Der Frequenzbereich elektromagnetischer Wellen ist riesig. Sie wird durch alle möglichen Schwingungsfrequenzen geladener Teilchen bestimmt. Solche Schwankungen treten bei Wechselstrom in Stromleitungen, Antennen von Radio- und Fernsehsendern, Mobiltelefonen, Radargeräten, Lasern, Glüh- und Leuchtstofflampen, radioaktiven Elementen und Röntgengeräten auf. Der derzeit registrierte Frequenzbereich elektromagnetischer Wellen erstreckt sich von 0 bis 3*10 22 Hz. Dieser Bereich entspricht dem Spektrum (von lat. Spektrum Vision, Bild) elektromagnetischer Wellen mit einer Wellenlänge λ von 10 - 14 m bis unendlich. Wellenlänge λ= c/ν, wobei c=3*10 8 m/s die Lichtgeschwindigkeit und ν die Frequenz ist. Auf Abb. 1.1 zeigt das betrachtete Spektrum elektromagnetischer Wellen.
Reis. 1.1 Spektrum elektromagnetischer Strahlung
Funkwellen verschiedener Frequenzen breiten sich innerhalb der Erde und im Weltraum unterschiedlich aus und finden daher verschiedene Anwendungen in der Funkkommunikation und in der wissenschaftlichen Forschung. Unter Berücksichtigung der Ausbreitungs- und Erzeugungseigenschaften ist es üblich, den gesamten Bereich von Funkwellen nach Wellenlänge (oder Frequenz) bedingt in zwölf Bereiche zu unterteilen. Die Einteilung von Funkwellen in Reichweiten im Funkverkehr ist durch die internationalen Funkvorschriften festgelegt. Jeder Bereich entspricht einem Frequenzband von 0,3*10 N bis 3*10 N , wobei N die Bereichsnummer ist. In einem gegebenen Frequenzbereich N kann nur eine endliche Anzahl von Funkstationen lokalisiert werden, die sich nicht gegenseitig stören. Diese Zahl, Kanalkapazität genannt, ist definiert als:
m = (3*10N – 0,3*10N)/Δf
wobei Δf das Frequenzband des Funksignals ist.
Die Bandbreite des analogen Fernsehsignals (TV) sei 8 MHz, unter Berücksichtigung der Schutzlücken nehmen wir Δf = 10 MHz, dann beträgt die Anzahl der Fernsehkanäle im Meterband (N = 8) 27. Unter Bei gleichen Bedingungen im Dezimeterband wird die Anzahl der Kanäle auf 270 steigen. Dies ist einer der Hauptgründe für den Wunsch, immer höhere Frequenzen zu beherrschen. Beispiele für die Einteilung der am häufigsten verwendeten Bereiche und Bereiche ihrer Verwendung sind in Tabelle 1.1 aufgeführt.
| N | Bezeichnung | Bandbreite | Wellenlänge, m | Bereichsname | Anwendungsgebiet |
| 4 | VLF Sehr niedrige Frequenzen | 3…30 kHz | 10 5 …10 4 | Meriametrisch | Kommunikation weltweit und über weite Distanzen. Radionavigation. Kommunikation unter Wasser |
| 5 | LF Niedrige Frequenzen | 30…300 kHz | 10 4 …10 3 | Kilometer | Fernkommunikation, Frequenz- und Zeitreferenzstationen, Langwellenübertragungen |
| 6 | MF Mittlere Frequenzen | 300…3000 kHz | 10 3 …10 2 | Hektameter | Lokaler und regionaler Mittelwellenrundfunk. Schiffskommunikation |
| 7 | HF Hohe Frequenzen | 3…30MHz | 100…10 | Dekameter | Kommunikation über große Entfernungen u Kurzwellenrundfunk |
| 8 | UKW Sehr hohe Frequenzen | 30…300 MHz | 10…1 | Meter | Kommunikation in Sichtweite. Mobilfunk. TV- und UKW-Rundfunk. RRL |
| 9 | UHF ultrahohe Frequenzen | 300…3000 MHz | 1…0,1 | Dezimeter | UKW. Kommunikation im Sichtbereich und Mobilfunk. Fernsehübertragung. RRL |
| 10 | Mikrowelle Ultrahohe Frequenzen | 3…30 GHz | 0,1…0,01 | Zentimeter | UKW. RRL. Radar. Satellitenkommunikationssysteme |
| 11 | EHF Extrem hohe Frequenzen | 30…300 GHz | 0,01…0,001 | Millimeter | UKW. Kommunikation zwischen Satelliten und mikrozellulare Funktelefonkommunikation |
Lassen Sie uns kurz die Grenzen der Wellenlängenbereiche (Frequenzen) im Spektrum der elektromagnetischen Wellen in der Reihenfolge zunehmender Strahlungsfrequenz charakterisieren und auch die Hauptstrahlungsquellen in dem entsprechenden Bereich angeben.
Schallfrequenzwellen treten im Frequenzbereich von 0 bis 2*10 4 Hz (λ = 1,5*10 4 ÷ ∞ m) auf. Die Quelle der Schallfrequenzwellen ist ein Wechselstrom der entsprechenden Frequenz. Da die Strahlungsintensität elektromagnetischer Wellen proportional zur vierten Potenz der Frequenz ist, kann die Strahlung solch relativ niedriger Frequenzen vernachlässigt werden. Aus diesem Grund kann die 50-Hz-Wechselstromleitung oft vernachlässigt werden.
Funkwellen belegen den Frequenzbereich 2*10 4 - 10 9 Hz (λ = 0,3 - 1,5*10 4 m). Die Quelle von Radiowellen sowie von Wellen mit Schallfrequenzen ist Wechselstrom. Die hohe Frequenz von Radiowellen im Vergleich zu den Wellen von Schallfrequenzen führt jedoch zu einer merklichen Abstrahlung von Radiowellen in den umgebenden Raum. Dadurch können sie verwendet werden, um Informationen über eine beträchtliche Entfernung zu übertragen (Rundfunk, Fernsehen (TV)), Radar, Funknavigation, Funksteuerungssysteme, Richtfunkleitungen (RRL), zellulare Kommunikationssysteme, professionelle mobile Kommunikationssysteme - Bündelfunksysteme, mobile Satellitenkommunikationssysteme, drahtlose Telefonkommunikationssysteme (Radio Extender) usw.
Mikrowellenstrahlung oder Mikrowellenstrahlung tritt im Frequenzbereich 10 9 - 3 * 10 n Hz (λ = 1 mm - 0,3 m) auf. Die Quelle der Mikrowellenstrahlung ist eine Änderung der Richtung des Spins des Valenzelektrons eines Atoms oder der Rotationsgeschwindigkeit der Moleküle einer Substanz. Angesichts der Transparenz der Atmosphäre in diesem Bereich wird Mikrowellenstrahlung für die Weltraumkommunikation verwendet. Darüber hinaus wird diese Strahlung in Haushaltsmikrowellenöfen verwendet.
