ELEKTROMAGNETISK SPEKTRUM: EGENSKABER, BÅND, APPLIKATIONER - FYSISK - 2025

Det elektromagnetiske spektrum består af det ordnede arrangement af alle bølgelængder af elektromagnetiske bølger, der antager enhver positiv værdi uden nogen begrænsning. Det er opdelt i 7 sektioner, inklusive synligt lys.

Vi er bekendt med frekvenserne af synligt lys, når vi ser regnbuen, hvor hver farve svarer til en anden bølgelængde: rød er den længste og violette den korteste.

Elektromagnetiske spektrum. Bemærk, at frekvensen (og med den energien) stiger fra venstre til højre i dette skema. André Oliva / Public domain

Det synlige lysområde optager kun et meget kort område af spektret. De andre regioner, som vi ikke kan se, er radiobølger, mikrobølger, infrarøde, ultraviolette, røntgenstråler og gammastråler.

Regionerne blev ikke opdaget på samme tid, men på forskellige tidspunkter. F.eks. Blev eksistensen af ​​radiobølger forudsagt i 1867 af James Clerk Maxwell, og år senere, i 1887, producerede Heinrich Hertz dem for første gang i sit laboratorium, hvorfor de kaldes Hertzian-bølger.

Alle er i stand til at interagere med stof, men på forskellige måder, afhængigt af den energi, de bærer. På den anden side er de forskellige regioner i det elektromagnetiske spektrum ikke skarpt defineret, fordi grænserne faktisk er uklar.

Bands

Bånd af det elektromagnetiske spektrum. Tatoute og Phrood / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Grænserne mellem de forskellige regioner i det elektromagnetiske spektrum er temmelig uklar. Dette er ikke naturlige opdelinger, faktisk er spektret et kontinuum.

Opdelingen i bånd eller zoner tjener imidlertid til let at karakterisere spektret i henhold til dets egenskaber. Vi begynder vores beskrivelse med radiobølger, hvis bølgelængder er længere.

Radiobølger

De laveste frekvenser har et område omkring 10 ⁴ Hz, som igen svarer til de længste bølgelængder, typisk størrelsen på en bygning. AM, FM og borgerradioen bruger bølger i dette interval, såvel som VHF og UHF tv-udsendelser.

Til kommunikationsformål blev radiobølger brugt for første gang omkring 1890, da Guglielmo Marconi opfandt radioen.

Da frekvensen af ​​radiobølger er lavere, har de ingen ioniserende effekter på materien. Dette betyder, at radiobølger mangler tilstrækkelig energi til at skubbe ud elektroner fra molekyler, men de øger temperaturen på genstande ved at hæve molekylernes vibrationer.

Mikrobølgeovn

Bølgelængden på mikrobølger er i størrelsesordenen centimeter, og de blev også først opdaget af Heinrich Hertz.

De har nok energi til at varme mad, der i mere eller mindre grad indeholder vand. Vand er et polært molekyle, hvilket betyder, at selv om det er elektrisk neutralt, er de negative og positive ladninger adskilt let, hvilket danner en elektrisk dipol.

Når mikrobølger, som er elektromagnetiske felter, rammer en dipol, producerer de drejningsmomenter, der får dem til at rotere for at justere dem med marken. Bevægelsen omsættes til energi, der spreder sig gennem maden og har effekten af ​​at varme den op.

Infrarød

Denne del af det elektromagnetiske spektrum blev opdaget af William Herschel i det tidlige 19. århundrede og har en lavere frekvens end synligt lys, men højere end mikrobølger.

Bølgelængden af ​​det infrarøde spektrum (under rødt) kan sammenlignes med spidsen af ​​en nål, derfor er det en mere energisk stråling end mikrobølger.

Meget af solstrålingen kommer på disse frekvenser. Ethvert objekt udsender en vis mængde infrarød stråling, især hvis de er varme, såsom køkkenbrændere og varmblodede dyr. Det er usynligt for mennesker, men nogle rovdyr skelner den infrarøde emission fra deres bytte, hvilket giver dem en fordel i jagt.

Synlig

Det er den del af spektret, som vi kan registrere med vores øjne, mellem 400 og 700 nanometer (1 nanometer, forkortet nm er 1 × ^10-9 m) bølgelængde.

