Γνωρίστε το φάσμα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι κύματα που έχουν ηλεκτρικά και μαγνητικά φορτία ενέργειας χωρίς την ανάγκη μέσων διάδοσης. Μπορούμε να βρούμε πολλές χρήσεις ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στην καθημερινή ζωή, για παράδειγμα, την τεχνολογία των ακτίνων X, των μικροκυμάτων και του σήματος που λαμβάνουν τα smartphone. Με βάση το μήκος ή τη συχνότητά τους, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να ταξινομηθούν στο φάσμα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

Το φάσμα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είναι ένα συνεχές φάσμα στο οποίο καθένας από τους διαφορετικούς τύπους ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων ορίζεται σε ένα συγκεκριμένο εύρος μήκους κύματος. Το φάσμα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων αποτελείται από ραδιοκύματα, μικροκύματα, υπέρυθρες ακτίνες, ορατό φως, υπεριώδεις ακτίνες, ακτίνες Χ και ακτίνες Γ.

φάσμα

Ραδιοκύμα

Τα ραδιοκύματα είναι τα μεγαλύτερα ηλεκτρομαγνητικά κύματα με το χαμηλότερο εύρος συχνοτήτων στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Το μήκος κύματος του ραδιοφώνου κυμαίνεται από 0,3 έως 600 μέτρα με εύρος συχνοτήτων περίπου 5 × 105 Hertz έως 109 Hertz. Αυτά τα κύματα ακτινοβολούνται από επιταχυνόμενα κινούμενα φορτία και από ταλαντώσεις φόρτισης σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα (όπως ένα κύκλωμα LC).

(Διαβάστε επίσης: Ηλεκτρομαγνητικά κύματα, ορισμός και ιδιότητες)

Με βάση τη συχνότητα, τα ραδιοκύματα χωρίζονται σε διάφορες ζώνες. Η ζώνη βραχυκυμάτων κυμαίνεται από 500 kHz έως 54 MHz. Μέσα υπάρχει μια ραδιοφωνική ζώνη AM, η οποία είναι σε συχνότητα 530 kHz έως 1710 kHz. Επιπλέον, υπάρχουν επίσης τηλεοπτικά κύματα από 54 MHz έως 1000 MHz. Μέσα υπάρχουν ραδιοκύματα FM, τα οποία βρίσκονται σε συχνότητα 88 MHz έως 108 MHz.

Μικροκύματα

Τα μικροκύματα έχουν μικρότερο μήκος κύματος με υψηλότερη συχνότητα από τα ραδιοκύματα. Τα μικροκύματα παράγονται από σωλήνες κενού υψηλής ισχύος, συσκευές ημιαγωγών (όπως τρανζίστορ πεδίου εφέ), διόδους σήραγγας, διόδους Gunn και άλλα. Το εύρος μήκους κύματος των μικροκυμάτων κυμαίνεται από 10-3 μέτρα έως 0,3 μέτρα. Η συχνότητα κυμαίνεται από 109 Hertz έως 3 × 1011 Hertz.

Μία χρήση μικροκυμάτων μπορεί να φανεί στο ραντάρ (Radio Detection and Ranging). Το ραντάρ είναι μια τεχνική που χρησιμοποιείται για την ανίχνευση της απόστασης, της ταχύτητας και άλλων χαρακτηριστικών των κινούμενων αντικειμένων. Επιπλέον, μικροκύματα χρησιμοποιούνται επίσης σε φούρνους μικροκυμάτων.

Υπέρυθρη ακτίνα

Τα επόμενα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι οι υπέρυθρες ακτίνες. Τα υπέρυθρα κύματα έχουν μικρότερο μήκος κύματος, αλλά με μεγαλύτερη συχνότητα από τα μικροκύματα. Οι υπέρυθρες ακτίνες είναι επίσης γνωστές ως κύματα θερμότητας. Το μήκος κυμαίνεται από 8 × 10-7 μέτρα έως 10-3 μέτρα με συχνότητα 3 × 1011 Hertz έως 4 × 1014 Hertz.

