Docstoc

Elektromagnetiska spektrumet

Document Sample
Elektromagnetiska spektrumet Powered By Docstoc
					Elektromagnetiska spektrumet
Hoppa till: navigering, sök
Ett diagram av det elektromagnetiska spektrumet, som visar olika egenskaper över hela skalan av
frekvenser och våglängder

Det elektromagnetiska spektrumet är intervallet av alla möjliga frekvenser av elektromagnetisk
strålning. [1] "elektromagnetiska spektrumet" av ett föremål är den karakteristiska distributionen av
elektromagnetisk strålning som utsändes eller absorberas av den särskilda objektet.

Det elektromagnetiska spektrum sträcker sig från låga frekvenser som används för moderna
radiokommunikationssystem för gammastrålning vid korta våglängder (högfrekventa) ände, och
därigenom täcka våglängder från tusentals kilometer ned till en bråkdel av storleken av en atom.
Det är av denna anledning som det elektromagnetiska spektrumet studeras för mycket praktiska skäl
för att karakterisera spektroskopiska frågan. [2] Den långa våglängd gränsen är storleken av
universum själv, medan man tror att den korta våglängden gränsen i närheten av Planck längd, [3],
men i princip spektrumet är oändlig och kontinuerlig.
Sägen [4] [5] [6]
γ = gammastrålning MIR = Mid IR HF = hög frekv.
HX = Hard röntgen FIR = Far infraröd MF = Medium frekv.
SX = mjukt röntgen Radiovågor LF = Låg frekv.
EUV = extrem ultraviolett EHF = Extremt hög frekv. VLF = Mycket låg frekv.
NUV = nära ultraviolett SHF = Super höga frekv. VF / Ulf FREQ = Voice.
Synligt ljus UHF = Ultra höga frekv. SLF = Super lågt frekv.
NIR = Near Infrared VHF = Mycket hög frekv. ELF = Extremt låg frekv.
FREQ = Frekvens
Innehåll

  1 Historia
  Andra området av spektrumet
  3 Bakgrund
  4 Typer av strålning
    4,1 Radiofrekvens
    4.2 Mikrovågsugnar
    4,3 Terahertz strålning
    4,4 Infraröd strålning
    4,5 synlig strålning (ljus)
    4,6 Ultraviolett ljus
    4,7 röntgenstrålar
    4.8 Gammastrålar
  5 Se även
  6 Referenser
  7 Externa länkar

Historia

Under större delen av historien, var ljus den enda kända delen av det elektromagnetiska spektrumet.
De gamla grekerna erkände att Reste ljus i raka linjer och studerade några av egenskaperna hos den,
inklusive reflektion och refraktion. Under åren studien av ljus och fortsatte under de 16th och 17th
århundradena Fanns det motstridiga teorier som betraktas som antingen en lätt våg eller en partikel.
Det var först knuten till elektromagnetism i 1845 När Michael Faraday upptäckte att ljuset svarade
på magnetfältet. Den första upptäckten av elektromagnetiska vågor utom lätta cam i 1800, När
William Herschel upptäckte infrarött ljus. Han studerade temperaturen i olika färger genom att
flytta termometern genom ljus split av en prisma. Han märkte att var den varmaste temperaturen
Beyond rött. Han teoretiserade Att det var "lätt" att du inte kunde se. Året därpå arbetade Johann
Ritter i andra änden av skalan och märkte att Fanns det "kemiska strålar 'som betett sig liknande,
men var okända, synliga strålar violett ljus. De bytte namn senare kom ultraviolett strålning. Under
1860-talet James Maxwell studerade elektromagnetiska fält och insåg att de reste runt i ljusets
hastighet. Han utvecklade fyra partiella differentialekvationer för att förklara detta samband. Dessa
ekvationer förutspådde många frekvenser av elektromagnetiska vågor färdas med ljusets hastighet.
Försök att bevisa Maxwells ekvationer i 1886 Heinrich Hertz byggt en apparat för att generera och
detektera radiovågor. Han kunde konstatera att de reste i ljusets hastighet och kan vara både
reflekteras och bryts. I ett senare experiment han producerade likartad mätning och mikrovågsugn.
Dessa nya vågor banade väg för uppfinningar som det trådlösa telegrafen och radion. År 1895
Wilhelm Röntgen upptäckte en ny typ av strålning som avges under ett experiment. Han kallade
dessa röntgenbilder och hittade de kunde resa genom delar av människokroppen, men återspeglades
av tätare material såsom ben. Innan långa många användningsområden hittades för dem i det
medicinska området. Den sista delen av det elektromagnetiska spektrumet fylldes i och med
upptäckten av gammastrålar. År 1900 Paul Villard studerade radioaktivitet. Han tyckte Först
liknade alfapartiklar och beta partiklar. Men i 1910 Ernest Rutherford Deras Uppmätta våglängder
och fann att de var elektromagnetiska vågor.
Området av spektrumet