Infrarot (IR)-Strahlung belegt den Frequenzbereich 3*10 11 - 3,85*10 14 Hz (λ = 780 nm - 1 mm). IR-Strahlung wurde 1800 vom englischen Astronomen William Herschel entdeckt. Herschel untersuchte den Temperaturanstieg eines durch sichtbares Licht erhitzten Thermometers und fand die größte Erwärmung des Thermometers außerhalb des sichtbaren Lichtbereichs (jenseits des roten Bereichs). Unsichtbare Strahlung wurde aufgrund ihres Platzes im Spektrum als Infrarot bezeichnet.
Die Quelle der Infrarotstrahlung ist die Vibration und Rotation der Materiemoleküle, daher strahlen elektromagnetische IR-Wellen erhitzte Körper aus, deren Moleküle sich besonders intensiv bewegen. IR-Strahlung wird oft auch als Wärmestrahlung bezeichnet. Etwa 50 % der Sonnenenergie wird im Infrarotbereich abgestrahlt. Die maximale Strahlungsintensität des menschlichen Körpers liegt bei einer Wellenlänge von 10 Mikrometern. Die Abhängigkeit der Intensität der IR-Strahlung von der Temperatur ermöglicht die Messung der Temperatur verschiedener Objekte, die in Nachtsichtgeräten sowie zur Erkennung von Fremdkörpern in der Medizin verwendet wird. Die Fernsteuerung des Fernsehers und Videorecorders erfolgt über Infrarotstrahlung.
Dieser Bereich wird verwendet, um Informationen über optische Quarzfasern zu übertragen. Schätzen wir, wie bei Radiowellen, die Breite des optischen Bereichs ab.
Der optische Bereich ändere sich von λ1 = 1200 nm auf λ2=1620 nm. Kenntnis des Wertes der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c \u003d 2,997 * 10 8 m / s, (gerundet 3 * 10 8 m / s) aus der Formel f=c/λ erhalten wir für λ1 und λ2 f1 = 250 THz bzw. f2 = 185 THz. Daher ist das Intervall zwischen den Frequenzen ΔF = f1 – f2 = 65 THz. Zum Vergleich: Der gesamte Frequenzbereich vom Audiobereich bis zur oberen Frequenz des Mikrowellenbereichs beträgt nur 30 GHz und Ultramikrowellen 300 GHz, d.h. 2000 - 200 Mal kleiner als das optische.
Sichtbares Licht ist der einzige Bereich elektromagnetischer Wellen, der vom menschlichen Auge wahrgenommen wird. Lichtwellen nehmen einen ziemlich engen Bereich ein: 380-780 nm (λ = 3,85 * 10 14 - 7,89 * 10 14 Hz).
Die Quelle des sichtbaren Lichts sind Valenzelektronen in Atomen und Molekülen, die ihre Position im Raum ändern, sowie freie Ladungen, die sich mit beschleunigter Geschwindigkeit bewegen. Dieser Teil des Spektrums gibt einer Person maximale Informationen über die Welt um sie herum. Hinsichtlich seiner physikalischen Eigenschaften ähnelt es anderen Bereichen des Spektrums, da es nur ein kleiner Teil des Spektrums elektromagnetischer Wellen ist. Die maximale Empfindlichkeit des menschlichen Auges liegt bei der Wellenlänge λ= 560 nm. Diese Wellenlänge macht auch die maximale Intensität der Sonnenstrahlung und gleichzeitig die maximale Transparenz der Erdatmosphäre aus.
Erstmals wurde eine künstliche Lichtquelle vom russischen Wissenschaftler A.N. Lodygin im Jahr 1872, indem er einen elektrischen Strom durch einen Kohlenstoffstab leitete, der sich in einem geschlossenen Gefäß befand, aus dem Luft herausgepumpt wurde, und im Jahr 1879 der amerikanische Erfinder T.A. Edison hat ein ziemlich langlebiges und praktisches Glühlampendesign entwickelt.
Es gibt eine Reihe von Arten elektromagnetischer Strahlung, die von Radiowellen bis zu Gammastrahlen reichen. Elektromagnetische Strahlen aller Art breiten sich im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit aus und unterscheiden sich nur in ihrer Wellenlänge.
1859 Spektroskopie
1864 Maxwellsche Gleichungen
1864 SPEKTRUM
ELEKTROMAGNETISCHE STRAHLUNG
1900 Strahlung
schwarzer Körper
Nach dem Aufkommen der Maxwell-Gleichungen wurde klar, dass sie die Existenz eines der Wissenschaft unbekannten Naturphänomens vorhersagen - elektromagnetische Querwellen, bei denen es sich um Schwingungen miteinander verbundener elektrischer und magnetischer Felder handelt, die sich mit Lichtgeschwindigkeit im Weltraum ausbreiten. James Clark Maxwell selbst war der erste, der die wissenschaftliche Gemeinschaft auf diese Konsequenz aus dem von ihm abgeleiteten Gleichungssystem hingewiesen hat. Bei dieser Brechung stellte sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen im Vakuum als eine so wichtige und grundlegende universelle Konstante heraus, dass sie im Gegensatz zu allen anderen Geschwindigkeiten, die üblicherweise mit dem Buchstaben v bezeichnet werden, mit einem eigenen Buchstaben c bezeichnet wurde.
Nach dieser Entdeckung stellte Maxwell sofort fest, dass sichtbares Licht „nur“ eine Vielzahl elektromagnetischer Wellen ist. Zu diesem Zeitpunkt waren die Wellenlängen des Lichts im sichtbaren Teil des Spektrums bekannt - von 400 nm (violette Strahlen) bis 800 nm (rote Strahlen). (Ein Nanometer ist eine Längeneinheit gleich einem Milliardstel Meter, die hauptsächlich in der Atom- und Strahlenphysik verwendet wird; 1 nm = 10 -9 m.) Allen innerhalb dieser liegenden Farben des Regenbogens entsprechen unterschiedliche Wellenlängen enge Grenzen. Die Maxwell-Gleichungen enthielten jedoch keine Einschränkungen für den möglichen Bereich elektromagnetischer Wellenlängen. Als klar wurde, dass elektromagnetische Wellen sehr unterschiedlicher Länge existieren müssen, wurde tatsächlich sofort ein Vergleich darüber angestellt, dass das menschliche Auge ein so schmales Band ihrer Längen und Frequenzen unterscheidet: Eine Person wurde mit einem Zuhörer von a verglichen Sinfoniekonzert, dessen Gehör in der Lage ist, nur eine Geigenstimme aufzunehmen und alle anderen Klänge nicht zu unterscheiden.
