Az elektromágneses sugárzás valamely helyből (forrásból) tetszőleges irányba közvetítőközeg nélkül terjedő energiaáram; egymásra merőleges oszcilláló elektromos és mágneses teret hoz létre, s a térben hullám formájában vákuumban fénysebességgel terjed, energiát és impulzust szállítva. Részecskéi (kvantumai) a fotonok. A 380 nm és 780 nm közötti hullámhosszú elektromágneses sugárzás az emberi szem számára is látható, emiatt látható fénynek nevezik. Az összes elektromágneses sugárzás elrendezhető frekvencia (hullámhossz, energia) szerint, ekkor kapjuk az elektromágneses spektrumot. Az elektromágneses sugárzás fizikáját az elektrodinamika írja le.
Megismerésének története Az elektromágneses hullámok elméletét James Clerk Maxwell (1831–1878) skót fizikus dolgozta ki 1873-ban. A „Tanulmány az elektromos és mágneses térről” című munkájában közzétett Maxwell-egyenletek megjósolták az elektromágneses hullámok létezését. Az elmélet magában foglalta a nagyon rövid ill. nagyon hosszú hullámhosszak létezését, az elektromágneses hullámoknak nincs felső ill. alsó hullámhosszhatára. Ezzel a feltételezéssel Maxwell olyan elektromágneses sugárzások létére következtetett, amelyeket csak a halála után fedeztek fel. A Maxwell-egyenletek helyességét Heinrich Hertz bizonyította be a szikragenerátorral végzett kísérletei alapján.
William Herschel (1738–1822) német csillagász észrevette, hogy a kísérleteiben használt fényforrás hőmérséklet-változást idéz elő. Ezzel felfedezte az infravörös (angol rövidítéssel: IR, azaz „infrared”) hősugarakat. (Egy villanykörte a sugárzásának 90%-át ebben a tartományban bocsátja ki.)
Johann Ritter (1776–1829) 1801-ben kémiai vizsgálatok alapján arra a következtetésre jutott, hogy a (látható) kék hullámhosszú fény frekvenciájánál létezik nagyobb frekvencia, amely atomi szinten hat; ezzel felfedezte az ultraibolya (UV = ultraviola) sugárzást.
Az elektromágneses spektrum tartományaiból a földi légkör csak a látható fényt és a hozzá csatlakozó hullámhossznak kis részét, a közepes és termális infravörös 3-5 μm és a 8-15 μm hullámhossztartományaiba eső sugárzást, valamint az 1 mm – 20 m hullámhosszú rádiósugárzást engedi át. Ennek a tartománynak a kiaknázására született meg a rádiócsillagászat.
Az elektromágneses mező és sugárzás kapcsolata
Mindkét értelmezés tartalmazza az (elméletileg) pontszerű forrást és a távolságól való négyzetes függést. Az elektromágneses mező jellegét tekintve erőtér, amelyet elektromos, vagy mágneses részecske hoz létre. Az elektromágneses sugárzás szoros kapcsolatban áll az erőtérrel. Az elektromágneses sugárzást energiaáramként értelmezzük, amelynek munkavégző képessége van, sugárerősségként (W•sr−1), vagy fotonerősségként (sr−1) mérhető. Sugárerősségként hullámtermészetű, amelynek elektromos és mágneses komponense is van. Az elektromágneses sugárzás sajátosságaként értelmezzük a polarizációt. Az elektromágneses sugárzás hullámhosszal; illetve frekvenciával jellemezhető. A statikus elektromos és mágneses tér frekvenciája nulla. Nem minden sugárzó teremt gömb alakú elektromágneses teret. A hagyományos rádióantennák körsugárzóak, tehát sugárzásuk legnagyobb részét a vízszinteshez közeli térbe bocsátják ki. A rövidhullámú rádióantennák felfelé is sugároznak, hogy felhasználhassák az ionoszféra hullámvisszaverő képességét. A csillagászati objektumok (csillagok, bolygók) közel gömb alakú térrészbe sugározzák az energiájukat azzal az eltéréssel, hogy nemcsak elektromágneses de részecskesugárzásuk is van. Geometriáját tekintve a részecskesugárzás hasonlóképpen írható le, így például elvileg pontszerű forrásból származnak. Lényegét tekintve anyagáram, amely sokféleképpen mérhető, például kg.sr−1 mértékegységben (anyagi tulajdonságaikat ritkábban írják le; ilyen esetben akár mol.sr−1 is lehetne, ha egyetlen anyag egyetlen ionjából állna).