Η κύρια πηγή υπέρυθρης ακτινοβολίας είναι η θερμική ακτινοβολία που εκπέμπεται από όλα τα καυτά αντικείμενα. Όταν ένα αντικείμενο θερμαίνεται, τα άτομα και τα μόρια που το συνθέτουν παίρνουν θερμική ενέργεια και δονείται με μεγαλύτερο πλάτος. Η ενέργεια απελευθερώνεται με δόνηση ατόμων και μορίων με τη μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του αντικειμένου, τόσο ισχυρότερα δονούνται τα άτομα και τα μόρια και τόσο περισσότερη υπέρυθρη ακτινοβολία παράγει.

Ορατό φως

Το ορατό φως είναι μια περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που μπορεί να ανιχνευθεί απευθείας από το μάτι. Το ορατό φως, επίσης γνωστό ως λευκό φως, αποτελείται από επτά διαφορετικά χρώματα. Μπορούμε να δούμε τα επτά χρώματα σε ένα ουράνιο τόξο όταν το φως του ήλιου διαθλάται από σταγονίδια νερού. Στο φάσμα ορατού φωτός, το κόκκινο φως έχει το μεγαλύτερο μήκος κύματος, ενώ το μοβ έχει το μικρότερο μήκος κύματος.

Υπεριώδεις ακτίνες

Το υπεριώδες φως είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα με μήκος κύματος περίπου 380 nm έως 10 nm. Το εύρος συχνοτήτων κυμαίνεται από 8 × 1014 Hertz έως 3 × 1016 Hertz. Αυτή η ακτινοβολία ονομάζεται υπεριώδης επειδή σχετίζεται με συχνότητα μεγαλύτερη από τη συχνότητα του μοβ φωτός στο φάσμα ορατού φωτός.

Το υπεριώδες φως χρησιμοποιείται ευρέως στην καθημερινή ζωή, για παράδειγμα για να σκοτώσει τα μικρόβια στον καθαρισμό του νερού, τη χρήση λαμπτήρων UV και για χειρουργική επέμβαση ματιών LASIK.

ακτινογραφία

Οι ακτίνες Χ είναι ένα φάσμα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων με μήκος κύματος 10-13 μέτρα έως 10-8 μέτρα. Η συχνότητα κυμαίνεται από 3 × 1016 Hertz έως 3 × 1019 Hertz. Οι ακτίνες Χ είναι ένας τύπος ακτινοβολίας υψηλής ενέργειας που μπορεί εύκολα να διαπεράσει πολλούς τύπους ύλης.

Οι ακτίνες Χ είναι επίσης γνωστές ως ακτίνες Roentgen του οποίου το όνομα προέρχεται από τον ανακάλυψή τους, δηλαδή τον Wilhelm K. Roentgen το 1895. Εκείνη την εποχή, ο Roentgen δεν μπόρεσε να προσδιορίσει τη φύση της ακτινοβολίας, επομένως χρησιμοποίησε το σύμβολο X. Σήμερα, οι ακτίνες X χρησιμοποιούνται ευρέως για τις ακτίνες X και ακτινοθεραπεία ή ακτινοθεραπεία.

Ακτίνες γάμμα

Ο τελευταίος τύπος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας είναι οι ακτίνες γάμμα. Οι ακτίνες γάμμα είναι τα μικρότερα κύματα με τη μεγαλύτερη συχνότητα σε σύγκριση με άλλα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Το μήκος κυμαίνεται από 0,6 × 10-14 μέτρα έως 10-10 μέτρα. Εν τω μεταξύ, η συχνότητα είναι 3 × 108 Hertz έως 5 × 1022 Hertz. Η πηγή των ακτίνων γάμμα προέρχεται από πυρηνικές αντιδράσεις και πυρηνική ραδιενέργεια.

Οι ακτίνες γάμμα χρησιμοποιούνται ευρέως για τη διαδικασία ακτινοθεραπείας στη θεραπεία καρκίνου και όγκων. Επιπλέον, οι ακτίνες γάμμα μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ραδιοϊσοτόπων και για την κατανόηση μεταλλικών κατασκευών.