Od začiatku svojej existencie bola Zem vystavená elektromagnetickému žiareniu Slnka a Kozmu. V procese tohto dopadu vznikajú v magnetosfére a zemskej atmosfére zložité, vzájomne prepojené javy, ktoré priamo ovplyvňujú živé organizmy biosféry a životného prostredia.
V procese evolúcie sa živé organizmy prispôsobili prirodzenému pozadiu EMP. Vplyvom vedecko-technického pokroku sa však v súčasnosti elektromagnetické pozadie Zeme nielen zväčšuje, ale prechádza aj kvalitatívnymi zmenami. Objavilo sa elektromagnetické žiarenie takých vlnových dĺžok, ktoré sú umelého pôvodu v dôsledku ľudskej činnosti.
Medzi hlavné zdroje EMP antropogénneho pôvodu patria televízne a radarové stanice, výkonné rádiotechnické zariadenia, priemyselné technologické zariadenia, vysokonapäťové elektrické vedenia priemyselnej frekvencie, tepelné dielne, plazmové, laserové a röntgenové zariadenia, jadrové a jadrové reaktory.
Spektrálna intenzita niektorých technogénnych zdrojov EMP sa môže výrazne líšiť od evolučne vytvoreného prirodzeného elektromagnetického pozadia, na ktoré sú ľudia a iné živé organizmy zvyknutí.
Elektromagnetické pole je kombináciou dvoch vzájomne súvisiacich oblastí: elektrický a magnetické .
Charakteristickým znakom elektrického poľa je, že pôsobí na elektrický náboj (nabitú časticu) silou, ktorá nezávisí od rýchlosti náboja.
Charakteristickým znakom magnetického poľa (MF) je, že pôsobí na pohybujúce sa elektrické náboje silami úmernými rýchlostiam nábojov a smerovanými kolmo na tieto rýchlosti.
elektromagnetické vlny sa nazývajú poruchy elektromagnetického poľa (t.j. striedavého elektromagnetického poľa) šíriaceho sa v priestore.
Rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn vo vákuu sa zhoduje s rýchlosťou svetla vo vákuu.
Spektrum elektromagnetického žiarenia, ktoré ľudstvo v súčasnosti ovláda, sa zdá byť nezvyčajne široké: od niekoľkých tisíc metrov až po 10 -12 cm.
Dnes je známe, že rádiové vlny, svetlo, infračervené a ultrafialové žiarenie, röntgenové lúče a g-žiarenie sú všetky vlny rovnakej elektromagnetickej povahy, líšia sa vlnovou dĺžkou l. Existujú určité oblasti elektromagnetického spektra, v ktorých je generovanie a registrácia vĺn ťažké. Dlhovlnné a krátkovlnné konce spektra nie sú veľmi striktne definované. Stupnica elektromagnetického žiarenia je znázornená na obr. 7.1.
Úseky č. 1 - 11 zriadené Medzinárodným poradným výborom pre rádiokomunikáciu (CCIR). Rozhodnutím tohto výboru sa úseky 5 až 11 vzťahujú na rádiové vlny. Podľa predpisov CCIR sú do mikrovlnného rozsahu priradené vlny s frekvenciami 3-30 GHz. Historicky sa však vyvinul v mikrovlnnom rozsahu, aby pochopil oscilácie s vlnovou dĺžkou od 1 m do 1 mm. Podrozsahy č. 1 - 4 charakterizujú elektromagnetické polia priemyselných frekvencií.
Pod optickým rozsahom v rádiofyzike, optike, kvantovej elektronike sa rozumie rozsah vlnových dĺžok od približne submilimetrových po ďaleko ultrafialové. Viditeľný rozsah je malá časť optického rozsahu. Hranice prechodov ultrafialového žiarenia, röntgenového žiarenia, žiarenia g nie sú presne stanovené, ale približne zodpovedajú hodnotám l a n uvedeným na diagrame; g-žiarenie prechádza do žiarenia veľmi vysokých energií, nazývaných kozmické lúče.
Napriek bežnej elektromagnetickej povahe sa každý z rozsahov elektromagnetických kmitov vyznačuje svojou tvorbou a technikou merania.
Uvedené v samostatnom článku;
Priehľadnosť látky pre gama lúče na rozdiel od viditeľného svetla nezávisí od chemickej formy a stavu agregácie látky, ale hlavne od náboja jadier, ktoré látku tvoria, a od energie gama lúčov. Absorpčnú kapacitu vrstvy látky pre gama kvantá v prvej aproximácii možno teda charakterizovať jej povrchovou hustotou (v g/cm²). Dlho sa verilo, že vytvorenie zrkadiel a šošoviek pre γ-lúče je nemožné, avšak podľa najnovších výskumov v tejto oblasti je lom γ-lúčov možný. Tento objav možno znamená vytvorenie nového odvetvia optiky - γ-optiky.
