Elektromagnetisches Spektrum

Klasse				Welle- Länge ${\ displayStyle \ lambda}$	Freq- Uency ${\ displayStyle f}$	Energie pro Photon ${\ displayStyle e}$
Ionisieren Strahlung	γ	Gamma Strahlen		1 PM	300 EHz	1.24 Mev
				22 Uhr	30 EHz	124 kev
	Hx	Schwer Röntgenaufnahmen
				100 pm	3 EHz	12,4 kev
	SX	Weiche Röntgenstrahlen
				1 nm	300 Phz	1,24 kev
				10 nm	30 phz	124 ev
	EUV	Extrem Ultraviolett
				100 nm	3 Phz	12.4 ev
	Nuv	In der Nähe von Ultraviolett, sichtbar
				1 μm	300 Thz	1.24 ev
	Nir	Nahe Infrarot
				10 μm	30 thz	124 mev
	Mir	Mid Infrarot
				100 μm	3 Thz	12.4 mev
	TANNE	Weit infrarot
				1 mm	300 GHz	1.24 mev
Mikro- Wellen	EHF	Extrem hoch Frequenz
				1 cm	30 GHz	124 μev
	SHF	Super hoch Frequenz
				1 dm	3 GHz	12,4 μev
	Uhf	Ultra hoch Frequenz
				1 m	300 MHz	1,24 μev
Radio Wellen	VHF	Sehr hoch Frequenz
				10 m	30 MHz	124 nev
	Hf	Hoch Frequenz
				100 m	3 MHz	12.4 Nev
	Mf	Mittel Frequenz
				1 km	300 KHz	1.24 Nev
	Lf	Niedrig Frequenz
				10 km	30 kHz	124 pev
	VLF	Sehr niedrig Frequenz
				100 km	3 kHz	12.4 Pev
	Ulf	Sehr niedrig Frequenz
				1 Mm	300 Hz	1.24 PEV
	SLF	sehr niedrig Frequenz
				10 mm	30 Hz	124 fev
	ELF	Äußerst niedrig Frequenz
				100 mm	3 Hz	12.4 fev
Quellen: Datei: Light Spectrum.svg[1][2][3]

Das elektromagnetisches Spektrum ist der Bereich von Frequenzen (das Spektrum) von elektromagnetische Strahlung und ihre jeweils Wellenlängen und Photonenergien.

Das elektromagnetische Spektrum deckt elektromagnetische Wellen mit Frequenzen von unterhalb einer ab Hertz bis über 10²⁵ Hertz, entsprechend Wellenlängen Von Tausenden von Kilometer bis zu einem Bruchteil der Größe von a Atomkern. Dieser Frequenzbereich ist in separate Bänder unterteilt und die Elektromagnetische Wellen Innerhalb jedes Frequenzbandes werden durch verschiedene Namen bezeichnet; Beginnend mit der Niederfrequenz (lange Wellenlänge) des Spektrums sind dies: Radiowellen, Mikrowellen, Infrarot, sichtbares Licht, Ultraviolett, Röntgenaufnahmen, und gamma Strahlen am Ende der Hochfrequenz (kurze Wellenlänge). Die elektromagnetischen Wellen in jedem dieser Banden haben unterschiedliche Eigenschaften, wie sie produziert werden, wie sie mit Materie interagieren und deren praktische Anwendungen. Es ist keine Grenze für lange Wellenlängen bekannt, während es angenommen wird, dass die kurze Wellenlängengrenze in der Nähe des Planck-Länge.^[4] Extreme ultraviolette, weiche Röntgenstrahlen, harte Röntgenstrahlen und Gammastrahlen werden als klassifiziert als ionisierende Strahlung Weil ihre Photonen genug Energie haben ionisieren Atome, die chemische Reaktionen verursachen. Die Exposition gegenüber ionisierender Strahlung kann ein Gesundheitsrisiko darstellen, der verursacht wird Strahlenkrankheit, DNA -Schaden und Krebs. Die Strahlung von sichtbaren Licht und längeren Wellenlängen wird als nichtionalisierende Strahlung klassifiziert, da sie nicht genügend Energie haben, um diese Effekte zu verursachen.