Kurz nach Maxwells Vorhersage der Existenz elektromagnetischer Wellen in anderen Bereichen des Spektrums folgte eine Reihe von Entdeckungen, die seine Richtigkeit bestätigten. Radiowellen waren die ersten, die 1888 von dem deutschen Physiker Heinrich Hertz (1857-1894) entdeckt wurden. Der einzige Unterschied zwischen Funkwellen und Licht besteht darin, dass Funkwellen eine Länge von wenigen Dezimetern bis zu Tausenden von Kilometern haben können. Nach Maxwells Theorie ist die Ursache elektromagnetischer Wellen die beschleunigte Bewegung elektrischer Ladungen. Schwingungen von Elektronen unter dem Einfluss einer elektrischen Wechselspannung in der Antenne eines Funksenders erzeugen elektromagnetische Wellen, die sich in der Erdatmosphäre ausbreiten. Auch alle anderen Arten elektromagnetischer Wellen entstehen durch verschiedene Arten beschleunigter Bewegung elektrischer Ladungen.
Funkwellen können wie Lichtwellen nahezu verlustfrei große Entfernungen durch die Erdatmosphäre zurücklegen, was sie zu den nützlichsten Trägern verschlüsselter Informationen macht. Bereits Anfang 1894 – etwas mehr als fünf Jahre nach der Entdeckung der Radiowellen – entwarf der italienische Physiker Gul-elmo Marconi (1874-1937).
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gamma Strahlen
Elektromagnetische Wellen bilden ein kontinuierliches Spektrum von Wellenlängen und Energien (Frequenzen), unterteilt in bedingte Bereiche - von Radiowellen bis zu Gammastrahlen
der erste funktionierende drahtlose Telegraf – der Prototyp des modernen Radios – für den er 1909 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde.
Nachdem die durch die Maxwell-Gleichungen vorhergesagte Existenz elektromagnetischer Wellen außerhalb des sichtbaren Spektrums zunächst experimentell bestätigt wurde, füllten sich die verbleibenden Nischen des Spektrums sehr schnell. Heute sind ausnahmslos elektromagnetische Wellen aller Bereiche entdeckt, und fast alle finden breite und nützliche Anwendung in Wissenschaft und Technik. Die Frequenzen der Wellen und die Energien der entsprechenden Quanten elektromagnetischer Strahlung (siehe Balkenkonstante) nehmen mit abnehmender Wellenlänge zu. Die Gesamtheit aller elektromagnetischen Wellen bildet das sogenannte kontinuierliche Spektrum der elektromagnetischen Strahlung. Sie ist in folgende Bereiche unterteilt (in der Reihenfolge zunehmender Frequenz und abnehmender Wellenlänge):
Radiowellen
Wie bereits erwähnt, können Funkwellen in ihrer Länge erheblich variieren - von einigen Zentimetern bis zu Hunderten und sogar Tausenden von Kilometern, was mit dem Radius der Erde (etwa 6400 km) vergleichbar ist. Wellen aller Funkbänder sind in der Technologie weit verbreitet - Dezimeter- und Ultrakurzmeterwellen werden für Fernseh- und Radiosendungen in den frequenzmodulierten Ultrakurzwellen (VHF / BYU) verwendet und bieten einen qualitativ hochwertigen Signalempfang innerhalb der Zone der direkten Wellenausbreitung. Funkwellen im Meter- und Kilometerbereich werden für den Rundfunk und die Funkkommunikation über große Entfernungen mittels Amplitudenmodulation (AM) verwendet, die zwar auf Kosten der Signalqualität, aber aufgrund der Reflexion über beliebig große Entfernungen innerhalb der Erde ihre Übertragung gewährleistet Wellen aus der Ionosphäre des Planeten. Heute gehört diese Art der Kommunikation jedoch aufgrund der Entwicklung der Satellitenkommunikation der Vergangenheit an. Wellen im Dezimeterbereich können den Erdhorizont nicht wie Meterwellen umrunden, was den Empfangsbereich auf ein direktes Ausbreitungsgebiet beschränkt, das je nach Antennenhöhe und Sendeleistung mehrere bis mehrere zehn Kilometer umfasst . Und hier kommen Satelliten-Repeater zur Rettung, die die Rolle von Funkwellenreflektoren übernehmen, die die Ionosphäre in Bezug auf Meterwellen spielt.
Mikrowelle
Mikrowellen und Radiowellen im Mikrowellenbereich (SHF) haben eine Länge von 300 mm bis 1 mm. Zentimeterwellen werden wie Dezimeter- und Meter-Funkwellen praktisch nicht von der Atmosphäre absorbiert und werden daher häufig in Satelliten verwendet.
kovoy und zellulare Kommunikation und andere Telekommunikationssysteme. Die Größe einer typischen Satellitenschüssel entspricht gerade mehreren Wellenlängen solcher Wellen.
Auch kürzere Mikrowellen haben viele Anwendungen in der Industrie und im Haushalt. Es genügt, Mikrowellenöfen zu erwähnen, die heute sowohl in industriellen Bäckereien als auch in Haushaltsküchen ausgestattet sind. Der Betrieb eines Mikrowellenofens basiert auf der schnellen Rotation von Elektronen in einem Gerät namens Klystron. Dadurch senden die Elektronen elektromagnetische Mikrowellen einer bestimmten Frequenz aus, bei der sie leicht von Wassermolekülen absorbiert werden. Wenn Sie Lebensmittel in die Mikrowelle geben, absorbieren die Wassermoleküle in den Lebensmitteln die Energie der Mikrowellen, bewegen sich schneller und erhitzen so die Lebensmittel. Mit anderen Worten, im Gegensatz zu einem herkömmlichen Ofen oder Ofen, wo Lebensmittel von außen erhitzt werden, erwärmt ein Mikrowellenherd sie von innen.
Infrarotstrahlen
Dieser Teil des elektromagnetischen Spektrums umfasst Strahlung mit einer Wellenlänge von 1 Millimeter bis zu achttausend Atomdurchmessern (etwa 800 nm). Eine Person spürt die Strahlen dieses Teils des Spektrums direkt mit der Haut - als Wärme. Wenn Sie Ihre Hand in Richtung eines Feuers oder eines glühenden Gegenstands strecken und die davon ausgehende Wärme spüren, nehmen Sie Infrarotstrahlung als Wärme wahr. Einige Tiere (zum Beispiel Grabnottern) haben sogar Sinnesorgane, die es ihnen ermöglichen, warmblütige Beute durch Infrarotstrahlung ihres Körpers zu lokalisieren.
