Το Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα είναι το εύρος των φασμάτων των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Έτσι, πρέπει να αναθεωρήσουμε τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα παράγονται όταν λαμβάνεται μια ταλαντούμενη μετοχή. Κατά τη μελέτη των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων λαμβάνονται υπόψη τόσο τα ηλεκτρικά όσο και τα μαγνητικά πεδία.

Το ηλεκτρικό πεδίο παράγεται από σταθερά φορτία. Το ηλεκτρικό πεδίο κατευθύνεται κατά την κατεύθυνση της δύναμης που ασκείται σε ένα θετικό δοκιμαστικό φορτίο. Τα θετικά φορτία επιταχύνονται προς την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου και τα αρνητικά φορτία επιταχύνονται προς την αντίθετη κατεύθυνση από την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου.

Το μαγνητικό πεδίο παράγεται από κινούμενα φορτισμένα σωματίδια. Λόγω μετακίνησης

φορτία, ασκείται δύναμη στα άλλα κινούμενα φορτία. Η δύναμη σε αυτά τα φορτία είναι πάντα κάθετη στην ταχύτητα και την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου.

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα παράγονται όταν λαμβάνεται ένα ταλαντούμενο φορτίο. Αυτό το ταλαντούμενο φορτίο παράγει ένα ταλαντούμενο ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο, με τη σειρά του, παράγει ένα ταλαντούμενο μαγνητικό πεδίο. Καθώς τόσο το ηλεκτρικό πεδίο όσο και το μαγνητικό πεδίο είναι κάθετα, σχηματίζουν ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα που ταξιδεύει κάθετα τόσο στο ηλεκτρικό όσο και στο μαγνητικό πεδίο.

Γραφική αναπαράσταση του ηλεκτρομαγνητικού κύματος

Ένα επίπεδο ηλεκτρομαγνητικό κύμα διαδίδεται κατά μήκος της διεύθυνσης z. Το ηλεκτρικό πεδίο Ex είναι κατά μήκος του άξονα x και μεταβάλλεται ημιτονοειδώς με το z σε μια δεδομένη στιγμή. Το μαγνητικό πεδίο By είναι κατά μήκος του άξονα y και μεταβάλλεται πάλι ημιτονοειδώς με το z. Τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία Ex και By είναι κάθετα μεταξύ τους και η κατεύθυνση διάδοσης z.

Ο James Clerk Maxwell προέβλεψε την ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, ενώ ο Heinrich Hertz δοκίμασε ένα επιτυχημένο πείραμα για να αποδείξει οριστικά την ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα

Η κατανομή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σύμφωνα με τα μήκη κύματος της συχνότητας σε διακριτές ομάδες που έχουν πολύ διαφορετικές ιδιότητες ονομάζεται ηλεκτρομαγνητικό φάσμα.

Τα κύρια μέρη των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είναι

• Ραδιοκύματα
• Φούρνοι μικροκυμάτων
• Κύματα υπερύθρων
• Ορατές ακτίνες
• Υπεριώδη κύματα
• Ακτινογραφίες
• Ακτίνες γάμμα

Οι διάφορες περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος δεν έχουν αιχμηρά όρια. Σε πειραματικά αποτελέσματα συγκρούονται μεταξύ τους. Έτσι, η ταξινόμηση είναι κατά προσέγγιση πώς ανιχνεύονται ή παράγονται τα κύματα.

Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα

Περιγράφουμε εν συντομία αυτούς τους διαφορετικούς τύπους ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων με τη σημασία τους.

Ραδιοκύματα

Τα ραδιοκύματα έχουν το μεγαλύτερο μήκος κύματος και τη χαμηλότερη συχνότητα σε σύγκριση με όλα τα κύματα EM, που ανακαλύφθηκαν από τον Marconi το 1895. Κυμαίνεται εντός του εύρους συχνοτήτων από 500 kHz έως 1000 MHz. Το μήκος κύματος κυμαίνεται από 1 mm έως αρκετές εκατοντάδες μέτρα.