Während des größten Teils des elektromagnetischen Spektrums,, Spektroskopie Kann verwendet werden, um Wellen unterschiedlicher Frequenzen zu trennen und ein Spektrum der Bestandteile zu erzeugen. Die Spektroskopie wird verwendet, um die Wechselwirkungen von elektromagnetischen Wellen mit Materie zu untersuchen.^[5]

Geschichte und Entdeckung

Menschen waren sich immer bewusst sichtbares Licht und ausstrahlende Hitze Für den größten Teil der Geschichte war jedoch nicht bekannt, dass diese Phänomene verbunden waren oder Vertreter eines umfassenderen Prinzips waren. Das Antike Griechen erkannte, dass Licht in geraden Linien reiste und einige seiner Eigenschaften untersucht hat, einschließlich Betrachtung und Brechung. Licht wurde ab Beginn des 17. Jahrhunderts intensiv untersucht, was zur Erfindung wichtiger Instrumente wie dem führte Teleskop und Mikroskop. Isaac Newton war der erste, der den Begriff verwendete Spektrum Für die Farbweite, in die weißes Licht mit a aufgeteilt werden kann Prisma. Ab 1666 zeigte Newton, dass diese Farben für Licht intrinsisch waren und in weißes Licht rekombiniert werden konnten. Eine Debatte entstand darüber, ob Licht eine Wellen Natur oder eine Partikel Natur mit hatte René Descartes, Robert Hooke und Christiaan Huygens Bevorzugt eine Wellenbeschreibung und Newton, die eine Partikelbeschreibung bevorzugen. Insbesondere Huygens hatte eine gut entwickelte Theorie, aus der er die Gesetze der Reflexion und Brechung ableiten konnte. Um 1801, Thomas Young gemessen die Wellenlänge eines leichten Strahls mit seinem Zwei-Slit-Experiment Somit war das Licht abschließend zu demonstrieren, dass Licht eine Welle war.

Im Jahr 1800, William Herschel entdeckt Infrarot Strahlung.^[6] Er untersuchte die Temperatur verschiedener Farben, indem er ein Thermometer durch Licht bewegte, das durch ein Prisma geteilt wurde. Er bemerkte, dass die höchste Temperatur über rot lag. Er theoretisierte, dass diese Temperaturänderung auf "Kalorienstrahlen" zurückzuführen war, eine Art Lichtstrahl, der nicht gesehen werden konnte. Das nächste Jahr, Johann RitterDas Arbeiten am anderen Ende des Spektrums bemerkte, wie er "chemische Strahlen" bezeichnete (unsichtbare Lichtstrahlen, die bestimmte chemische Reaktionen induzierten). Diese benahm sich ähnlich wie sichtbare violette Lichtstrahlen, waren im Spektrum jedoch über sie hinaus.^[7] Sie wurden später umbenannt Ultraviolett Strahlung.

Das Studium der Elektromagnetismus begann 1820, als Hans Christian Ørsted entdeckte das elektrische Ströme produzieren Magnetfelder (Oersted's Gesetz). Licht wurde erstmals 1845 mit Elektromagnetismus verbunden, wann Michael Faraday bemerkte, dass die Polarisation von Licht Das Reisen durch ein transparentes Material reagierte auf ein Magnetfeld (siehe Faraday -Effekt). In den 1860er Jahren, James Clerk Maxwell entwickelte vier teilweise Differentialgleichung (Maxwells Gleichungen) für die elektromagnetisches Feld. Zwei dieser Gleichungen prognostizierten die Möglichkeit und das Verhalten von Wellen im Feld. Maxwell analysierte die Geschwindigkeit dieser theoretischen Wellen und erkannte, dass sie mit einer Geschwindigkeit, die über die Bekannten ging Lichtgeschwindigkeit. Dieser verblüffende Zufall in Wert führte Maxwell, um die Schlussfolgerung zu schaffen, dass Licht selbst eine Art elektromagnetische Welle ist. Maxwells Gleichungen prognostizierten einen unendlichen Bereich von Frequenzen von Elektromagnetische Wellen, alles mit Lichtgeschwindigkeit. Dies war der erste Hinweis auf die Existenz des gesamten elektromagnetischen Spektrum.

Maxwells vorhergesagte Wellen umfassten Wellen bei sehr niedrigen Frequenzen im Vergleich zu Infrarot, was theoretisch durch oszillierende Ladungen in einem gewöhnlichen Gebühren erzeugt werden kann Stromkreis eines bestimmten Typs. Versuch, Maxwells Gleichungen zu beweisen und eine solch niedrige elektromagnetische Strahlung im Jahr 1886 zu erkennen, den Physiker Heinrich Hertz baute einen Apparat, um zu erzeugen und zu erkennen, was jetzt genannt wird Radiowellen. Hertz fand die Wellen und konnte sich schließen (indem sie ihre Wellenlänge messen und mit ihrer Frequenz multiplizierten), dass sie mit Lichtgeschwindigkeit reisten. Hertz zeigte auch, dass die neue Strahlung von verschiedenen reflektiert und gebrochen werden könnte dielektrische Medienauf die gleiche Weise wie Licht. Zum Beispiel konnte Hertz die Wellen mit einem Objektiv aus Baum konzentrieren Harz. In einem späteren Experiment produzierte und maß Hertz die Eigenschaften von ähnlich und gemessen in ähnlicher Weise Mikrowellen. Diese neuen Arten von Wellen ebneten den Weg für Erfindungen wie die drahtloser Telegraph und die Radio.