Neexistuje žiadna ostrá spodná hranica pre gama žiarenie, zvyčajne sa však verí, že gama kvantá sú emitované jadrom a röntgenové kvantá - elektrónovým obalom atómu (toto je len terminologický rozdiel, ktorý neovplyvňuje fyzikálne vlastnosti žiarenia).
röntgenové žiarenie
- od 0,1 nm = 1 Á (12 400 eV) do 0,01 nm = 0,1 Á (124 000 eV) - tvrdé röntgenové lúče. Zdroje: niektoré jadrové reakcie, katódové trubice.
- od 10 nm (124 eV) do 0,1 nm = 1 Á (12 400 eV) - mäkké röntgenové lúče. Zdroje: katódové trubice, tepelné žiarenie plazmy.
Röntgenové kvantá sú emitované najmä pri prechodoch elektrónov v elektrónovom obale ťažkých atómov na nízko položené dráhy. Voľné miesta na nízko položených obežných dráhach zvyčajne vznikajú nárazom elektrónov. Takto vyrobené röntgenové žiarenie má čiarové spektrum s frekvenciami charakteristickými pre daný atóm (pozri charakteristické žiarenie); to umožňuje najmä skúmanie zloženia látok (röntgenová fluorescenčná analýza). Tepelné, brzdné a synchrotrónové röntgenové žiarenie má spojité spektrum.
V röntgenových lúčoch sa pozoruje difrakcia na kryštálových mriežkach, pretože vlnové dĺžky elektromagnetických vĺn pri týchto frekvenciách sú blízke periódam kryštálových mriežok. Na tom je založená metóda röntgenovej difrakčnej analýzy.
Ultrafialové žiarenie
Rozsah: 400 nm (3,10 eV) až 10 nm (124 eV)
| názov | Skratka | Vlnová dĺžka v nanometroch | Množstvo energie na fotón |
|---|---|---|---|
| Blízko | NUV | 400 - 300 | 3,10 - 4,13 eV |
| Priemerná | MUV | 300 - 200 | 4,13 - 6,20 eV |
| Ďalej | FUV | 200 - 122 | 6,20 - 10,2 eV |
| Extrémne | EUV, XUV | 121 - 10 | 10,2 - 124 eV |
| Vákuum | VUV | 200 - 10 | 6,20 - 124 eV |
| Ultrafialové A, dlhá vlnová dĺžka, čierne svetlo | UVA | 400 - 315 | 3,10 - 3,94 eV |
| Ultrafialové B (stredný rozsah) | UVB | 315 - 280 | 3,94 - 4,43 eV |
| Ultrafialové C, krátkovlnné, germicídny rozsah | UVC | 280 - 100 | 4,43 - 12,4 eV |
optické žiarenie
Vyžarovanie optického rozsahu (viditeľné svetlo a blízko infračerveného žiarenia [ ]) voľne prechádza atmosférou, môže sa ľahko odrážať a lámať v optických systémoch. Zdroje: tepelné žiarenie (vrátane Slnka), fluorescencia, chemické reakcie, LED diódy.
Farby viditeľného žiarenia zodpovedajúce monochromatickému žiareniu sa nazývajú spektrálne. Spektrum a spektrálne farby je možné vidieť, keď úzky lúč svetla prechádza hranolom alebo iným refrakčným médiom. Tradične je viditeľné spektrum rozdelené do škály farieb:
| Farba | Rozsah vlnových dĺžok, nm | Frekvenčný rozsah, THz | Energetický rozsah fotónu, eV |
|---|---|---|---|
| fialový | 380-440 | 790-680 | 2,82-3,26 |
| Modrá | 440-485 | 680-620 | 2,56-2,82 |
| Modrá | 485-500 | 620-600 | 2,48-2,56 |
| zelená | 500-565 | 600-530 | 2,19-2,48 |
| žltá | 565-590 | 530-510 | 2,10-2,19 |
| Oranžová | 590-625 | 510-480 | 1,98-2,10 |
| Červená | 625-740 | 480-405 | 1,68-1,98 |
Blízke infračervené žiarenie pokrýva rozsah od 207 THz (0,857 eV) do 405 THz (1,68 eV). Horná hranica je určená schopnosťou ľudského oka vnímať červenú, ktorá sa líši od človeka k človeku. Priehľadnosť v blízkom infračervenom žiarení spravidla zodpovedá priehľadnosti vo viditeľnom svetle.
