Електромагнітний спектр

Електромагнітний спектр — спектр електромагнітного випромінювання.

Як спектральну характеристику електромагнітного випромінювання використовують такі величини:

• Довжину хвилі;
• Частоту коливань;
• Енергію фотона (кванта електромагнітного поля).

Енергія фотона за квантовою механікою пропорційна частоті: ${\displaystyle E=h\nu }$, де h — стала Планка, Е — енергія, ${\displaystyle \nu }$ — частота. Довжина електромагнітної хвилі у вакуумі обернено пропорційна частоті і виражається через швидкість світла: ${\displaystyle \nu \,\lambda \,=\,c}$. Говорячи про довжину електромагнітних хвиль в середовищі, зазвичай мають на увазі еквівалентну величину довжину хвилі у вакуумі, яка відрізняється на коефіцієнт заломлення, оскільки частота хвилі при переході з одного середовища в інше зберігається, а довжина хвилі — змінюється.

У верхній частині шкали наводяться значення енергії (в електронвольтах). Частоти, зазначені в нижній частині шкали, виражені в герцах, а також у кратних одиницях: кГц = 1000 Гц, МГц = 1000 кГц = 1000000 Гц, ГГц = 1000 МГц = 10⁹ Гц, ТГц = 1000 ГГц = 10¹² Гц.

Шкала частот (довжин хвиль, енергій) є неперервною, але традиційно розбита на ряд діапазонів. Сусідні діапазони можуть трохи перекриватися.

Гамма-промені мають енергію понад 124 000 еВ і довжину хвилі меншу, ніж 0,01 нм = 0,1 Å.

Джерела: космос, ядерні реакції, радіоактивний розпад, синхротронне випромінювання.

Прозорість речовини для гамма-променів, на відміну від видимого світла, залежить не від хімічної форми і агрегатного стану речовини, а в основному від заряду ядер, що входять до складу речовини, і від енергії гамма-квантів. Тому поглинаючу здатність шару речовини для гамма-квантів у першому наближенні можна охарактеризувати її поверхневою густиною (в г/см²). Дзеркал і лінз для γ-променів не існує.

Різкої нижньої межі для гамма-випромінювання не існує, проте зазвичай вважається, що гамма-кванти випромінюються ядром, а рентгенівські кванти — електронною оболонкою атома (це лише термінологічне розходження, що не зачіпає фізичних властивостей випромінювання).

• Від 0,1 нм = 1 Å (12 400 еВ) до 0,01 нм = 0,1 Å (124 000 еВ) — жорстке рентгенівське випромінювання. Джерела: деякі ядерні реакції, електронно-променеві трубки.
• Від 10 нм (124 еВ) до 0,1 нм = 1 Å (12 400 еВ) — м'яке рентгенівське випромінювання. Джерела: електронно-променеві трубки, теплове випромінювання плазми.

Рентгенівські кванти випромінюються в основному при переходах електронів в електронній оболонці важких атомів на нижчі орбіти. Вакансії на нижчих орбітах створюються зазвичай електронним ударом. Рентгенівське випромінювання, створене таким чином, має лінійчастий спектр з частотами, характерними для даного атома (див. характеристичне рентгенівське випромінювання); це дозволяє, зокрема, дослідити склад речовин (рентгенофлуоресцентний аналіз). Теплове, гальмівне і синхротронне рентгенівське випромінювання має неперервний спектр.

У рентгенівських променях спостерігається дифракція на кристалічних ґратках, оскільки довжини електромагнітних хвиль на цих частотах близькі до періодів кристалічних ґраток. На цьому заснований метод рентгенодифракційного аналізу.

Діапазон: Від 400 нм (3,10 еВ) до 10 нм (124 еВ)

Випромінювання видимого діапазону (видиме світло і близьке інфрачервоне випромінювання) вільно проходить крізь атмосферу, може бути легко відбите й заломлюється в оптичних системах. Джерела: теплове випромінювання (у тому числі Сонця), флюоресценція, хімічні реакції, світлодіоди.

Кольори видимого випромінювання, відповідні монохроматичому випромінюванню, називаються спектральними. Спектр і спектральні кольори можна побачити при проходженні вузького світлового променя через призму або будь-яке інше середовище, в якому заломлюються хвилі. Традиційно, видимий спектр поділяється, у свою чергу, на діапазони кольорів:

Ближнє інфрачервоне випромінювання займає діапазон від 207 ТГц (0,857 еВ) до 405 ТГц (1,68 еВ). Верхня межа визначається здатністю людського ока до сприйняття червоного світла, вона різна в різних людей. Як правило, прозорість в ближньому інфрачервоному випромінюванні відповідає прозорості у видимому світлі.

Діапазон хвиль інфрачервоного випромінювання лежить в межах довжин хвиль (частот) від 2000 мкм (1,5 ТГц) до 740 нм (405 ТГц). Інфрачервоне випромінювання називають ще тепловим випромінюванням — на цей діапазон припадає максимум випромінювання абсолютно чорного тіла за кімнатних температур. Фізично джерелами інфрачервоного випромінювання є коливання атомів в молекулах та твердих тілах. Вивчаючи спектри випромінювання та поглинання тіл в інфрачервоному діапазоні, можна будувати моделі таких коливань та хімічної будови відповідних речовин. Інфрачервоне випромінювання має численні технічні та військові застосування, наприклад його використовують в тепловізорах.

Терагерцове (субміліметрове) випромінювання розташоване між інфрачервоним випромінюванням і мікрохвилями, в діапазоні від 1 мм (300 ГГц) до 0,1 мм (3 ТГц). Терагерцовий діапазон найменш вивчений, але на початку 21 століття його дослідження набрали популярності. Складність дослідження в тому, що хвилі цього діапазону важко генерувати електронікою, водночас вони довші за теплове випромінювання. Штучні джерела терагерцового випромінювання використовують такі методи як, наприклад, змішування хвиль в нелінійній оптиці.

Для електромагнітних хвиль з частотою нижче 300 ГГц існують монохроматичні джерела, випромінювання яких придатне для амплітудної та частотної модуляції. Тому, розподіл частот в цій області проводиться з огляду на методи передачі сигналів.

• Від 30 ГГц до 300 ГГц — мікрохвилі
• Від 3 ГГц до 30 ГГц — сантиметрові хвилі або ВЧ-діапазон (високих частот)^[1]
• Від 300 МГц до 3 ГГц — дециметрові хвилі
• Від 30 МГц до 300 МГц — метрові хвилі
• Від 3 МГц до 30 МГц — короткі хвилі
• Від 300 кГц до 3 МГц — середні хвилі
• Від 30 кГц до 300 кГц — довгі хвилі
• Від 3 кГц до 30 кГц — наддовгі (міріаметрові) хвилі

На відміну від оптичного діапазону, дослідження спектра в радіодіапазоні проводиться не за фізичним поділом хвиль, а за методами обробки сигналів.

• Радіочастотний спектр
• Спектральна густина випромінювання

• Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М.Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0

1. ↑ https://www.rfidfuture.com/ru/lf-hf-and-uhf-frequency-whats-the-difference.html