Spectru electromagnetic

Spectrul electromagnetic este distribuția energiei radiației electromagnetice a sursei în termeni de frecvență , lungime de undă sau alt parametru similar [1] . În cazul general, acesta acoperă totalitatea tuturor intervalelor de frecvență , dar, în funcție de sarcină, poate fi limitat, de exemplu, doar la regiunea vizibilă . Arată în ce măsură radiația ultravioletă, albastru, verde și alte culori, componenta infraroșu este reprezentată în semnalul studiat.

Este una dintre varietățile de spectre fizice . Caracterizat prin densitate spectrală . Dimensiuni posibile: ( J / m 3 ) / Hz , (J / m 3 ) / m și altele, adesea date în unități relative adimensionale. Este înregistrat experimental prin detectarea intensității radiației în intervale spectrale echidistante înguste extrase din semnal (de exemplu, folosind un monocromator ).

Lungime de undă - frecvență - energie fotonului

Caracteristica spectrului electromagnetic - densitatea spectrală a energiei radiației - este energia pe interval mic într-o anumită variabilă și legată de lățimea acestui interval. Ca o variabilă care determină poziția punctelor spectrului, poate fi

• lungimea de unda ;
• frecvența de oscilație (vezi și articolul Scala de frecvență );
• energie fotonică ( cuantică a câmpului electromagnetic );
• [mai rar] numărul de undă etc.

Energia unui foton, conform mecanicii cuantice , este proporțională cu frecvența: , unde h este constanta lui Planck , E este energia, este frecvența; în acest context, valorile energetice sunt de obicei exprimate în electronvolți . Lungimea undei electromagnetice în vid este invers proporțională cu frecvența: , unde este viteza luminii . Vorbind despre lungimea undelor electromagnetice într-un mediu, ele înseamnă de obicei valoarea echivalentă a lungimii de undă în vid, care diferă prin indicele de refracție , deoarece frecvența undei este păstrată în timpul tranziției de la un mediu la altul , dar lungimea de undă. schimbări.

Dimensiunea spectrului este determinată de alegerea unei variabile: de exemplu, dacă este o frecvență, atunci aceasta va fi (J / m 3 ) / Hz, iar dacă lungimea de undă atunci (J / m 3 ) / m. Uneori, în loc de densitatea energiei volumetrice, se ia în considerare densitatea de putere de suprafață a radiației electromagnetice - atunci dimensiunile, respectiv, sunt (W / m 2 ) / Hz sau (W / m 2 ) / m.

Scala de frecvență (lungimi de undă, energii fotonice) este continuă, dar este împărțită în mod tradițional (vezi mai jos) într-un număr de intervale. Intervalele învecinate se pot suprapune ușor.

Domenii electromagnetice de bază

radiația γ

Razele gamma au o energie peste 124.000 eV și o lungime de undă mai mică de 0,01  nm  = 0,1  Å .

Surse: spațiu , reacții nucleare , dezintegrare radioactivă , radiații sincrotron .

Transparența unei substanțe pentru razele gamma, spre deosebire de lumina vizibilă, nu depinde de forma chimică și de starea de agregare a substanței, ci în principal de sarcina nucleelor ​​care alcătuiesc substanța și de energia razelor gamma. Prin urmare, capacitatea de absorbție a unui strat de substanță pentru cuante gamma în prima aproximare poate fi caracterizată prin densitatea sa de suprafață (în g/cm²). Multă vreme s-a crezut că crearea de oglinzi și lentile pentru razele γ este imposibilă, cu toate acestea, conform ultimelor cercetări în acest domeniu, refracția razelor γ este posibilă. Această descoperire înseamnă probabil crearea unei noi ramuri a opticii - γ-optica [2] [3] [4] [5] .

Nu există o limită inferioară ascuțită pentru radiația gamma, dar de obicei se crede că cuantele gamma sunt emise de nucleu, iar cuantele de raze X sunt emise de învelișul de electroni a atomului (aceasta este doar o diferență terminologică care nu afectează proprietăţile fizice ale radiaţiei).

Raze X

• de la 0,1 nm = 1 Å (12.400 eV) la 0,01 nm = 0,1 Å (124.000 eV) - radiație cu raze X dure . Surse: unele reacții nucleare , tuburi catodice .
• de la 10 nm (124 eV) la 0,1 nm = 1 Å (12.400 eV) - raze X moi . Surse: tuburi catodice, radiații termice plasmatice.