Infra červená radiácia
Infračervené žiarenie sa nachádza medzi viditeľným svetlom a terahertzovým žiarením. Rozsah: 2000 µm (150 GHz) až 740 nm (405 THz).
Priehľadnosť látky pre gama lúče na rozdiel od viditeľného svetla nezávisí od chemickej formy a stavu agregácie látky, ale hlavne od náboja jadier, ktoré látku tvoria, a od energie gama lúčov. Absorpčnú kapacitu látkovej vrstvy pre gama kvantá v prvej aproximácii možno teda charakterizovať jej povrchovou hustotou (v g / cm?). Zrkadlá a šošovky pre γ-lúče neexistujú.
Neexistuje žiadna ostrá spodná hranica pre gama žiarenie, zvyčajne sa však verí, že gama kvantá sú emitované jadrom a röntgenové kvantá - elektrónovým obalom atómu (toto je len terminologický rozdiel, ktorý neovplyvňuje fyzikálne vlastnosti žiarenia).
2.2. röntgenové žiarenie
Röntgenové kvantá sú emitované najmä pri prechodoch elektrónov v elektrónovom obale ťažkých atómov na nižšie dráhy. Voľné miesta na nízkych obežných dráhach sa zvyčajne vytvárajú nárazom elektrónov. Takto vyrobené röntgenové žiarenie má čiarové spektrum s frekvenciami charakteristickými pre daný atóm (pozri charakteristické röntgenové lúče), čo umožňuje najmä skúmanie zloženia látok (röntgenová fluorescenčná analýza). Tepelné, brzdné a synchrotrónové röntgenové žiarenie má spojité spektrum.
V röntgenových lúčoch sa pozoruje difrakcia na kryštálových mriežkach, pretože vlnové dĺžky elektromagnetických vĺn pri týchto frekvenciách sú blízke periódam kryštálových mriežok. Na tom je založená metóda röntgenovej difrakčnej analýzy.
2.3. Ultrafialové žiarenie
Rozsah: 400 nm (3,10 eV) až 10 nm (124 eV)
| názov | Skratka | Vlnová dĺžka v nanometroch | Množstvo energie na fotón |
|---|---|---|---|
| Blízko | NUV | 400 - 300 | 3,10 - 4,13 eV |
| Priemerná | MUV | 300 - 200 | 4,13 - 6,20 eV |
| Ďalej | FUV | 200 - 122 | 6,20 - 10,2 eV |
| Extrémne | EUV, XUV | 121 - 10 | 10,2 - 124 eV |
| Vákuum | VUV | 200 - 10 | 6,20 - 124 eV |
| Ultrafialové A, dlhá vlnová dĺžka, čierne svetlo | UVA | 400 - 315 | 3,10 - 3,94 eV |
| Ultrafialové B (stredný rozsah) | UVB | 315 - 280 | 3,94 - 4,43 eV |
| Ultrafialové C, krátkovlnné, germicídny rozsah | UVC | 280 - 100 | 4,43 - 12,4 eV |
2.4. optické žiarenie
Žiarenie v optickej oblasti (viditeľné svetlo a blízke infračervené žiarenie) voľne prechádza atmosférou, môže sa ľahko odrážať a lámať v optických systémoch. Zdroje: tepelné žiarenie (vrátane Slnka), fluorescencia, chemické reakcie, LED diódy.
Na rozdiel od optického rozsahu sa štúdium spektra v rádiovom rozsahu nevykonáva fyzickým oddelením vĺn, ale metódami spracovania signálu.
Elektromagnetické spektrum je séria foriem elektromagnetického žiarenia, usporiadaných podľa veľkosti ich frekvencií alebo vlnových dĺžok (obrázok 4).
Obrázok 4 - Spektrum elektromagnetického žiarenia
Elektromagnetické žiarenie (elektromagnetické vlny) je porucha elektrických a magnetických polí šíriacich sa v priestore.
Rozsahy elektromagnetického žiarenia
- 1 Rádiové vlny
- 2. Infračervené (tepelné)
- 3. Viditeľné žiarenie (optické)
- 4. Ultrafialové žiarenie
- 5. Tvrdé žiarenie
Za hlavné charakteristiky elektromagnetického žiarenia sa považuje frekvencia a vlnová dĺžka. Vlnová dĺžka závisí od rýchlosti šírenia žiarenia. Rýchlosť šírenia elektromagnetického žiarenia vo vákuu sa rovná rýchlosti svetla, v iných prostrediach je táto rýchlosť menšia.
Charakteristickým znakom elektromagnetických vĺn z hľadiska teórie kmitov a koncepcií elektrodynamiky je prítomnosť troch navzájom kolmých vektorov: vlnového vektora, vektora intenzity elektrického poľa E a vektora intenzity magnetického poľa H.