Elektromagnetiska vågor beskrivs typiskt av någon av följande tre fysikaliska egenskaper:
frekvensen f, våglängd λ eller fotonenergi E. Frekvenser allt från 2,4 × 1023 Hz (1 GeV
gammastrålning) ner till den lokala plasman frekvens joniserade interstellära mediet (~ 1 kHz).
Våglängd är omvänt proportionell mot vågfrekvens, [2], så gammastrålar har mycket korta
våglängder som är fraktioner av storleken av atomer, kan vara våglängder I länge universum.
Fotonenergi är direkt proportionell mot vågfrekvens, så gammastrålar har den högsta energin
(omkring en miljard elektronvolt) och radiovågor har mycket låg energi (omkring
femtoelectronvolt). Dessa förbindelser illustreras av följande ekvationer:

  f = \ frac {c} {\ lambda}, \ quad \ text {eller} \ quad f = \ frac {e} {H}, \ quad \ text {eller} \ quad
E = \ frac {hc} {\ lambda},

där:

  c = 299.792.458 m / s är ljusets hastighet i vakuum och
  h = 6.62606896 (33) × 10-34 J s = 4,13566733 (10) × 10-15 eV s är Plancks konstant. [7]

När elektromagnetiska vågor existerar i ett medium med materia, är deras våglängd minskas.
Våglängder av elektromagnetisk strålning i mediet oberoende av vad de färdas igenom, vanligen
citeras i termer av vakuum våglängd, även om detta inte alltid uttryckligen.

Generellt är elektromagnetisk strålning klassificeras efter våglängd i radio våg, mikrovågsugn,
terahertz (eller sub-millimeter) strålning, infraröd, det synliga området vi uppfattar ljus, ultraviolett,
röntgenstrålar och gammastrålar. Beteendet hos EM strålning är beroende av våglängden excellant.
När EM-strålning Interagerar med enstaka atomer och molekyler, beror också excellant beteende
mängden energi per kvantum (foton) det bär.

Spektroskopi kan upptäcka en mycket "större region i EM spektrum än det synliga området av 400
nm till 700 nm. En vanlig laboratorium spektroskopet Kan upptäcka våglängder från 2 nm till 2500
nm. Detaljerad information om de fysiska egenskaperna av objekt, gaser eller till och med stjärnor
kan erhållas från den här typen av enhet. Spektroskop används allmänt i Astrofysik. Till exempel
har många väteatomer emittera en foton radiovåg som har en våglängd av 21,12 cm. Dessutom kan
frekvenser av 30 Hz och lägre produceras av och är viktiga i studiet av Vissa stellar nebulosor [8]
och de höga frekvenserna till 2,9 × 1027 Hz har upptäckts från astrofysikaliska källor. [9]
Bakgrund