Μετά την ανακάλυψη των ραδιοκυμάτων, χρησιμοποιήθηκαν κυρίως για ραδιοφωνικές εκπομπές. Τα ραδιοκύματα χρησιμοποιούνται επίσης στη βιομηχανία επικοινωνιών για κυψελοειδείς συνδέσεις, καθώς είναι αποτελεσματικά στην ερμηνεία μέσω άκαμπτου υλικού.

Καθώς τα ραδιοκύματα μπορούν να ταξιδέψουν μεγάλες αποστάσεις και να διαπεράσουν άκαμπτα υλικά, αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται για επικοινωνία με τη βοήθεια δορυφόρων επικοινωνίας. Το ραδιοκύμα που περιέχει πληροφορίες μεταδίδεται με την αποστολή κυμάτων στους ανιχνευτές ραδιοκυμάτων σε δορυφόρους που λαμβάνουν και μεταδίδουν σήματα στο σταθμό.

Φούρνοι μικροκυμάτων

Τα μικροκύματα παράγονται από ταλαντευόμενα ρεύματα σε ειδικούς σωλήνες κενού όπως οι δίοδοι Klystrons, Magnetrons και Gun. Τα μικροκύματα είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα που έχουν μήκος κύματος αμέσως μικρότερο από τα ραδιοκύματα. Η συχνότητά τους κυμαίνεται μεταξύ 109Hz και 1012Hz. Λόγω των μικρότερων μηκών κύματός τους, μπορούν να ταξιδεύουν σαν μια δέσμη σε ένα σήμα.

Έχουν ιδιότητες ανάκλασης, διάθλασης, περίθλασης και πόλωσης. Η κύρια χρήση του φούρνου μικροκυμάτων είναι στον τομέα του ραντάρ. Αν ανοίξετε οποιονδήποτε ιστότοπο για να δείτε μια μετεωρολογική πρόγνωση του καιρού, θα πρέπει να είστε ευγνώμονες για τα μικροκύματα.

Στον τομέα της μοριακής φυσικής, τα μικροκύματα χρησιμοποιούνται συνήθως για την ανάλυση λεπτών λεπτομερειών μοριακών και ατομικών δομών. Επίσης, υπάρχουν πολλές περιοχές στη Βιοϊατρική τηλεπισκόπηση όπου χρησιμοποιείται η ακτινοβολία μικροκυμάτων.

Κύματα υπερύθρων

Τα υπέρυθρα κύματα αναφέρονται μερικές φορές ως κύματα θερμότητας ή θερμικές ακτινοβολίες, που παράγουν ένα φαινόμενο θέρμανσης. Αυτές οι ακτινοβολίες βρίσκονται κοντά στη χαμηλή θερμοκρασία ή το μεγάλο μήκος κύματος του ορατού φάσματος. Τα θερμά σώματα και τα μόρια τα παράγουν. Κυμαίνεται εντός του εύρους συχνοτήτων από 1011 Hz έως 5 X 1014 Hz. Ο William Herschel ανακάλυψε τα υπέρυθρα κύματα το 1800.

Η κύρια σημασία των υπέρυθρων κυμάτων είναι η διατήρηση της μέσης θερμοκρασίας των αερίων του θερμοκηπίου της γης. Αυτά τα αέρια του θερμοκηπίου αιχμαλωτίζουν τα κύματα στην ατμόσφαιρα για να αυξήσουν τη θερμοκρασία τους και παράλληλα την ατμόσφαιρα.

Τα περισσότερα τηλεχειριστήρια λειτουργούν με υπέρυθρους παλμούς. Με ηλεκτρονικές συσκευές όπως τηλεχειριστήρια τηλεόρασης, συσκευές αναπαραγωγής DVD, προβολείς κ.λπ. Η υπέρυθρη ακτινοβολία χρησιμοποιείται συχνά για την αποστολή σημάτων μέσω καλωδίων οπτικών ινών για τη μετάδοση ήχου σε συστήματα ήχου και συνδέσεις υψηλής ταχύτητας στο Διαδίκτυο.