Da die meisten Objekte auf der Erdoberfläche Energie im infraroten Wellenlängenbereich emittieren, spielen Infrarotdetektoren eine wichtige Rolle in modernen Detektionstechnologien. Infrarot-Okulare von Nachtsichtgeräten ermöglichen Menschen das „Sehen im Dunkeln“, mit ihrer Hilfe ist es möglich, nicht nur Personen, sondern auch Geräte und Bauwerke zu erkennen, die sich tagsüber erhitzt haben und ihre Wärme an die Umgebung abgeben Nacht in Form von Infrarotstrahlen. Infrarotdetektoren werden häufig von Rettungsdiensten eingesetzt, um beispielsweise nach Erdbeben oder anderen Naturkatastrophen oder von Menschen verursachten Katastrophen lebende Menschen unter den Trümmern aufzuspüren.
sichtbares Licht
Wie bereits erwähnt, reichen die Wellenlängen elektromagnetischer Wellen im Bereich des sichtbaren Lichts von acht- bis viertausend Atomdurchmessern (800-400 nm). Das menschliche Auge ist ein ideales Werkzeug, um elektromagnetische Wellen in diesem Bereich aufzuzeichnen und zu analysieren. Dies hat zwei Gründe. Erstens breiten sich, wie gesagt, die Wellen des sichtbaren Teils des Spektrums praktisch ungehindert in einer für sie transparenten Atmosphäre aus. Zweitens ist die Temperatur der Sonnenoberfläche (ca. 5000 °C) so, dass die Spitze der Sonnenenergie im sichtbaren Teil des Spektrums liegt. Unsere Hauptenergiequelle emittiert also sehr viel Energie im Bereich des sichtbaren Lichts, und die Umwelt um uns herum ist für diese Strahlung weitgehend durchlässig. Es ist daher nicht verwunderlich, dass das menschliche Auge im Laufe der Evolution so geformt wurde, dass es diesen speziellen Teil des Spektrums elektromagnetischer Wellen erfassen und erkennen kann.
Ich möchte noch einmal betonen, dass im Bereich der sichtbaren elektromagnetischen Strahlung aus physikalischer Sicht nichts Besonderes ist. Es ist nur ein schmaler Streifen in einem breiten Spektrum emittierter Wellen (siehe Abbildung). Für uns ist es nur insofern so wichtig, als das menschliche Gehirn mit einem Werkzeug ausgestattet ist, um elektromagnetische Wellen dieses speziellen Teils des Spektrums zu erkennen und zu analysieren.
Ultraviolette Strahlung
Ultraviolette Strahlen umfassen elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von mehreren tausend bis mehreren Atomdurchmessern (400–10 nm). In diesem Teil des Spektrums beginnt die Strahlung, die Vitalaktivität lebender Organismen zu beeinflussen. Weiche ultraviolette Strahlen im Sonnenspektrum (mit Wellenlängen, die sich dem sichtbaren Teil des Spektrums annähern) beispielsweise verursachen in moderaten Dosen Bräunung und im Übermaß schwere Verbrennungen. Hartes (kurzwelliges) Ultraviolett ist schädlich für biologische Zellen und wird daher insbesondere in der Medizin zum Sterilisieren von chirurgischen Instrumenten und medizinischen Geräten verwendet, wobei alle Mikroorganismen auf ihrer Oberfläche abgetötet werden.
Alles Leben auf der Erde wird durch die Ozonschicht der Erdatmosphäre, die den größten Teil der harten UV-Strahlung im Sonnenstrahlungsspektrum absorbiert (siehe Ozonloch), vor den schädlichen Auswirkungen harter ultravioletter Strahlung geschützt. Ohne diesen natürlichen Schutzschild wäre das Leben auf der Erde kaum aus den Gewässern der Ozeane an Land gekommen. Trotz der schützenden Ozonschicht erreichen einige der harten ultravioletten Strahlen jedoch die Erdoberfläche und können Hautkrebs verursachen, insbesondere bei Menschen, die von Natur aus zu Blässe neigen und in der Sonne nicht gut braun werden.
Röntgenstrahlen
Als Röntgenstrahlung bezeichnet man Strahlung im Wellenlängenbereich von mehreren Atomdurchmessern bis zu mehreren hundert Durchmessern des Atomkerns. Röntgenstrahlen dringen in die Weichteile des Körpers ein und sind daher in der medizinischen Diagnostik unverzichtbar.
Tick. Wie bei den Radiowellen war der Zeitraum zwischen ihrer Entdeckung im Jahr 1895 und dem Beginn der praktischen Anwendung, gekennzeichnet durch den Erhalt der ersten Röntgenaufnahme in einem der Pariser Krankenhäuser, eine Frage von Jahren. (Es ist interessant festzustellen, dass die damaligen Pariser Zeitungen so in die Idee vertieft waren, dass Röntgenstrahlen Kleidung durchdringen könnten, dass sie praktisch nichts über ihre einzigartigen medizinischen Anwendungen berichteten.)
gamma Strahlen
Die Strahlen mit der kürzesten Wellenlänge und der höchsten Frequenz und Energie im elektromagnetischen Spektrum sind y-Strahlen (Gammastrahlen). Sie bestehen aus ultrahochenergetischen Photonen und werden heute in der Onkologie zur Behandlung von Krebstumoren (oder vielmehr zum Abtöten von Krebszellen) eingesetzt. Ihre Wirkung auf lebende Zellen ist jedoch so zerstörerisch, dass äußerste Vorsicht geboten ist, um das umgebende gesunde Gewebe und die Organe nicht zu schädigen.
Abschließend ist noch einmal zu betonen, dass sich alle oben beschriebenen elektromagnetischen Strahlungen zwar unterschiedlich nach außen äußern, im Wesentlichen aber Zwillinge sind. Alle elektromagnetischen Wellen in jedem Teil des Spektrums sind Querschwingungen elektrischer und magnetischer Felder, die sich im Vakuum oder in einem Medium ausbreiten, sie breiten sich alle im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit c aus und unterscheiden sich nur in ihrer Wellenlänge und dadurch , in der Energie, die sie tragen. Bleibt nur hinzuzufügen, dass die Grenzen der von mir genannten Bereiche eher willkürlicher Natur sind (und in anderen Büchern werden Sie höchstwahrscheinlich auf etwas andere Werte der Grenzwellenlängen stoßen). Insbesondere Mikrowellenstrahlung mit langen Wellenlängen wird oft und zu Recht als Mikrowellen-Funkwellen bezeichnet. Es gibt keine klaren Grenzen zwischen hartem Ultraviolett und weicher Röntgenstrahlung sowie zwischen harter Röntgenstrahlung und weicher Gammastrahlung.
