ელექტრომაგნიტური ტალღების მიერ გამოსხივებული სიხშირეების დიაპაზონი უზარმაზარია. იგი განისაზღვრება დამუხტული ნაწილაკების რხევების ყველა შესაძლო სიხშირით. ასეთი რყევები ხდება ალტერნატიული დენით ელექტროგადამცემ ხაზებში, რადიო და სატელევიზიო სადგურების ანტენებში, მობილურ ტელეფონებში, რადარებში, ლაზერებში, ინკანდესენტურ და ფლუორესცენტურ ნათურებში, რადიოაქტიურ ელემენტებში, რენტგენის აპარატებში. ამჟამად დაფიქსირებული ელექტრომაგნიტური ტალღების სიხშირის დიაპაზონი ვრცელდება 0-დან 3*10 22 ჰც-მდე. ეს დიაპაზონი შეესაბამება ელექტრომაგნიტური ტალღების სპექტრს (ლათინური სპექტრის ხედვა, გამოსახულება) ტალღის სიგრძით λ, რომელიც მერყეობს 10-14 მ-დან უსასრულობამდე. ტალღის სიგრძე λ= c/ν, სადაც c=3*10 8 მ/წ სინათლის სიჩქარეა, ν სიხშირე. ნახ. 1.1 გვიჩვენებს ელექტრომაგნიტური ტალღების განხილულ სპექტრს.
ბრინჯი. 1.1 ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სპექტრი
სხვადასხვა სიხშირის რადიოტალღები განსხვავებულად ვრცელდება დედამიწასა და გარე სივრცეში და, შესაბამისად, პოულობს სხვადასხვა აპლიკაციებს რადიოკავშირებსა და სამეცნიერო კვლევებში. გავრცელების, წარმოქმნის მახასიათებლების გათვალისწინებით, ჩვეულებრივია რადიოტალღების მთელი დიაპაზონის დაყოფა ტალღის სიგრძით (ან სიხშირით) პირობითად თორმეტ დიაპაზონში. რადიოტალღების დიაპაზონებად დაყოფა რადიოკავშირებში დადგენილია საერთაშორისო რადიო რეგულაციებით. თითოეული დიაპაზონი შეესაბამება სიხშირის ზოლს 0.3*10 N-დან 3*10 N-მდე, სადაც N არის დიაპაზონის ნომერი. მოცემული სიხშირის დიაპაზონში N შეიძლება განთავსდეს რადიოსადგურების მხოლოდ სასრული რაოდენობა, რომლებიც არ ერევიან ერთმანეთს. ეს რიცხვი, რომელსაც არხის სიმძლავრე ეწოდება, განისაზღვრება როგორც:
m=(3*10N - 0.3*10N)/Δf
სადაც Δf არის რადიოსიგნალის სიხშირის დიაპაზონი.
ანალოგური სატელევიზიო სიგნალის (TV) გამტარუნარიანობა იყოს 8 MHz, დამცავი ხარვეზების გათვალისწინებით, ავიღებთ Δf=10 MHz, შემდეგ მეტრიან დიაპაზონში (N=8) სატელევიზიო არხების რაოდენობა იქნება 27. ქვეშ იგივე პირობებში დეციმეტრულ დიაპაზონში არხების რაოდენობა გაიზრდება 270-მდე. ეს არის ერთ-ერთი მთავარი მიზეზი იმისა, რომ სურვილი დაეუფლოს უფრო მაღალ სიხშირეებს. ყველაზე ხშირად გამოყენებული დიაპაზონების და მათი გამოყენების სფეროების დაყოფის მაგალითები ნაჩვენებია ცხრილში 1.1.
| ნ | Დანიშნულება | გამტარუნარიანობა | ტალღის სიგრძე, მ | დიაპაზონის სახელი | განაცხადის არეალი |
| 4 | VLF ძალიან დაბალი სიხშირეები | 3…30 kHz | 10 5 …10 4 | მერიამეტრული | კომუნიკაცია მთელს მსოფლიოში და დიდ დისტანციებზე. რადიო ნავიგაცია. წყალქვეშა კომუნიკაცია |
| 5 | LF დაბალი სიხშირეები | 30…300 kHz | 10 4 …10 3 | კილომეტრი | საქალაქთაშორისო კომუნიკაციები, სიხშირისა და დროის მითითების სადგურები, გრძელი ტალღების მაუწყებლობა |
| 6 | მფ საშუალო სიხშირეები | 300…3000 kHz | 10 3 …10 2 | ჰექტამეტრი | საშუალო ტალღის ადგილობრივი და რეგიონული მაუწყებლობა. გემის კომუნიკაცია |
| 7 | HF მაღალი სიხშირეები | 3…30 MHz | 100…10 | დეკამეტრი | შორ მანძილზე კომუნიკაცია და მოკლე ტალღის მაუწყებლობა |
| 8 | VHF ძალიან მაღალი სიხშირეები | 30…300 MHz | 10…1 | მეტრი | კომუნიკაცია მხედველობის ფარგლებში. მობილური კავშირი. ტელე და FM მაუწყებლობა. RRL |
| 9 | UHF ულტრა მაღალი სიხშირეები | 300…3000 MHz | 1…0,1 | დეციმეტრი | VHF. კომუნიკაცია მხედველობის ხაზში და მობილური კომუნიკაციები. სატელევიზიო გადაცემა. RRL |
| 10 | მიკროტალღური ულტრა მაღალი სიხშირეები | 3…30 გჰც | 0,1…0,01 | სანტიმეტრი | VHF. RRL. რადარი. სატელიტური საკომუნიკაციო სისტემები |
| 11 | EHF უკიდურესად მაღალი სიხშირეები | 30…300 გჰც | 0,01…0,001 | მილიმეტრიანი | VHF. თანამგზავრთაშორისი კომუნიკაციები და მიკროუჯრედული რადიოსატელეფონო კომუნიკაციები |
მოკლედ დავახასიათოთ ტალღის სიგრძის (სიხშირეების) დიაპაზონის საზღვრები ელექტრომაგნიტური ტალღების სპექტრში რადიაციის სიხშირის გაზრდის მიზნით და ასევე მივუთითოთ გამოსხივების ძირითადი წყაროები შესაბამის დიაპაზონში.
ხმის სიხშირის ტალღები წარმოიქმნება სიხშირის დიაპაზონში 0-დან 2*10 4 ჰც-მდე (λ = 1,5*10 4 ÷ ∞ მ). ხმის სიხშირის ტალღების წყარო არის შესაბამისი სიხშირის ალტერნატიული დენი. იმის გათვალისწინებით, რომ ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოსხივების ინტენსივობა სიხშირის მეოთხე სიმძლავრის პროპორციულია, ასეთი შედარებით დაბალი სიხშირეების გამოსხივება შეიძლება უგულებელყო. ამ მიზეზით არის ის, რომ 50 Hz AC ხაზის ემისია ხშირად შეიძლება უგულებელყო.
რადიოტალღები იკავებს სიხშირის დიაპაზონს 2*10 4 - 10 9 ჰც (λ = 0.3 - 1.5*10 4 მ). რადიოტალღების წყარო, ისევე როგორც ხმის სიხშირის ტალღები, არის ალტერნატიული დენი. თუმცა, რადიოტალღების მაღალი სიხშირე ხმის სიხშირეების ტალღებთან შედარებით იწვევს რადიოტალღების შესამჩნევ გამოსხივებას მიმდებარე სივრცეში. ეს საშუალებას აძლევს მათ გამოიყენონ ინფორმაციის გადასაცემად მნიშვნელოვან მანძილზე (მაუწყებლობა, ტელევიზია (ტელევიზია)), რადარი, რადიო ნავიგაცია, რადიო კონტროლის სისტემები, რადიო სარელეო ხაზები (RRL), ფიჭური საკომუნიკაციო სისტემები, პროფესიონალური მობილური საკომუნიკაციო სისტემები - მაგისტრალური სისტემები, მობილური სატელიტური საკომუნიკაციო სისტემები, უსადენო სატელეფონო საკომუნიკაციო სისტემები (რადიო გაფართოებები) და ა.შ.
მიკროტალღური გამოსხივება, ან მიკროტალღური გამოსხივება ხდება სიხშირის დიაპაზონში 10 9 - 3 * 10 n Hz (λ = 1 მმ - 0.3 მ). მიკროტალღური გამოსხივების წყარო არის ატომის ვალენტური ელექტრონის სპინის მიმართულების ცვლილება ან ნივთიერების მოლეკულების ბრუნვის სიჩქარე. ამ დიაპაზონში ატმოსფეროს გამჭვირვალობის გათვალისწინებით, მიკროტალღური გამოსხივება გამოიყენება კოსმოსური კომუნიკაციებისთვის. გარდა ამისა, ეს გამოსხივება გამოიყენება საყოფაცხოვრებო მიკროტალღურ ღუმელებში.
