Электромагнитный спектр - Electromagnetic spectrum

Учебный класс Freq-
умение		Волна-
длина		Энергия на фотон
Ионизирующий
радиация		γГамма излучение 300 EHz1 вечера1.24 M эВ
 
 30 Гц10 вечера124 k эВ
HXЖесткий Рентгеновские лучи 
 3 Гц100 вечера12,4 кэВ
SXМягкие рентгеновские лучи 
 300 PHz1 нм1,24 кэВ
 
 30 пГц10 нм124 эВ
EUVЭкстремальный
ультрафиолетовый		 
 3 пГц100 нм12,4 эВ
 NUVВозле
ультрафиолетовый,
видимый		 
  300 ТГц1 мкм1,24 эВ
NIRВозле инфракрасный 
 30 ТГц10 мкм124 м эВ
МИРСредний инфракрасный 
 3 ТГц100 мкм12,4 мэВ
FIRДальний инфракрасный 
 300 ГГц1 мм1,24 мэВ
Микро-
волны

и

радио
волны		EHFЭкстремально высокий
частота		 
 30 ГГц1 см124 μ эВ
СВЧСупер высокий
частота		 
 3 ГГц1 дм12,4 мкэВ
УВЧСверхвысокий
частота		 
 300 МГц1 м1,24 мкэВ
УКВОчень высоко
частота		 
 30 МГц10 м124 п эВ
HFВысоко
частота		 
 3 МГц100 м12,4 нэВ
MFСередина
частота		 
 300 кГц1 км1,24 нэВ
LFНизкий
частота		 
 30 кГц10 км124 п эВ
VLFОчень низкий
частота		 
 3 кГц100 км12,4 пэВ
УНЧУльтра низкая частота 
 300 Гц1000 км1,24 пэВ
SLFСупер низкий
частота		 
 30 Гц10000 км124 ж эВ
ELFЧрезвычайно низкий
частота		 
 3 Гц100000 км.12,4 фев
 
Источники: Файл: Light Spectrum.svg [1][2][3]

В электромагнитный спектр это диапазон частоты (в спектр ) из электромагнитное излучение и их соответствующие длины волн и энергии фотонов.

Электромагнитный спектр охватывает электромагнитные волны с частотами ниже единицы. герц до более 1025 герц, соответствующий длины волн из тысяч километров до доли размера атомное ядро. Этот частотный диапазон разделен на отдельные полосы, и электромагнитные волны внутри каждой полосы частот называются разными именами; начиная с низкочастотного (длинноволнового) конца спектра это: радиоволны, микроволны, инфракрасный, видимый свет, ультрафиолетовый, Рентгеновские лучи, и гамма излучение на высокочастотном (коротковолновом) конце. Электромагнитные волны в каждом из этих диапазонов имеют разные характеристики, например, как они возникают, как они взаимодействуют с веществом и их практическое применение. Предел для длинных волн - это размер вселенная сам, в то время как считается, что предел короткой длины волны находится в окрестности Планковская длина.[4] Гамма-лучи, рентгеновские лучи и высокий ультрафиолет классифицируются как ионизирующего излучения поскольку их фотоны имеют достаточно энергии, чтобы ионизировать атомы, вызывающие химические реакции.

В большинстве указанных выше диапазонов частот метод, называемый спектроскопия может использоваться для физического разделения волн разных частот, создавая спектр показывая составляющие частоты. Спектроскопия используется для изучения взаимодействия электромагнитных волн с веществом.[5] Другие технологические применения описаны в разделе электромагнитное излучение.

История и открытия

Смотрите также: История электромагнетизма, История радио, История электротехники, и История оптики

На протяжении большей части истории видимый свет был единственной известной частью электромагнитного спектра. В древние греки признал, что свет распространяется по прямым линиям, и изучил некоторые его свойства, в том числе отражение и преломление. Изучение света продолжалось, и в течение 16 и 17 веков противоречивые теории рассматривали свет либо как волну, либо как частицу.[6]

Первое открытие электромагнитное излучение кроме видимого света появился в 1800 году, когда Уильям Гершель обнаруженный инфракрасный радиация.[7] Он изучал температуру разных цветов, перемещая градусник через свет, разделенный призмой. Он заметил, что самая высокая температура была выше красной. Он предположил, что это изменение температуры произошло из-за «тепловых лучей», типа светового луча, который нельзя было увидеть.