Spektroskopie
Das Vorhandensein von Atomen chemischer Elemente in einem Stoff kann durch das Vorhandensein charakteristischer Linien im Emissions- oder Absorptionsspektrum identifiziert werden
Eigenschaften elektromagnetischer Strahlung. Elektromagnetische Strahlungen mit unterschiedlichen Wellenlängen haben viele Unterschiede, aber alle, von Radiowellen bis zu Gammastrahlung, sind von der gleichen physikalischen Natur. Alle Arten elektromagnetischer Strahlung weisen mehr oder weniger die für Wellen charakteristischen Eigenschaften der Interferenz, Beugung und Polarisation auf. Gleichzeitig weisen alle Arten elektromagnetischer Strahlung mehr oder weniger Quanteneigenschaften auf.
Allen elektromagnetischen Strahlungen gemeinsam sind die Mechanismen ihrer Entstehung: Bei der beschleunigten Bewegung elektrischer Ladungen oder beim Übergang von Molekülen, Atomen oder Atomkernen von einem Quantenzustand in einen anderen können elektromagnetische Wellen beliebiger Wellenlänge entstehen. Harmonische Schwingungen elektrischer Ladungen werden von elektromagnetischer Strahlung begleitet, deren Frequenz gleich der Frequenz der Ladungsschwingungen ist.
Radiowellen. Bei auftretenden Schwingungen mit Frequenzen von 10 5 bis 10 12 Hz entsteht elektromagnetische Strahlung, deren Wellenlängen im Bereich von mehreren Kilometern bis zu mehreren Millimetern liegen. Dieser Abschnitt der elektromagnetischen Strahlungsskala bezieht sich auf den Funkwellenbereich. Funkwellen werden für Funkkommunikation, Fernsehen und Radar verwendet.
Infrarotstrahlung. Elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als 1-2 mm, aber größer als 8 * 10 -7 m, d.h. die zwischen dem Bereich der Radiowellen und dem Bereich des sichtbaren Lichts liegen, werden als Infrarotstrahlung bezeichnet.
Der Bereich des Spektrums jenseits seines roten Randes wurde erstmals 1800 experimentell untersucht. Englischer Astronom William Herschel (1738-1822). Herschel platzierte das Schwarzkugelthermometer jenseits des roten Endes des Spektrums und stellte einen Temperaturanstieg fest. Die Thermometerkugel wurde durch Strahlung erhitzt, die für das Auge unsichtbar war. Diese Strahlung nennt man Infrarotstrahlen.
Infrarotstrahlung wird von jedem erhitzten Körper emittiert. Infrarotstrahlungsquellen sind Öfen, Warmwasserbereiter, elektrische Glühlampen.
Mit Hilfe spezieller Geräte kann Infrarotstrahlung in sichtbares Licht umgewandelt und Bilder von erhitzten Objekten in völliger Dunkelheit aufgenommen werden. Infrarotstrahlung wird zum Trocknen von lackierten Produkten, Gebäudewänden und Holz verwendet.
sichtbares Licht. Sichtbares Licht (oder einfach Licht) umfasst Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 8 * 10-7 bis 4 * 10-7 m, von rotem bis zu violettem Licht.
Die Bedeutung dieses Teils des Spektrums der elektromagnetischen Strahlung im menschlichen Leben ist extrem hoch, da ein Mensch mit Hilfe des Sehens fast alle Informationen über die Welt um sich herum erhält.
Licht ist eine Grundvoraussetzung für die Entwicklung grüner Pflanzen und damit eine notwendige Voraussetzung für die Existenz von Leben auf der Erde.
UV-Strahlung. Im Jahr 1801 entdeckte der deutsche Physiker Johann Ritter (1776 - 1810) beim Studium des Spektrums, dass es jenseits seines violetten Randes einen Bereich gibt, der von für das Auge unsichtbaren Strahlen erzeugt wird. Diese Strahlen beeinflussen bestimmte chemische Verbindungen. Unter der Wirkung dieser unsichtbaren Strahlen erfolgt die Zersetzung von Silberchlorid, das Leuchten von Zinksulfidkristallen und einigen anderen Kristallen.
Elektromagnetische Strahlung, die für das Auge unsichtbar ist und eine kürzere Wellenlänge als violettes Licht hat, wird als ultraviolette Strahlung bezeichnet. Ultraviolette Strahlung umfasst elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 4 * 10 -7 bis 1 * 10 -8 m.
Ultraviolette Strahlung ist in der Lage, pathogene Bakterien abzutöten, weshalb sie in der Medizin weit verbreitet ist. Ultraviolette Strahlung in der Zusammensetzung des Sonnenlichts verursacht biologische Prozesse, die zu einer Verdunkelung der menschlichen Haut führen - Sonnenbrand.
Entladungslampen werden als Quellen ultravioletter Strahlung in der Medizin verwendet. Die Röhren solcher Lampen bestehen aus Quarz, transparent für ultraviolette Strahlen; daher werden diese Lampen als Quarzlampen bezeichnet.
Röntgenstrahlen. Legt man in einer Vakuumröhre eine konstante Spannung von mehreren zehntausend Volt zwischen einer erhitzten, ein Elektron abgebenden Kathode und einer Anode an, so werden die Elektronen durch das elektrische Feld zunächst beschleunigt und dann in der Anodensubstanz bei Wechselwirkung mit ihr stark abgebremst seine Atome. Beim Abbremsen schneller Elektronen in Materie oder bei Elektronenübergängen an den inneren Schalen von Atomen entstehen elektromagnetische Wellen mit einer kürzeren Wellenlänge als ultraviolette Strahlung. Diese Strahlung wurde 1895 von dem deutschen Physiker Wilhelm Röntgen (1845-1923) entdeckt. Als Röntgenstrahlung bezeichnet man elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 10 -14 bis 10 -7 m.
Röntgenstrahlen sind für das Auge unsichtbar. Sie passieren ohne nennenswerte Absorption erhebliche Materialschichten, die für sichtbares Licht undurchlässig sind. Röntgenstrahlen werden anhand ihrer Fähigkeit erkannt, bestimmte Kristalle zum Leuchten zu bringen und auf fotografische Filme einzuwirken.
Die Fähigkeit von Röntgenstrahlen, dicke Materieschichten zu durchdringen, wird zur Diagnose von Erkrankungen der inneren Organe des Menschen genutzt. In der Technik werden Röntgenstrahlen verwendet, um die innere Struktur verschiedener Produkte, Schweißnähte, zu kontrollieren. Röntgenstrahlung hat eine starke biologische Wirkung und wird zur Behandlung bestimmter Krankheiten eingesetzt.