Im Jahr 1895, Wilhelm Röntgen bemerkte eine neue Art von Strahlung, die während eines Experiments mit einem emittiert wurde evakuierter Röhrchen ausgesetzt einem Hochspannung. Er nannte diese Strahlung "Röntgenaufnahmen"Und stellten fest, dass sie in der Lage waren, durch Teile des menschlichen Körpers zu reisen, aber von dichteren Materie wie Knochen reflektiert oder angehalten wurden. Bald wurden viele Verwendungen dafür gefunden Radiographie.

Der letzte Teil des elektromagnetischen Spektrums wurde mit der Entdeckung von ausgefüllt gamma Strahlen. In 1900, Paul Villard studierte die radioaktiven Emissionen von Radium Als er eine neue Art von Strahlung identifizierte, die er zunächst dachte, bestand aus Partikeln ähnlich wie bekannt Alpha und Beta -Partikel, aber mit der Kraft, weitaus eindringlicher zu sein als beides. 1910 britischer Physiker jedoch William Henry Bragg zeigten, dass Gammastrahlen elektromagnetische Strahlung sind, nicht Partikel und 1914, Ernest Rutherford (der sie 1903 Gammastrahlen genannt hatte, als er feststellte Edward Andrade gemessen ihre Wellenlängen und fanden heraus, dass Gammastrahlen wie Röntgenstrahlen ähnlich waren, jedoch mit kürzeren Wellenlängen.

Die Debatte über Wellenpartikel wurde 1901 wieder entfacht, als Max Planck entdeckte, dass Licht nur in diskreter Absorge aufgenommen wird. "Quanta", jetzt genannt Photonen, was impliziert, dass Licht eine Partikel Natur hat. Diese Idee wurde von explizit gemacht von Albert Einstein 1905, aber nie von Planck und vielen anderen Zeitgenossen akzeptiert. Die moderne Position der Wissenschaft ist, dass die elektromagnetische Strahlung sowohl eine Welle als auch eine Partikel Natur hat, die Wellenpartikel-Dualität. Die Widersprüche, die sich aus dieser Position ergeben, werden immer noch von Wissenschaftlern und Philosophen diskutiert.

Bereich

Elektromagnetische Wellen werden typischerweise durch eine der folgenden drei physikalischen Eigenschaften beschrieben: die Frequenz f, Wellenlänge λ, oder Photonenergie E. Frequenzen, die in der Astronomie beobachtet werden 2.4×10²³Hz (1 Gev Gammastrahlen) bis zum Einheimischen Plasmafrequenz der Ionisierten Interstellares Medium (~ 1 kHz). Die Wellenlänge ist umgekehrt proportional zur Wellenfrequenz,^[5] Gammastrahlen haben also sehr kurze Wellenlängen, die Brüche der Größe von sind AtomeWährend Wellenlängen am gegenüberliegenden Ende des Spektrums auf unbestimmte Zeit lang sein können. Photonenergie ist direkt proportional zur Wellenfrequenz, sodass Gammastrahlenphotonen die höchste Energie haben (ungefähr eine Milliarde Elektronenvolt), während Funkwellenphotonen sehr niedrige Energie haben (um a femtoelectronvolt). Diese Beziehungen werden durch die folgenden Gleichungen veranschaulicht:

${\displaystyle f={\frac {c}{\lambda }},\quad {\text{or}}\quad f={\frac {E}{h}},\quad {\text{or}} \ quad e = {\ frac {hc} {\ lambda}},},},}$

wo:

• c = 299792458Frau ist der Lichtgeschwindigkeit In einem Vakuum
• h = 6.62607015×10^–34J · s = 4.13566733(10)×10^–15ev · s ist Plancks Konstante.^[8]

Wann immer elektromagnetische Wellen in a existieren Mittel mit Angelegenheit, ihre Wellenlänge wird verringert. Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung, unabhängig von Medien, durch die sie reisen, werden normalerweise in Bezug auf die zitiert Vakuumwellenlänge, obwohl dies nicht immer explizit angegeben ist.

Im Allgemeinen wird die elektromagnetische Strahlung durch Wellenlänge in klassifiziert Radiowelle, Mikrowelle, Infrarot, sichtbares Licht, Ultraviolett, Röntgenaufnahmen und gamma Strahlen. Das Verhalten der EM -Strahlung hängt von seiner Wellenlänge ab. Wenn em Strahlung mit einzelnen Atomen interagiert und MoleküleDas Verhalten hängt auch von der Menge an Energie pro Quanten (Photon) ab, die es trägt.