В следующем году, Иоганн Риттер, работая на другом конце спектра, заметил то, что он назвал «химическими лучами» (невидимые световые лучи, вызывающие определенные химические реакции). Они вели себя так же, как видимые фиолетовые лучи света, но находились за их пределами в спектре.[8] Позже они были переименованы ультрафиолетовый радиация.

Электромагнитное излучение впервые было связано с электромагнетизмом в 1845 году, когда Майкл Фарадей заметил, что поляризация света, проходящего через прозрачный материал, реагирует на магнитное поле (видеть Эффект Фарадея ). В течение 1860-х гг. Джеймс Максвелл разработаны четыре частичных дифференциала уравнения для электромагнитное поле. Два из этих уравнений предсказывали возможность и поведение волн в поле. Анализируя скорость этих теоретических волн, Максвелл понял, что они должны двигаться со скоростью примерно известной скорость света. Это поразительное совпадение значений привело Максвелла к выводу, что свет сам по себе является разновидностью электромагнитной волны.

Уравнения Максвелла предсказал бесконечное количество частот электромагнитные волны, все движутся со скоростью света. Это было первое указание на существование всего электромагнитного спектр.

Волны, предсказанные Максвеллом, включали волны очень низких частот по сравнению с инфракрасным излучением, которые теоретически могут быть созданы колебательными зарядами в обычной электрической цепи определенного типа. Пытаясь доказать уравнения Максвелла и обнаружить такое низкочастотное электромагнитное излучение, в 1886 году физик Генрих Герц построил аппарат для генерации и обнаружения того, что сейчас называется радиоволны. Герц обнаружил волны и смог сделать вывод (измеряя их длину и умножая на частоту), что они движутся со скоростью света. Герц также продемонстрировал, что новое излучение может отражаться и преломляться различными диэлектрическими средами так же, как и свет. Например, Герц смог сфокусировать волны с помощью линзы из дерева. смола. В более позднем эксперименте Герц аналогичным образом произвел и измерил свойства микроволны. Эти новые типы волн открыли путь для таких изобретений, как беспроводной телеграф и радио.

В 1895 г. Вильгельм Рентген заметил новый тип излучения, испускаемого во время эксперимента с вакуумированной трубкой, подвергнутой воздействию высокого напряжения. Он назвал эти излучения рентгеновские лучи и обнаружили, что они могут путешествовать через части человеческого тела, но отражаются или останавливаются более плотной материей, такой как кости. Вскоре для этого было найдено множество применений. рентгенография.

Последняя часть электромагнитного спектра была заполнена открытием гамма излучение. В 1900 г. Поль Вильярд изучал радиоактивные выбросы радий когда он определил новый тип излучения, который, как он сначала думал, состоит из частиц, подобных известным альфа- и бета-частицам, но обладающих гораздо большей проникающей способностью, чем любой другой. Однако в 1910 году британский физик Уильям Генри Брэгг продемонстрировал, что гамма-лучи - это электромагнитное излучение, а не частицы, и в 1914 г. Эрнест Резерфорд (который назвал их гамма-лучами в 1903 году, когда понял, что они фундаментально отличаются от заряженных альфа- и бета-частиц) и Эдвард Андраде измерили их длины волн и обнаружили, что гамма-лучи похожи на рентгеновские лучи, но с более короткими длинами волн и более высокими частотами.

Классифицировать

Электромагнитные волны обычно описываются одним из следующих трех физических свойств: частота ж, длина волны λ, или же энергия фотона E. Частоты, наблюдаемые в астрономии, варьируются от 2.4×1023 Гц (1 ГэВ гамма-лучи) вплоть до местных плазменная частота ионизированной межзвездной среды (~ 1 кГц). Длина волны обратно пропорциональна частоте волны,[5] поэтому гамма-лучи имеют очень короткие длины волн, составляющие доли размера атомы, тогда как длины волн на противоположном конце спектра могут быть такими же, как вселенная. Энергия фотона прямо пропорциональна частоте волны, поэтому гамма-фотоны имеют самую высокую энергию (около миллиарда электрон-вольт ), в то время как радиоволновые фотоны имеют очень низкую энергию (около фемтоэлектронвольт ). Эти отношения иллюстрируются следующими уравнениями:

куда:

Когда электромагнитные волны существуют в средний с иметь значение, их длина волны уменьшается. Длины волн электромагнитного излучения, в какой бы среде они ни проходили, обычно указываются в терминах длина волны вакуума, хотя это не всегда прямо указывается.