ინფრაწითელი (IR) გამოსხივება იკავებს სიხშირის დიაპაზონს 3*10 11 - 3.85*10 14 ჰც (λ = 780 ნმ - 1 მმ). IR გამოსხივება აღმოაჩინა 1800 წელს ინგლისელმა ასტრონომმა უილიამ ჰერშელმა. ხილული შუქით გაცხელებული თერმომეტრის ტემპერატურის აწევის შესწავლისას ჰერშელმა აღმოაჩინა თერმომეტრის უდიდესი გათბობა ხილული სინათლის რეგიონის გარეთ (წითელი რეგიონის მიღმა). უხილავ გამოსხივებას, სპექტრში მისი ადგილის გათვალისწინებით, ინფრაწითელი ეწოდა.
ინფრაწითელი გამოსხივების წყაროა მატერიის მოლეკულების რხევა და ბრუნვა, შესაბამისად, IR ელექტრომაგნიტური ტალღები ასხივებენ გაცხელებულ სხეულებს, რომელთა მოლეკულები განსაკუთრებით ინტენსიურად მოძრაობენ. IR გამოსხივებას ხშირად უწოდებენ თერმული გამოსხივებას. მზის ენერგიის დაახლოებით 50% გამოიყოფა ინფრაწითელში. ადამიანის სხეულის გამოსხივების მაქსიმალური ინტენსივობა მოდის ტალღის სიგრძეზე 10 მიკრონი. IR გამოსხივების ინტენსივობის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე შესაძლებელს ხდის გაზომოს სხვადასხვა ობიექტების ტემპერატურა, რომელიც გამოიყენება ღამის ხედვის მოწყობილობებში, ასევე მედიცინაში უცხო წარმონაქმნების გამოვლენისას. ტელევიზორის და VCR დისტანციური მართვა ხორციელდება ინფრაწითელი გამოსხივების გამოყენებით.
ეს დიაპაზონი გამოიყენება ინფორმაციის გადასაცემად ოპტიკურ კვარცის ბოჭკოებზე. მოდით შევაფასოთ, რაც შეეხება რადიოტალღებს, ოპტიკური დიაპაზონის სიგანე.
მოდით, ოპტიკური დიაპაზონი შეიცვალოს λ1 = 1200 ნმ-დან λ2=1620 ნმ-მდე. ვაკუუმში სინათლის სიჩქარის მნიშვნელობის ცოდნა c \u003d 2.997 * 10 8 მ / წმ, (დამრგვალებული 3 * 10 8 მ / წმ) ფორმულიდან f=c/λ, λ1 და λ2-სთვის ვიღებთ f1 = 250 THz და f2 = 185 THz, შესაბამისად. ამიტომ, სიხშირეებს შორის ინტერვალი ΔF = f1 - f2 = 65 THz. შედარებისთვის: მთელი სიხშირის დიაპაზონი აუდიო დიაპაზონიდან მიკროტალღური დიაპაზონის ზედა სიხშირემდე არის მხოლოდ 30 გჰც, ხოლო ულტრა მიკროტალღური არის 300 გჰც, ე.ი. 2000 - 200-ჯერ უფრო პატარა ვიდრე ოპტიკური.
ხილული სინათლე არის ელექტრომაგნიტური ტალღების ერთადერთი დიაპაზონი, რომელსაც ადამიანის თვალი აღიქვამს. სინათლის ტალღები საკმაოდ ვიწრო დიაპაზონს იკავებს: 380-780 ნმ (λ = 3,85 * 10 14 - 7,89 * 10 14 ჰც).
ხილული სინათლის წყარო არის ვალენტური ელექტრონები ატომებში და მოლეკულებში, რომლებიც ცვლიან თავიანთ პოზიციას სივრცეში, ისევე როგორც თავისუფალი მუხტები, რომლებიც მოძრაობენ დაჩქარებული სიჩქარით. სპექტრის ეს ნაწილი აძლევს ადამიანს მაქსიმალურ ინფორმაციას მის გარშემო არსებულ სამყაროზე. მისი ფიზიკური თვისებების მიხედვით, ის ჰგავს სპექტრის სხვა დიაპაზონებს, არის ელექტრომაგნიტური ტალღების სპექტრის მხოლოდ მცირე ნაწილი. ადამიანის თვალის მაქსიმალური მგრძნობელობა მოდის ტალღის სიგრძეზე λ=560 ნმ. ეს ტალღის სიგრძე ასევე ითვალისწინებს მზის გამოსხივების მაქსიმალურ ინტენსივობას და ამავე დროს დედამიწის ატმოსფეროს მაქსიმალურ გამჭვირვალობას.
პირველად ხელოვნური სინათლის წყარო მიიღო რუსმა მეცნიერმა ა.ნ. ლოდიგინი 1872 წელს, ელექტრული დენის გავლისას დახურულ ჭურჭელში მოთავსებულ ნახშირბადის ღეროს მეშვეობით, საიდანაც ჰაერი იყო ევაკუირებული, ხოლო 1879 წელს ამერიკელმა გამომგონებელმა თ.ა. ედისონმა შექმნა საკმაოდ გამძლე და მოსახერხებელი ინკანდესენტური ნათურის დიზაინი.
არსებობს ელექტრომაგნიტური გამოსხივების რამდენიმე სახეობა, დაწყებული რადიოტალღებიდან გამა სხივებამდე. ყველა ტიპის ელექტრომაგნიტური სხივები ვაკუუმში ვრცელდება სინათლის სიჩქარით და განსხვავდება ერთმანეთისგან მხოლოდ ტალღის სიგრძით.
1859 წლის სპექტროსკოპია
1864 მაქსველის განტოლებები
1864 ᲓᲘᲐᲞᲐᲖᲝᲜᲘ
ᲔᲚᲔᲥᲢᲠᲝᲛᲐᲒᲜᲘᲢᲣᲠᲘ ᲠᲐᲓᲘᲐᲪᲘᲐ
1900 გამოსხივება
შავი სხეული
მაქსველის განტოლებების გამოჩენის შემდეგ გაირკვა, რომ ისინი იწინასწარმეტყველებენ მეცნიერებისთვის უცნობი ბუნებრივი ფენომენის არსებობას - განივი ელექტრომაგნიტური ტალღები, რომლებიც ურთიერთდაკავშირებული ელექტრული და მაგნიტური ველების რხევებია, რომლებიც ვრცელდება სივრცეში სინათლის სიჩქარით. თავად ჯეიმს კლარკ მაქსველი იყო პირველი, ვინც მიანიშნა სამეცნიერო საზოგადოებას ეს შედეგი მის მიერ მიღებული განტოლებების სისტემიდან. ამ გარდატეხისას, ვაკუუმში ელექტრომაგნიტური ტალღების გავრცელების სიჩქარე ისეთი მნიშვნელოვანი და ფუნდამენტური უნივერსალური მუდმივი აღმოჩნდა, რომ იგი აღინიშნა ცალკე ასო c-ით, განსხვავებით ყველა სხვა სიჩქარისგან, რომლებიც ჩვეულებრივ აღინიშნება ასო v.
ამ აღმოჩენის შემდეგ, მაქსველმა მაშინვე დაადგინა, რომ ხილული სინათლე არის "მხოლოდ" სხვადასხვა ელექტრომაგნიტური ტალღები. იმ დროისთვის ცნობილი იყო სპექტრის ხილულ ნაწილში სინათლის ტალღის სიგრძე - 400 ნმ (იისფერი სხივები) 800 ნმ (წითელი სხივები). (ნანომეტრი არის სიგრძის ერთეული, რომელიც უდრის მეტრის მემილიარდედს, რომელიც ძირითადად გამოიყენება ატომურ და სხივების ფიზიკაში; 1 ნმ = 10 -9 მ.) ცისარტყელას ყველა ფერი შეესაბამება ტალღის სხვადასხვა სიგრძეს, რომელიც დევს სწორედ ამ ფარგლებში. ვიწრო საზღვრები. თუმცა, მაქსველის განტოლებები არ შეიცავდა შეზღუდვებს ელექტრომაგნიტური ტალღის სიგრძის შესაძლო დიაპაზონზე. როდესაც გაირკვა, რომ ძალიან განსხვავებული სიგრძის ელექტრომაგნიტური ტალღები უნდა არსებობდეს, ფაქტობრივად, მაშინვე გაკეთდა შედარება იმის შესახებ, რომ ადამიანის თვალი განასხვავებს მათი სიგრძისა და სიხშირის ისეთ ვიწრო ზოლს: ადამიანს ადარებდნენ მსმენელს. სიმფონიური კონცერტი, რომლის სმენას შეუძლია აიღოს მხოლოდ ვიოლინოს ნაწილი, არ განასხვავოს ყველა სხვა ბგერა.