Elektromagnetické vlny sú priečne vlny (šmykové vlny), pri ktorých vektory intenzity elektrického a magnetického poľa kmitajú kolmo na smer šírenia vĺn, ale od vĺn na vode a od zvuku sa výrazne líšia tým, že sa môžu prenášať zo zdroja na prijímač v tomto počte a cez vákuum.
Spoločná pre všetky typy žiarenia je rýchlosť ich šírenia vo vákuu, ktorá sa rovná 300 000 000 metrov za sekundu.
Elektromagnetické žiarenie je charakterizované frekvenciou kmitov, udávajúcou počet úplných cyklov kmitov za sekundu, alebo vlnovou dĺžkou, t.j. vzdialenosť, na ktorú sa šíri žiarenie počas jedného kmitu (za jednu periódu kmitu).
Frekvencia kmitov (f), vlnová dĺžka (l) a rýchlosť šírenia žiarenia (c) sú vzájomne prepojené vzťahom:
Elektromagnetické žiarenie je zvyčajne rozdelené do frekvenčných rozsahov. Medzi rozsahmi nie sú žiadne ostré prechody, niekedy sa prekrývajú a hranice medzi nimi sú podmienené. Keďže rýchlosť šírenia žiarenia je konštantná, frekvencia jeho kmitov úzko súvisí s vlnovou dĺžkou vo vákuu.
Ultrakrátke rádiové vlny sa zvyčajne delia na meter, decimeter, centimeter, milimeter a submilimeter alebo mikrometer. Vlny s dĺžkou l menšou ako 1 m (frekvencia viac ako 300 MHz) sa tiež bežne nazývajú mikrovlny alebo mikrovlny.
Infračervené žiarenie je elektromagnetické žiarenie, ktoré zaberá spektrálnu oblasť medzi červeným koncom viditeľného svetla (s vlnovou dĺžkou 0,74 mikrónov) a mikrovlnným žiarením (1-2 mm).
Infračervené žiarenie zaberá najväčšiu časť optického spektra. Infračervené žiarenie sa nazýva aj „tepelné“ žiarenie, keďže všetky telesá, pevné aj kvapalné, zahriate na určitú teplotu, vyžarujú energiu v infračervenom spektre. V tomto prípade vlnové dĺžky vyžarované telom závisia od teploty zahrievania: čím vyššia teplota, tým kratšia vlnová dĺžka a vyššia intenzita žiarenia. Emisné spektrum absolútne čierneho telesa pri relatívne nízkych (až niekoľko tisíc Kelvin) teplotách leží hlavne v tomto rozsahu.
Viditeľné svetlo je kombináciou siedmich základných farieb: červenej, oranžovej, žltej, zelenej, azúrovej, indigovej a fialovej. Pred červenými oblasťami spektra v optickom rozsahu sú infračervené a za fialovými - ultrafialové. Ale nie infračervené, nie ultrafialové nie sú viditeľné pre ľudské oko.
Viditeľné, infračervené a ultrafialové žiarenie tvorí takzvanú optickú oblasť spektra v najširšom zmysle slova. Najznámejším zdrojom optického žiarenia je Slnko. Jeho povrch (fotosféra) sa zahreje na teplotu 6000 stupňov a svieti jasným žltým svetlom. Túto časť spektra elektromagnetického žiarenia priamo vnímame našimi zmyslami.
K žiareniu v optickom rozsahu dochádza pri zahrievaní telies (infračervené žiarenie sa nazýva aj tepelné žiarenie) v dôsledku tepelného pohybu atómov a molekúl. Čím je telo teplejšie, tým vyššia je frekvencia jeho žiarenia. Pri určitom zahriatí začne teleso žiariť vo viditeľnom rozsahu (žiarovka), najskôr červeno, potom žlto atď. Naopak, žiarenie optického spektra pôsobí na telesá tepelne.
Ako zdroj a prijímač optického žiarenia môžu okrem tepelného žiarenia slúžiť chemické a biologické reakcie. Jedna z najznámejších chemických reakcií, ktorá je prijímačom optického žiarenia, sa využíva vo fotografii.
Tvrdé trámy. Hranice oblastí röntgenového a gama žiarenia je možné určiť len veľmi podmienene. Pre všeobecnú orientáciu možno predpokladať, že energia röntgenových kvánt leží v rozmedzí 20 eV - 0,1 MeV a energia gama kvánt je viac ako 0,1 MeV.
Ultrafialové žiarenie (ultrafialové, UV, UV) - elektromagnetické žiarenie, zaberajúce rozsah medzi viditeľným a röntgenovým žiarením (380 - 10 nm, 7,9x1014 - 3x1016 Hz). Rozsah je podmienečne rozdelený na blízke (380 - 200 nm) a vzdialené alebo vákuové (200 - 10 nm) ultrafialové žiarenie, ktoré sa tak nazýva, pretože je intenzívne absorbované atmosférou a je študované iba vákuovými zariadeniami.