Как правило, электромагнитное излучение классифицируется по длине волны на радиоволна, микроволновая печь, инфракрасный, видимый свет, ультрафиолетовый, Рентгеновские лучи и гамма излучение. Поведение ЭМ-излучения зависит от его длины волны. Когда электромагнитное излучение взаимодействует с отдельными атомами и молекулами, его поведение также зависит от количества энергии на единицу квант (фотон) он несет.

Спектроскопия может обнаруживать гораздо более широкую область ЭМ-спектра, чем видимый диапазон длин волн от 400 до 700 нм в вакууме. Обычный лабораторный спектроскоп может обнаруживать длины волн от 2 до 2500 нм.[нужна цитата ] С помощью этого типа устройства можно получить подробную информацию о физических свойствах объектов, газов или даже звезд. Спектроскопы широко используются в астрофизика. Например, многие водород атомы испускают а радиоволна фотон с длиной волны 21,12 см. Также частоты 30 Гц и ниже могут быть созданы и важны при изучении некоторых звездных туманностей.[10] и частоты до 2.9×1027 Гц были обнаружены из астрофизических источников.[11]

Регионы

В электромагнитный спектр
Схема электромагнитного спектра, показывающая различные свойства в диапазоне частот и длин волн.

Типы электромагнитного излучения в целом подразделяются на следующие классы (регионы, диапазоны или типы):[5]

  1. Гамма-излучение
  2. Рентгеновское излучение
  3. Ультрафиолетовая радиация
  4. Видимый свет
  5. Инфракрасная радиация
  6. СВЧ излучение
  7. Радиоволны

Эта классификация идет в порядке возрастания длины волны, что характерно для типа излучения.[5]

Нет четко определенных границ между полосами электромагнитного спектра; скорее они переходят друг в друга, как полосы на радуге (субспектре видимого света). Излучение каждой частоты и длины волны (или каждой полосы) обладает сочетанием свойств двух областей спектра, которые его ограничивают. Например, красный свет похож на инфракрасное излучение тем, что может возбуждать и добавлять энергию некоторым людям. химические связи и действительно должны сделать это, чтобы привести в действие химические механизмы, ответственные за фотосинтез и работа зрительная система.

Различие между рентгеновскими лучами и гамма-лучами частично основано на источниках: фотоны, генерируемые ядерный распад или другие ядерные и субядерные процессы / процессы с частицами всегда называются гамма-лучами, тогда как рентгеновские лучи генерируются электронный переходы с участием высокоэнергетических внутренних электронов атомов.[12][13][14] В общем, ядерные переходы намного более энергичны, чем электронные, поэтому гамма-лучи более энергичны, чем рентгеновские лучи, но существуют исключения. По аналогии с электронными переходами мюонный атом также говорят, что переходы производят рентгеновское излучение, даже если их энергия может превышать 6 мегаэлектронвольт (0,96 пДж),[15] в то время как существует множество (77, как известно, менее 10 кэВ (1,6 фДж)) низкоэнергетических ядерных переходов (например, ядерный переход 7,6 эВ (1,22 аДж) торий -229), и, несмотря на то, что они в миллион раз меньше энергии, чем некоторые мюонные рентгеновские лучи, испускаемые фотоны по-прежнему называют гамма-лучами из-за их ядерного происхождения.[16]

Однако соглашение о том, что электромагнитное излучение, которое, как известно, исходит от ядра, всегда называется «гамма-излучением», является единственным соглашением, которое повсеместно соблюдается. Многие астрономические гамма-луч источники (такие как гамма-всплески ), как известно, слишком энергичны (как по интенсивности, так и по длине волны), чтобы иметь ядерное происхождение. Довольно часто в физике высоких энергий и в медицинской лучевой терапии ЭМИ очень высоких энергий (в диапазоне> 10 МэВ), которое имеет более высокую энергию, чем любое ядерное гамма-излучение, не называют рентгеновским или гамма-излучением, а вместо этого называют общий термин «фотоны высоких энергий».