Interagerar elektromagnetisk strålning och materia på olika sätt i olika delar av spektrumet. De
typer av interaktion kan vara så olika att det verkar vara motiverat att hänvisa till olika typer av
strålning. Samtidigt finns det ett kontinuum som innehåller alla dessa "olika" av elektromagnetisk
strålning. Således har vi hänvisar till ett spektrum, men dela upp baserat på de olika interaktioner
med ärendet.
Huvudsaklig området av spektrumet interaktioner med materia
Radio Kollektiv svängning laddningsbärare i bulkmaterial (plasma oscillation). Ett exempel skulle
vara svängningen av elektronerna i en antenn.
Mikrovågsugn Plasma oscillation via infraröd, molekylär rotation
Nära infrarött molekylär vibration, plasma svängning (i metaller endast)
Synlig Molecular Electron Excitation (inklusive pigment molekyler som finns i den mänskliga
näthinnan), plasma svängningar (i metaller endast)
Ultraviolett Excitation av molekylära och atomära valenselektroner, inklusive utmatning av
elektroner (fotoelektriska effekten)
Röntgen och utstötning Excitering av atomära centrala elektronerna, Compton-spridning (för låga
atomnummer)
Gammastrålning Energetic utstötning av grundläggande elektroner i tunga grundämnen, Compton-
spridning (för alla atomnummer) Excitering av atomkärnor, inklusive dissociation av kärnor
Hög energi gammastrålning Skapande av partikel-antipartikel par. Vid mycket höga fotonenergier
den enda Kan skapa en skur av högenergetiska partiklar och antipartiklar vid växelverkan med
materia.
Typer av strålning
Det elektromagnetiska spektrumet

De typer av elektromagnetisk strålning är i stort sett delas in i följande klasser: [2]

  Gamma-strålning
  Röntgenstrålning
  Ultraviolett strålning
  Synlig strålning
  Infraröd strålning
  Mikrovågsstrålning
  Radiovågor

Denna klassificering går i ökande ordning av våglängd, som är karakteristisk för den typ av
strålning. [2] Även om det i allmänhet är klassificeringsschema korrekt, i verkligheten finns några
överlappande ofta mellan angränsande typer av elektromagnetisk energi. Till exempel kan SLF
radiovågor vid 60 Hz tas emot och studeras av astronomer, eller kan ledas längs ledningar den
elektriska ström, även om den senare är i strikt mening, inte alls elektromagnetisk strålning (se när
och fjärran fält) Den Skillnaden mellan röntgen och gammastrålning är baserat på källor.
gammastrålar är fotoner som genereras från kärnkraftsanläggningar röta eller annan såg kärnkraft
och subnuclear / partikel processen, medan röntgenstrålar genereras med hjälp av elektroniska
övergångar engagera högenergetiska inre atomära elektroner [10] [11] [12] I allmänhet nukleära
övergångar är mycket mer energisk än elektroniska övergångar, bara gamma-strålar är mer energisk
än röntgenstrålning, men undantag finns. I analogi med elektroniska övergångar är muonic atom
övergångar också sagt att producera röntgenstrålar, även om energi kan överträffa deras
megaelectronvolts 6 (0,96 PJ), [13] Det finns många (77 kända för att vara mindre än 10 keV (1,6
FJ )) lågenergihus nukleära övergångar (t.ex. de 7,6 eV (1,22 AJ) nukleär övergång torium-229),
och trots att wellness miljoner gånger mindre energisk än några muonic X-strålar, som kallas de
utsända fotonerna gammastrålar är fortfarande på grund av deras nukleärt ursprung. [14]

