Електромагнітний спектр

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Електромагнітний спектр

Електромагнітний спектр — спектр електромагнітного випромінювання.

Довжина хвилі — частота — енергія фотона[ред.ред. код]

Як спектральну характеристику електромагнітного випромінювання використовують такі величини:

Енергія фотона за квантовою механікою пропорційна частоті:  E = h \nu , де h — стала Планка, Е — енергія,  \nu — частота. Довжина електромагнітної хвилі у вакуумі обернено пропорційна частоті і виражається через швидкість світла: \nu\,\lambda\,=\,c. Говорячи про довжину електромагнітних хвиль в середовищі, зазвичай мають на увазі еквівалентну величину довжину хвилі у вакуумі, яка відрізняється на коефіцієнт заломлення, оскільки частота хвилі при переході з одного середовища в інше зберігається, а довжина хвилі — змінюється.

У верхній частині шкали наводяться значення енергії (в електронвольтах). Частоти, зазначені в нижній частині шкали, виражені в герцах, а також у кратних одиницях: кГц = 1000 Гц, МГц = 1000 кГц = 1000000 Гц, ГГц = 1000 МГц = 109 Гц, ТГц = 1000 ГГц = 1012 Гц.

Шкала частот (довжин хвиль, енергій) є неперервною, але традиційно розбита на ряд діапазонів. Сусідні діапазони можуть трохи перекриватися.

Основні електромагнітні діапазони[ред.ред. код]

γ-випромінювання[ред.ред. код]

Докладніше: γ-випромінювання

Гамма-промені мають енергію понад 124 000 еВ і довжину хвилі меншу, ніж 0,01 нм = 0,1 Å.

Джерела: космос, ядерні реакції, радіоактивний розпад, синхротронне випромінювання.

Прозорість речовини для гамма-променів, на відміну від видимого світла, залежить не від хімічної форми і агрегатного стану речовини, а в основному від заряду ядер, що входять до складу речовини, і від енергії гамма-квантів. Тому поглинаючу здатність шару речовини для гамма-квантів у першому наближенні можна охарактеризувати її поверхневою густиною (в г/см²). Дзеркал і лінз для γ-променів не існує.

Різкої нижньої межі для гамма-випромінювання не існує, проте зазвичай вважається, що гамма-кванти випромінюються ядром, а рентгенівські кванти — електронною оболонкою атома (це лише термінологічне розходження, що не зачіпає фізичних властивостей випромінювання).

Рентгенівське випромінювання[ред.ред. код]

  • Від 0,1 нм = 1 Å (12 400 еВ) до 0,01 нм = 0,1 Å (124 000 еВ) — жорстке рентгенівське випромінювання. Джерела: деякі ядерні реакції, електронно-променеві трубки.
  • Від 10 нм (124 еВ) до 0,1 нм = 1 Å (12 400 еВ) — м'яке рентгенівське випромінювання. Джерела: електронно-променеві трубки, теплове випромінювання плазми.

Рентгенівські кванти випромінюються в основному при переходах електронів в електронній оболонці важких атомів на нижчі орбіти. Вакансії на нижчих орбітах створюються зазвичай електронним ударом. Рентгенівське випромінювання, створене таким чином, має лінійчастий спектр з частотами, характерними для даного атома (див. характеристичне рентгенівське випромінювання); це дозволяє, зокрема, дослідити склад речовин (рентгенофлуоресцентний аналіз). Теплове, гальмівне і синхротронне рентгенівське випромінювання має неперервний спектр.

У рентгенівських променях спостерігається дифракція на кристалічних ґратках, оскільки довжини електромагнітних хвиль на цих частотах близькі до періодів кристалічних ґраток. На цьому заснований метод рентгенодифракційного аналізу.

Ультрафіолетове випромінювання[ред.ред. код]

Діапазон: Від 400 нм (3,10 еВ) до 10 нм (124 еВ)

Назва Абревіатура Довжина хвилі у нанометрах Кількість енергії на фотон
Ближній NUV 400 — 300 3,10 — 4,13 еВ
Середній MUV 300 — 200 4,13 — 6,20 еВ
Дальній FUV 200 — 122 6,20 — 10,2 еВ
Екстремальний EUV, XUV 121 — 10 10,2 — 124 еВ
Вакуумний VUV 200 — 10 6,20 — 124 еВ
Ультрафіолет А, довгохвильовий діапазон, Чорне світло UVA 400 — 315 3,10 — 3,94 еВ
Ультрафіолет B (середній діапазон) UVB 315 — 280 3,94 — 4,43 еВ
Ультрафіолет С, короткохвильовий, гермицидний діапазон UVC 280 — 100 4,43 — 12,4 еВ

Оптичне випромінювання[ред.ред. код]

Випромінювання оптичного діапазону (видиме світло і близьке інфрачервоне випромінювання) вільно проходить крізь атмосферу, може бути легко відбите й заломлюється в оптичних системах. Джерела: теплове випромінювання (у тому числі Сонця), флюоресценція, хімічні реакції, світлодіоди.

Кольори видимого випромінювання, відповідні монохроматичому випромінюванню, називаються спектральними. Спектр і спектральні кольори можна побачити при проходженні вузького світлового променя через призму або будь-яке інше середовище, в якому заломлюються хвилі. Традиційно, видимий спектр поділяється, у свою чергу, на діапазони кольорів:

Колір Діапазон довжин хвиль, нм Діапазон частот, ТГц Діапазон енергії фотонів, еВ
Фіолетовий 380—440 790—680 2,82—3,26
Синій 440—485 680—620 2,56—2,82
Блакитний 485—500 620—600 2,48—2,56
Зелений 500—565 600—530 2,19—2,48
Жовтий 565—590 530—510 2,10—2,19
Помаранчевий 590—625 510—480 1,98—2,10
Червоний 625—740 480—405 1,68—1,98

Ближнє інфрачервоне випромінювання займає діапазон від 207 ТГц (0,857 еВ) до 405 ТГц (1,68 еВ). Верхня межа визначається здатністю людського ока до сприйняття червоного світла, вона різна в різних людей. Як правило, прозорість в ближньому інфрачервоному випромінюванні відповідає прозорості у видимому світлі.

Інфрачервоне випромінювання[ред.ред. код]

Діапазон: від 2000 мкм (1,5 ТГц) до 740 нм (405 ТГц).

Електромагнітне терагерцове випромінювання[ред.ред. код]

Терагерцове (субміліметрове) випромінювання розташоване між інфрачервоним випромінюванням і мікрохвилями, в діапазоні від 1 мм (300 ГГц) до 0,1 мм (3 ТГц).

Електромагнітні мікро- і радіохвилі[ред.ред. код]

Для електромагнітних хвиль з частотою нижче 300 ГГц існують монохроматичні джерела, випромінювання яких придатне для амплітудної та частотної модуляції. Тому, розподіл частот в цій області проводиться з огляду на методи передачі сигналів.

На відміну від оптичного діапазону, дослідження спектру в радіодіапазоні проводиться не за фізичним поділом хвиль, а за методами обробки сигналів.

Див. також[ред.ред. код]