Область спектра, на которую падает конкретное наблюдаемое электромагнитное излучение, равна система отсчета -зависимый (из-за Доплеровский сдвиг для света), поэтому электромагнитное излучение, которое, как сказал бы один наблюдатель, находится в одной области спектра, может показаться наблюдателю, движущемуся со значительной долей скорости света по сравнению с первым, находящимся в другой части спектра. Например, рассмотрим космический микроволновый фон. Он был произведен, когда материя и излучение разъединились, путем девозбуждения атомов водорода в основное состояние. Эти фотоны были из Серия Лайман переходы, помещая их в ультрафиолетовую (УФ) часть электромагнитного спектра. Теперь это излучение претерпело достаточно космологические красное смещение поместить его в микроволновую область спектра для наблюдателей, медленно движущихся (по сравнению со скоростью света) относительно космоса.

Обоснование имен

Электромагнитное излучение по-разному взаимодействует с веществом по всему спектру. Эти типы взаимодействия настолько различны, что исторически разные названия применялись к разным частям спектра, как если бы это были разные типы излучения. Таким образом, хотя эти «разные виды» электромагнитного излучения образуют количественно непрерывный спектр частот и длин волн, спектр остается разделенным по практическим причинам, связанным с этими качественными различиями во взаимодействии.

Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом
Область спектраОсновные взаимодействия с материей
РадиоКоллективные колебания носителей заряда в массивном материале (плазменное колебание ). Примером может служить колебательное движение электронов в антенна.
СВЧ далеко инфракрасныйКолебания плазмы, вращение молекул
Возле инфракрасныйМолекулярные колебания, плазменные колебания (только в металлах)
ВидимыйМолекулярное электронное возбуждение (включая молекулы пигмента в сетчатке глаза человека), плазменные колебания (только в металлах)
УльтрафиолетовыйВозбуждение молекулярных и атомных валентных электронов, включая выброс электронов (фотоэлектрический эффект )
Рентгеновские лучиВозбуждение и выброс остовных атомных электронов, Комптоновское рассеяние (для малых атомных номеров)
Гамма излучениеЭнергичный выброс остовных электронов тяжелых элементов, Комптоновское рассеяние (для всех атомных номеров) возбуждение атомных ядер, включая диссоциацию ядер
Высокая энергия гамма излучениеСоздание пары частица-античастица. При очень высоких энергиях одиночный фотон может создать ливень из высокоэнергетичных частиц и античастиц при взаимодействии с веществом.

Виды излучения

Радиоволны

Основные статьи: Радиочастота, Радиоспектр, и Радиоволны

Радио волны излучаются и принимаются антенны, которые состоят из проводников, таких как металлический стержень резонаторы. При искусственной генерации радиоволн электронное устройство, называемое передатчик генерирует AC электрический ток который применяется к антенне. Колеблющиеся электроны в антенне создают колебательные электрический и магнитные поля которые излучаются от антенны в виде радиоволн. При приеме радиоволн колебательные электрические и магнитные поля радиоволны взаимодействуют с электронами в антенне, толкая их вперед и назад, создавая колебательные токи, которые прикладываются к радиоприемник. Атмосфера Земли в основном прозрачна для радиоволн, за исключением слоев заряженных частиц в ионосфера которые могут отражать определенные частоты.

Радиоволны чрезвычайно широко используются для передачи информации на расстояния в радиосвязь такие системы как радиовещание, телевидение, двустороннее радио, мобильные телефоны, спутники связи, и беспроводная сеть. В системе радиосвязи ток радиочастоты модулированный с информационным сигнал в передатчике путем изменения амплитуды, частоты или фазы и приложенного к антенне. Радиоволны переносят информацию через пространство к приемнику, где они принимаются антенной, а информация извлекается демодуляция в приемнике. Радиоволны также используются для навигации в таких системах, как спутниковая система навигации (GPS) и навигационные маяки, и обнаружение удаленных объектов в радиолокация и радар. Они также используются для дистанционное управление, и для промышленного отопления.

Использование радиоспектр строго регулируется правительствами и координируется органом, называемым Международный союз электросвязи (ITU) который распределяет частоты разным пользователям для разных целей.

Микроволны

Основная статья: Микроволны
График непрозрачности атмосферы Земли для различных длин волн электромагнитного излучения. Это непрозрачность от поверхности к космосу, атмосфера прозрачна для длинноволновый радиопередачи в тропосфера, не непрозрачный, как показано на диаграмме.