Spektroskopie Kann einen viel größeren Bereich des EM -Spektrums erkennen als der sichtbare Wellenlängenbereich von 400nm bis 700 nm im Vakuum. Ein gemeinsames Laborspektroskop kann Wellenlängen von 2 nm bis 2500 nm erkennen. Detaillierte Informationen über die physikalischen Eigenschaften von Objekten, Gasen oder sogar Sternen können von dieser Art von Gerät erhalten werden. Spektroskope sind in großer Bedeutung in Astrophysik. Zum Beispiel viele Wasserstoff Atome emittieren a Radiowelle Photon mit einer Wellenlänge von 21,12 cm. Auch Frequenzen von 30 Hz und unten kann durch die Untersuchung bestimmter Sternnebel produziert werden und sind wichtig^[9] und Frequenzen so hoch wie 2.9×10²⁷Hz wurden aus astrophysikalischen Quellen festgestellt.^[10]

Regionen

Das elektromagnetisches Spektrum

Ein Diagramm des elektromagnetischen Spektrums, das verschiedene Eigenschaften über den Bereich von Frequenzen und Wellenlängen zeigt

Die Arten der elektromagnetischen Strahlung werden weitgehend in die folgenden Klassen (Regionen, Bänder oder Typen) eingeteilt:^[5]

1. Gammastrahlung
2. Röntgenstrahlung
3. UV-Strahlung
4. Sichtbares Licht
5. Infrarotstrahlung
6. Mikrowellenstrahlung
7. Radiowellen

Diese Klassifizierung verläuft in der zunehmenden Reihenfolge der Wellenlänge, die für die Art der Strahlung charakteristisch ist.^[5]

Es gibt keine genau definierten Grenzen zwischen den Bändern des elektromagnetischen Spektrums; Vielmehr verblassen sie ineinander wie die Bänder in a Regenbogen (Das ist das Subspektrum von sichtbarem Licht). Die Strahlung jeder Frequenz und Wellenlänge (oder in jedem Band) hat eine Mischung aus Eigenschaften der beiden Regionen des Spektrums, das sie gebunden hat. Zum Beispiel ähnelt rotes Licht in der Infrarotstrahlung darin, dass es einige anregen und Energie verleihen kann chemische Bindungen und muss dies in der Tat tun, um die chemischen Mechanismen zu betreiben, für die verantwortlich ist Photosynthese und die Arbeit der visuelles System.

Die Unterscheidung zwischen Röntgenstrahlen und Gammastrahlen basiert teilweise auf Quellen: Die von Photonen erzeugten aus Nuklearverfall oder andere nukleare und subnukleare/Partikelprozesse werden immer als Gammastrahlen bezeichnet, während Röntgenstrahlen durch generiert werden elektronisch Übergänge mit hoch energischen inneren Atomelektronen.^[11][12][13] Im Allgemeinen sind nukleare Übergänge viel energetischer als elektronische Übergänge, sodass Gammastrahlen energetischer sind als Röntgenstrahlen, aber Ausnahmen existieren. Analog zu elektronischen Übergängen,, Muonic Atom Übergänge sollen auch Röntgenstrahlen produzieren, obwohl ihre Energie 6 Megaelectronvolts (0,96 PJ) überschreiten kann.^[14] Während es viele (77 bekannt ist, von denen bekannt ist, dass sie weniger als 10 keV (1,6 FJ)) mit niedriger Energie-Kernübergänge (nutenergie) (z.B., der 7,6 eV (1,22 AJ) nukleare Übergang von Thorium-229m), und obwohl sie eine Millionfache weniger energisch sind als einige muonische Röntgenstrahlen, werden die emittierten Photonen aufgrund ihres nuklearen Ursprungs immer noch Gammastrahlen bezeichnet.^[15]

Die Konvention, dass die Strahlung, von der bekannt ist, dass sie aus dem Kern stammt, immer als "Gammastrahlen" -Anstrahlung bezeichnet wird, ist jedoch die einzige Übereinkommen, die allgemein respektiert wird. Viele astronomisch Gamma Ray Quellen (wie z. Gamma Ray platzt) sind als zu energisch bekannt (sowohl intensität als auch in Wellenlänge), um nuklear zu sein. Sehr oft in energiereiche Physik und medizinisch Strahlentherapie, sehr hohe Energie EMR (in der Region> 10 MeV)-die von höherer Energie als jeder nukleare Gammastrahlen ist-wird nicht als Röntgen- oder Gammastrahlen bezeichnet, sondern durch den generischen Begriff von "energiereicher Photonen".

