Вид f λ Е Јонизирачко зрачење γ Гама-зраци 300 EHz 1 pm 1,24 MeV 30 EHz 10 pm 124 keV HX Силни X-зраци 3 EHz 100 pm 12,4 keV SX Слаби X-зраци 300 PHz 1 nm 1,24 keV 30 PHz 10 nm 124 eV EUV Крајна ултравиолетова 3 PHz 100 nm 12,4 eV NUV Близу ултравиолетова Видлив 300 THz 1 μm 1,24 eV NIR Близу инфрацрвена 30 THz 10 μm 124 meV MIR Средина на инфрацрвена 3 THz 100 μm 12,4 meV FIR Далечно инфрацрвено 300 GHz 1 mm 1,24 meV Микробрановиирадиобранови EHF Екстремно висока честота 30 GHz 1 cm 124 μeV SHF Супер висока честота 3 GHz 1 dm 12,4 μeV UHF Ултрависока честота 300 MHz 1 m 1,24 μeV VHF Многу висока честота 30 MHz 10 m 124 neV HF Висока честота 3 MHz 100 m 12,4 neV MF Средна честота 300 kHz 1 km 1,24 neV LF Ниска честота 30 kHz 10 км 124 peV VLF Многу ниска честота 3 kHz 100 км 12,4 peV ULF Ултра ниска честота 300 Hz 1 Mm 1,24 peV SLF Супер ниска честота 30 Hz 10 Mm 124 feV ELF Крајно ниска честота 3 Hz 100 Mm 12,4 feV Извор: Податотека:Светлосен спектар What is Light?– UC Davis lecture slides
Електромагнетен спектар - колективен термин за сите можни честоти на електромагнетно зрачење. „Електромагнетниот спектар“ на објект има различно значење и е карактеристичната дистрибуција на електромагнетно зрачење кое се емитира или апсорбира од страна на тој конкретен објект.
Електромагнетниот спектар се протега под ниските честоти кои се користат во модерната радиокомуникација до гама-зрачење во кратка бранова должина (висока честота), така што зафаќа бранови должини од илјадници километри која се сведува на дел од големината на атомот. Видливата светлина се протега со бранова должина од 400 до 700 нанометри. Максимумот за долгите бранови должини е големината на самиот универзум, додека се смета дека минимумот на брановата должина се наоѓа во близина на должината на Планковата должина. До средината на 20 век се верувало од страна на повеќето физичари дека спектарот е бесконечен и континуиран.
Речиси сите видови на електромагнетно зрачење може да се користат во спектроскопија, за да се проучува и карактеризира материјата. Другите технолошки намени се опишани под електромагнетно зрачење.
Историја на откривања на електромагнетниот спектар
Во поголемиот дел од историјата, само видливата светлина била позната како дел од електромагнетниот спектар. Старите Грци сфаќаат дека светлината патува во прави линии и изучуваат некои од нејзините својства, вклучувајќи ги и рефлексијата и рефракцијата. Изучувањето на светлината продолжила и во текот на 16 и 17 век спротивставувајќи теории кои ја сметаат светлината како бран или честичка.
Првото откритие на електромагнетно зрачење, не сметајќи ја видливата светлина, било во 1800 година, кога Вилијам Хершел го открил инфрацрвеното зрачење. Тој ја проучувал температура на различни бои со поместување на топломер низ светлината расцепена од призма. Тој забележа дека највисоката температура е над црвеното. Тој тврди дека оваа промена на температура се должи на „калориски зраци“, кои се еден вид на светлински зраци, кои не може да се видат.
Следната година, Јохан Ритер, кој работел на другиот крај на спектарот, забележал нешто што го нарекол „хемиски зраци“ (невидливи светлински зраци, кои предизвикуваат одредени хемиски реакции). Овие се однесуваат на сличен начин како видливите виолетови светлини зраци, но се надвор од нив во спектарот. Подоцна тие биле преименувани во ултравиолетово зрачење.
