektristä. Muita alueita, joita emme näe, ovat radioaallot, mikroaallot, infrapuna, ultravioletti, röntgensäteet ja gammasäteet.

Alueita ei löydetty samaan aikaan, mutta eri aikoina. Esimerkiksi James Clerk Maxwell ennusti radionaaltojen olemassaolon vuonna 1867 ja vuosia myöhemmin, vuonna 1887, Heinrich Hertz tuotti ne ensimmäistä kertaa laboratoriossa, minkä vuoksi niitä kutsutaan Hertzian aaltoiksi.

Kaikki kykenevät olemaan vuorovaikutuksessa aineen kanssa, mutta eri tavoin, riippuen kuljettamastaan ​​energiasta. Toisaalta, sähkömagneettisen spektrin eri alueita ei ole määritelty tarkasti, koska rajat ovat itse asiassa epäselviä.

bändit

Sähkömagneettisen spektrin kaistat. Tatuutti ja Phrood / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Rajat sähkömagneettisen spektrin eri alueiden välillä ovat melko epäselviä. Nämä eivät ole luonnollisia jakautumisia, itse asiassa spektri on jatkumo.

Erottelu kaistoiksi tai vyöhykkeiksi palvelee kuitenkin spektrin mukaista karakterisointia ominaisuuksiensa mukaan. Aloitamme kuvauksemme radioaalloilla, joiden aallonpituudet ovat pidempiä.

Radioaallot

Pienimpien taajuuksien alue on noin 10 ⁴ Hz, mikä puolestaan ​​vastaa pisimpiä aallonpituuksia, tyypillisesti rakennuksen kokoa. AM, FM ja kansalaisten kaistaradio käyttävät aaltoja tällä alueella, samoin kuin VHF- ja UHF-televisiolähetyksiä.

Viestintätarkoituksiin radioaaltoja käytettiin ensimmäistä kertaa noin vuonna 1890, kun Guglielmo Marconi keksi radion.

Koska radioaaltojen taajuus on alhaisempi, niillä ei ole ionisoivia vaikutuksia aineeseen. Tämä tarkoittaa, että radioaalloilla ei ole tarpeeksi energiaa elektronien poistamiseksi molekyyleistä, mutta ne nostavat esineiden lämpötilaa nostamalla molekyylien värähtelyä.

Mikroaaltouuni

Mikroaaltojen aallonpituus on luokkaa senttimetrejä, ja Heinrich Hertz havaitsi ne myös ensin.

Heillä on tarpeeksi energiaa lämmittää ruokaa, joka sisältää enemmän tai vähemmän vettä. Vesi on polaarinen molekyyli, mikä tarkoittaa, että vaikka se on sähköisesti neutraali, negatiiviset ja positiiviset varaukset ovat hiukan toisistaan ​​erillään, muodostaen sähköisen dipolin.

Kun mikroaallot, jotka ovat sähkömagneettisia kenttiä, lyövät dipolin, ne tuottavat vääntömomentteja, jotka saavat ne kiertymään kohdistamaan ne kentän kanssa. Liike muuttuu energiaksi, joka leviää ruoan läpi ja kuumentaa sitä.

Infrapuna

William Herschel löysi tämän osan sähkömagneettisesta spektristä 1800-luvun alkupuolella, ja sen taajuus on matalampi kuin näkyvä valo, mutta korkeampi kuin mikroaallot.

Infrapunaspektrin (alapuolella punainen) aallonpituus on verrattavissa neulan kärkeen, joten se on energinen säteilyä enemmän kuin mikroaallot.

Suuri osa auringon säteilystä tulee näillä taajuuksilla. Mikä tahansa esine lähettää tietyn määrän infrapunasäteilyä, etenkin jos ne ovat kuumia, kuten keittiön polttimet ja lämminveriset eläimet. Se on ihmisille näkymätön, mutta jotkut saalistajat erottavat infrapunasäteilynsä saalistaan, mikä antaa heille etua metsästyksessä.

näkyvä

Se on osa spektriä, jonka voimme havaita silmillämme, välillä 400 - 700 nanometriä (1 nanometri, lyhennetty nm on 1 × 10 ^-9 m) aallonpituudella.

Valkoinen valo sisältää sekoituksen kaikista aallonpituuksista, jotka voimme nähdä erikseen, kun ne kulkevat prisman läpi. Pilvien sadepisarat käyttäytyvät joskus prismojen tavoin, joten näemme sateenkaaren värit.

Sateenkaarin värit edustavat näkyvän valon erilaisia ​​aallonpituuksia. Lähde: Pixabay.