Dessutom är området av spektrumet av elektromagnetisk strålning särskilt referensram beroende (på
grund av dopplerskift för ljus), så EM strålning som En observatör skulle säga i en region av
spektrumet kan visas för en observatör rör sig Betydande en bråkdel av ljusets hastighet i
förhållande till den första som i en annan del av spektrumet. Till exempel anser den kosmiska
bakgrundsstrålningen. Det producerades, när materia och strålning frikopplade, av de-Excitering av
väteatomer till grundtillståndet. Dessa var fotoner från Lyman-serien övergångar, sätta dem i det
ultravioletta (UV) del av det elektromagnetiska spektrumet. Nu är denna strålning har genomgått
kosmologiska rödförskjutningen nog att sätta den i mikrovågsområdet av spektrumet för
observatörer rör sig långsamt (jämfört med ljusets hastighet) med avseende på kosmos. Emellertid,
för partiklar som rör sig nära ljusets hastighet, kommer denna strålning vara blå-skiftad i sitt
viloläge ram. De högsta energi kosmisk strålning protoner rör sig så att, i sin vila ram, är denna
strålning blueshifted till hög energi gammastrålar, som interagerar med protonen bunden att
producera kvark-antikvark par (pions). Detta är källan till den GZK gräns.
Radio frekvens
Huvudsakliga artiklar: Radio frekvens, radiospektrum, och radiovågor

Radiovågor används av allmänhet är av lämplig storlek antenner (Enligt principen för resonans),
med våglängder som sträcker sig från hundratals meter till omkring en millimeter. De används för
överföring av data via modulering. TV, mobiltelefoner, trådlösa nätverk och amatörradio alla
använder radiovågor. Användningen av radiospektrum regleras av många regeringar genom
frekvenstilldelning.

Radiovågor kan fås att bära information genom att variera kombinationen av amplitud, frekvens och
fas hos vågen Inom ett frekvensband. När den elektromagnetiska strålningen infaller på en ledare,
den kopplar till ledaren, rör sig längs den, och inducerar en elektrisk ström på ytan av denna ledare
genom att excitera elektroner från det ledande materialet. Denna effekt (huden effekt) används i
antenner.
Mikrovågsugnar
Huvudsaklig artikel: Mikrovågsugnar
Tomt av jordens atmosfär transmittans (eller opacitet) till olika våglängder av elektromagnetisk
strålning.

Den super-hög frekvens (SHF) och extremt hög frekvens (EHF) av mikrovågor radiovågor efter att
ha ätit. Mikrovågor är vågor som är typiskt tillräckligt kort för att anställa rörformiga metall
vågledare av rimlig diameter. Mikrovågsenergi produceras med klystron och magnetron rör, och
med solid state dioder som Gunn och IMPATT enheter. Mikrovågorna absorberas av molekyler har
ett dipolmoment Det i vätskor. I en mikrovågsugn, är denna effekt används för att värma mat.
Lågintensiv mikrovågsstrålning används i Wi-Fi, även om detta är på intensitetsnivåer som inte kan
orsaka termisk uppvärmning.

Volumetric uppvärmning, överför mikrovågsugnar som används av energin elektromagnetiskt
genom materialet, inte som en termisk värmeflöde. Fördelen med detta är en mer enhetlig
uppvärmning och Minskad uppvärmning tid, Kan mikrovågor värma materialet i mindre än 1% av
tiden av konventionella uppvärmningsmetoder.

När den är aktiv, är den genomsnittliga mikrovågsugnen tillräckligt kraftfull för att orsaka
störningar på nära håll med dåligt avskärmade elektromagnetiska fält som de som finns i mobila
medicintekniska produkter och billiga konsumentelektronik.
Terahertz strålning
Huvudsaklig artikel: Terahertz strålning

Terahertz strålning är en region av spektrum Mellan bortre infraröda och mikrovågor. Fram till
nyligen var det intervall som studerats och några källor Sällan funnits mikrovågsenergi i den övre
delen av bandet (sub-millimeter vågor eller så kallade terahertz vågor), men program som
avbildning och kommunikation nu visas. Även Forskarna funderar på att ansöka terahertz teknik i
de väpnade styrkorna, där högfrekventa vågor kan riktas mot fiendens trupper för att oskadliggöra
deras elektronisk utrustning. [15]
Infraröd strålning
Huvudsaklig artikel: Infraröd strålning

Den del av det infraröda elektromagnetiska spektrumet omfattar allt från Ungefär 300 GHz (1 mm)
till 400 THz (750 nm). Det kan delas in i tre delar: [2]