Микроволны радиоволны короткие длина волны, примерно от 10 сантиметров до одного миллиметра, в СВЧ и EHF полосы частот. Микроволновая энергия производится с клистрон и магнетрон трубки, и с твердое состояние такие устройства, как Gunn и IMPATT диоды. Хотя они излучаются и поглощаются короткими антеннами, они также поглощаются полярные молекулы, взаимодействие с колебательными и вращательными модами, что приводит к объемному нагреву. В отличие от более высокочастотных волн, таких как инфракрасный и свет которые поглощаются в основном поверхностями, микроволны могут проникать в материалы и отдавать свою энергию под поверхностью. Этот эффект используется для нагрева пищи в микроволновые печи, и для промышленного отопления и медицинского диатермия. Микроволны - это основные длины волн, используемые в радар, и используются для спутниковая связь, и беспроводная сеть такие технологии как Вай фай. Медные кабели (линии передачи ), которые используются для передачи низкочастотных радиоволн к антеннам, имеют чрезмерные потери мощности на микроволновых частотах, а металлические трубы, называемые волноводы используются для их ношения. Хотя в нижней части диапазона атмосфера в основном прозрачна, в верхней части диапазона поглощение микроволн атмосферными газами ограничивает практические расстояния распространения до нескольких километров.

Терагерцовое излучение или субмиллиметровое излучение - это область спектра от примерно 100 ГГц до 30 терагерц (ТГц) между микроволнами и дальней инфракрасной областью, которую можно рассматривать как принадлежащую к любому диапазону. До недавнего времени этот диапазон редко изучался, и существовало несколько источников микроволновой энергии в так называемых терагерцовый промежуток, но сейчас появляются такие приложения, как обработка изображений и связь. Ученые также стремятся применить терагерцовую технологию в вооруженных силах, где высокочастотные волны могут быть направлены на вражеские войска, чтобы вывести из строя их электронное оборудование.[17] Терагерцовое излучение сильно поглощается атмосферными газами, что делает этот частотный диапазон бесполезным для связи на большие расстояния.

Инфракрасная радиация

Основная статья: Инфракрасная радиация

В инфракрасный Часть электромагнитного спектра охватывает диапазон примерно от 300 ГГц до 400 ТГц (1 мм - 750 нм). Его можно разделить на три части:[5]

  • Дальний инфракрасный, от 300 ГГц до 30 ТГц (1 мм - 10 мкм). Нижнюю часть этого диапазона можно также назвать микроволнами или терагерцовыми волнами. Это излучение обычно поглощается так называемыми вращательными модами в молекулах газовой фазы, молекулярными движениями в жидкостях и фононы в твердых телах. Вода в атмосфере Земли настолько сильно поглощает в этом диапазоне, что фактически делает атмосферу непрозрачной. Однако в пределах непрозрачного диапазона есть определенные диапазоны длин волн («окна»), которые допускают частичную передачу и могут использоваться в астрономии. Диапазон длин волн от примерно 200 мкм до нескольких мм часто называют «субмиллиметр» в астрономии, сохраняя дальний инфракрасный диапазон для длин волн менее 200 мкм.
  • Средний инфракрасный, от 30 до 120 ТГц (10–2,5 мкм). Горячие объекты (черное тело радиаторы) могут сильно излучать в этом диапазоне, а кожа человека при нормальной температуре тела сильно излучает в нижнем конце этого диапазона. Это излучение поглощается молекулярными колебаниями, при которых различные атомы в молекуле колеблются вокруг своего положения равновесия. Этот диапазон иногда называют область отпечатка пальца, поскольку спектр поглощения соединения в средней инфракрасной области очень специфичен для этого соединения.
  • Ближний инфракрасный, от 120 до 400 ТГц (2,500–750 нм). Физические процессы, относящиеся к этому диапазону, аналогичны процессам для видимого света. Самые высокие частоты в этой области могут быть обнаружены непосредственно некоторыми типами фотопленок и многими типами твердотельных пленок. датчики изображения за инфракрасная фотография и видеосъемка.