სპექტრის სხვა დიაპაზონში ელექტრომაგნიტური ტალღების არსებობის შესახებ მაქსველის წინასწარმეტყველებიდან მალევე მოჰყვა აღმოჩენების სერია, რომლებიც ადასტურებდნენ მის სისწორეს. რადიოტალღები იყო პირველი, რომელიც 1888 წელს აღმოაჩინა გერმანელმა ფიზიკოსმა ჰაინრიხ ჰერცმა (1857-1894). ერთადერთი განსხვავება რადიოტალღებსა და სინათლეს შორის არის ის, რომ რადიოტალღების სიგრძე შეიძლება იყოს რამდენიმე დეციმეტრიდან ათასობით კილომეტრამდე. მაქსველის თეორიის მიხედვით, ელექტრომაგნიტური ტალღების გამომწვევი მიზეზი ელექტრული მუხტების აჩქარებული მოძრაობაა. ელექტრონების რხევები რადიოგადამცემის ანტენაში ალტერნატიული ელექტრული ძაბვის გავლენის ქვეშ ქმნის დედამიწის ატმოსფეროში გავრცელებულ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს. ყველა სხვა ტიპის ელექტრომაგნიტური ტალღები ასევე წარმოიქმნება სხვადასხვა ტიპის ელექტრული მუხტების დაჩქარებული მოძრაობის შედეგად.
სინათლის ტალღების მსგავსად, რადიოტალღებს შეუძლიათ დედამიწის ატმოსფეროში დიდი მანძილის გავლა პრაქტიკულად ყოველგვარი დანაკარგის გარეშე, რაც მათ კოდირებული ინფორმაციის ყველაზე სასარგებლო მატარებლად აქცევს. უკვე 1894 წლის დასაწყისში - რადიოტალღების აღმოჩენიდან ხუთ წელზე მეტი ხნის შემდეგ - იტალიელმა ფიზიკოსმა გულ-ელმო მარკონიმ (1874-1937) დააპროექტა.
10" 10" 10* 10" 1
10 10* 10*
1SG 5 10* 10"" 10^ 10*
- 10"" რენტგენი
სხივები - 10 -i*
- 10""
- 10"
- 1 (G"
- 1<Г"
გამა სხივები
ელექტრომაგნიტური ტალღები ქმნიან ტალღის სიგრძისა და ენერგიების (სიხშირეების) უწყვეტ სპექტრს, რომლებიც იყოფა პირობით დიაპაზონებად - რადიოტალღებიდან გამა სხივებამდე.
პირველი მოქმედი უკაბელო ტელეგრაფი - თანამედროვე რადიოს პროტოტიპი - რისთვისაც 1909 წელს მიენიჭა ნობელის პრემია.
მას შემდეგ, რაც მაქსველის განტოლებებით ნაწინასწარმეტყველები ხილული სპექტრის გარეთ ელექტრომაგნიტური ტალღების არსებობა პირველად ექსპერიმენტულად დადასტურდა, სპექტრის დარჩენილი ნიშები ძალიან სწრაფად შეივსო. დღეს აღმოჩენილია ყველა დიაპაზონის ელექტრომაგნიტური ტალღები გამონაკლისის გარეშე და თითქმის ყველა მათგანი პოულობს ფართო და სასარგებლო გამოყენებას მეცნიერებასა და ტექნოლოგიაში. ტალღების სიხშირეები და ელექტრომაგნიტური გამოსხივების შესაბამისი კვანტების ენერგია (იხ. ბარის მუდმივი) იზრდება ტალღის სიგრძის კლებასთან ერთად. ყველა ელექტრომაგნიტური ტალღების მთლიანობა ქმნის ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ეგრეთ წოდებულ უწყვეტ სპექტრს. იგი იყოფა შემდეგ დიაპაზონებად (სიხშირის გაზრდისა და ტალღის სიგრძის შემცირების მიზნით):
რადიო ტალღები
როგორც უკვე აღვნიშნეთ, რადიოტალღები შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს სიგრძით - რამდენიმე სანტიმეტრიდან ასობით და თუნდაც ათასობით კილომეტრამდე, რაც შედარებულია დედამიწის რადიუსთან (დაახლოებით 6400 კმ). ყველა რადიო ზოლის ტალღები ფართოდ გამოიყენება ტექნოლოგიაში - დეციმეტრული და ულტრამოკლე მეტრიანი ტალღები გამოიყენება სატელევიზიო და რადიო მაუწყებლობისთვის სიხშირეზე მოდულირებული ულტრამოკლე ტალღებით (VHF / BYU), რაც უზრუნველყოფს მაღალი ხარისხის სიგნალის მიღებას პირდაპირი ტალღის გავრცელების ზონაში. მეტრისა და კილომეტრის დიაპაზონის რადიოტალღები გამოიყენება მაუწყებლობისა და რადიო კომუნიკაციისთვის დიდ დისტანციებზე ამპლიტუდის მოდულაციის (AM) გამოყენებით, რომელიც, მართალია სიგნალის ხარისხის ხარჯზე, უზრუნველყოფს მის გადაცემას თვითნებურად დიდ დისტანციებზე დედამიწის შიგნით ასახვის გამო. ტალღები პლანეტის იონოსფეროდან. თუმცა დღეს ამ ტიპის კომუნიკაცია წარსულს ჩაბარდა სატელიტური კომუნიკაციების განვითარების გამო. დეციმეტრის დიაპაზონის ტალღები ვერ მოძრაობენ დედამიწის ჰორიზონტის გარშემო, როგორც მეტრიანი ტალღები, რაც ზღუდავს მიმღების არეალს პირდაპირი გავრცელების ზონით, რომელიც, ანტენის სიმაღლისა და გადამცემის სიმძლავრის მიხედვით, მერყეობს რამდენიმე ათეულ კილომეტრამდე. . და აქ სატელიტური გამეორებები მოდიან სამაშველოში, რომლებიც იღებენ რადიოტალღების ამრეკლერების როლს, რომელსაც იონოსფერო ასრულებს მეტრიან ტალღებთან მიმართებაში.
მიკროტალღური
მიკროტალღურ ტალღებს და რადიოტალღებს მიკროტალღურ დიაპაზონში (SHF) აქვთ 300 მმ-დან 1 მმ-მდე სიგრძე. სანტიმეტრიანი ტალღები, ისევე როგორც დეციმეტრიანი და მეტრიანი რადიოტალღები, პრაქტიკულად არ შეიწოვება ატმოსფეროში და ამიტომ ფართოდ გამოიყენება თანამგზავრებში.
კოვოი და ფიჭური საკომუნიკაციო და სხვა სატელეკომუნიკაციო სისტემები. ტიპიური სატელიტური თეფშების ზომა უდრის ასეთი ტალღების რამდენიმე ტალღის სიგრძეს.
მოკლე მიკროტალღურ ღუმელებს ასევე აქვთ მრავალი გამოყენება ინდუსტრიაში და სახლში. საკმარისია აღვნიშნოთ მიკროტალღური ღუმელები, რომლებიც დღეს აღჭურვილია როგორც სამრეწველო თონეებით, ასევე სახლის სამზარეულოთი. მიკროტალღური ღუმელის მუშაობა ეფუძნება ელექტრონების სწრაფ ბრუნვას მოწყობილობაში, რომელსაც კლისტრონს უწოდებენ. შედეგად, ელექტრონები ასხივებენ გარკვეული სიხშირის ელექტრომაგნიტურ მიკროტალღებს, რომლითაც ისინი ადვილად შეიწოვება წყლის მოლეკულებით. როდესაც საკვებს მიკროტალღურ ღუმელში დებთ, საკვებში არსებული წყლის მოლეკულები შთანთქავს მიკროტალღების ენერგიას, უფრო სწრაფად მოძრაობენ და ამით აცხელებენ საკვებს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ჩვეულებრივი ღუმელისგან ან ღუმელისგან განსხვავებით, სადაც საკვები გარედან თბება, მიკროტალღური ღუმელი მას შიგნიდან ათბობს.