Hvidt lys indeholder en blanding af alle bølgelængder, som vi kan se separat, når de føres gennem et prisme. Regndråber i skyer opfører sig undertiden som prismer, så vi kan se regnbuens farver.

Regnbuens farver repræsenterer forskellige bølgelængder af synligt lys. Kilde: Pixabay.

Bølgelængderne i de farver, vi ser, i nanometer, er:

-Rød: 700–620

-Orange: 620–600

-Gul: 600–580

-Grøn: 580–490

-Blå: 490–450

-Violet: 450–400

Ultraviolet

Det er et mere energisk område end synligt lys, med bølgelængder ud over violet, det vil sige større end 450 nm.

Vi kan ikke se det, men strålingen, der kommer fra solen, er meget rigelig. Og da den har højere energi end den synlige del, interagerer denne stråling meget mere med stof, hvilket forårsager skade på mange molekyler af biologisk betydning.

Ultraviolette stråler blev opdaget kort efter infrarøde stråler, skønt de oprindeligt blev kaldt "kemiske stråler", fordi de reagerer med stoffer som sølvchlorid.

Røntgenstråler

De blev opdaget af Wilhelm Roentgen i 1895, mens de eksperimenterede med accelererende elektroner (katodestråler) rettet mod et mål. Han kunne ikke forklare, hvor de kom fra, og kaldte dem røntgenstråler.

Det er en meget energisk stråling med en bølgelængde, der kan sammenlignes med størrelsen på atomet, der er i stand til at passere gennem uigennemsigtige legemer og frembringe billeder som i røntgenstråler.

Radiografer fås ved hjælp af røntgenstråler: Kilde: Pixabay.

Efterhånden som de har mere energi, kan de interagere med stof ved at udtrække elektroner fra molekyler, hvorfor de er kendt under navnet ioniserende stråling.

Gamma-stråler

Dette er den mest energiske stråling af alle med bølgelængder i størrelsesordenen for en atomkerne. Det forekommer ofte i naturen, da det udsendes af radioaktive elementer, når de nedbrydes til mere stabile kerner.

I universet er der kilder til gammastråler i supernova-eksplosioner, såvel som mystiske genstande, blandt hvilke er pulsarer, sorte huller og neutronstjerner.

Jordens atmosfære beskytter planeten mod disse stærkt ioniserende strålinger, der kommer fra universet, og på grund af deres høje energi har de en skadelig virkning på det biologiske væv.

Applikationer

-Radiobølger eller radiofrekvenser bruges i telekommunikation, fordi de er i stand til at transportere information. Også til terapeutiske formål til at opvarme væv og forbedre hudens tekstur.

-For at få magnetisk resonansbilleder kræves også radiofrekvenser. I astronomi bruger radioteleskoper dem til at studere strukturen af ​​himmelobjekter.

-Telefoner og satellit-tv er to anvendelser af mikrobølger. Radar er en anden vigtig applikation. Derudover er hele universet nedsænket i en mikrobølgestrålingsbaggrund, der kommer fra Big Bang, idet detekteringen af ​​nævnte baggrundsstråling er det bedste bevis til fordel for denne teori.

Radaren udsender en puls mod et objekt, der spreder energien i alle retninger, men en del af det reflekteres, hvilket bringer information om objektets placering. Kilde: Wikimedia Commons.

-Synligt lys er nødvendigt, da det giver os mulighed for at interagere effektivt med vores miljø.

-X-stråler har flere anvendelser som et diagnostisk værktøj i medicin og også på materialevidenskabsniveau for at bestemme egenskaberne for mange stoffer.

-Gammastråling fra forskellige kilder bruges som behandling af kræft samt til sterilisering af mad.

Referencer

1. Giambattista, A. 2010. Fysik. Anden version. McGraw Hill.
2. Giancoli, D. 2006. Fysik: Principper med applikationer. 6th. Ed Prentice Hall.
3. Rex, A. 2011. Fundamentals of Physics. Pearson.
4. Serway, R. 2019. Fysik til videnskab og teknik. 10th. Edition. Bind 2. Cengage.
5. Shipman, J. 2009. En introduktion til fysisk videnskab. Tolvte udgave. Brooks / Cole, Cengage-udgaver.