Електромагнетното зрачење првпат било поврзано со електромагнетизмот во 1845 година, кога Мајкл Фарадеј забележал дека поларизацијата на светлината која патува преку транспарентен материјал одговара на магнетното поле (види Фарадеев ефект). Во текот на 1860-тите години Џејмс Максвел развил четири парцијални диференцијални равенки за електромагнетно поле. Две од овие равенки ја предвидуваат можноста за, и однесувањето на, бранови во ова поле. Анализирајќи ја брзината на овие теоретски бранови, Максвел сфатил дека тие мора да патуваат со брзина која е во врска со познатата брзина на светлината. Оваа изненадувачка случајност во вредност, довела Максвел да донесе заклучок дека светлината сама по себе е еден вид на електромагнетен бран.
Максвеловите равенки предвидуваат неограничен број на честоти на електромагнетни бранови, кои се движат со брзина на светлината. Ова беше првиот показател за постоењето на целиот електромагнетен спектар.
Брановите предвидени од Максвел вклучуваат бранови со многу ниски честоти во споредба со инфрацрвените, коишто може да бидат создадени од страна на осцилирачки полнежи во обични електрични кола на одреден тип. Обидувајќи се да ги докаже Максвеловите равенки и да открие ниска честота на електромагнетното зрачење, во 1886 година физичарот Хајнрих Херц изградил апарат да генерира и открива она што сега се нарекуваат радиобранови. Херц ги открил брановите и бил во можност да заклучи (со мерење на брановата должина и множејќи ја со нивната честота) дека патувале со брзина на светлината. Херц, исто така, покажал дека новото зрачење може да се рефлектира и прекршува од страна на разни диелектрични медиуми, на ист начин како светлината. На пример, Херц бил во можност да ги фокусира брановите со помош на леќи изработени од смолата на дрвото. Во подоцнежен експеримент, Херц на сличен начин ги генерирал и измерил својствата на микробрановите. Овие нови видови на бранови го отвориле патот за пронајдоци, како што се безжичниот телеграф и радиото.
Во 1895 година Вилхелм Рентген забележал нов вид на емитувано зрачење за време на експеримент со евакуирана цевка подложена на висок напон. Тој ги нарекол овие зрачења Х-зраци и открил дека тие можат да се движат низ делови од човечкото тело, но се одбиваат или запираат од погуста материја како што се коските. По кратко време, во областа на медицината пронајдени се многу намени за нив.
Последниот дел од електромагнетниот спектар бил пополнет со откривањето на гама-зраците. Во 1900 година Пол Вилар ги изучувал радиоактивните гасови на радиумот кога идентификувал нов тип на зрачење, така што прво мислел дека се состои од честички слични на веќе познатите алфа и бета-честички, но со моќ да продираат многу повеќе од нив. Сепак, во 1910 година, британскиот физичар Вилијам Хенри Брег покажал дека гама-зраците се електромагнетни зрачења, не честички, и во 1914 година, Ернест Радерфорд (кој ги нарекол гама-зраци во 1903 година кога сфатил дека се фундаментално различни од алфа и бета-честичките) и Едвард Андраде ја измериле нивната бранова должина и сфатиле дека гама-зраците се слични со X-зраците, но со помала бранова должина и повисока честота.
Опсег на спектарот Електромагнетните бранови обично се опишуваат со која било од следниве три физички особини: честота f, бранова должина λ, или фотонска енергија E. Честоти набљудувани во астрономијата се движат од (1 GeV гама-зраци) сè до плазма честота на јонизирана меѓуѕвездена средина (~1 kHz). Брановата должина е обратнопропорционална на честотата на бранот, така што гама-зраците имаат мали бранови должини кои се делови од големината на атомот, каде што бранови должини од спротивниот крај на спектарот можат да бидат долги колку универзумот. Фотонската енергија е правопропорционална со брановата честота, така што фотонот на гама-зракот има највисока енергија (околу билион електроволти), додека фотонот на радиобранот има многу мала енергија (околу еден фемтоелектронволт). Овие односи се прикажани со следниве равенки:
каде: c = е брзината на светлината во вакуум. h = = е Планкова константа.