Der Bereich des Spektrums, in dem eine bestimmte beobachtete elektromagnetische Strahlung fällt, ist Referenzrahmen-abhängig (aufgrund der Doppler -Verschiebung Für Licht) kann ein Beobachter, der in einem Bereich des Spektrums sagen würde, einem Beobachter, der sich mit einem erheblichen Teil der Lichtgeschwindigkeit in einem anderen Teil des Spektrums befindet. Betrachten Sie zum Beispiel die Kosmischer Mikrowellenhintergrund. Es wurde erzeugt, wenn Materie und Strahlung durch die De- entkoppelt wurdenErregung von Wasserstoffatomen an die Grundzustand. Diese Photonen stammten aus Lyman -Serie Übergänge, die sie in den ultravioletten Teil des elektromagnetischen Spektrums (UV) setzen. Jetzt hat diese Strahlung genug kosmologisch erlebt rote Verschiebung Um es in den Mikrowellenbereich des Spektrums für Beobachter zu setzen, bewegen sich in Bezug auf den Kosmos langsam (im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit).

Begründung für Namen

Die elektromagnetische Strahlung interagiert mit Materie auf unterschiedliche Weise im gesamten Spektrum. Diese Arten von Wechselwirkung sind so unterschiedlich, dass historisch unterschiedliche Namen in verschiedenen Teilen des Spektrums angewendet wurden, als ob dies unterschiedliche Strahlungsarten wären. Obwohl diese "unterschiedlichen Arten" elektromagnetischer Strahlung ein quantitativ kontinuierliches Spektrum von Frequenzen und Wellenlängen bilden, bleibt das Spektrum aus praktischen Gründen, die mit diesen qualitativen Interaktionsunterschieden zusammenhängen, geteilt.

Arten von Strahlung

Radiowellen

Radio Wellen werden emittiert und von empfangen Antennen, die aus Leitern wie Metallstab bestehen Resonatoren. In der künstlichen Generation von Funkwellen ein elektronisches Gerät namens a Sender erzeugt eine AC elektrischer Strom die auf eine Antenne angewendet wird. Die oszillierenden Elektronen in der Antenne erzeugen oszillierend elektrisch und Magnetfelder Das strahlt von der Antenne als Radiowellen ab. Bei der Rezeption von Funkwellen schieben die oszillierenden elektrischen und magnetischen Felder eines Funkwellenpaares an den Elektronen in einer Antenne und schieben sie hin und her, wodurch oszillierende Ströme erzeugt werden, die auf a angewendet werden Funkempfänger. Die Erdatmosphäre ist hauptsächlich für Funkwellen transparent, mit Ausnahme von geladenen Partikeln in der Ionosphäre was bestimmte Frequenzen widerspiegeln kann.

Funkwellen werden extrem weit verbreitet, um Informationen über Entfernungen hinweg zu übertragen Funkkommunikation Systeme wie Radio Übertragung, Fernsehen, Zwei -Wege -Funkgeräte, Mobiltelefone, Kommunikationssatelliten, und Drahtlose Vernetzung. In einem Funkkommunikationssystem ist ein Funkfrequenzstrom moduliert mit einem Informationsstrager Signal in einem Sender durch Variation der Amplitude, Frequenz oder Phase und auf eine Antenne angewendet. Die Funkwellen übertragen die Informationen über den Raum zu einem Empfänger, wo sie von einer Antenne und den von extrahierten Informationen erhalten werden Demodulation im Empfänger. Funkwellen werden auch zur Navigation in Systemen wie verwendet Global Positioning System (GPS) und Navigationslakenund lokalisieren entfernte Objekte in Strahlung und Radar. Sie werden auch für verwendet Fernbedienungund für die industrielle Heizung.

Die Verwendung der Verwendung der Funkspektrum wird streng von Regierungen reguliert, koordiniert von der Internationale Telekommunikationsunion (Itu) was Zuteilt Frequenzen an verschiedene Benutzer für verschiedene Verwendungen.

Mikrowellen

Diagramm der atmosphärischen Deckkraft der Erde zu verschiedenen Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung. Dies ist die Opazität von Oberfläche zu Raum, die Atmosphäre ist transparent zu lange Welle Funkübertragungen innerhalb der Troposphäre aber undurchsichtig zum Weltraum aufgrund der Ionosphäre.

Diagramm der atmosphärischen Deckkraft für terrestrische bis terrestrische Übertragung zeigt die für einige der Resonanzen verantwortlichen Moleküle