Ορατές ακτίνες

Είναι μέρος του φάσματος που ανιχνεύεται από τα ανθρώπινα μάτια. Το μήκος κύματός του κυμαίνεται από περίπου 700 nm έως 400 nm. Τα μάτια μας είναι ευαίσθητα σε αυτό το εύρος μηκών κύματος. Διαφορετικά ζώα είναι ευαίσθητα σε διαφορετικά εύρη μηκών κύματος. Για παράδειγμα, τα φίδια μπορούν να ανιχνεύσουν υπέρυθρα κύματα.

Ανιχνεύεται με τη διέγερση των νευρικών απολήξεων του ανθρώπινου αμφιβληστροειδούς. Μπορεί να προκαλέσει χημική αντίδραση.

Υπεριώδεις ακτίνες

Αυτά τα κύματα μπορούν να ανιχνευθούν λίγο πέρα ​​από το ιώδες άκρο του ηλιακού φάσματος. Τα μήκη κύματος κυμαίνονται από περίπου 400 nm (4×10-7 m) – έως 0,6 nm (6×10-10 m). Η πηγή των υπεριωδών κυμάτων είναι σωλήνες εκκένωσης αερίου υψηλής τάσης, τόξα σιδήρου και υδραργύρου και ο ήλιος.

Τα υπεριώδη κύματα μπορούν να προκαλέσουν πολλές χημικές αντιδράσεις. Για παράδειγμα, το μαύρισμα του ανθρώπινου δέρματος. Ιονισμένα άτομα στην ατμόσφαιρα, με αποτέλεσμα την ιονόσφαιρα.

Ακτινογραφίες

Οι ακτίνες Χ χρησιμοποιήθηκαν στα φωτοηλεκτρικά πειράματα για να βομβαρδίσουν τα ηλεκτρόνια, τα οποία ήταν η ιστορική επιτυχία για τον προσδιορισμό της σωματιδιακής φύσης των ηλεκτρονίων. Πέρα από την περιοχή UV του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος βρίσκεται η περιοχή των ακτίνων Χ. Καλύπτει μήκη κύματος από περίπου 10-8 m (10 nm) έως 10-13 (10-4 nm).

Λόγω της ιδιότητας της ανάκλασης και της περίθλασης των ακτίνων Χ από τους κρυστάλλους, χρησιμοποιούνται στη μελέτη της δομής των κρυστάλλων. Οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται επίσης στην ακτινοθεραπεία για τη θεραπεία μη ανιχνεύσιμων δερματικών παθήσεων και κακοήθων νεοπλασμάτων.

Ακτίνες γάμμα

Ανακαλύφθηκαν από τον Henry Becquerel το 1896, οι ακτίνες γάμμα είναι ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες της υψηλότερης περιοχής συχνοτήτων και της χαμηλότερης περιοχής μήκους κύματος. Οι ραδιενεργοί πυρήνες και οι πυρηνικές αντιδράσεις είναι πηγές ακτίνων γάμμα. Το μήκος κύματος κυμαίνεται από 10-14 m έως 10 -10 m και η συχνότητα κυμαίνεται από 1018 Hz έως 1022 Hz. Αυτά είναι τα πιο διεισδυτικά ηλεκτρομαγνητικά κύματα.

Στον τομέα της πυρηνικής αντίδρασης, οι ακτίνες γάμμα χρησιμοποιούνται για την έναρξη ορισμένων πυρηνικών αντιδράσεων. Για τη διατήρηση των τροφίμων για μεγάλο χρονικό διάστημα, χρησιμοποιούνται ακτίνες γάμμα επειδή οι ακτίνες γάμμα μπορούν να σκοτώσουν μικροοργανισμούς.

Συμπέρασμα

Τα Ηλεκτρομαγνητικά Κύματα, τα οποία είναι κοινώς γνωστά ως EM Waves, αποτελούνται από 2 κάθετα ημιτονοειδή διανύσματα ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου, τα οποία είναι επίσης κάθετα στην κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Η τακτική κατανομή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων με βάση το μήκος κύματος ή τη συχνότητά τους σε διακριτές ομάδες που έχουν ευρέως διαφορετικές ιδιότητες ονομάζεται ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Οι διάφορες περιοχές των ηλεκτρομαγνητικών φασμάτων δεν έχουν σαφώς καθορισμένα όρια και επικαλύπτονται.