Видимый свет

Основная статья: Видимый спектр

Выше инфракрасного по частоте приходит видимый свет. В солнце излучает свою пиковую мощность в видимой области, хотя интегрирование всего спектра мощности излучения по всем длинам волн показывает, что Солнце излучает немного больше инфракрасного света, чем видимого света.[18] По определению, видимый свет - это часть электромагнитного спектра. человеческий глаз наиболее чувствителен к. Видимый свет (и свет в ближнем инфракрасном диапазоне) обычно поглощается и излучается электронами в молекулах и атомах, которые переходят с одного энергетического уровня на другой. Это действие разрешает химические механизмы, лежащие в основе человеческого зрения и фотосинтеза растений. Свет, волнующий человека зрительная система это очень небольшая часть электромагнитного спектра. А радуга показывает оптическую (видимую) часть электромагнитного спектра; инфракрасный (если бы его можно было увидеть) был бы расположен сразу за красной стороной радуги с ультрафиолетовый появляется сразу за фиолетовым концом.

Электромагнитное излучение с длина волны между 380 нм и 760 нм (400–790 терагерц) обнаруживается человеческим глазом и воспринимается как видимый свет. Другие длины волн, особенно ближний инфракрасный (более 760 нм) и ультрафиолетовый (менее 380 нм), также иногда называют светом, особенно когда видимость для людей не важна. Белый свет - это комбинация света с разной длиной волны в видимом спектре. При прохождении белого света через призму он разделяется на несколько цветов света, наблюдаемых в видимом спектре между 400 нм и 780 нм.

Если излучение, имеющее частоту в видимой области ЭМ-спектра, отражается от объекта, например, вазы с фруктами, а затем попадает в глаза, это приводит к визуальное восприятие сцены. Зрительная система мозга обрабатывает множество отраженных частот в различные оттенки и оттенки, и благодаря этому недостаточно изученному психофизическому феномену большинство людей воспринимает вазу с фруктами.

Однако на большинстве длин волн информация, переносимая электромагнитным излучением, не воспринимается непосредственно человеческими органами чувств. Природные источники производят электромагнитное излучение во всем спектре, и технологии также могут управлять широким диапазоном длин волн. Оптоволокно передает свет, который, хотя и не обязательно в видимой части спектра (обычно это инфракрасный), может нести информацию. Модуляция аналогична той, что используется с радиоволнами.

Ультрафиолетовая радиация

Основная статья: Ультрафиолетовый
Степень проникновения УФ-излучения по отношению к высоте в земной озон

Следующим по частоте идет ультрафиолетовый (УФ). Длина волны УФ-лучей короче фиолетового конца видимый спектр но дольше, чем рентген.

УФ - излучение с самой длинной длиной волны, фотоны которого достаточно энергичны, чтобы ионизировать атомы, разделяющие электроны от них, и таким образом вызывая химические реакции. Коротковолновое УФ-излучение и более коротковолновое излучение над ним (рентгеновские лучи и гамма-лучи) называются ионизирующего излучения, и их воздействие может повредить живые ткани, что сделает их опасными для здоровья. УФ также может вызвать свечение многих веществ видимым светом; это называется флуоресценция.

В среднем диапазоне УФ-излучения УФ-лучи не могут ионизироваться, но могут разрушать химические связи, делая молекулы необычно реактивными. Загар, например, вызвано разрушительным воздействием УФ-излучения среднего диапазона на кожа клетки, что является основной причиной рак кожи. УФ-лучи в среднем диапазоне могут нанести непоправимый урон комплексу ДНК молекулы в клетках, производящие димеры тимина делая это очень мощным мутаген.

Солнце испускает значительное УФ-излучение (около 10% от его общей мощности), в том числе ультрафиолетовое излучение с чрезвычайно короткой длиной волны, которое потенциально может уничтожить большую часть жизни на суше (океанская вода обеспечит некоторую защиту для жизни там).Однако большая часть вредных длин волн УФ-излучения Солнца поглощается атмосферой, прежде чем достигнет поверхности. Более высокие энергетические (самые короткие длины волны) диапазоны УФ (так называемые «вакуумные УФ») поглощаются азотом, а на более длинных волнах - простыми двухатомными кислород в воздухе. Большая часть ультрафиолетового излучения в среднем диапазоне энергий блокируется озоновым слоем, который сильно поглощает в важном диапазоне 200–315 нм, нижняя часть которого является слишком длинной для обычных дикислород в воздухе, чтобы поглотить. В результате остается менее 3% солнечного света на уровне моря в УФ-диапазоне, а все остальное - при более низких энергиях. Остальное - УФ-А, а также немного УФ-В. Самый низкий энергетический диапазон УФ-излучения от 315 нм до видимого света (называемый УФ-А) плохо блокируется атмосферой, но не вызывает солнечных ожогов и наносит меньший биологический ущерб. Тем не менее, он не безвреден и действительно вызывает кислородные радикалы, мутации и повреждение кожи.