Mikrowellen sind Funkwellen von kurzer Wellenlänge, von etwa 10 Zentimetern bis zu einem Millimeter, in der SHF und EHF Frequenzbänder. Mikrowellenenergie wird mit erzeugt mit Klystron und Magnetron Röhren und mit fester Zustand Geräte wie Gunn und Impattdioden. Obwohl sie von kurzen Antennen emittiert und absorbiert werden, werden sie auch von absorbiert Polare Moleküle, Kopplung an Schwingungs- und Rotationsmodi, was zu Massenerwärmung führt. Im Gegensatz zu Wellen mit höherer Frequenz wie z. Infrarot und hell Die Mikrowellen können hauptsächlich auf Oberflächen absorbiert werden, und können in Materialien eindringen und ihre Energie unter der Oberfläche ablegen. Dieser Effekt wird zum Erhitzen von Nahrung in verwendet Mikrowellenund für industrielle Heizung und medizinische Diathermie. Mikrowellen sind die Hauptwellenlängen, die in verwendet werden Radar, und werden für verwendet Satellitenkommunikation, und Drahtlose Vernetzung Technologien wie W-lan. Die Kupferkabel (Übertragungsleitungen), mit denen Funkwellen mit niedrigeren Frequenzwellen zu Antennen übermäßiges Stromverlust bei Mikrowellenfrequenzen und Metallrohre genannt werden Wellenleiter werden verwendet, um sie zu tragen. Obwohl am unteren Ende der Bande die Atmosphäre hauptsächlich transparent ist, begrenzt am oberen Ende der Bandabsorption von Mikrowellen durch atmosphärische Gase die praktischen Ausbreitungsstrecken auf einige Kilometer.

Terahertz Strahlung oder Sub-Millimeter-Strahlung ist eine Region des Spektrums von etwa 100 GHz bis 30 Terahertz (THz) zwischen Mikrowellen und weitem Infrarot, das als Zugehörigkeit zu beiden Banden angesehen werden kann. Bis vor kurzem wurde die Reichweite selten untersucht und es gab nur wenige Quellen für Mikrowellenenergie in der sogenannten Terahertz LückeAber Anwendungen wie Bildgebung und Kommunikation erscheinen jetzt. Wissenschaftler möchten auch die Terahertz-Technologie in den Streitkräften anwenden, wo Hochfrequenzwellen möglicherweise an feindliche Truppen gerichtet werden, um ihre elektronischen Geräte außer Kraft zu setzen.^[16] Die Strahlung von Terahertz wird stark von atmosphärischen Gasen absorbiert, wodurch dieser Frequenzbereich für die Fernkommunikation in großer Entfernung unbrauchbar ist.

Infrarotstrahlung

Das Infrarot Ein Teil des elektromagnetischen Spektrums deckt den Bereich von rund 300 GHz bis 400 THz (1 mm - 750 nm) ab. Es kann in drei Teile unterteilt werden:^[5]

• Ferninfrarotvon 300 GHz bis 30 THz (1 mm - 10 μm). Der untere Teil dieses Bereichs kann auch als Mikrowellen oder Terahertz -Wellen bezeichnet werden. Diese Strahlung wird typischerweise durch sogenannte Rotationsmodi in Gasphasenmolekülen, durch molekulare Bewegungen in Flüssigkeiten und durch durch Phononen in Feststoffen. Das Wasser in der Erdatmosphäre absorbiert so stark in diesem Bereich, dass es die Atmosphäre tatsächlich undurchsichtig macht. Es gibt jedoch bestimmte Wellenlängenbereiche ("Fenster") innerhalb des undurchsichtigen Bereichs, die eine teilweise Übertragung ermöglichen und zur Astronomie verwendet werden können. Der Wellenlängenbereich zwischen ungefähr 200 μm bis einige mm wird oft als als bezeichnet Submillimeter -Astronomie, reservieren weit infrarot für wellenlängen unter 200 μm.
• Mid-Infrarotvon 30 bis 120 THz (10–2,5 μm). Heiße Objekte (Schwarzkörper Kühler) können in diesem Bereich stark ausstrahlen, und die menschliche Haut bei normaler Körpertemperatur strahlt am unteren Ende dieser Region stark aus. Diese Strahlung wird von molekularen Schwingungen absorbiert, bei denen die verschiedenen Atome in einem Molekül um ihre Gleichgewichtspositionen vibrieren. Dieser Bereich wird manchmal als als genannt FingerabdruckregionDa das Absorptionsspektrum des mittleren Infrarots einer Verbindung für diese Verbindung sehr spezifisch ist.
• Nah-Infrarotvon 120 bis 400 THz (2.500–750 nm). Physikalische Prozesse, die für diesen Bereich relevant sind, ähneln denen für sichtbares Licht. Die höchsten Frequenzen in dieser Region können direkt von einigen Arten von fotografischen Filmen und von vielen Arten von Festkörpern erkannt werden Bildsensoren zum Infrarotfotografie und Videografie.

