ELEKTROMAGNETNI SPEKTER: LASTNOSTI, PASOVI, APLIKACIJE - FIZIČNO - 2026

Elektromagnetni spekter je sestavljen iz urejene vseh valovnih dolžin elektromagnetnega valovanja, ki prevzamejo vse pozitivne vrednosti, brez omejitev. Razdeljen je na 7 odsekov, vključno z vidno svetlobo.

Poznamo frekvence vidne svetlobe, ko vidimo mavrico, pri kateri vsaka barva ustreza različni valovni dolžini: rdeča je najdaljša, vijolična pa najkrajša.

Elektromagnetni spekter. Upoštevajte, da se frekvenca (in z njo tudi energija) v tej shemi poveča od leve proti desni. André Oliva / Javna last

Obseg vidne svetlobe zaseda le zelo kratko območje spektra. Druge regije, ki jih ne vidimo, so radijski valovi, mikrovalovne pečice, infrardeči, ultravijolični, rentgenski in gama žarki.

Regije niso bile odkrite hkrati, vendar v različnih obdobjih. Na primer, obstoj radijskih valov je leta 1867 napovedal James Clerk Maxwell, leta kasneje, leta 1887, pa jih je Heinrich Hertz prvič izdelal v svojem laboratoriju, zato jih imenujemo herczijski valovi.

Vsi so sposobni interakcije s materijo, vendar na različne načine, odvisno od energije, ki jo nosijo. Po drugi strani pa različna področja elektromagnetnega spektra niso natančno določena, saj so meje v resnici meglene.

Skupine

Pasovi elektromagnetnega spektra. Tatoute in Phrood / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Meje med različnimi območji elektromagnetnega spektra so precej meglene. To niso naravne delitve, pravzaprav je spekter kontinuum.

Vendar ločitev na pasove ali cone služi za priročno karakterizacijo spektra glede na njegove lastnosti. Opis bomo začeli z radijskimi valovi, katerih valovne dolžine so daljše.

Radijski valovi

Najnižje frekvence se gibljejo okoli 10 ⁴ Hz, kar posledično ustreza najdaljšim valovnim dolžinam, običajno velikosti zgradbe. AM, FM in državljani v radijskem omrežju uporabljajo valove v tem območju, pa tudi televizijske oddaje VHF in UHF.

V komunikacijske namene so radijske valove prvič uporabili okoli leta 1890, ko je Guglielmo Marconi izumil radio.

Ker je frekvenca radijskih valov nižja, nimajo ionizirajočih učinkov na materijo. To pomeni, da radijskim valom primanjkuje dovolj energije, da bi izvlekli elektrone iz molekul, vendar povečajo temperaturo predmetov z dvigom vibracij molekul.

Mikrovalovna pečica

Valovna dolžina mikrovalov je približno centimetrov, prvi pa jih je zaznal tudi Heinrich Hertz.

Imajo dovolj energije za segrevanje hrane, ki v večji ali manjši meri vsebuje vodo. Voda je polarna molekula, kar pomeni, da se negativni in pozitivni naboji, čeprav je električno nevtralen, nekoliko ločijo in tvorijo električni dipol.

Ko mikrovalovne pečice, ki so elektromagnetna polja, udarijo v dipol, ustvarijo navori, zaradi katerih se vrtijo, da jih poravnajo s poljem. Gibanje se pretvori v energijo, ki se širi skozi hrano in ima učinek segrevanja.

Infrardeči

Ta del elektromagnetnega spektra je odkril William Herschel v začetku 19. stoletja in ima nižjo frekvenco kot vidna svetloba, vendar višjo od mikrovalov.

Valovna dolžina infrardečega spektra (spodaj rdeča) je primerljiva s konico igle, zato je bolj energijsko sevanje kot mikrovalovne pečice.

Velik del sončnega sevanja pride na teh frekvencah. Vsak predmet oddaja določeno količino infrardečega sevanja, še posebej, če je vroče, na primer kuhinjske gorilnike in toplokrvne živali. Ljudje niso vidni, vendar nekateri plenilci ločijo infrardečo emisijo od svojega plena, kar jim daje prednost pri lovu.

Vidno

Je del spektra, ki ga lahko zaznamo z očmi, med 400 in 700 nanometrov (1 nanometer, skrajšano nm je 1 × 10 ^-9 m) valovne dolžine.