Cuantele de raze X sunt emise în principal în timpul tranzițiilor electronilor din învelișul de electroni a atomilor grei către orbitele joase. Locurile libere pe orbitele joase sunt de obicei create de impactul electronilor. Razele X astfel create au un spectru de linii cu frecvențe caracteristice unui atom dat (vezi radiația caracteristică ); aceasta permite, în special, investigarea compoziției substanțelor ( analiza fluorescenței cu raze X ). Razele X termice , bremsstrahlung și sincrotron au un spectru continuu.

În raze X, se observă difracția pe rețelele cristaline, deoarece lungimile de undă ale undelor electromagnetice la aceste frecvențe sunt apropiate de perioadele rețelelor cristaline. Metoda de analiză a difracției cu raze X se bazează pe aceasta .

Radiația ultravioletă

Interval: 400 nm (3,10 eV) până la 10 nm (124 eV)

Radiația optică

Radiația din domeniul optic ( lumina vizibilă și radiația infraroșu ) trece liber prin atmosferă, poate fi reflectată și refractată cu ușurință în sistemele optice. Surse: radiații termice (inclusiv Soarele ), fluorescență, reacții chimice, LED-uri.

Culorile radiației vizibile corespunzătoare radiației monocromatice se numesc spectrale . Spectrul și culorile spectrale pot fi văzute atunci când un fascicul îngust de lumină trece printr-o prismă sau un alt mediu de refracție. În mod tradițional, spectrul vizibil este împărțit, la rândul său, în game de culori:

Radiația în infraroșu apropiat acoperă intervalul de la 207 THz (0,857 eV) la 405 THz (1,68 eV). Limita superioară este determinată de capacitatea ochiului uman de a percepe roșul, care variază de la persoană la persoană. De regulă, transparența în radiația infraroșie apropiată corespunde transparenței în lumina vizibilă.

Infraroșu

Radiația infraroșie este situată între lumina vizibilă și radiația terahertzi. Interval: 2000  µm (150 GHz) până la 740 nm (405 THz).

Radiația electromagnetică terahertz

Radiația terahertz (submilimetrică) este situată între radiația infraroșie și microunde, în intervalul de la 1 mm (300 GHz) la 0,1 mm (3 THz).

Radiația THz - neionizantă , trece cu ușurință prin majoritatea dielectricilor, dar este puternic absorbită de materialele conductoare și de unii dielectrici. De exemplu, lemnul, plasticul, ceramica sunt transparente pentru el, dar metalul și apa nu.

Microunde electromagnetice și unde radio

Pentru undele electromagnetice cu o frecvență sub 300 GHz, există surse suficient de monocromatice a căror radiație este potrivită pentru modularea în amplitudine și frecvență . Prin urmare, distribuția frecvențelor în această zonă are întotdeauna în vedere problemele transmisiei semnalului .

• de la 30 GHz la 300 GHz - microunde .
• de la 3 GHz la 30 GHz - unde centimetrice (SHF) .
• de la 300 MHz la 3 GHz - unde decimetrice .
• de la 30 MHz la 300 MHz - unde metru .
• de la 3 MHz la 30 MHz - unde scurte .
• de la 300 kHz la 3 MHz - unde medii .
• de la 30 kHz la 300 kHz - unde lungi .
• de la 3 kHz la 30 kHz - unde extra lungi (miriametrice) .
• de la 3 kHz - unde electromagnetice din domeniul acustic .

Spre deosebire de domeniul optic, studiul spectrului în domeniul radio se realizează nu prin separarea fizică a undelor, ci prin metode de procesare a semnalului .

Vezi și

• Densitatea spectrală a radiației

Note

1. ↑ Spectrul  electromagnetic . Enciclopedia Britannica . Preluat: 26 decembrie 2019.
2. ↑ Este prezentată posibilitatea creării de lentile pentru radiații gamma - Știință și Tehnologie - Fizică - Compulent (link inaccesibil) . Data accesului: 13 februarie 2013. Arhivat din original pe 15 iunie 2012. (nedefinit) 
3. ↑ Vesti.Ru: Fizicienii au creat o lentilă „imposibilă” pentru razele gamma (link inaccesibil) . Consultat la 13 februarie 2013. Arhivat din original pe 21 februarie 2013. (nedefinit) 
4. ↑ „Prisma” de siliciu îndoaie razele gamma - physicsworld.com (link indisponibil) . Consultat la 13 februarie 2013. Arhivat din original pe 12 mai 2013. (nedefinit) 
5. ↑ ILL :: Neutroni pentru știință : Optica cu raze gamma: un instrument viabil pentru o nouă ramură a descoperirii științifice. 05/02/2012 (link inaccesibil) . Data accesului: 13 februarie 2013. Arhivat din original la 11 septembrie 2013. (nedefinit) 

Dicționare și enciclopedii	Mare catalană mare chinezesc Britannica (online)