Sichtbares Licht

Farbe	Wellenlänge (nm))	Frequenz (Thz))	Photonenergie (ev))
violett	380–450	670–790	2,75–3,26
blau	450–485	620–670	2,56–2,75
Cyan	485–500	600–620	2.48–2,56
grün	500–565	530–600	2.19–2.48
gelb	565–590	510–530	2.10–2.19
Orange	590–625	480–510	1.98–2.10
rot	625–750	400–480	1.65–1,98

Oben in der Frequenz kommt über Infrarot sichtbares Licht. Das Sonne emittiert seine Spitzenleistung im sichtbaren Bereich, obwohl die Integration des gesamten Emissionsstromspektrums durch alle Wellenlängen zeigt, dass die Sonne etwas mehr Infrarot als sichtbares Licht ausgibt.^[17] Per Definition ist sichtbares Licht der Teil des EM -Spektrums der menschliches Auge ist der empfindlichste auf. Das sichtbare Licht (und das nahe Infrarotlicht) wird typischerweise von Elektronen in Molekülen und Atomen absorbiert und emittiert, die von einem Energieniveau zum anderen bewegen. Diese Wirkung ermöglicht die chemischen Mechanismen, die menschlicher Sicht und pflanzlicher Photosynthese zugrunde liegen. Das Licht, das den Menschen erregt visuelles System ist ein sehr kleiner Teil des elektromagnetischen Spektrums. EIN Regenbogen zeigt den optischen (sichtbaren) Teil des elektromagnetischen Spektrums; Infrarot (wenn es zu sehen sein könnte) würde sich während der roten Seite des Regenbogens befinden Ultraviolett würde direkt über das gegenüberliegende violettes Ende erscheinen.

Elektromagnetische Strahlung mit a Wellenlänge Zwischen 380 nm und 760 nm (400–790 Terahertz) wird vom menschlichen Auge erkannt und als sichtbares Licht wahrgenommen. Andere Wellenlängen, insbesondere in der Nähe von Infrarot (länger als 760 nm) und ultraviolett (kürzer als 380 nm), werden manchmal auch als Licht bezeichnet, insbesondere wenn die Sichtbarkeit auf den Menschen nicht relevant ist. Weißes Licht ist eine Kombination von Lichtern unterschiedlicher Wellenlängen im sichtbaren Spektrum. Das weiße Licht durch ein Prisma spteilt es in die verschiedenen Farben des Lichts auf, die im sichtbaren Spektrum zwischen 400 nm und 780 nm beobachtet werden.

Wenn Strahlung mit einer Frequenz im sichtbaren Bereich des EM -Spektrums von einem Objekt beispielsweise einer Schüssel Obst widerspiegelt und dann die Augen trifft, führt dies dazu visuelle Wahrnehmung der Szene. Das visuelle System des Gehirns verarbeitet die Vielzahl reflektierter Frequenzen in verschiedene Farbtöne und Farbtöne, und durch dieses unzureichend verstärkte psychophysikalische Phänomen empfinden die meisten Menschen eine Schüssel mit Obst.

Bei den meisten Wellenlängen werden jedoch die Informationen durch elektromagnetische Strahlung nicht direkt von menschlichen Sinnen nachgewiesen. Natürliche Quellen erzeugen EM -Strahlung im gesamten Spektrum, und die Technologie kann auch einen breiten Bereich von Wellenlängen manipulieren. Glasfaser Überträgt das Licht, das zwar nicht unbedingt im sichtbaren Teil des Spektrums (normalerweise Infrarot) Informationen tragen kann. Die Modulation ähnelt der mit Funkwellen verwendeten.

UV-Strahlung

Die Menge an Penetration von UV relativ zur Höhe in der Erde Ozon

Als nächstes kommt die Frequenz Ultraviolett (UV). Die Wellenlänge der UV -Strahlen ist kürzer als das violettes Ende der sichtbares Spektrum Aber länger als die Röntgenaufnahme.

UV ist die längste Wellenlängenstrahlung, deren Photonen energisch genug sind, um ionisieren Atome, trennen Elektronen von ihnen und so verursachen chemische Reaktionen. Kurzwellenlänge UV und die kürzere Wellenlängenstrahlung darüber (Röntgenstrahlen und Gammastrahlen) werden genannt ionisierende Strahlungund die Belichtung von ihnen kann das lebende Gewebe schädigen und sie zu einem Gesundheitsrisiko machen. UV kann auch dazu führen, dass viele Substanzen mit sichtbarem Licht leuchten; das nennt man Fluoreszenz.

Im mittleren Bereich von UV können UV -Strahlen nicht ionisieren, sondern chemische Bindungen brechen und Moleküle ungewöhnlich reaktiv machen. SonnenbrandZum Beispiel wird durch die störenden Wirkungen der UV -Strahlung mit mittlerem Bereich verursacht Haut Zellen, was die Hauptursache von ist Hautkrebs. UV -Strahlen im mittleren Bereich können den Komplex irreparabel beschädigen DNA Moleküle in den Zellen, die produzieren Thymindimere Machen Sie es sehr stark Mutagen.

