Ключевые моменты
Электромагнитный спектр включает в себя излучения, такие как ультрафиолетовый, видимый, микроволновый, рентгеновские и радиоволны.
o Электромагнитные волны обычно описываются любым из следующих трех физических свойств: частота (f), длина волны (λ) или интенсивность (I). Кванты света обычно описываются частотой (f), длиной волны (λ) или энергией фотона (E). Спектр можно упорядочить по частоте или длине волны.
o Электромагнитное излучение по-разному взаимодействует с веществом в разных частях спектра. Типы взаимодействия могут варьироваться от электронного возбуждения до молекулярной вибрации в зависимости от различных типов излучения, таких как ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, микроволны и инфракрасное излучение.
· спектр - диапазон цветов, представляющих свет (электромагнитное излучение) смежных частот; отсюда электромагнитный спектр, видимый спектр, ультрафиолетовый спектр и т. д.
· фотон - квант света и другой электромагнитной энергии, рассматриваемый как дискретная частица, имеющая нулевую массу покоя, отсутствие электрического заряда и бесконечно большое время жизни.
· гамма-излучение электромагнитное излучение высокой частоты и, следовательно, высокой энергии на фотон.
Диапазон электромагнитного спектра
Электромагнитный спектр - это диапазон всех возможных частот электромагнитного излучения. Электромагнитный спектр объекта имеет другое значение: это характерное распределение электромагнитного излучения, испускаемого или поглощаемого этим конкретным объектом.
Электромагнитный спектр простирается от нижних низких частот, используемых для современной радиосвязи, до гамма-излучения на коротковолновом (высокочастотном) конце, покрывая длины волн от тысяч километров до доли размера атома. Предел для длинных волн - это размер самой вселенной, в то время как считается, что предел коротких волн находится в окрестности длины Планка (1,616 x 10 -35 м), хотя в принципе спектр бесконечен и непрерывен.
Большинство частей электромагнитного спектра используются в науке для спектроскопических и других зондирующих взаимодействий, в качестве способов изучения характеристики вещества. В общем, если длина волны электромагнитного излучения аналогична длине волны конкретного объекта (атома, электрона и т. Д.), То можно исследовать этот объект с этой частотой излучения. Кроме того, было обнаружено, что излучение из различных частей спектра имеет много других применений в связи и производстве. Как пример можно привести оптоволоконную связь, или «Глубокий синий» при печати микропроцессоров.
Энергия Фотона
Электромагнитные волны обычно описываются любым из следующих трех физических свойств: частота (f) (также иногда обозначаемая греческой буквой nu, ν), длина волны (λ) или энергия фотона (E). Частоты, наблюдаемые в астрономии, колеблются от 2,4 × 10 23.Гц (1 ГэВ гамма-лучи) вплоть до локальной плазменной частоты ионизированной межзвездной среды (~ 1 кГц). Длина волны обратно пропорциональна частоте волны; следовательно, гамма-лучи имеют очень короткие длины волн, составляющие часть размера атомов, тогда как другие длины волн могут быть такими же длинными, как и Вселенная. Энергия фотона прямо пропорциональна частоте волны, поэтому фотоны гамма-излучения имеют самую высокую энергию (около миллиарда электрон-вольт), в то время как фотоны радиоволн имеют очень низкую энергию (около фемто-электронного вольта). Эти отношения иллюстрируются следующими уравнениями:
[latex] f = \ frac {c} {\ lambda} или f = \ frac {E} {h} или E = \ frac {hc} {\ lambda} [/ latex]
с = 299 792 458 м / с - скорость света в вакууме
h = 6,62606896 (33) × 10 -34 Дж с = 4,13566733 (10) × 10 -15 эВ с = постоянная Планка.
Всякий раз, когда электромагнитные волны существуют в среде с веществом, их длина волны уменьшается. Длины волн электромагнитного излучения, независимо от того, через какую среду они проходят, обычно указываются в терминах длины волны вакуума, хотя это не всегда указывается явно. Как правило, электромагнитное излучение классифицируется по длине волны на радиоволновое, микроволновое, терагерцовое (или субмиллиметровое) излучение, инфракрасное излучение, видимую область, которую мы воспринимаем как свет, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение. Поведение электромагнитного излучения зависит от его длины волны. Когда электромагнитное излучение взаимодействует с отдельными атомами и молекулами, его поведение также зависит от количества энергии на квант (фотон), которое оно несет.
Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом
Электромагнитное излучение по-разному взаимодействует с веществом в разных частях спектра. Типы взаимодействия могут быть настолько разными, что кажется оправданным ссылаться на разные типы излучения. В то же время существует континуум, содержащий все эти различные виды электромагнитного излучения. Таким образом, мы ссылаемся на спектр, но делим его на основе различных взаимодействий с веществом.
Классификация спектра идет в порядке возрастания частоты и убывания порядка длины волны. Хотя в целом схема классификации спектра относительно точная, в действительности часто существует некоторое совпадение между соседними типами электромагнитной энергии. Например, низкочастотные радиоволны с частотой 60 Гц могут приниматься и изучаться астрономами или могут передаваться по проводам в качестве электрической энергии, хотя последняя, в строгом смысле, вообще не является электромагнитным излучением.