Рентгеновские лучи

Основная статья: Рентгеновские лучи

После УФ приходят Рентгеновские лучи, которые, как и верхний диапазон УФ-излучения, также являются ионизирующими. Однако из-за своей более высокой энергии рентгеновские лучи также могут взаимодействовать с веществом посредством Эффект Комптона. Жесткие рентгеновские лучи имеют более короткие длины волн, чем мягкие рентгеновские лучи, и, поскольку они могут проходить через многие вещества с небольшим поглощением, их можно использовать, чтобы «видеть насквозь» объекты с «толщиной» меньше, чем это эквивалентно нескольким метрам воды. Одно из наиболее заметных применений - диагностическая рентгеновская визуализация в медицине (процесс, известный как рентгенография ). Рентгеновские лучи полезны в качестве зондов в физике высоких энергий. В астрономии аккреционные диски вокруг нейтронные звезды и черные дыры испускать рентгеновские лучи, что позволяет изучать эти явления. Рентгеновские лучи также испускаются звездная корона и сильно испускаются некоторыми типами туманности. Тем не мение, Рентгеновские телескопы должны быть размещены за пределами атмосферы Земли, чтобы увидеть астрономические рентгеновские лучи, так как большая глубина атмосфера Земли непрозрачен для рентгеновских лучей (с поверхностная плотность 1000 г / см2), что эквивалентно толщине воды 10 метров.[19] Этого количества достаточно, чтобы заблокировать почти все астрономические рентгеновские лучи (а также астрономические гамма-лучи - см. Ниже).

Гамма излучение

Основная статья: Гамма излучение

После жесткого рентгена гамма излучение, которые были обнаружены Пол Ульрих Виллард в 1900 году. Это самые энергичные фотоны, не имеющие определенного нижнего предела для их длины волны. В астрономия они ценны для изучения высокоэнергетических объектов или регионов, однако, как и в случае с рентгеновскими лучами, это можно сделать только с помощью телескопов за пределами атмосферы Земли. Гамма-лучи экспериментально используются физиками из-за их проникающей способности и производятся рядом радиоизотопы. Они используются для облучение пищевых продуктов и семян для стерилизации, а в медицине они иногда используются в лучевая терапия рака.[20] Чаще всего гамма-лучи используются для диагностической визуализации в ядерная медицина, например, ПЭТ сканирование. Длину волны гамма-излучения можно измерить с высокой точностью за счет воздействия Комптоновское рассеяние.