Die Sonne gibt eine signifikante UV -Strahlung aus (etwa 10% ihrer Gesamtleistung), einschließlich extrem kurzer Wellenlängen -UV, die möglicherweise das meiste Leben an Land zerstören könnten (Meerwasser würde dort einen gewissen Schutz für das Leben bieten). Die meisten schädlichen UV -Wellenlängen der Sonne werden jedoch von der Atmosphäre absorbiert, bevor sie die Oberfläche erreichen. Die höheren Energiebereiche (kürzeste Wellenlänge) von UV (genannt "Vakuum -UV") werden von Stickstoff und bei längeren Wellenlängen durch einfache Diatomie absorbiert Sauerstoff in der Luft. Der größte Teil des UV im Mittelbereich der Energie wird durch die Ozonschicht blockiert, die im wichtigsten Bereich von 200–315 nm stark absorbiert, deren niedrigerer Energieteil für gewöhnlich zu lang ist Dioxygen in Luft zu absorbieren. Dies lässt weniger als 3% des Sonnenlichts auf Meereshöhe in UV, wobei all dieser Rest an den unteren Energien. Der Rest ist UV-A zusammen mit einigen UV-B. Der niedrigste Bereich von UV zwischen 315 nm und sichtbarem Licht (UV-A genannt) wird durch die Atmosphäre nicht gut blockiert, verursacht jedoch keinen Sonnenbrand und verursacht weniger biologische Schäden. Es ist jedoch nicht harmlos und erzeugt Sauerstoffradikale, Mutationen und Hautschäden.

Röntgenaufnahmen

Nach UV kommen Röntgenaufnahmen, die wie die oberen Bereiche von UV ebenfalls ionisieren. Aufgrund ihrer höheren Energien können Röntgenstrahlen jedoch auch mittels der Materie interagieren Compton -Effekt. Harte Röntgenstrahlen haben kürzere Wellenlängen als weiche Röntgenstrahlen. Da sie viele Substanzen mit wenig Absorption durchlaufen können, können sie verwendet werden, um durch „Dicken“ zu "weniger" zu sehen, die weniger Wasser entsprechen. Eine bemerkenswerte Verwendung ist die diagnostische Röntgenbildgebung in der Medizin (ein Prozess bekannt als Radiographie). Röntgenstrahlen sind als Sonden in der energiegeladenen Physik nützlich. In der Astronomie die Akkretionsscheiben herum Neutronensterne und Schwarze Löcher Röntgenstrahlen emittieren und Studien dieser Phänomene ermöglichen. Röntgenstrahlen werden auch von emittiert von Stern Corona und werden stark von einigen Arten von emittiert Nebel. Jedoch, Röntgen-Teleskope muss außerhalb der Erdatmosphäre platziert werden, um astronomische Röntgenstrahlen zu sehen, da die große Tiefe der Atmosphäre der Erde ist undurchsichtig für Röntgenstrahlen (mit Flächendichte 1000 g/cm²), entspricht einer Wasserdicke von 10 Metern.^[18] Dies reicht aus, um fast alle astronomischen Röntgenstrahlen (und auch astronomische Gammastrahlen-siehe unten) zu blockieren.

Gamma Strahlen

Nach harten Röntgenstrahlen kommen gamma Strahlen, die entdeckt wurden von Paul Ulrich Villard im Jahr 1900. Dies sind die energischsten Photonen, ohne definierte Untergrenze für ihre Wellenlänge. Im Astronomie Sie sind wertvoll für die Untersuchung energiereicher Objekte oder Regionen. Wie bei Röntgenstrahlen kann dies jedoch nur mit Teleskopen außerhalb der Erdatmosphäre erfolgen. Gammastrahlen werden von Physikern experimentell für ihre durchdringende Fähigkeit eingesetzt und werden von einer Reihe von produziert Radioisotope. Sie werden für verwendet Bestrahlung von Lebensmitteln und Samen für die Sterilisation und in der Medizin werden sie gelegentlich verwendet Strahlungskrebstherapie.^[19] Im häufiger werden Gammastrahlen für die diagnostische Bildgebung in verwendet Nuklearmedizinein Beispiel sein Haustierscans. Die Wellenlänge der Gammastrahlen kann mit hoher Genauigkeit durch die Auswirkungen von gemessen werden Compton Streuung.

Siehe auch

Notizen und Referenzen

Externe Links

• Australische Radiofrequenzspektrum -Allokations -Diagramm (Aus australische Kommunikations- und Medienbehörde)
• Kanadische Tabelle der Frequenzzuweisungen Archiviert 2008-12-09 bei der Wayback -Maschine (aus Industrie Kanada)
• US -amerikanische Frequenzzuweisungsdiagramm - Abdeckung des Bereichs 3 kHz bis 300 GHz (von Wirtschaftsministerium)
• Großbritannien Frequenzzuweisungstabelle (aus Ofcom, was die erbte RadioCommunications AgencyDie Aufgaben, PDF -Format)
• Flash EM -Spektrumpräsentation / Tool - Sehr vollständig und anpassbar.
• Poster "Elektromagnetisches Strahlungsspektrum" (992 kb)