   Infraröd, från 300 GHz (1 mm) till 30 THz (10 mm). Den nedre delen av detta intervall kan också
kallas mikrovågor. Typiskt strålning absorberas av så kallade roterande lägen i gasfas molekyler,
genom molekylära rörelserna i vätskor, och genom att fononer i fasta ämnen. Vattnet i jordens
atmosfär absorberar så starkt inom detta område som den gör atmosfären ogenomskinliga i kraft.
Det finns dock vissa våglängdsområden ("fönster") inom den opaka området som tillåter partiella
överföring, och kan användas för astronomi. Våglängdsområdet från ca 200 mikron upp till några
mm kallas ofta för "sub-millimeter" i astronomi, reservera långt infraröd teknik för våglängder
under 200 mikrometer.
   Mid-infrarött, 30 till 120 THz (10 till 2,5 mm). Varma föremål (svart kropp radiatorer) kan
utstråla starkt i detta område. Den absorberas av molekylära vibrationer, där de olika atomerna i en
molekyl vibrerar runt deras balans positioner. Ibland detta intervall kallas fingeravtrycksområdet,
sedan mitten av infraröd absorptionsspektrum av föreningen är mycket specifik för den föreningen.
   Infrarött, 120 till 400 THz (2500 till 750 nm). Att de fysiska processer är relevanta för detta
område liknar de för synligt ljus.

Synlig strålning (ljus)
Huvudsaklig artikel: synliga spektrat

Ovanför IR i frekvens äter synligt ljus. Detta är det område där solen och andra stjärnor avger större
delen av sin strålning [behövd stämning] Detta och det spektrum det mänskliga ögat är mest känslig
för. Synligt ljus (och nära-infrarött ljus) absorberas och avges av Typiskt elektroner i atomer och
molekyler som rör sig från en energinivå till en annan. Det ljus vi ser med våra ögon är verkligen en
mycket liten del av det elektromagnetiska spektrumet. En regnbåge visar den optiska (synliga) del
av det elektromagnetiska spektrumet, (Om du kunde se det) infrarött skulle ligga strax bortom den
röda sidan av regnbågen med ultraviolett förekommer strax bortom den violetta änden.

Elektromagnetisk strålning med en våglängd mellan 380 nm och 760 nm (790-400 terahertz)
detekteras av det mänskliga ögat och den upplevda synligt ljus. Andra våglängder, speciellt nära
infraröd (längre än 760 nm) och ultraviolett (kortare än 380 nm) kallas ibland också för ljuset,
särskilt när sikten inte är relevant för människa. Vitt ljus är en kombination av ljus med olika
våglängder i det synliga spektrat. Passerar vitt ljus genom en prisma delar den i de flera färger av
ljus i det synliga spektrumet iakttogs mellan 400 nm och 780 nm.

Om de har en frekvens strålning i det synliga området av EM spektrumet reflekterar bort ett objekt,
exempelvis en skål med frukt, och sedan slår våra ögon, resulterar detta i vår visuella uppfattning av
scenen. Vår hjärna visuella systemet bearbetar många reflekterade frekvenserna i olika nyanser och
nyanser, och genom detta otillräckligt förstådd psykofysisk fenomen, de flesta människor uppfattar
en skål med frukt.

Vid de flesta våglängder, dock information som bärs av elektromagnetisk strålning som inte direkt
upptäckt av mänskliga sinnen. Naturliga källor producerar EM-strålning över hela spektrumet, och
vår teknik också kan manipulera ett brett spektrum av våglängder. Optisk fiber som sänder ut ljus,
men inte nödvändigtvis den synliga delen av spektrumet, kan bära information. Moduleringen är
liknande den som används med radiovågor.
Ultraviolett ljus
Huvudsaklig artikel: Ultraviolet
Mängden penetrationen av UV i förhållande till höjden i jordens ozon

Nästa i frekvens ätliga ultraviolett (UV). Våglängden för UV-strålar är kortare än den violetta delen
av det synliga spektrumet, men längre än det röntgen.