Gammastrahlung. Als Gammastrahlung bezeichnet man elektromagnetische Strahlung, die von angeregten Atomkernen emittiert wird und bei der Wechselwirkung von Elementarteilchen entsteht.
Gammastrahlung ist die elektromagnetische Strahlung mit der kürzesten Wellenlänge (l < 10-10m). Sein Merkmal sind ausgeprägte korpuskulare Eigenschaften. Daher wird Gammastrahlung normalerweise als Teilchenstrom - Gammastrahlen - betrachtet. Im Bereich der Wellenlängen von 10 -10 bis 10 -14 überschneiden sich die Bereiche von Röntgen- und Gammastrahlung, in diesem Bereich sind Röntgen- und Gammastrahlung identischer Natur und unterscheiden sich nur in der Herkunft.
Arten von Strahlung
Wärmestrahlung – Strahlung, bei der der Energieverlust von Atomen für die Emission von Licht durch die Energie der thermischen Bewegung der Atome (oder Moleküle) des strahlenden Körpers kompensiert wird. Die Wärmequelle ist die Sonne, eine Glühlampe usw.
Elektrolumineszenz(aus dem lateinischen Lumineszenz - "Glühen") - eine Entladung in einem Gas, begleitet von einem Glühen. Das Nordlicht ist eine Manifestation der Elektrolumineszenz. Wird in Tuben für Werbeaufschriften verwendet.
Kathodolumineszenz– das Leuchten von Festkörpern, das durch ihren Beschuss mit Elektronen verursacht wird. Dank ihr leuchten die Bildschirme der Kathodenstrahlröhren von Fernsehgeräten.
Chemilumineszenz– die Emission von Licht bei einigen chemischen Reaktionen unter Freisetzung von Energie. Es kann am Beispiel eines Glühwürmchens und anderer lebender Organismen beobachtet werden, die die Eigenschaft des Leuchtens haben.
Photolumineszenz– das Leuchten von Körpern, die direkt unter der Einwirkung von auf sie fallender Strahlung stehen. Ein Beispiel sind die leuchtenden Farben, die Weihnachtsdekorationen bedecken, sie emittieren Licht, nachdem sie bestrahlt wurden. Dieses Phänomen ist bei Tageslichtlampen weit verbreitet.
Damit ein Atom zu strahlen beginnt, muss es eine bestimmte Energiemenge übertragen. Durch die Strahlung verliert ein Atom die Energie, die es erhalten hat, und für das kontinuierliche Leuchten eines Stoffes ist eine Energiezufuhr zu seinen Atomen von außen notwendig.
Spektren
Gestreifte Spektren
Das gestreifte Spektrum besteht aus einzelnen Banden, die durch dunkle Lücken getrennt sind. Mit Hilfe eines sehr guten Spektralapparat kann festgestellt werden, dass jedes Band eine Sammlung einer großen Anzahl von sehr eng beabstandeten Linien ist. Im Gegensatz zu Linienspektren werden Streifenspektren nicht von Atomen erzeugt, sondern von Molekülen, die nicht oder schwach aneinander gebunden sind.
Zur Beobachtung von Molekülspektren sowie zur Beobachtung von Linienspektren verwendet man üblicherweise das Glühen von Dämpfen in einer Flamme oder das Glühen einer Gasentladung.
Spektralanalyse
Die Spektralanalyse ist eine Reihe von Methoden zur qualitativen und quantitativen Bestimmung der Zusammensetzung eines Objekts, basierend auf der Untersuchung der Spektren der Wechselwirkung von Materie mit Strahlung, einschließlich der Spektren elektromagnetischer Strahlung, Schallwellen, Massen- und Energieverteilungen von Elementarteilchen Partikel usw. Abhängig von den Zielen der Analyse und der Art der Spektren werden mehrere Methoden der Spektralanalyse unterschieden. Atom- und Molekülspektralanalysen ermöglichen die Bestimmung der elementaren bzw. molekularen Zusammensetzung einer Substanz. Bei den Emissions- und Absorptionsverfahren wird die Zusammensetzung aus den Emissions- und Absorptionsspektren bestimmt. Die massenspektrometrische Analyse erfolgt anhand der Massenspektren von Atom- oder Molekülionen und ermöglicht die Bestimmung der Isotopenzusammensetzung eines Objekts. Das einfachste Spektralgerät ist ein Spektrograph.
Schema des Gerätes eines Prismenspektrographen
Geschichte
Dunkle Linien auf Spektralstreifen wurden schon vor langer Zeit bemerkt (zum Beispiel wurden sie von Wollaston bemerkt), aber die erste ernsthafte Untersuchung dieser Linien wurde erst 1814 von Josef Fraunhofer unternommen. Ihm zu Ehren wurde der Effekt Fraunhofer-Linien genannt. Fraunhofer stellte die Stabilität der Position der Linien fest, erstellte ihre Tabelle (er zählte insgesamt 574 Linien) und ordnete jeder einen alphanumerischen Code zu. Nicht weniger wichtig war seine Schlussfolgerung, dass die Linien weder mit optischem Material noch mit der Erdatmosphäre in Verbindung gebracht werden, sondern ein natürliches Merkmal des Sonnenlichts sind. Er fand ähnliche Linien in künstlichen Lichtquellen sowie in den Spektren von Venus und Sirius.
Fraunhofer Linien
Um die Methode zu testen, organisierte die Pariser Akademie der Wissenschaften 1868 eine Expedition nach Indien, wo eine totale Sonnenfinsternis bevorstand. Dort fanden Wissenschaftler heraus, dass alle dunklen Linien zum Zeitpunkt der Sonnenfinsternis, als das Emissionsspektrum das Absorptionsspektrum der Sonnenkorona veränderte, wie vorhergesagt hell vor einem dunklen Hintergrund wurden.
Die Natur jeder der Linien, ihre Verbindung mit den chemischen Elementen wurden allmählich aufgeklärt. 1860 entdeckten Kirchhoff und Bunsen durch Spektralanalyse Cäsium und 1861 Rubidium. Und Helium wurde auf der Sonne 27 Jahre früher entdeckt als auf der Erde (1868 bzw. 1895).
Arbeitsprinzip
Die Atome jedes chemischen Elements haben genau definierte Resonanzfrequenzen, wodurch sie bei diesen Frequenzen Licht emittieren oder absorbieren. Dies führt dazu, dass im Spektroskop an bestimmten, für jede Substanz charakteristischen Stellen Linien (dunkel oder hell) auf den Spektren sichtbar sind. Die Intensität der Linien hängt von der Menge der Materie und ihrem Zustand ab. Bei der quantitativen Spektralanalyse wird der Gehalt der Testsubstanz durch die relativen oder absoluten Intensitäten von Linien oder Banden in den Spektren bestimmt.