ინფრაწითელი სხივები
ელექტრომაგნიტური სპექტრის ეს ნაწილი მოიცავს გამოსხივებას ტალღის სიგრძით 1 მილიმეტრიდან რვა ათას ატომურ დიამეტრამდე (დაახლოებით 800 ნმ). სპექტრის ამ ნაწილის სხივებს ადამიანი უშუალოდ კანით გრძნობს – სითბოს სახით. თუ თქვენ გაჭიმავთ ხელს ცეცხლის ან წითლად გახურებული საგნის მიმართულებით და გრძნობთ მისგან გამოსულ სითბოს, თქვენ აღიქვამთ ინფრაწითელ გამოსხივებას სითბოდ. ზოგიერთ ცხოველს (მაგალითად, ხვრელ გველგესლებს) აქვს სენსორული ორგანოებიც კი, რომლებიც საშუალებას აძლევს მათ აღმოაჩინონ თბილი სისხლიანი მტაცებელი მისი სხეულის ინფრაწითელი გამოსხივებით.
ვინაიდან დედამიწის ზედაპირზე არსებული ობიექტების უმეტესობა ასხივებს ენერგიას ინფრაწითელი ტალღის სიგრძის დიაპაზონში, ინფრაწითელი დეტექტორები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ თანამედროვე გამოვლენის ტექნოლოგიებში. ღამის ხედვის მოწყობილობების ინფრაწითელი ოკულები საშუალებას აძლევს ადამიანებს დაინახონ "სიბნელეში" და მათი დახმარებით შესაძლებელია აღმოაჩინონ არა მხოლოდ ადამიანები, არამედ მოწყობილობები და სტრუქტურები, რომლებიც დღის განმავლობაში თბება და სითბოს აწვდის გარემოს. ღამე ინფრაწითელი სხივების სახით. ინფრაწითელი დეტექტორები ფართოდ გამოიყენება სამაშველო სამსახურების მიერ, მაგალითად, მიწისძვრის ან სხვა ბუნებრივი და ხელოვნური კატასტროფების შემდეგ ნანგრევების ქვეშ ცოცხალი ადამიანების გამოსავლენად.
ხილული სინათლე
როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ელექტრომაგნიტური ტალღების ტალღების სიგრძე ხილული სინათლის დიაპაზონში მერყეობს რვადან ოთხ ათას ატომურ დიამეტრამდე (800-400 ნმ). ადამიანის თვალი იდეალური საშუალებაა ამ დიაპაზონში ელექტრომაგნიტური ტალღების ჩაწერისა და ანალიზისთვის. ეს ორი მიზეზის გამოა. პირველი, როგორც აღინიშნა, სპექტრის ხილული ნაწილის ტალღები პრაქტიკულად შეუფერხებლად ვრცელდება მათთვის გამჭვირვალე ატმოსფეროში. მეორეც, მზის ზედაპირის ტემპერატურა (დაახლოებით 5000°C) ისეთია, რომ მზის ენერგიის პიკი არის სპექტრის ხილულ ნაწილში. ამრიგად, ჩვენი ენერგიის მთავარი წყარო ასხივებს ენერგიის უზარმაზარ რაოდენობას ხილული სინათლის დიაპაზონში და ჩვენს ირგვლივ გარემო მეტწილად გამჭვირვალეა ამ გამოსხივებისთვის. ამიტომ გასაკვირი არ არის, რომ ევოლუციის პროცესში ადამიანის თვალი ისე ჩამოყალიბდა, რომ დაიჭიროს და ამოიცნოს ელექტრომაგნიტური ტალღების სპექტრის ეს კონკრეტული ნაწილი.
კიდევ ერთხელ მინდა ხაზი გავუსვა, რომ ხილული ელექტრომაგნიტური სხივების დიაპაზონში ფიზიკური თვალსაზრისით განსაკუთრებული არაფერია. ეს არის მხოლოდ ვიწრო ზოლი გამოსხივებული ტალღების ფართო სპექტრში (იხ. სურათი). ჩვენთვის ეს იმდენად მნიშვნელოვანია მხოლოდ იმდენად, რამდენადაც ადამიანის ტვინი აღჭურვილია სპექტრის ამ კონკრეტულ ნაწილში ელექტრომაგნიტური ტალღების აღმოსაჩენად და ანალიზზე.
ულტრაიისფერი სხივები
ულტრაიისფერი სხივები მოიცავს ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას, რომლის ტალღის სიგრძე რამდენიმე ათასიდან რამდენიმე ატომურ დიამეტრამდეა (400-10 ნმ). სპექტრის ამ ნაწილში რადიაცია იწყებს ზემოქმედებას ცოცხალი ორგანიზმების სასიცოცხლო აქტივობაზე. რბილი ულტრაიისფერი სხივები მზის სპექტრში (ტალღის სიგრძით, რომელიც უახლოვდება სპექტრის ხილულ ნაწილს), მაგალითად, იწვევს გარუჯვას ზომიერ დოზებში და ძლიერ დამწვრობას ჭარბად. მყარი (მოკლე ტალღის სიგრძის) ულტრაიისფერი საზიანოა ბიოლოგიური უჯრედებისთვის და ამიტომ გამოიყენება, კერძოდ, მედიცინაში ქირურგიული ინსტრუმენტების და სამედიცინო აღჭურვილობის სტერილიზაციისთვის, კლავს მათ ზედაპირზე არსებულ ყველა მიკროორგანიზმს.
დედამიწაზე მთელი სიცოცხლე დაცულია მძიმე ულტრაიისფერი გამოსხივების მავნე ზემოქმედებისგან დედამიწის ატმოსფეროს ოზონის ფენით, რომელიც შთანთქავს მზის რადიაციის სპექტრის მყარ ულტრაიისფერ სხივებს (იხ. ოზონის ხვრელი). რომ არა ეს ბუნებრივი ფარი, დედამიწაზე სიცოცხლე ძნელად ჩამოსულიყო ოკეანეების წყლებიდან. თუმცა, მიუხედავად დამცავი ოზონის შრისა, ზოგიერთი მყარი ულტრაიისფერი სხივები აღწევს დედამიწის ზედაპირს და შეიძლება გამოიწვიოს კანის კიბო, განსაკუთრებით იმ ადამიანებში, რომლებიც ბუნებრივად მიდრეკილნი არიან ფერმკრთალებისკენ და კარგად არ ირუჯებიან მზეზე.
რენტგენის სხივები
რადიაციას ტალღის სიგრძის დიაპაზონში რამდენიმე ატომური დიამეტრიდან ატომის ბირთვის რამდენიმე ასეულ დიამეტრამდე ეწოდება რენტგენის სხივები. რენტგენი აღწევს სხეულის რბილ ქსოვილებში და ამიტომ შეუცვლელია სამედიცინო დიაგნოსტიკაში.
ტკიპა. როგორც რადიოტალღების შემთხვევაში, 1895 წელს მათ აღმოჩენასა და პრაქტიკული გამოყენების დასაწყისს შორის დროის შუალედი, რომელიც აღინიშნა პარიზის ერთ-ერთ საავადმყოფოში პირველი რენტგენის მიღებით, წლების საკითხი იყო. (საინტერესოა აღინიშნოს, რომ იმდროინდელი პარიზული გაზეთები იმდენად იყო გაჟღენთილი იმ იდეით, რომ რენტგენის სხივებს შეეძლო შეაღწიოს ტანსაცმელში, რომ მათ პრაქტიკულად არაფერი უთქვამთ მათი უნიკალური სამედიცინო გამოყენების შესახებ.)
გამა სხივები
ყველაზე მოკლე ტალღის სიგრძით და ყველაზე მაღალი სიხშირითა და ენერგიის სხივები ელექტრომაგნიტურ სპექტრში არის y სხივები (გამა სხივები). ისინი შედგება ულტრამაღალი ენერგიის ფოტონებისაგან და დღეს გამოიყენება ონკოლოგიაში კიბოს სიმსივნეების სამკურნალოდ (უფრო სწორად, კიბოს უჯრედების მოსაკლავად). თუმცა, მათი გავლენა ცოცხალ უჯრედებზე იმდენად დამღუპველია, რომ განსაკუთრებული სიფრთხილეა საჭირო, რათა არ დაზიანდეს მიმდებარე ჯანსაღი ქსოვილები და ორგანოები.