UV i den mycket kortaste intervallet (intill röntgen) är ännu i stånd att joniserande atomer (se
fotoelektriska effekten), kraftigt deras förändrade fysiska beteende.

Vid mitten av intervallet UV, men UV-strålar kan inte joniserar kan bryta kemiska bindningar,
vilket gör molekyler vara ovanligt reaktiv. Solbränna, till exempel, orsakas av de störande
effekterna av mellanregistret UV-strålning på hudceller, vilket är den främsta orsaken till
hudcancer. UV-strålar i mitten serien kan totalförstörd komplexa DNA-molekyler i celler som
producerar tymindimerer, vilket ger ett mycket potent mutagen.

Solen avger en stor mängd UV-strålning, vilket potentiellt kan vända jordens landyta i en karg öken
(även havsvatten skulle ge ett visst skydd för liv där). Men de flesta av Suns mest skadliga UV-
våglängder som absorberas av atmosfärens kväve, syre och ozonskiktet innan de når ytan. De högre
intervallen UV (vakuum UV) tas upp av kväve och, vid längre våglängder, genom enkel diatomärt
syre i luften. Det mesta av UV i denna mellansegmentet är blockerad av ozonskiktet, som
absorberar starkt inom det viktiga 200-315 nm, är den nedre delen av vilka alltför lång för att
absorberas av syre i vanlig luft. Intervallet mellan 315 nm och synligt ljus (kallas UV-A) är inte väl
blockeras av atmosfären, men orsakar inte solbränna och gör mindre biologisk skada. Emellertid är
det ofarliga och orsakar inte syreradikaler, hudskador och mutation. Se ultraviolett för mer
information.
Röntgenstrålar
Huvudsaklig artikel: X-strålar

Efter UV äter röntgenstrålar, som liksom de övre intervallen UV joniserande också är. Emellertid,
på grund av deras högre energier, röntgenstrålar interagera med materia kan också med hjälp av
Compton effekt. Hård röntgenstrålning har kortare våglängder än mjuka röntgenstrålar. När de kan
passera genom de flesta ämnen, kan röntgen användas för att "se igenom" objekt använder de mest
anmärkningsvärda är wellness diagnostiska röntgenbilder inom medicinen (en process som är känd
för att röntgen), samt för högenergifysik och astronomi. Neutronstjärnor och diskar anhopning runt
svarta hål avger röntgenstrålning, som gör det möjligt för oss att studera dem. Med tanke på
röntgenstrålar är avstängda av stjärnor och är starkt avges av vissa typer av nebulosor.
Gammastrålar
Huvudsaklig artikel: Gammastrålar

Efter hårda röntgenstrålning kommer gammastrålar, som upptäcktes av Paul Villard år 1900. Dessa
är de mest energiska fotoner, att ha definierat den nedre gränsen för deras våglängd. De är
användbara för astronomer i studien av hög energi objekt eller regioner, och hitta en användning
med fysiker tack vare penetrerande förmåga och sin produktion från radioisotoper. Även Gamma
strålar används för bestrålning av livsmedel och för utsäde sterilisering, och inom medicinen De
används i cancer strålbehandling och vissa typer av bilddiagnostik som PET. Våglängden hos
gammastrålar kan mätas med hög noggrannhet med hjälp av Compton-spridning.

Notera att det finns inga väldefinierade gränser mellan banden av det elektromagnetiska spektrumet.
Strålning av vissa typer har en blandning av egenskaperna hos De i två områden av spektrumet.
Exempelvis liknar rött ljus infraröd strålning genom att den kan ge resonans viss kemisk bindning

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Stats:
views:85
posted:6/24/2012
language:Swedish
pages:7
Description: Det elektromagnetiska spektrumet �r intervallet av alla m�jliga frekvenser av elektromagnetisk str�lning. [1] "elektromagnetiska spektrumet" av ett f�rem�l �r den karakteristiska distributionen av elektromagnetisk str�lning som uts�ndes eller absorberas av den s�rskilda objektet.