Dlhovlnné ultrafialové žiarenie má relatívne malú fotobiologickú aktivitu, ale môže spôsobiť pigmentáciu ľudskej pokožky a má pozitívny vplyv na organizmus. Žiarenie tohto podrozsahu je schopné spôsobiť luminiscenciu určitých látok, preto sa používa na luminiscenčnú analýzu chemického zloženia produktov.
Strednovlnné ultrafialové žiarenie má tonizujúci a terapeutický účinok na živé organizmy. Je schopný spôsobiť erytém a spálenie slnkom, premieňa vitamín D potrebný pre rast a vývoj na asimilovateľnú formu v tele zvierat a má silný antirachitisový účinok. Žiarenie tohto podrozsahu je škodlivé pre väčšinu rastlín.
Krátkovlnné ošetrenie ultrafialovým žiarením má baktericídny účinok, preto sa široko používa na dezinfekciu vody a vzduchu, dezinfekciu a sterilizáciu rôznych zariadení a náradia.
Hlavným prírodným zdrojom ultrafialového žiarenia na Zemi je Slnko. Pomer intenzity UV-A a UV-B žiarenia, celkové množstvo ultrafialových lúčov dopadajúcich na zemský povrch, závisí od rôznych faktorov.
Umelé zdroje ultrafialového žiarenia sú rôznorodé. Dnes sú umelé zdroje ultrafialového žiarenia široko používané v medicíne, preventívnych, sanitárnych a hygienických zariadeniach, poľnohospodárstve atď. poskytuje výrazne väčšie možnosti ako pri použití prirodzeného ultrafialového žiarenia.
Fyzik Roentgen objavil žiarenie s ešte kratšou vlnovou dĺžkou. Bez rozmýšľania boli tieto lúče pomenované po samotnom Roentgenovi. S dobrou penetračnou silou našlo röntgenové žiarenie uplatnenie v medicíne a kryštalografii. Ako ste už určite počuli, röntgenové lúče sú opäť škodlivé pre živé organizmy. A atmosféra Zeme im pre ich nadhľad, práve spomínaný, nie je prekážkou. Zachraňuje nás magnetosféra Zeme. Odďaľuje mnohé nebezpečné žiarenia vesmíru. Vlnové dĺžky röntgenových lúčov sú medzi 0,1 A a 100 A.
Gama lúče majú najkratšie vlnové dĺžky (menej ako 0,1 A). Toto je najnebezpečnejší druh rádioaktivity, najnebezpečnejšie elektromagnetické žiarenie. Fotónová energia gama lúčov je veľmi vysoká a k ich emisii dochádza pri niektorých procesoch vo vnútri jadier atómov. Príkladom takéhoto procesu môže byť anihilácia - vzájomné anihilovanie častice a antičastice s premenou ich hmoty na energiu. Zaregistrované, z času na čas záhadné gama záblesky na oblohe, astronómovia doteraz nevysvetlili. Je jasné, že energia fenoménu produkujúceho blesk je jednoducho obrovská. Podľa niektorých odhadov za sekundy, ktoré takýto záblesk trvá, vyžaruje viac energie ako zvyšok vesmíru. Gama žiarenie nie je prenášané na Zem jej magnetosférou.
Existuje množstvo druhov elektromagnetického žiarenia, od rádiových vĺn až po gama lúče. Elektromagnetické lúče všetkých typov sa šíria vo vákuu rýchlosťou svetla a líšia sa od seba len svojimi vlnovými dĺžkami.
1859 spektroskopia
1864 Maxwellove rovnice
1864 ROZSAH
ELEKTROMAGNETICKÁ RADIÁCIA
1900 žiarenia
čierne telo
Po príchode Maxwellových rovníc sa ukázalo, že predpovedajú existenciu pre vedu neznámeho prírodného javu – priečnych elektromagnetických vĺn, čo sú kmity vzájomne prepojených elektrických a magnetických polí šíriace sa v priestore rýchlosťou svetla. Sám James Clark Maxwell ako prvý upozornil vedeckú komunitu na tento dôsledok zo systému rovníc, ktoré odvodil. Pri tomto lomu sa rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn vo vákuu ukázala ako taká dôležitá a základná univerzálna konštanta, že bola označená samostatným písmenom c, na rozdiel od všetkých ostatných rýchlostí, ktoré sa zvyčajne označujú písmenom v.