დასასრულს, მნიშვნელოვანია კიდევ ერთხელ ხაზგასმით აღვნიშნოთ, რომ მიუხედავად იმისა, რომ ზემოთ აღწერილი ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ყველა სახეობა ვლინდება გარეგნულად სხვადასხვა გზით, არსებითად ისინი ტყუპები არიან. სპექტრის ნებისმიერ ნაწილში ყველა ელექტრომაგნიტური ტალღა არის ელექტრული და მაგნიტური ველების განივი რხევები, რომლებიც გავრცელდება ვაკუუმში ან გარემოში, ისინი ყველა ვაკუუმში ვრცელდება სინათლის c სიჩქარით და განსხვავდებიან ერთმანეთისგან მხოლოდ ტალღის სიგრძით და შედეგად. , ენერგიაში, რომელსაც ისინი ატარებენ. რჩება მხოლოდ იმის დამატება, რომ ჩემს მიერ დასახელებული დიაპაზონების საზღვრები საკმაოდ თვითნებური ხასიათისაა (და სხვა წიგნებში, სავარაუდოდ, შეხვდებით საზღვრის ტალღის სიგრძის ოდნავ განსხვავებულ მნიშვნელობებს). კერძოდ, მიკროტალღური გამოსხივება გრძელი ტალღის სიგრძით ხშირად და სამართლიანად მოიხსენიება როგორც მიკროტალღური რადიო ტალღები. არ არსებობს მკაფიო საზღვრები მყარ ულტრაიისფერ და რბილ რენტგენის სხივებს შორის და მყარ რენტგენსა და რბილ გამა გამოსხივებას შორის.
სპექტროსკოპია
ნივთიერებაში ქიმიური ელემენტების ატომების არსებობა შეიძლება გამოვლინდეს დამახასიათებელი ხაზების არსებობით ემისიის ან შთანთქმის სპექტრში.
ელექტრომაგნიტური გამოსხივების თვისებები. სხვადასხვა ტალღის სიგრძის ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას საკმაოდ ბევრი განსხვავება აქვს, მაგრამ ყველა მათგანი, რადიოტალღებიდან გამა გამოსხივებამდე, ერთნაირი ფიზიკური ხასიათისაა. ყველა სახის ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, მეტ-ნაკლებად, ავლენს ტალღებისთვის დამახასიათებელ ჩარევის, დიფრაქციისა და პოლარიზაციის თვისებებს. ამავდროულად, ყველა ტიპის ელექტრომაგნიტური გამოსხივება ავლენს კვანტურ თვისებებს მეტ-ნაკლებად.
ყველა ელექტრომაგნიტური გამოსხივებისთვის საერთოა მათი წარმოშობის მექანიზმები: ელექტრომაგნიტური ტალღები ნებისმიერი ტალღის სიგრძით შეიძლება მოხდეს ელექტრული მუხტების დაჩქარებული მოძრაობის დროს ან მოლეკულების, ატომების ან ატომების ბირთვების ერთი კვანტური მდგომარეობიდან მეორეში გადასვლის დროს. ელექტრული მუხტების ჰარმონიულ რხევებს თან ახლავს ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომელსაც აქვს მუხტის რხევების სიხშირის ტოლი სიხშირე.
Რადიო ტალღები.რხევებით, რომლებიც ხდება 10 5-დან 10 12 ჰც-მდე სიხშირეზე, ხდება ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომლის ტალღის სიგრძე რამდენიმე კილომეტრიდან რამდენიმე მილიმეტრამდეა. ელექტრომაგნიტური გამოსხივების მასშტაბის ეს განყოფილება ეხება რადიოტალღების დიაპაზონს. რადიოტალღები გამოიყენება რადიო კომუნიკაციებისთვის, ტელევიზიისთვის და რადარებისთვის.
ინფრაწითელი გამოსხივება.ელექტრომაგნიტური გამოსხივება ტალღის სიგრძით 1-2 მმ-ზე ნაკლები, მაგრამ 8 * 10 -7 მ-ზე მეტი, ე.ი. რადიოტალღების დიაპაზონსა და ხილული სინათლის დიაპაზონს შორის მდებარეობას ინფრაწითელი გამოსხივება ეწოდება.
სპექტრის რეგიონი მისი წითელი კიდის მიღმა პირველად ექსპერიმენტულად გამოიკვლია 1800 წელს. ინგლისელი ასტრონომი უილიამ ჰერშელი (1738-1822). ჰერშელმა მოათავსა შავი ნათურის თერმომეტრი სპექტრის წითელი ბოლოს მიღმა და დააფიქსირა ტემპერატურის ზრდა. თერმომეტრის ნათურა თბებოდა რადიაციის საშუალებით, თვალისთვის უხილავი. ამ გამოსხივებას ინფრაწითელი სხივები ეწოდება.
ინფრაწითელი გამოსხივება გამოიყოფა ნებისმიერი გახურებული სხეულისგან. ინფრაწითელი გამოსხივების წყაროა ღუმელები, წყლის გამაცხელებლები, ელექტრო ინკანდესენტური ნათურები.
სპეციალური მოწყობილობების დახმარებით ინფრაწითელი გამოსხივება შეიძლება გარდაიქმნას ხილულ შუქად და გახურებული ობიექტების გამოსახულების მიღება სრულ სიბნელეში. ინფრაწითელი გამოსხივება გამოიყენება შეღებილი პროდუქტების, შენობის კედლების, ხის გასაშრობად.
ხილული სინათლე. ხილული სინათლე (ან უბრალოდ სინათლე) მოიცავს გამოსხივებას, რომლის ტალღის სიგრძეა დაახლოებით 8*10-7-დან 4*10-7 მ-მდე, წითელიდან იისფერ შუქამდე.
ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სპექტრის ამ ნაწილის მნიშვნელობა ადამიანის ცხოვრებაში უკიდურესად მაღალია, რადგან ადამიანი ხედვის დახმარებით იღებს თითქმის ყველა ინფორმაციას მის გარშემო არსებულ სამყაროზე.
სინათლე არის მწვანე მცენარეების განვითარების წინაპირობა და, შესაბამისად, აუცილებელი პირობა დედამიწაზე სიცოცხლის არსებობისთვის.
Ულტრაიისფერი გამოსხივება. 1801 წელს გერმანელმა ფიზიკოსმა იოჰან რიტერმა (1776 - 1810) სპექტრის შესწავლისას აღმოაჩინა, რომ მისი იისფერი კიდის მიღმა არის თვალისთვის უხილავი სხივებით შექმნილი უბანი. ეს სხივები გავლენას ახდენს გარკვეულ ქიმიურ ნაერთებზე. ამ უხილავი სხივების მოქმედებით ხდება ვერცხლის ქლორიდის დაშლა, თუთიის სულფიდის კრისტალების და ზოგიერთი სხვა კრისტალების ანათება.
ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას, რომელიც თვალისთვის უხილავია და ტალღის სიგრძე უფრო მოკლეა, ვიდრე იისფერი, ეწოდება ულტრაიისფერი გამოსხივება. ულტრაიისფერი გამოსხივება მოიცავს ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას ტალღის სიგრძის დიაპაზონში 4 * 10 -7-დან 1 * 10 -8 მ-მდე.
ულტრაიისფერ გამოსხივებას შეუძლია პათოგენური ბაქტერიების მოკვლა, ამიტომ იგი ფართოდ გამოიყენება მედიცინაში. მზის სხივების შემადგენლობაში შემავალი ულტრაიისფერი გამოსხივება იწვევს ბიოლოგიურ პროცესებს, რომლებიც იწვევს ადამიანის კანის გამუქებას - მზის დამწვრობას.
გამონადენი ნათურები გამოიყენება მედიცინაში ულტრაიისფერი გამოსხივების წყაროდ. ასეთი ნათურების მილები დამზადებულია კვარცისგან, გამჭვირვალე ულტრაიისფერი სხივებისთვის; ამიტომ ამ ნათურებს კვარცის ნათურებს უწოდებენ.
რენტგენის სხივები. თუ მუდმივი ძაბვა რამდენიმე ათეული ათასი ვოლტია გამოყენებული ვაკუუმურ მილში გაცხელებულ კათოდს შორის, რომელიც გამოყოფს ელექტრონს და ანოდს, მაშინ ელექტრონები ჯერ ელექტრული ველით აჩქარდება, შემდეგ კი მკვეთრად შენელდება ანოდის ნივთიერებაში. ურთიერთქმედება მის ატომებთან. მატერიაში სწრაფი ელექტრონების შენელების დროს ან ატომების შიდა გარსებზე ელექტრონების გადასვლის დროს წარმოიქმნება ელექტრომაგნიტური ტალღები ტალღის სიგრძით უფრო მოკლე ვიდრე ულტრაიისფერი გამოსხივება. ეს გამოსხივება აღმოაჩინა გერმანელმა ფიზიკოსმა ვილჰელმ რენტგენმა (1845-1923) 1895 წელს. ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას ტალღის სიგრძის დიაპაზონში 10-14-დან 10-7 მ-მდე ეწოდება რენტგენის სხივები.