Die optische Spektralanalyse zeichnet sich durch eine relativ einfache Implementierung, das Fehlen einer komplexen Probenvorbereitung für die Analyse und eine geringe Menge einer Substanz (10–30 mg) aus, die für die Analyse einer großen Anzahl von Elementen erforderlich ist. Atomspektren (Absorption oder Emission) werden erhalten, indem eine Substanz durch Erhitzen der Probe auf 1000-10000 °C in einen Dampfzustand überführt wird. Als Anregungsquellen für Atome bei der Emissionsanalyse von leitfähigen Materialien werden ein Funke, ein Wechselstrombogen verwendet; während die Probe in den Krater einer der Kohleelektroden gegeben wird. Flammen oder Plasmen verschiedener Gase werden häufig zur Analyse von Lösungen verwendet.
Spektrum elektromagnetischer Strahlung
Eigenschaften elektromagnetischer Strahlung. Elektromagnetische Strahlungen mit unterschiedlichen Wellenlängen haben viele Unterschiede, aber alle, von Radiowellen bis zu Gammastrahlung, sind von der gleichen physikalischen Natur. Alle Arten elektromagnetischer Strahlung weisen mehr oder weniger die für Wellen charakteristischen Eigenschaften der Interferenz, Beugung und Polarisation auf. Gleichzeitig weisen alle Arten elektromagnetischer Strahlung mehr oder weniger Quanteneigenschaften auf.
Allen elektromagnetischen Strahlungen gemeinsam sind die Mechanismen ihrer Entstehung: Bei der beschleunigten Bewegung elektrischer Ladungen oder beim Übergang von Molekülen, Atomen oder Atomkernen von einem Quantenzustand in einen anderen können elektromagnetische Wellen beliebiger Wellenlänge entstehen. Harmonische Schwingungen elektrischer Ladungen werden von elektromagnetischer Strahlung begleitet, deren Frequenz gleich der Frequenz der Ladungsschwingungen ist.
Radiowellen. Bei auftretenden Schwingungen mit Frequenzen von 10 5 bis 10 12 Hz entsteht elektromagnetische Strahlung, deren Wellenlängen im Bereich von mehreren Kilometern bis zu mehreren Millimetern liegen. Dieser Abschnitt der elektromagnetischen Strahlungsskala bezieht sich auf den Funkwellenbereich. Funkwellen werden für Funkkommunikation, Fernsehen und Radar verwendet.
Infrarotstrahlung. Elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als 1-2 mm, aber größer als 8 * 10 -7 m, d.h. die zwischen dem Bereich der Radiowellen und dem Bereich des sichtbaren Lichts liegen, werden als Infrarotstrahlung bezeichnet.
Infrarotstrahlung wird von jedem erhitzten Körper emittiert. Infrarotstrahlungsquellen sind Öfen, Warmwasserbereiter, elektrische Glühlampen.
Mit Hilfe spezieller Geräte kann Infrarotstrahlung in sichtbares Licht umgewandelt und Bilder von erhitzten Objekten in völliger Dunkelheit aufgenommen werden. Infrarotstrahlung wird zum Trocknen von lackierten Produkten, Gebäudewänden und Holz verwendet.
sichtbares Licht.Sichtbares Licht (oder einfach Licht) umfasst Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 8*10 -7 bis 4*10 -7 m, von rotem bis zu violettem Licht.
Die Bedeutung dieses Teils des Spektrums der elektromagnetischen Strahlung im menschlichen Leben ist extrem hoch, da ein Mensch mit Hilfe des Sehens fast alle Informationen über die Welt um sich herum erhält. Licht ist eine Grundvoraussetzung für die Entwicklung grüner Pflanzen und damit eine notwendige Voraussetzung für die Existenz von Leben auf der Erde.
UV-Strahlung. 1801 entdeckte das der deutsche Physiker Johann Ritter (1776 - 1810) beim Studium des Spektrums
Elektromagnetische Strahlung, die für das Auge unsichtbar ist und eine kürzere Wellenlänge als violettes Licht hat, wird als ultraviolette Strahlung bezeichnet. Ultraviolette Strahlung umfasst elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 4 * 10 -7 bis 1 * 10 -8 m.
Ultraviolette Strahlung ist in der Lage, pathogene Bakterien abzutöten, weshalb sie in der Medizin weit verbreitet ist. Ultraviolette Strahlung in der Zusammensetzung des Sonnenlichts verursacht biologische Prozesse, die zu einer Verdunkelung der menschlichen Haut führen - Sonnenbrand.
Entladungslampen werden als Quellen ultravioletter Strahlung in der Medizin verwendet. Die Röhren solcher Lampen bestehen aus Quarz, transparent für ultraviolette Strahlen; daher werden diese Lampen als Quarzlampen bezeichnet.
Röntgenstrahlen. Legt man in einer Vakuumröhre eine konstante Spannung von mehreren zehntausend Volt zwischen eine erhitzte, ein Elektron emittierende Kathode und eine Anode an, so werden die Elektronen durch das elektrische Feld zunächst beschleunigt und dann in der Anodensubstanz bei Wechselwirkung mit ihr stark abgebremst seine Atome. Beim Abbremsen schneller Elektronen in Materie oder bei Elektronenübergängen an den inneren Schalen von Atomen entstehen elektromagnetische Wellen mit einer kürzeren Wellenlänge als ultraviolette Strahlung. Diese Strahlung wurde 1895 von dem deutschen Physiker Wilhelm Röntgen (1845-1923) entdeckt. Als Röntgenstrahlung bezeichnet man elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 10 -14 bis 10 -7 m.
Die Fähigkeit von Röntgenstrahlen, dicke Materieschichten zu durchdringen, wird zur Diagnose von Erkrankungen der inneren Organe des Menschen genutzt. In der Technik werden Röntgenstrahlen verwendet, um die innere Struktur verschiedener Produkte, Schweißnähte, zu kontrollieren. Röntgenstrahlung hat eine starke biologische Wirkung und wird zur Behandlung bestimmter Krankheiten eingesetzt. Gammastrahlung. Als Gammastrahlung bezeichnet man elektromagnetische Strahlung, die von angeregten Atomkernen emittiert wird und bei der Wechselwirkung von Elementarteilchen entsteht.
Gammastrahlung- die elektromagnetische Strahlung mit der kürzesten Wellenlänge (<10 -10 м). Его особенностью являются ярко выраженные корпускулярные свойства. Поэтому гамма-излучение обычно рассматривают как поток частиц - гамма-квантов. В области длин волн от 10 -10 до 10 -14 и диапазоны рентгеновского и гамма-излучений перекрываются, в этой области рентгеновские лучи и гамма-кванты по своей природе тождественны и отличаются лишь происхождением.