Po tomto objave Maxwell okamžite zistil, že viditeľné svetlo je „len“ množstvo elektromagnetických vĺn. V tom čase už boli známe vlnové dĺžky svetla vo viditeľnej časti spektra - od 400 nm (fialové lúče) do 800 nm (červené lúče). (Nanometer je jednotka dĺžky rovnajúca sa jednej miliardtine metra, ktorá sa používa najmä v atómovej a lúčovej fyzike; 1 nm = 10 -9 m.) Všetky farby dúhy zodpovedajú rôznym vlnovým dĺžkam, ktoré ležia práve v týchto úzke limity. Maxwellove rovnice však neobsahovali žiadne obmedzenia na možný rozsah elektromagnetických vlnových dĺžok. Keď sa ukázalo, že musia existovať elektromagnetické vlny veľmi odlišných dĺžok, v skutočnosti sa okamžite objavilo porovnanie skutočnosti, že ľudské oko rozlišuje také úzke pásmo ich dĺžok a frekvencií: človek bol prirovnaný k poslucháčovi symfonický koncert, ktorého sluch je schopný zachytiť len husľový part, nerozlišuje všetky ostatné zvuky.
Krátko po Maxwellovej predpovedi existencie elektromagnetických vĺn v iných rozsahoch spektra nasledovala séria objavov, ktoré potvrdili jeho správnosť. Rádiové vlny ako prvý objavil v roku 1888 nemecký fyzik Heinrich Hertz (1857-1894). Jediný rozdiel medzi rádiovými vlnami a svetlom je ten, že rádiové vlny môžu mať dĺžku od niekoľkých decimetrov až po tisíce kilometrov. Podľa Maxwellovej teórie je príčinou elektromagnetických vĺn zrýchlený pohyb elektrických nábojov. Oscilácie elektrónov vplyvom striedavého elektrického napätia v anténe rádiového vysielača vytvárajú elektromagnetické vlny šíriace sa v zemskej atmosfére. Všetky ostatné typy elektromagnetických vĺn vznikajú tiež ako výsledok rôznych druhov zrýchleného pohybu elektrických nábojov.
Rovnako ako svetelné vlny, aj rádiové vlny dokážu prejsť zemskou atmosférou na veľké vzdialenosti prakticky bez straty, čo z nich robí najužitočnejšie nosiče kódovaných informácií. Už začiatkom roku 1894 – niečo vyše päť rokov po objavení rádiových vĺn – navrhol taliansky fyzik Gul-elmo Marconi (1874-1937)
10" 10" 10* 10" 1
10 10* 10*
1SG 5 10* 10"" 10^ 10*
- 10" röntgen
lúče - 10 -i*
- 10""
- 10"
- 1 (G"
- 1<Г"
gama lúčov
Elektromagnetické vlny tvoria súvislé spektrum vlnových dĺžok a energií (frekvencií), rozdelené do podmienených rozsahov – od rádiových vĺn po gama lúče
prvý funkčný bezdrôtový telegraf – prototyp moderného rádia – za ktorý mu bola v roku 1909 udelená Nobelova cena.
Po prvom experimentálnom potvrdení existencie elektromagnetických vĺn mimo viditeľného spektra, predpovedanej Maxwellovými rovnicami, sa zvyšné niky spektra veľmi rýchlo zaplnili. Dnes sú objavené elektromagnetické vlny všetkých rozsahov bez výnimky a takmer všetky nachádzajú široké a užitočné uplatnenie vo vede a technike. Frekvencie vĺn a energie zodpovedajúcich kvánt elektromagnetického žiarenia (pozri stĺpcová konštanta) narastajú s klesajúcou vlnovou dĺžkou. Súhrn všetkých elektromagnetických vĺn tvorí takzvané spojité spektrum elektromagnetického žiarenia. Rozdeľuje sa do nasledujúcich rozsahov (v poradí zvyšujúcej sa frekvencie a klesajúcej vlnovej dĺžky):
rádiové vlny
Ako už bolo uvedené, rádiové vlny sa môžu výrazne líšiť v dĺžke - od niekoľkých centimetrov po stovky a dokonca tisíce kilometrov, čo je porovnateľné s polomerom zemegule (asi 6400 km). Vlny všetkých rádiových pásiem sú široko používané v technike - decimetrové a ultrakrátke metrové vlny sa používajú na televízne a rozhlasové vysielanie vo frekvenčne modulovaných ultrakrátkych vlnách (VHF / BYU), ktoré poskytujú vysoko kvalitný príjem signálu v zóne priameho šírenia vĺn. Rádiové vlny metrového a kilometrového dosahu sa využívajú na vysielanie a rádiovú komunikáciu na veľké vzdialenosti pomocou amplitúdovej modulácie (AM), ktorá aj keď na úkor kvality signálu zabezpečuje jeho prenos na ľubovoľne veľké vzdialenosti v rámci Zeme v dôsledku odrazu vlny z ionosféry planéty. Dnes sa však tento typ komunikácie vďaka rozvoju satelitnej komunikácie stáva minulosťou. Vlny s decimetrovým rozsahom nemôžu obchádzať zemský horizont ako metrové vlny, čo obmedzuje oblasť príjmu na oblasť priameho šírenia, ktorá sa v závislosti od výšky antény a výkonu vysielača pohybuje od niekoľkých do niekoľkých desiatok kilometrov. . A tu prichádzajú na pomoc satelitné opakovače, ktoré preberajú úlohu reflektorov rádiových vĺn, ktoré hrá ionosféra vo vzťahu k metrovým vlnám.