რენტგენი თვალისთვის უხილავია. ისინი გადიან მნიშვნელოვანი შთანთქმის გარეშე მასალის მნიშვნელოვან ფენებში, რომლებიც გაუმჭვირვალეა ხილული სინათლისთვის. რენტგენის სხივები გამოვლენილია მათი უნარით, გამოიწვიონ გარკვეული კრისტალების გარკვეული ბზინვარება და იმოქმედონ ფოტოსურათზე.
რენტგენის სხივების მატერიის სქელ ფენებში შეღწევის უნარი გამოიყენება ადამიანის შინაგანი ორგანოების დაავადებების დიაგნოსტიკისთვის. ინჟინერიაში რენტგენის სხივები გამოიყენება სხვადასხვა პროდუქტის, შედუღების შიდა სტრუქტურის გასაკონტროლებლად. რენტგენის გამოსხივებას აქვს ძლიერი ბიოლოგიური ეფექტი და გამოიყენება გარკვეული დაავადებების სამკურნალოდ.
გამა გამოსხივება. გამა გამოსხივებას ეწოდება ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომელიც ასხივებს აგზნებული ატომის ბირთვებს და წარმოიქმნება ელემენტარული ნაწილაკების ურთიერთქმედების შედეგად.
გამა გამოსხივება არის ყველაზე მოკლე ტალღის სიგრძის ელექტრომაგნიტური გამოსხივება (ლ < 10 -10 მ). მისი თვისებაა გამოხატული კორპუსკულური თვისებები. ამიტომ, გამა გამოსხივება ჩვეულებრივ განიხილება, როგორც ნაწილაკების ნაკადი - გამა სხივები. ტალღის სიგრძის რეგიონში 10-10-დან 10-14-მდე და რენტგენის სხივებისა და გამა გამოსხივების დიაპაზონი გადახურულია, ამ რეგიონში რენტგენის სხივები და გამა სხივები ბუნებით იდენტურია და განსხვავდება მხოლოდ წარმოშობით.
რადიაციის სახეები
თერმული გამოსხივება – გამოსხივება, რომელშიც ატომების მიერ ენერგიის დაკარგვა სინათლის გამოსხივებისთვის კომპენსირდება გამოსხივების სხეულის ატომების (ან მოლეკულების) თერმული მოძრაობის ენერგიით. სითბოს წყაროა მზე, ინკანდესენტური ნათურა და ა.შ.
ელექტროლუმინესცენცია(ლათინური ლუმინესცენციიდან - "ნათება") - გამონადენი გაზში, რომელსაც თან ახლავს ბზინვარება. ჩრდილოეთის ნათება ელექტროლუმინესცენციის გამოვლინებაა. გამოიყენება მილებში სარეკლამო წარწერებისთვის.
კათოდოლუმინესცენცია– მყარი სხეულების სიკაშკაშე, რომელიც გამოწვეულია ელექტრონების მიერ მათი დაბომბვით. მისი წყალობით, ტელევიზორების კათოდური მილების ეკრანები ანათებს.
ქიმილუმინესცენცია– სინათლის გამოსხივება ზოგიერთ ქიმიურ რეაქციაში ენერგიის გამოყოფით. მისი დაკვირვება შეიძლება ციცინათელას და სხვა ცოცხალი ორგანიზმების მაგალითზე, რომლებსაც აქვთ ნათების თვისება.
ფოტოლუმინესცენცია– სხეულების სიკაშკაშე უშუალოდ მათზე დაცემული რადიაციის მოქმედების ქვეშ. ამის მაგალითია მანათობელი საღებავები, რომლებიც ფარავს საშობაო დეკორაციებს, ისინი ასხივებენ სინათლეს დასხივების შემდეგ. ეს ფენომენი ფართოდ გამოიყენება დღის ნათურებში.
იმისათვის, რომ ატომმა დაიწყოს გამოსხივება, მას სჭირდება გარკვეული რაოდენობის ენერგიის გადაცემა. გამოსხივებისას ატომი კარგავს მიღებულ ენერგიას, ხოლო ნივთიერების უწყვეტი ბზინვისთვის აუცილებელია მის ატომებში ენერგიის შემოდინება გარედან.
სპექტრები
ზოლიანი სპექტრა
ზოლიანი სპექტრი შედგება ცალკეული ზოლებისაგან, რომლებიც გამოყოფილია მუქი უფსკრულით. დახმარებით ძალიან კარგი სპექტრალური აპარატი, შეიძლება აღმოჩნდეს, რომ თითოეული ზოლი არის დიდი რაოდენობით ძალიან მჭიდროდ დაშორებული ხაზების კოლექცია. ხაზოვანი სპექტრისგან განსხვავებით, ზოლიანი სპექტრები წარმოიქმნება არა ატომებით, არამედ მოლეკულებით, რომლებიც არ არიან შეკრული ან სუსტად შეკრული ერთმანეთთან.
მოლეკულური სპექტრების დასაკვირვებლად, ისევე როგორც ხაზოვანი სპექტრების დასაკვირვებლად, ჩვეულებრივ გამოიყენება ორთქლის სიკაშკაშე ცეცხლში ან გაზის გამონადენის სიკაშკაშე.
სპექტრული ანალიზი
სპექტრული ანალიზი არის ობიექტების შემადგენლობის ხარისხობრივი და რაოდენობრივი განსაზღვრის მეთოდების ერთობლიობა, რომელიც დაფუძნებულია რადიაციასთან მატერიის ურთიერთქმედების სპექტრების შესწავლაზე, მათ შორის ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სპექტრები, აკუსტიკური ტალღები, ელემენტარული მასის და ენერგიის განაწილება. ნაწილაკები და ა.შ. ანალიზის მიზნებიდან და სპექტრის ტიპებიდან გამომდინარე, სპექტრული ანალიზის რამდენიმე მეთოდი გამოირჩევა. ატომური და მოლეკულური სპექტრული ანალიზები შესაძლებელს ხდის ნივთიერების ელემენტარული და მოლეკულური შემადგენლობის განსაზღვრას. ემისიის და შთანთქმის მეთოდებში შემადგენლობა განისაზღვრება ემისიის და შთანთქმის სპექტრებიდან. მასის სპექტრომეტრიული ანალიზი ტარდება ატომური ან მოლეკულური იონების მასის სპექტრის გამოყენებით და შესაძლებელს ხდის ობიექტის იზოტოპური შემადგენლობის განსაზღვრას. უმარტივესი სპექტრული მოწყობილობა არის სპექტროგრაფი.
პრიზმის სპექტროგრაფის მოწყობილობის სქემა
ამბავი
სპექტრულ ზოლებზე მუქი ხაზები დიდი ხნის წინ შენიშნეს (მაგალითად, ისინი აღნიშნეს ვოლასტონმა), მაგრამ ამ ხაზების პირველი სერიოზული შესწავლა მხოლოდ 1814 წელს ჩაატარა იოზეფ ფრაუნჰოფერმა. ეფექტს მის პატივსაცემად დაარქვეს Fraunhofer Lines. ფრაუნჰოფერმა დაადგინა ხაზების პოზიციის სტაბილურობა, შეადგინა მათი ცხრილი (სულ დაითვალა 574 სტრიქონი), თითოეულს მიანიჭა ალფანუმერული კოდი. არანაკლებ მნიშვნელოვანი იყო მისი დასკვნა, რომ ხაზები არ არის დაკავშირებული არც ოპტიკურ მასალასთან და არც დედამიწის ატმოსფეროსთან, არამედ მზის სინათლის ბუნებრივი მახასიათებელია. მან აღმოაჩინა მსგავსი ხაზები ხელოვნური სინათლის წყაროებში, ასევე ვენერას და სირიუსის სპექტრებში.
ფრაუნჰოფერის ხაზები
მეთოდის შესამოწმებლად 1868 წელს პარიზის მეცნიერებათა აკადემიამ მოაწყო ექსპედიცია ინდოეთში, სადაც მზის სრული დაბნელება მოდიოდა. იქ მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ ყველა ბნელი ხაზი დაბნელების დროს, როდესაც ემისიის სპექტრმა შეცვალა მზის გვირგვინის შთანთქმის სპექტრი, ბნელ ფონზე, როგორც იწინასწარმეტყველა, გახდა ნათელი.
თანდათანობით გაირკვა თითოეული ხაზის ბუნება, მათი კავშირი ქიმიურ ელემენტებთან. 1860 წელს კირჩჰოფმა და ბუნსენმა სპექტრალური ანალიზის გამოყენებით აღმოაჩინეს ცეზიუმი, ხოლო 1861 წელს რუბიდიუმი. ხოლო ჰელიუმი მზეზე 27 წლით ადრე აღმოაჩინეს, ვიდრე დედამიწაზე (1868 და 1895, შესაბამისად).