Смотрите также

Примечания и ссылки

  1. ^ Что такое свет? В архиве 5 декабря 2013 г. Wayback Machine – Калифорнийский университет в Дэвисе слайды лекций
  2. ^ Элерт, Гленн. "Электромагнитный спектр. Гипертекст по физике". Hypertextbook.com. Получено 2010-10-16.
  3. ^ «Определение частотных диапазонов на». Vlf.it. Получено 2010-10-16.
  4. ^ Бакши, У. А .; Годсе, А. П. (2009). Базовая электроника. Технические публикации. С. 8–10. ISBN  978-81-8431-580-6.
  5. ^ а б c d е Мехта, Акуль. «Введение в электромагнитный спектр и спектроскопию». Pharmaxchange.info. Получено 2011-11-08.
  6. ^ Хайтель, Гэри (15 мая 2014 г.). Происхождение и грандиозный финал: как Библия и наука соотносятся с происхождением всего, злоупотреблениями политической властью и предсказаниями конца света. iUniverse. ISBN  9781491732571.
  7. ^ «Гершель открывает инфракрасный свет». Классные занятия Cosmos Classroom. Архивировано из оригинал на 2012-02-25. Получено 4 марта 2013. Он направил солнечный свет через стеклянную призму, чтобы создать спектр […], а затем измерил температуру каждого цвета. […] Он обнаружил, что температура цветов увеличилась от фиолетовой до красной части спектра. […] Гершель решил измерить температуру просто вне красный цвет спектра в области, где не было видно солнечного света. К своему удивлению, он обнаружил, что в этом регионе самая высокая температура из всех.
  8. ^ Дэвидсон, Майкл В. "Иоганн Вильгельм Риттер (1776–1810)". Государственный университет Флориды. Получено 5 марта 2013. Риттер […] выдвинул гипотезу, что должно быть невидимое излучение за пределами фиолетового конца спектра, и начал эксперименты, чтобы подтвердить свое предположение. Он начал работать с хлоридом серебра, веществом, разлагающимся под действием света, измеряя скорость, с которой оно разрушается светом разных цветов. […] Риттер […] продемонстрировал, что самая быстрая скорость разложения происходит с излучением, которое невозможно увидеть, но которое существует в области за пределами фиолетового. Риттер первоначально называл новый тип излучения химическими лучами, но в конечном итоге название ультрафиолетовое излучение стало предпочтительным термином.
  9. ^ Мор, Питер Дж .; Тейлор, Барри Н .; Ньюэлл, Дэвид Б. (2008). "CODATA Рекомендуемые значения фундаментальных физических констант: 2006 г." (PDF). Обзоры современной физики. 80 (2): 633–730. arXiv:0801.0028. Bibcode:2008РвМП ... 80..633М. Дои:10.1103 / RevModPhys.80.633. Архивировано из оригинал (PDF) на 2017-10-01.Прямая ссылка на значение.
  10. ^ Condon, J. J .; Рэнсом, С.М. «Основы радиоастрономии: свойства пульсаров». Национальная радиоастрономическая обсерватория. Получено 2008-01-05.
  11. ^ Abdo, A. A .; Allen, B .; Berley, D .; Blaufuss, E .; Казанова, С .; Chen, C .; Coyne, D.G .; Delay, R. S .; Dingus, B.L .; Ellsworth, R.W .; Fleysher, L .; Fleysher, R .; Gebauer, I .; Гонсалес, М. М .; Goodman, J. A .; Hays, E .; Hoffman, C.M .; Колтерман, Б. Э .; Kelley, L.A .; Lansdell, C.P .; Linnemann, J. T .; McEnery, J.E .; Минсер, A. I .; Москаленко, И. В .; Nemethy, P .; Нойес, Д .; Райан, Дж. М .; Samuelson, F. W .; Saz Parkinson, P.M .; и другие. (2007). «Открытие ТэВ гамма-излучения из области Лебедя Галактики». Астрофизический журнал. 658 (1): L33 – L36. arXiv:astro-ph / 0611691. Bibcode:2007ApJ ... 658L..33A. Дои:10.1086/513696. S2CID  17886934.
  12. ^ Фейнман, Ричард; Лейтон, Роберт; Пески, Мэтью (1963). Лекции Фейнмана по физике, том 1. США: Аддисон-Уэсли. стр.2–5. ISBN  978-0-201-02116-5.
  13. ^ L'Annunziata, Майкл; Барадеи, Мохаммад (2003). Справочник по радиоактивному анализу. Академическая пресса. п. 58. ISBN  978-0-12-436603-9.
  14. ^ Grupen, Клаус; Cowan, G .; Eidelman, S.D .; Стро, Т. (2005). Физика астрономических частиц. Springer. п.109. ISBN  978-3-540-25312-9.
  15. ^ Поправки к мюонному рентгеновскому излучению и возможное протонное гало slac-pub-0335 (1967)
  16. ^ "Гамма излучение". Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. Получено 2010-10-16.
  17. ^ «Современные системы оружия, использующие смертоносное короткоимпульсное терагерцовое излучение высокоинтенсивной лазерной плазмы». Индия Дейли. 6 марта 2005 г. Архивировано с оригинал 6 января 2010 г.. Получено 2010-09-27.
  18. ^ «Эталонная спектральная энергетическая освещенность: масса воздуха 1,5». Получено 2009-11-12.
  19. ^ Кунц, Стив (26 июня 2012 г.) Разработка планов работы космических аппаратов и миссий с учетом дозы излучения летного экипажа. Семинар НАСА / Массачусетского технологического института. См. Страницы I-7 (атмосфера) и I-23 (вода).
  20. ^ Использование электромагнитных волн | пересмотр gcse, физика, волны, использование электромагнитных волн | Редакция мира

внешняя ссылка