Mikrovlnná rúra
Mikrovlny a rádiové vlny v mikrovlnnom rozsahu (SHF) majú dĺžku 300 mm až 1 mm. Centimetrové vlny, podobne ako decimetrové a metrové rádiové vlny, prakticky nie sú absorbované atmosférou, a preto sú široko používané v satelitoch.
kovoy a bunkovej komunikácie a iných telekomunikačných systémov. Veľkosť typickej satelitnej paraboly sa rovná niekoľkým vlnovým dĺžkam takýchto vĺn.
Kratšie mikrovlnky majú tiež veľa aplikácií v priemysle a v domácnostiach. Stačí spomenúť mikrovlnné rúry, ktorými sú dnes vybavené priemyselné pekárne aj domáce kuchyne. Prevádzka mikrovlnnej rúry je založená na rýchlej rotácii elektrónov v zariadení nazývanom klystron. Výsledkom je, že elektróny vyžarujú elektromagnetické mikrovlny určitej frekvencie, pri ktorej ich molekuly vody ľahko absorbujú. Keď vložíte jedlo do mikrovlnnej rúry, molekuly vody v potravinách absorbujú energiu mikrovĺn, pohybujú sa rýchlejšie, a tým zohrievajú jedlo. Inými slovami, na rozdiel od klasickej rúry alebo rúry, kde sa jedlo ohrieva zvonku, mikrovlnná rúra ho ohrieva zvnútra.
infračervené lúče
Táto časť elektromagnetického spektra zahŕňa žiarenie s vlnovou dĺžkou od 1 milimetra do osemtisíc atómových priemerov (asi 800 nm). Lúče tejto časti spektra človek cíti priamo pokožkou – ako teplo. Ak natiahnete ruku v smere ohňa alebo rozžeraveného predmetu a cítite teplo, ktoré z neho vychádza, vnímate infračervené žiarenie ako teplo. Niektoré živočíchy (napríklad zmije hrabavé) majú dokonca zmyslové orgány, ktoré im umožňujú lokalizovať teplokrvnú korisť infračerveným žiarením z jej tela.
Keďže väčšina objektov na zemskom povrchu vyžaruje energiu v infračervenom rozsahu vlnových dĺžok, infračervené detektory zohrávajú dôležitú úlohu v moderných detekčných technológiách. Infračervené okuláre prístrojov nočného videnia umožňujú ľuďom „vidieť v tme“ a pomocou nich je možné odhaliť nielen ľudí, ale aj zariadenia a konštrukcie, ktoré sa počas dňa zahriali a vydávajú svoje teplo do okolia pri noci vo forme infračervených lúčov. Infračervené detektory vo veľkej miere využívajú záchranné zložky napríklad na detekciu živých ľudí pod troskami po zemetraseniach alebo iných prírodných a človekom spôsobených katastrofách.
viditeľné svetlo
Ako už bolo spomenuté, vlnové dĺžky elektromagnetických vĺn v oblasti viditeľného svetla sa pohybujú od osem do štyroch tisíc atómových priemerov (800-400 nm). Ľudské oko je ideálnym nástrojom na zaznamenávanie a analýzu elektromagnetických vĺn v tomto rozsahu. Dôvodom sú dva dôvody. Po prvé, ako bolo uvedené, vlny viditeľnej časti spektra sa šíria prakticky bez prekážok v atmosfére, ktorá je pre nich transparentná. Po druhé, teplota povrchu Slnka (asi 5000 °C) je taká, že vrchol slnečnej energie je vo viditeľnej časti spektra. Náš hlavný zdroj energie teda vyžaruje obrovské množstvo energie v oblasti viditeľného svetla a prostredie okolo nás je pre toto žiarenie do značnej miery priehľadné. Nie je preto prekvapujúce, že ľudské oko v procese evolúcie vzniklo tak, aby zachytilo a rozpoznalo práve túto časť spektra elektromagnetických vĺn.