Секогаш кога електромагнетен бран постои во медиум со материја, нивната бранова должина се намалува. Брановите должини на електромагнетно зрачење, без разлика низ кој медиум се движат, обично се наведени во услови на бранова должина на вакуум, иако ова не е секогаш експлицитно наведено.
Општо земено, електромагнетно зрачење е класифицирано според бранова должина во радиобран, микробран, терахерц (или под-милиметарско) зрачење, инфрацрвено, видливиот регион кој се смета како светлина, ултравиолетово, X-зраци и гама-зраци. Однесувањето на електромагнетното зрачење зависи од брановата должина. Кога електромагнетното зрачење се поврзува со единични атоми и молекули, неговото однесување зависи од количината на енергија по квант (фотон) што содржи.
Спектроскопијата може да открие многу поширок регион на електромагнетниот спектар од видливиот опсег од 400 nm до 700 nm. Честиот лабораториски спектроскоп може да открие бранови должини од 2 nm до 2500 nm. Подробни информации за физичките својства на објектите, гасовите, или ѕвездите можат да се добијат од овој тип на уреди. Спектроскопите широко се користат во астрофизиката. На пример, многу водородни атоми емитуваат радиобрановен фотон што има бранова должина од 21.12 cm. Исто така, честоти од 30 Hz и подолу може да се добијат и се важни во изучувањето на некои ѕвездени маглини и честоти високи до биле откриени од астрофизички извори.
Образложение за регионални имиња на спектарот Електромагнетното зрачење се поврзува со материја на различни начини низ целиот спектар. Овие типови на интеракција се толку различни што различни историски имиња се нанесени на различни делови од спектарот, како да тие биле различни видови на зрачење. Иако овие „различни видови“ на електромагнетно зрачење во квантитативно континуиран спектар на честоти и бранови должини, спектарот останува поделен од практични причини во врска со овие квалитативни различни интеракции.
+Интеракција на електромагнетно зрачење со материја Дел од спектарот Главна интеракција со материјатаРадиоКолективна осцилација на голем материјал (плазма осцилација). Еден пример би бил осцилаторните патувања на електроните во антена.Микробран низ далечно инфрацрвенПлазма осцилација, молекуларна ротацијаБлизу инфрацрвенМолекуларна вибрација, плазма осцилација (само во метали)ВидливМолекуларно побудување на електрони (вклучувајќи пигментни молекули кои се пронајдени во човековата ретина), плазма осцилации (само во метали)УлтравиолетовПобудување на молекуларни и атомски валентни електрони, вклучувајќи исфрлање на електроните (фотоелектричен ефект)X-зрациПобудување и исфрлање од јадрото на атомските електрони, Комптон расејување (за ниски атомски броеви)Гама-зрациЕнергетско исфрлување од јадрото на електроните во тешки елементи, Комптон расејување (за сите атомски броеви), побудување на атмоските јадра, вклучувајќи дисоцијација на јадраВисокоенергетски гама-зрациСоздавање на честичка-античестичка. На многу високи енергии единичен фотон може да создаде голем број на високоенергетски честички и античестички при интеракција со материја
Видови на зрачење
Граници Дискусија за регионите (или групи или видови) на електромагнетниот спектар е дадена подолу. Имајте предвид дека не се прецизно дефинирани границите помеѓу појасите од електромагнетниот спектар; а тие се појавуваат едни во други, како појасите во виножитото (кое е под спектарот на видливата светлина). Зрачење на секоја честота и бранова должина (или во секој појас) има мешавина од својствата на две области на спектарот што се поврзани. На пример, црвеното светло наликува на инфрацрвеното зрачење во тоа што може да побуди и додадете енергија на некои хемиски врски а и навистина треба да го стори тоа за да им даде моќ на хемиските механизми одговорни за фотосинтеза и работењето на визуелниот систем.
Области на спектарот Типови на електромагнетно зрачење се класифицирани во следниве класи: Гама-зрачење X-зрак зрачење Ултравиолетово зрачење Видливо зрачење (светлина) Инфрацрвено зрачење Терахерцово зрачење Микробраново зрачење Радиобранови Оваа класификација оди во зголемување на редот на брановата должина, што е одлика на видот на овој тип зрачење.