Näkemiemme värien aallonpituudet nanometreinä ovat:

-Punainen: 700–620

-Orange: 620–600

-Keltainen: 600–580

-Vihreä: 580–490

-Sininen: 490–450

-Violetti: 450–400

Ultravioletti

Se on energeettisempi alue kuin näkyvä valo, aallonpituudet violetin ulkopuolella, toisin sanoen yli 450 nm.

Emme näe sitä, mutta auringosta tuleva säteily on erittäin runsasta. Ja koska sillä on suurempi energia kuin näkyvällä osalla, tämä säteily vuorovaikutuksessa paljon enemmän aineen kanssa aiheuttaa vahinkoa monille biologisesti tärkeille molekyyleille.

Ultraviolettisäteet löydettiin pian infrapunasäteiden jälkeen, vaikka aluksi niitä kutsuttiin "kemiallisiksi säteiksi", koska ne reagoivat aineiden, kuten hopeakloridin, kanssa.

Röntgenkuvat

Wilhelm Roentgen löysi ne vuonna 1895 kokeillessaan kohdennettuihin kiihdyttäviä elektroneja (katodisäteitä). Koska hän ei pystynyt selittämään mistä ne tulivat, hän kutsui heitä röntgenkuvauksiksi.

Se on erittäin energinen säteily, jonka aallonpituus on verrattavissa atomin kokoon ja joka pystyy kulkemaan läpinäkymättömien kappaleiden läpi ja tuottamaan kuvia kuten röntgenkuvissa.

Röntgenkuvat saadaan käyttämällä röntgenkuvat: Lähde: Pixabay.

Koska heillä on enemmän energiaa, ne voivat olla vuorovaikutuksessa aineen kanssa uuttamalla elektroneja molekyyleistä, joten ne tunnetaan nimellä ionisoiva säteily.

Gammasäteet

Tämä on energisin säteily kaikista, ja aallonpituudet ovat ytimen järjestyksessä. Sitä esiintyy luonnossa usein, koska radioaktiiviset elementit lähettävät sen, koska ne hajoavat stabiilimpiin ytimiin.

Universumissa on supernoova-räjähdyksissä gammasäteiden lähteitä, salamyhkäisiä esineitä, joista pulsaareja, mustia aukkoja ja neutronitähtiä.

Maan ilmapiiri suojaa planeettaa näiltä maailmankaikkeuden voimakkaasti ionisoivalta säteilyltä, ja korkean energiansa takia niillä on haitallinen vaikutus biologiseen kudokseen.

Sovellukset

-Radioaaltoja tai radiotaajuuksia käytetään tietoliikenteessä, koska ne kykenevät siirtämään tietoa. Myös terapeuttisiin tarkoituksiin kudosten lämmittämiseksi ja ihon tekstuurin parantamiseksi.

-Magneettiresonanssikuvien saamiseksi vaaditaan myös radiotaajuuksia. Tähtitiedessä radioteleskoopit käyttävät niitä taivaankappaleiden rakenteen tutkimiseen.

-Sellopuhelimet ja satelliittitelevisio ovat kaksi mikroaaltosovellusta. Tutka on toinen tärkeä sovellus. Lisäksi koko maailmankaikkeus on upotettu isosta räjähdyksestä tulevalle mikroaaltosäteilytaustaan, mikä on mainitun taustasäteilyn havaitseminen paras todiste tämän teorian hyväksi.

Tutka lähettää pulssin kohti kohdetta, joka hajottaa energian kaikkiin suuntiin, mutta osa heijastuu, jolloin saadaan tietoa kohteen sijainnista. Lähde: Wikimedia Commons.

- Näkyvä valo on välttämätöntä, koska se antaa meille mahdollisuuden olla tehokkaassa vuorovaikutuksessa ympäristömme kanssa.

-X-säteillä on useita sovelluksia diagnostisena välineenä lääketieteessä ja myös materiaalitieteen tasolla monien aineiden ominaisuuksien määrittämiseksi.

-Gammasäteilyä eri lähteistä käytetään syövän hoidossa sekä ruoan sterilointiin.

Viitteet

1. Giambattista, A. 2010. Fysiikka. Toinen painos. McGraw Hill.
2. Giancoli, D. 2006. Fysiikka: Periaatteet ja sovellukset. 6th. Ed Prentice Hall.
3. Rex, A. 2011. Fysiikan perusteet. Pearson.
4. Serway, R. 2019. Fysiikka tiedettä ja tekniikkaa varten. 10th. Painos. Volume 2. Cengage.
5. Shipman, J. 2009. Johdatus fysiikkaan. Kahdestoista painos. Brooks / Cole, Cengage Editions.