Die Theorie zeigt, dass elektromagnetische Strahlung entsteht, wenn sich elektrische Ladungen ungleichmäßig beschleunigt bewegen. Ein sich gleichmäßig bewegender (freier) Strom elektrischer Ladungen strahlt nicht. Für Ladungen, die sich unter Einwirkung einer konstanten Kraft bewegen, beispielsweise für Ladungen, die in einem Magnetfeld einen Kreis beschreiben, gibt es keine Abstrahlung eines elektromagnetischen Feldes.
Bei oszillierenden Bewegungen ändert sich die Beschleunigung ständig, sodass die Schwingungen elektrischer Ladungen elektromagnetische Strahlung abgeben. Darüber hinaus tritt elektromagnetische Strahlung während einer starken ungleichmäßigen Verzögerung von Ladungen auf, beispielsweise wenn ein Elektronenstrahl auf ein Hindernis trifft (Bildung von Röntgenstrahlen). Bei der chaotischen thermischen Bewegung von Teilchen entsteht auch elektromagnetische Strahlung (Wärmestrahlung). Welligkeit
Kernladung führen zur Entstehung von elektromagnetischer Strahlung, bekannt als y-Strahlen. Ultraviolette Strahlen und sichtbares Licht werden durch die Bewegung von Atomelektronen erzeugt. Schwankungen der elektrischen Ladung im kosmischen Maßstab führen zu Radioemissionen von Himmelskörpern.
Neben natürlichen Prozessen, die elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Eigenschaften erzeugen, gibt es verschiedene experimentelle Möglichkeiten, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen.
Das Hauptmerkmal der elektromagnetischen Strahlung ist ihre Frequenz (wenn wir von harmonischer Schwingung sprechen) oder ihr Frequenzband. Es ist natürlich falsch, die Strahlungsfrequenz durch die Länge einer elektromagnetischen Welle im Vakuum mit der Beziehung umzurechnen.
Die Strahlungsintensität ist proportional zur vierten Potenz der Frequenz. Daher wird Strahlung sehr niedriger Frequenzen mit Wellenlängen in der Größenordnung von Hunderten von Kilometern nicht verfolgt. Die praktische Funkreichweite beginnt bekanntlich mit Wellenlängen in der Größenordnung, was Frequenzen in der Größenordnung von Wellenlängen in der Größenordnung des mittleren Bereichs entspricht, zig Meter sind bereits Kurzwellen. Ultrakurzwellen (UKW) bringen uns aus der normalen Funkreichweite; Wellenlängen in der Größenordnung von mehreren Metern und Bruchteilen von Metern bis zu einem Zentimeter (d. h. Frequenzen in der Größenordnung werden beim Fernsehen und Radar verwendet.
Noch kürzere elektromagnetische Wellen wurden 1924 von Glagoleva-Arkadyeva erhalten. Sie verwendete als Generator elektrische Funken zwischen in Öl suspendierten Eisenspänen und erzielte Wellen bis zu 1000. Hier wird bereits eine Überlappung mit den Wellenlängen der Wärmestrahlung erreicht.
Der Bereich des sichtbaren Lichts ist sehr klein: Es nimmt nur Wellenlängen von cm bis cm ein, gefolgt von ultravioletten Strahlen, die für das Auge unsichtbar sind, aber durch physikalische Instrumente sehr gut fixiert werden. Dies ist die Wellenlänge von cm zu cm.
Auf Ultraviolett folgen Röntgenstrahlen. Ihre Wellenlängen betragen cm bis cm.Je kürzer die Wellenlänge, desto schwächer wird die Röntgenstrahlung von Substanzen absorbiert. Die kurzwelligste und durchdringendste elektromagnetische Strahlung wird als y-Strahlung bezeichnet (Wellenlängen von cm und darunter).
Die Eigenschaften jeder Art der aufgeführten elektromagnetischen Strahlungen sind erschöpfend, wenn die folgenden Messungen durchgeführt werden. Zunächst einmal muss elektromagnetische Strahlung durch die eine oder andere Methode in ein Spektrum zerlegt werden. Im Fall von Licht, Ultraviolettstrahlen und Infrarotstrahlung kann dies durch Brechung durch ein Prisma oder durch Leiten der Strahlung durch ein Beugungsgitter (siehe unten) erfolgen. Bei Röntgen- und Gammastrahlen erfolgt die Aufweitung zum Spektrum durch Reflexion am Kristall (s. S. 351). Wellen
Funkreichweite werden durch das Resonanzphänomen in ein Spektrum zerlegt.
Das resultierende Emissionsspektrum kann kontinuierlich oder linienförmig sein, d. h. ein bestimmtes Frequenzband kontinuierlich ausfüllen, und kann auch aus getrennten scharfen Linien bestehen, die einem extrem schmalen Frequenzintervall entsprechen. Im ersten Fall ist es zur Charakterisierung des Spektrums notwendig, die Intensitätskurve als Funktion der Frequenz (Wellenlänge) einzustellen, im zweiten Fall wird das Spektrum beschrieben, indem alle darin vorhandenen Linien unter Angabe ihrer Frequenzen und eingestellt werden Intensitäten.
Die Erfahrung zeigt, dass sich elektromagnetische Strahlung einer bestimmten Frequenz und Intensität in ihrem Polarisationszustand unterscheiden kann. Neben Wellen, bei denen der elektrische Vektor entlang einer bestimmten Linie schwingt (linear polarisierte Wellen), hat man es mit Strahlung zu tun, bei der sich um die Strahlachse gegeneinander verdrehte linear polarisierte Wellen überlagern. Bei einer erschöpfenden Charakterisierung der Strahlung ist es notwendig, ihre Polarisation anzugeben.
Es sei darauf hingewiesen, dass wir selbst bei den langsamsten elektromagnetischen Schwingungen die elektrischen und magnetischen Vektoren der Welle nicht messen können. Die oben gezeichneten Feldbilder sind theoretischer Natur. Dennoch besteht kein Zweifel an ihrer Wahrheit, wenn man die Kontinuität und Integrität der gesamten elektromagnetischen Theorie berücksichtigt.
Die Behauptung, die eine oder andere Strahlungsart gehöre zu den elektromagnetischen Wellen, ist immer indirekt. Die Zahl der Konsequenzen, die sich aus den Hypothesen ergeben, ist jedoch so groß und sie stimmen so eng miteinander überein, dass die Hypothese des elektromagnetischen Spektrums längst alle Züge der unmittelbaren Realität angenommen hat.