Bela svetloba vsebuje mešanico vseh valovnih dolžin, ki jo lahko vidimo ločeno, ko se prebije skozi prizmo. Dežne kaplje v oblakih se včasih obnašajo kot prizme, zato lahko vidimo barve mavrice.

Barve mavrice predstavljajo različne valovne dolžine vidne svetlobe. Vir: Pixabay.

Valovne dolžine barv, ki jih vidimo v nanometrih, so:

-Rdeča: 700–620

-Oranžna: 620–600

-Leta: 600–580

-Zelena: 580–490

-Blue: 490–450

-Violet: 450–400

Ultravijolično

Je bolj energično območje kot vidna svetloba, z valovno dolžino nad vijolično, torej večjo od 450 nm.

Ne vidimo ga, vendar je sevanje, ki prihaja od Sonca, zelo obilno. In ker ima večjo energijo kot vidni del, to sevanje veliko bolj posega v materijo in povzroči škodo številnim molekulam biološkega pomena.

Ultravijolične žarke so odkrili kmalu po infrardečih žarkih, čeprav so jih sprva imenovali "kemični žarki", ker reagirajo s snovmi, kot je srebrov klorid.

X-žarki

Wilhelm Roentgen jih je odkril leta 1895 med eksperimentiranjem s pospeševalnimi elektroni (katodnimi žarki), usmerjenimi v tarčo. Ker si ni mogel razložiti, od kod prihajajo, jih je imenoval rentgen.

Gre za visoko energijsko sevanje z valovno dolžino, primerljivo z velikostjo atoma, ki lahko prehaja skozi neprozorna telesa in ustvarja slike kot na rentgenskih žarkih.

Radiografije dobimo z uporabo rentgenskih žarkov: Vir: Pixabay.

Ker imajo več energije, lahko medsebojno vplivajo na materijo tako, da izvlečejo elektrone iz molekul, zato jih poznamo po imenu ionizirajočega sevanja.

Gama žarki

To je najbolj energijsko sevanje od vseh, z valovno dolžino po vrstnem redu atomskega jedra. V naravi se pogosto pojavlja, saj jo oddajajo radioaktivni elementi, ko razpadejo na bolj stabilna jedra.

V vesolju obstajajo viri gama žarkov pri eksplozijah supernove, pa tudi skrivnostni predmeti, med katerimi so pulsarji, črne luknje in nevtronske zvezde.

Zemeljska atmosfera ščiti planet pred temi zelo ionizirajočimi sevanji, ki prihajajo iz vesolja, zaradi svoje visoke energije pa škodljivo vplivajo na biološko tkivo.

Prijave

-Radio valovi ali radijske frekvence se uporabljajo v telekomunikacijah, ker so sposobni prenašati informacije. Tudi za terapevtske namene za ogrevanje tkiv in izboljšanje teksture kože.

-Za pridobitev slik magnetne resonance so potrebne tudi radiofrekvencije. V astronomiji jih radijski teleskopi uporabljajo za preučevanje strukture nebesnih objektov.

-Cell telefoni in satelitska televizija sta dve aplikaciji mikrovalov. Radar je še ena pomembna aplikacija. Poleg tega je celotno vesolje potopljeno v ozadje mikrovalovnega sevanja, ki prihaja iz velikega poka, kar je odkrivanje omenjenega sevanja ozadja najboljši dokaz v prid tej teoriji.

Radar oddaja impulz proti predmetu, ki razprši energijo v vse smeri, del pa se odraža in prinese informacije o lokaciji predmeta. Vir: Wikimedia Commons.

- Vidna svetloba je potrebna, saj nam omogoča učinkovito interakcijo z našim okoljem.

-X-žarki imajo več aplikacij kot diagnostično orodje v medicini in tudi na ravni znanosti o materialih za določanje značilnosti mnogih snovi.

-Gaminsko sevanje iz različnih virov se uporablja kot zdravljenje raka, pa tudi za sterilizacijo hrane.

Reference

1. Giambattista, A. 2010. Fizika. Druga izdaja. McGraw Hill.
2. Giancoli, D. 2006. Fizika: Načela uporabe. 6. Dvorana Ed Prentice.
3. Rex, A. 2011. Osnove fizike. Pearson.
4. Serway, R. 2019. Fizika za znanost in inženirstvo. Deseto. Izdaja. Zvezek 2. Zveza.
5. Shipman, J. 2009. Uvod v fizikalne vede. Dvanajsta izdaja. Brooks / Cole, Cengage Edition.