Chcem ešte raz zdôrazniť, že v oblasti viditeľných elektromagnetických lúčov nie je z fyzikálneho hľadiska nič zvláštne. Je to len úzky pásik v širokom spektre vyžarovaných vĺn (pozri obrázok). Pre nás je to také dôležité len do tej miery, do akej je ľudský mozog vybavený nástrojom na detekciu a analýzu elektromagnetických vĺn v tejto konkrétnej časti spektra.
Ultrafialové lúče
Ultrafialové lúče zahŕňajú elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou od niekoľko tisíc do niekoľkých atómových priemerov (400-10 nm). V tejto časti spektra začína žiarenie ovplyvňovať životnú činnosť živých organizmov. Mäkké ultrafialové lúče v slnečnom spektre (s vlnovými dĺžkami blížiacimi sa viditeľnej časti spektra) napríklad spôsobujú opálenie v miernych dávkach a ťažké popáleniny v nadmerných dávkach. Tvrdé (krátkovlnné) ultrafialové žiarenie je škodlivé pre biologické bunky, a preto sa používa najmä v medicíne na sterilizáciu chirurgických nástrojov a lekárskeho vybavenia, pričom zabíja všetky mikroorganizmy na ich povrchu.
Všetok život na Zemi je chránený pred škodlivými účinkami tvrdého ultrafialového žiarenia ozónová vrstva zemskej atmosféry, ktorá pohlcuje väčšinu tvrdých ultrafialových lúčov v spektre slnečného žiarenia (viď ozónová diera). Nebyť tohto prirodzeného štítu, život na Zemi by sotva prišiel na zem z vôd oceánov. Napriek ochrannej ozónovej vrstve sa však časť tvrdých ultrafialových lúčov dostane na zemský povrch a môže spôsobiť rakovinu kože, najmä u ľudí, ktorí sú prirodzene náchylní k blednutiu a na slnku sa neopaľujú.
röntgenové lúče
Žiarenie v rozsahu vlnových dĺžok od niekoľkých atómových priemerov po niekoľko stoviek priemerov atómového jadra sa nazýva röntgenové lúče. Röntgenové lúče prenikajú do mäkkých tkanív tela, a preto sú v lekárskej diagnostike nevyhnutné.
kliešť. Podobne ako v prípade rádiových vĺn bol časový odstup medzi ich objavom v roku 1895 a začiatkom praktického používania, poznačený prijatím prvého röntgenového žiarenia v jednej z parížskych nemocníc, otázkou rokov. (Je zaujímavé poznamenať, že parížske noviny tej doby boli natoľko pohltené myšlienkou, že röntgenové lúče môžu prenikať oblečením, že o ich unikátnych medicínskych aplikáciách neinformovali prakticky nič.)
gama lúčov
Najkratšie vlnové dĺžky a najvyššie frekvencie a energetické lúče v elektromagnetickom spektre sú y-lúče (gama lúče). Pozostávajú z fotónov s ultravysokou energiou a dnes sa používajú v onkológii na liečbu rakovinových nádorov (alebo skôr na zabíjanie rakovinových buniek). Ich vplyv na živé bunky je však taký deštruktívny, že je potrebné dbať na zvýšenú opatrnosť, aby nedošlo k poškodeniu okolitých zdravých tkanív a orgánov.
Na záver je dôležité ešte raz zdôrazniť, že hoci sa všetky vyššie opísané typy elektromagnetického žiarenia prejavujú navonok rôznymi spôsobmi, v podstate ide o dvojičky. Všetky elektromagnetické vlny v ktorejkoľvek časti spektra sú priečne kmity elektrických a magnetických polí šíriace sa vo vákuu alebo v prostredí, všetky sa šíria vo vákuu rýchlosťou svetla c a líšia sa od seba iba svojou vlnovou dĺžkou a v dôsledku toho , v energii, ktorú nesú. Zostáva len dodať, že hranice rozsahov, ktoré som vymenoval, sú skôr svojvoľného charakteru (a v iných knihách sa s najväčšou pravdepodobnosťou stretnete s mierne odlišnými hodnotami hraničných vlnových dĺžok). Najmä mikrovlnné žiarenie s dlhými vlnovými dĺžkami sa často a právom označuje ako mikrovlnné rádiové vlny. Neexistujú jasné hranice medzi tvrdým ultrafialovým a mäkkým röntgenovým žiarením a medzi tvrdým röntgenovým žiarením a mäkkým gama žiarením.
Spektroskopia
Prítomnosť atómov chemických prvkov v látke možno identifikovať podľa prítomnosti charakteristických čiar v emisnom alebo absorpčnom spektre