მოქმედების პრინციპი
თითოეული ქიმიური ელემენტის ატომებს აქვთ მკაცრად განსაზღვრული რეზონანსული სიხშირეები, რის შედეგადაც სწორედ ამ სიხშირეებზე ასხივებენ ან შთანთქავენ სინათლეს. ეს მივყავართ იმ ფაქტს, რომ სპექტროსკოპში ხაზები (მუქი ან მსუბუქი) ჩანს სპექტრებზე თითოეული ნივთიერებისთვის დამახასიათებელ გარკვეულ ადგილებში. ხაზების ინტენსივობა დამოკიდებულია მატერიის რაოდენობაზე და მის მდგომარეობაზე. რაოდენობრივი სპექტრული ანალიზის დროს საცდელი ნივთიერების შემცველობა განისაზღვრება სპექტრებში ხაზების ან ზოლების ფარდობითი ან აბსოლუტური ინტენსივობით.
ოპტიკური სპექტრული ანალიზი ხასიათდება განხორციელების შედარებით მარტივად, ანალიზისთვის ნიმუშების რთული მომზადების არარსებობით და დიდი რაოდენობით ელემენტების ანალიზისთვის საჭირო ნივთიერების მცირე რაოდენობით (10-30 მგ). ატომური სპექტრები (შთანთქმა ან ემისია) მიიღება ნივთიერების ორთქლის მდგომარეობაში გადაყვანით ნიმუშის 1000-10000 °C-მდე გაცხელებით. გამტარ მასალების ემისიის ანალიზში ატომების აგზნების წყაროდ გამოიყენება ნაპერწკალი, ალტერნატიული დენის რკალი; ხოლო ნიმუში მოთავსებულია ერთ-ერთი ნახშირბადის ელექტროდის კრატერში. ხსნარების ანალიზისთვის ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა აირების ალი ან პლაზმა.
ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სპექტრი
ელექტრომაგნიტური გამოსხივების თვისებები. სხვადასხვა ტალღის სიგრძის ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას საკმაოდ ბევრი განსხვავება აქვს, მაგრამ ყველა მათგანი, რადიოტალღებიდან გამა გამოსხივებამდე, ერთნაირი ფიზიკური ხასიათისაა. ყველა სახის ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, მეტ-ნაკლებად, ავლენს ტალღებისთვის დამახასიათებელ ჩარევის, დიფრაქციისა და პოლარიზაციის თვისებებს. ამავდროულად, ყველა ტიპის ელექტრომაგნიტური გამოსხივება ავლენს კვანტურ თვისებებს მეტ-ნაკლებად.
ყველა ელექტრომაგნიტური გამოსხივებისთვის საერთოა მათი წარმოშობის მექანიზმები: ელექტრომაგნიტური ტალღები ნებისმიერი ტალღის სიგრძით შეიძლება მოხდეს ელექტრული მუხტების დაჩქარებული მოძრაობის დროს ან მოლეკულების, ატომების ან ატომების ბირთვების ერთი კვანტური მდგომარეობიდან მეორეში გადასვლის დროს. ელექტრული მუხტების ჰარმონიულ რხევებს თან ახლავს ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომელსაც აქვს მუხტის რხევების სიხშირის ტოლი სიხშირე.
რადიო ტალღები. რხევებით, რომლებიც ხდება 10 5-დან 10 12 ჰც-მდე სიხშირეზე, ხდება ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომლის ტალღის სიგრძე რამდენიმე კილომეტრიდან რამდენიმე მილიმეტრამდეა. ელექტრომაგნიტური გამოსხივების მასშტაბის ეს განყოფილება ეხება რადიოტალღების დიაპაზონს. რადიოტალღები გამოიყენება რადიო კომუნიკაციებისთვის, ტელევიზიისთვის და რადარებისთვის.
ინფრაწითელი გამოსხივება. ელექტრომაგნიტური გამოსხივება ტალღის სიგრძით 1-2 მმ-ზე ნაკლები, მაგრამ 8 * 10 -7 მ-ზე მეტი, ე.ი. რადიოტალღების დიაპაზონსა და ხილული სინათლის დიაპაზონს შორის მდებარეობას ინფრაწითელი გამოსხივება ეწოდება.
ინფრაწითელი გამოსხივება გამოიყოფა ნებისმიერი გახურებული სხეულისგან. ინფრაწითელი გამოსხივების წყაროა ღუმელები, წყლის გამაცხელებლები, ელექტრო ინკანდესენტური ნათურები.
სპეციალური მოწყობილობების დახმარებით ინფრაწითელი გამოსხივება შეიძლება გარდაიქმნას ხილულ შუქად და გახურებული ობიექტების გამოსახულების მიღება სრულ სიბნელეში. ინფრაწითელი გამოსხივება გამოიყენება შეღებილი პროდუქტების, შენობის კედლების, ხის გასაშრობად.
ხილული სინათლე.ხილული სინათლე (ან უბრალოდ სინათლე) მოიცავს გამოსხივებას, რომლის ტალღის სიგრძეა დაახლოებით 8*10 -7-დან 4*10-7 მ-მდე, წითელიდან იისფერ შუქამდე.
ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სპექტრის ამ ნაწილის მნიშვნელობა ადამიანის ცხოვრებაში უკიდურესად მაღალია, რადგან ადამიანი ხედვის დახმარებით იღებს თითქმის ყველა ინფორმაციას მის გარშემო არსებულ სამყაროზე. სინათლე არის მწვანე მცენარეების განვითარების წინაპირობა და, შესაბამისად, აუცილებელი პირობა დედამიწაზე სიცოცხლის არსებობისთვის.
Ულტრაიისფერი გამოსხივება. 1801 წელს გერმანელმა ფიზიკოსმა იოჰან რიტერმა (1776 - 1810) სპექტრის შესწავლისას აღმოაჩინა, რომ
ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას, რომელიც თვალისთვის უხილავია და ტალღის სიგრძე უფრო მოკლეა, ვიდრე იისფერი, ეწოდება ულტრაიისფერი გამოსხივება. ულტრაიისფერი გამოსხივება მოიცავს ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას ტალღის სიგრძის დიაპაზონში 4 * 10 -7-დან 1 * 10 -8 მ-მდე.
ულტრაიისფერ გამოსხივებას შეუძლია პათოგენური ბაქტერიების მოკვლა, ამიტომ იგი ფართოდ გამოიყენება მედიცინაში. მზის სხივების შემადგენლობაში შემავალი ულტრაიისფერი გამოსხივება იწვევს ბიოლოგიურ პროცესებს, რომლებიც იწვევს ადამიანის კანის გამუქებას - მზის დამწვრობას.
გამონადენი ნათურები გამოიყენება მედიცინაში ულტრაიისფერი გამოსხივების წყაროდ. ასეთი ნათურების მილები დამზადებულია კვარცისგან, გამჭვირვალე ულტრაიისფერი სხივებისთვის; ამიტომ ამ ნათურებს კვარცის ნათურებს უწოდებენ.
რენტგენის სხივები. თუ მუდმივი ძაბვა რამდენიმე ათეული ათასი ვოლტია გამოყენებული ვაკუუმურ მილში გაცხელებულ კათოდს შორის, რომელიც გამოყოფს ელექტრონს და ანოდს, მაშინ ელექტრონები ჯერ ელექტრული ველით აჩქარდება, შემდეგ კი მკვეთრად შენელდება ანოდის ნივთიერებაში. ურთიერთქმედება მის ატომებთან. მატერიაში სწრაფი ელექტრონების შენელების დროს ან ატომების შიდა გარსებზე ელექტრონების გადასვლის დროს წარმოიქმნება ელექტრომაგნიტური ტალღები ტალღის სიგრძით უფრო მოკლე ვიდრე ულტრაიისფერი გამოსხივება. ეს გამოსხივება აღმოაჩინა გერმანელმა ფიზიკოსმა ვილჰელმ რენტგენმა (1845-1923) 1895 წელს. ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას ტალღის სიგრძის დიაპაზონში 10-14-დან 10-7 მ-მდე ეწოდება რენტგენის სხივები.
რენტგენის სხივების მატერიის სქელ ფენებში შეღწევის უნარი გამოიყენება ადამიანის შინაგანი ორგანოების დაავადებების დიაგნოსტიკისთვის. ინჟინერიაში რენტგენის სხივები გამოიყენება სხვადასხვა პროდუქტის, შედუღების შიდა სტრუქტურის გასაკონტროლებლად. რენტგენის გამოსხივებას აქვს ძლიერი ბიოლოგიური ეფექტი და გამოიყენება გარკვეული დაავადებების სამკურნალოდ. გამა გამოსხივება. გამა გამოსხივებას ეწოდება ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომელიც ასხივებს აგზნებული ატომის ბირთვებს და წარმოიქმნება ელემენტარული ნაწილაკების ურთიერთქმედების შედეგად.