Az elektromágneses spektrum Fájl:EM Spectrum Properties edit hu.svg
Elnevezés ITU rövidítés ITU elnevezés Hullámhossz Frekvencia Foton-energia elektronvolt Előállítás Műszaki felhasználás extrém alacsony frekvencia ELF Extremely Low Frequency 100 000 km - 10 000 km 3 – 30 Hz természetes eredetű rádiósugárzás, rezgőkör meteorológia szuper alacsony frekvencia SLF Super Low Frequency 10 000 km - 1000 km 30 – 300 Hz meteorológia ultra alacsony frekvencia ULF Ultra Low Frequency 1000 km - 100 km 300 – 3000 Hz rezgőkör nagyon alacsony frekvencia VLF Very Low Frequency 100 km - 10 km 3 – 30 kHz Hosszúhullám LF Low Frequency 10 km - 1 km 30–300 kHz > 6,6 · 10−30 J > 41 peV hosszúhullámú rádió Középhullám MF Medium Frequency 1 km - 100 m 300 – 3000 kHz > 4,3 · 10−28 J > 2,7 neV középhullámú rádió Rövidhullám HF High Frequency 100 m - 10 m 3-30 MHz > 1,1 · 10−27 J > 6,9 neV rövidhullámú rádió Ultrarövidhullám (URH) VHF Very High Frequency 10 m - 1 m 30-300 MHz > 2,0 · 10−26 J > 120 neV rádió, tévé, radar, Mágnesesrezonancia-képalkotás Deciméteres hullám UHF Ultra High frequency 1 m - 10 cm 300-3000 MHz > 2,0 · 10−25 J > 1,2 µeVrezgőkör, üregrezonátor Mágnesesrezonancia-képalkotás, mobiltelefon, tévé Centiméteres hullám SHF Super High Frequency 10 cm - 1 cm 3–30 GHz > 2,0 · 10−24 J > 12 µeV üregrezonátor rádiócsillagászat, távközlés, műholdas televízióadás Milliméteres hullám EHF Extremely High Frequency 1 cm - 1 mm 30–300 GHz > 2,0 · 10−23 J > 120 µeV rádiócsillagászat, távközlés, orvostudomány Mikrométeres hullám 30 cm - 300 µm 1 GHz – 1 THz > 6,6 · 10−25 J > 4,1 µeV magnetron, klisztron, mézer mikrohullámú sütő, radar Terahertzes sugárzás 3 mm - 30 µm 0,1 THz – 10 THz > 6,6 · 10−23 J > 0,4 meV szinkrotron, kvantumkaszkádlézer, szabadelektron-lézer rádiócsillagászat, spektroszkópia, képalkotó eljárások Infravörös sugárzás (IR) < 1,0 mm > 300 GHz Feketetest-sugárzás, lézerdióda, szinkrotron IR-spektroszkópia Távoli infravörös < 1,0 mm > 300 GHz > 2,0 · 10−22 J > 1,2 meV Közép infravörös < 50 µm > 6,00 THz > 4,0 · 10−21 J > 25 meV Szén-dioxid-lézer Közeli infravörös < 2,5 µm > 120 THz > 8,0 · 10−20 J > 500 meV Nd:YAG-lézer távközlés, adatátvitel (IRDA) Fény 780 nm - 380 nm 384 THz - 789 THz > 2,6 · 10−19 J > 1,6 eV fekete test (izzó), gázkisülés (fénycső), lézerdióda, festéklézer, szinkrotron világítás, színmérés, fényességmérés Vörös 780 nm - 640 nm 384 – 468 THz hélium-neon lézer DVD, CD Narancs 640 nm - 600 nm 468 – 500 THz Sárga 600 nm - 570 nm 500 – 526 THz Zöld 570 nm - 490 nm 526 – 612 THz Kék 490 nm - 430 nm 612 – 697 THz Ibolya 430 nm - 380 nm 697 – 789 THz Blu-ray disc Ultraibolya sugárzás (UV) < 380 nm > 789 THz > 5,2 · 10−19 J > 3,3 eV fertőtlenítés, UV-fény, spektroszkópia Lágy UV-sugárzás < 380 nm > 789 THz > 5,2 · 10−19 J > 3,3 eV fénycső, szinkrotron, excimerlézer lumineszcencia, pénzérmék eredetiségvizsgálata, fotolitográfia Kemény UV-sugárzás < 200 nm > 1,5 PHz > 2,0 · 10−19 J > 6,2 eV fénycső, szinkrotron, excimerlézer EUV 13,5 nm 30 PHz 2,0 · 10−17 J 90 eV szinkrotron EUV-litográfia XUV 1 – 50 nm 300 PHz – 1 PHz 2,0 · 10−16 – 5,0 · 10−18 J 20 – 1000 eV XUV- és EUV-források; XUV-csövek, szinkrotron EUV-litográfia, röntgen-mikroszkópia, nanoszkópia Röntgensugárzás < 1 nm > 300 PHz > 2,0 · 10−16 J > 1 keV Röntgencső diagnosztika, biztonságtechnika, Röntgen-szerkezetanalízis, Röntgendiffrakció Gamma-sugárzás < 10 pm > 30 EHz > 2,0 · 10−14 J > 120 keV PET, radioaktivitás, szupernóvák, pulzárok, kvazárok
Jegyzetek
Fordítás
Források
http://eta.bibl.u-szeged.hu/2173/2/az_elektromgneses_spektrum.html http://eta.bibl.u-szeged.hu/2173/2/elektromgneses_hullmok.html
További információk
A sugárzás - muszakiak.hu - a műszaki portál Elektromágneses sugárzások: magyarított Java szimuláció . Szerző: Wolfgang Bauer Radio Frequency Band Designations Fizikakönyv.hu – A teljes elektromágneses színkép
Kapcsolódó szócikkek hőmérsékleti sugárzás fény - a látható elektromágneses színkép, a fény sebessége színképelemzés csillagászati színképelemzés - az asztrofizika egyik legeredményesebb vizsgálati módszere fotometria a csillagászatban (fényességmérés) radar frekvenciasávok
Kategória:Elektromágneses sugárzás