გამა გამოსხივება- ყველაზე მოკლე ტალღის სიგრძის ელექტრომაგნიტური გამოსხივება (<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.
თეორია აჩვენებს, რომ ელექტრომაგნიტური გამოსხივება წარმოიქმნება მაშინ, როდესაც ელექტრული მუხტები მოძრაობენ არათანაბრად, აჩქარებული. ელექტრული მუხტების ერთნაირად მოძრავი (თავისუფალი) ნაკადი არ ასხივებს. არ არსებობს ელექტრომაგნიტური ველის გამოსხივება მუხტებისთვის, რომლებიც მოძრაობენ მუდმივი ძალის მოქმედებით, მაგალითად, მუხტებისთვის, რომლებიც აღწერენ წრეს მაგნიტურ ველში.
რხევით მოძრაობებში აჩქარება მუდმივად იცვლება, ამიტომ ელექტრული მუხტების რხევები გამოყოფს ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას. გარდა ამისა, ელექტრომაგნიტური გამოსხივება მოხდება მუხტების მკვეთრი არაერთგვაროვანი შენელების დროს, მაგალითად, როდესაც ელექტრონის სხივი ხვდება დაბრკოლებას (რენტგენის სხივების წარმოქმნა). ნაწილაკების ქაოტურ თერმულ მოძრაობაში ასევე იბადება ელექტრომაგნიტური გამოსხივება (თერმული გამოსხივება). რიპლი
ბირთვული მუხტი იწვევს ელექტრომაგნიტური გამოსხივების შექმნას, რომელიც ცნობილია როგორც y-სხივები. ულტრაიისფერი სხივები და ხილული სინათლე წარმოიქმნება ატომური ელექტრონების მოძრაობით. ელექტრული მუხტის რყევები კოსმოსური მასშტაბით იწვევს რადიო გამოსხივებას ციური სხეულებიდან.
ბუნებრივ პროცესებთან ერთად, რომლებიც ქმნიან სხვადასხვა თვისებების ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას, არსებობს ელექტრომაგნიტური გამოსხივების შექმნის სხვადასხვა ექსპერიმენტული შესაძლებლობა.
ელექტრომაგნიტური გამოსხივების მთავარი მახასიათებელია მისი სიხშირე (თუ ვსაუბრობთ ჰარმონიულ რხევაზე) ან სიხშირის დიაპაზონი. მცდარია, რა თქმა უნდა, გამოსხივების სიხშირის ხელახლა გამოთვლა ვაკუუმში ელექტრომაგნიტური ტალღის სიგრძით ამ მიმართების გამოყენებით.
გამოსხივების ინტენსივობა სიხშირის მეოთხე სიმძლავრის პროპორციულია. ამიტომ, ძალიან დაბალი სიხშირის გამოსხივება ასობით კილომეტრის რიგის ტალღის სიგრძით არ არის მიკვლეული. პრაქტიკული რადიო დიაპაზონი იწყება, როგორც ცნობილია, სიდიდის რიგის ტალღის სიგრძით, რომელიც შეესაბამება შუა დიაპაზონში მითითებულ რიგის ტალღის სიგრძის რიგის სიხშირეებს, ათობით მეტრი უკვე მოკლე ტალღებია. ულტრამოკლე ტალღები (VHF) გამოგვყავს ნორმალური რადიოს დიაპაზონიდან; რამდენიმე მეტრის რიგის ტალღის სიგრძე და მეტრის ფრაქციები სანტიმეტრამდე (ანუ რიგის სიხშირე გამოიყენება ტელევიზიაში და რადარში.
კიდევ უფრო მოკლე ელექტრომაგნიტური ტალღები 1924 წელს მიიღო გლაგოლევა-არკადიევამ. გენერატორად გამოიყენა ელექტრო ნაპერწკლები ზეთში შეკიდულ რკინის ნაფოტებს შორის და მიიღო ტალღები 1000-მდე. აქ უკვე მიღწეულია თერმული გამოსხივების ტალღის სიგრძეებთან გადაფარვა.
ხილული სინათლის ფართობი ძალიან მცირეა: ის იკავებს მხოლოდ ტალღის სიგრძეს სმ-დან სმ-მდე, რასაც მოჰყვება თვალისთვის უხილავი, მაგრამ ძალიან კარგად ფიქსირდება ფიზიკური ინსტრუმენტებით ულტრაიისფერი სხივები. ეს არის ტალღის სიგრძე სმ-დან სმ-მდე.
ულტრაიისფერს მოჰყვება რენტგენი. მათი ტალღის სიგრძეა სმ-დან სმ-მდე, რაც უფრო მოკლეა ტალღის სიგრძე, მით უფრო სუსტდება რენტგენის სხივები ნივთიერებების მიერ. ყველაზე მოკლე ტალღის სიგრძის და გამჭოლი ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას y- სხივები (ტალღის სიგრძე სმ-დან და ქვემოთ).
ნებისმიერი ჩამოთვლილი ელექტრომაგნიტური გამოსხივების მახასიათებელი ამომწურავი იქნება, თუ განხორციელდება შემდეგი გაზომვები. პირველ რიგში, ამა თუ იმ მეთოდით, ელექტრომაგნიტური გამოსხივება უნდა დაიშალოს სპექტრად. სინათლის, ულტრაიისფერი სხივების და ინფრაწითელი გამოსხივების შემთხვევაში, ეს შეიძლება გაკეთდეს პრიზმის მიერ რეფრაქციით ან გამოსხივების დიფრაქციული ბადეში გადაყვანით (იხ. ქვემოთ). რენტგენისა და გამა სხივების შემთხვევაში, გაფართოება სპექტრში მიიღწევა ბროლის ასახვით (იხ. გვ. 351). ტალღები
რადიო დიაპაზონი იშლება სპექტრად რეზონანსის ფენომენის გამოყენებით.
შედეგად მიღებული ემისიის სპექტრი შეიძლება იყოს უწყვეტი ან ხაზოვანი, ანუ შეუძლია მუდმივად შეავსოს გარკვეული სიხშირის დიაპაზონი და ასევე შეიძლება შედგებოდეს ინდივიდუალური მკვეთრი ხაზებისგან, რომლებიც შეესაბამება უკიდურესად ვიწრო სიხშირის ინტერვალს. პირველ შემთხვევაში, სპექტრის დასახასიათებლად აუცილებელია ინტენსივობის მრუდის დაყენება სიხშირის (ტალღის სიგრძის) ფუნქციად, მეორე შემთხვევაში, სპექტრი აღწერილი იქნება მასში არსებული ყველა ხაზის დაყენებით, მათი სიხშირეების მითითებით და ინტენსივობები.
გამოცდილება აჩვენებს, რომ მოცემული სიხშირისა და ინტენსივობის ელექტრომაგნიტური გამოსხივება შეიძლება განსხვავდებოდეს პოლარიზაციის მდგომარეობით. ტალღებთან ერთად, რომლებშიც ელექტრული ვექტორი რხევა გარკვეული ხაზის გასწვრივ (წრფივი პოლარიზებული ტალღები), უნდა გაუმკლავდეთ რადიაციას, რომელშიც ხაზოვანი პოლარიზებული ტალღები, რომლებიც ერთმანეთის მიმართ ბრუნავს სხივის ღერძის გარშემო, ერთმანეთზეა გადანაწილებული. რადიაციის ამომწურავი დახასიათებით აუცილებელია მისი პოლარიზაციის მითითება.
უნდა აღინიშნოს, რომ ყველაზე ნელი ელექტრომაგნიტური რხევებისთვისაც კი, ჩვენ არ შეგვიძლია გავზომოთ ტალღის ელექტრული და მაგნიტური ვექტორები. ზემოთ დახატული საველე სურათები თეორიული ხასიათისაა. მიუხედავად ამისა, მათ სიმართლეში ეჭვი არ ეპარება, მთელი ელექტრომაგნიტური თეორიის უწყვეტობისა და მთლიანობის გათვალისწინებით.
მტკიცება, რომ ამა თუ იმ ტიპის გამოსხივება მიეკუთვნება ელექტრომაგნიტურ ტალღებს, ყოველთვის არაპირდაპირია. ამასთან, ჰიპოთეზებიდან გამომდინარე შედეგების რაოდენობა იმდენად დიდია და ისინი იმდენად მჭიდრო კავშირშია ერთმანეთთან, რომ ელექტრომაგნიტური სპექტრის ჰიპოთეზა დიდი ხანია შეიძინა უშუალო რეალობის ყველა მახასიათებელი.
