Электромагнитный спектр волн. Частоты и длины волн. Применение на практике

Электромагнитный спектр волн — это полный диапазон электромагнитных волн, в котором цвета радуги составляют лишь небольшую видимую его часть, остальные волны при этом невидимы.

Электромагнитные излучения распространяются в вакууме со скоростью света, то есть 300000 км/сек. Оно представляет собой перемещающуюся в пространстве комбинацию электрического и магнитных полей, напряженности которых регулярно меняются от нуля до максимальных значений.

• Электромагнитная волна и ее характеристики: частота и длинна
• Радиоволны и микрочастоты
• От инфракрасных до гамма-лучей

Электромагнитная волна и ее характеристики: частота и длинна

Электромагнитная волна — это неразрывное сочетание электрического и магнитного полей, колеблющихся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Быстрота, с которой проходят эти изменения, называется частотой излучения. Разные виды электромагнитного излучения обладают разной частотой. Например, у радиоволн частота меньше, чем у света.

Частота электромагнитного излучения, измеренная в герцах (Гц), показывает сколько раз в секунду электрическое поле достигает максимального значения.

Когда ученые говорят, что электромагнитное излучение распространяется в виде волн, они имеют в виду, что напряженности электрического и магнитных полей периодически растут и убывают по ходу луча.

Поэтому длина волны равна скорости света, разделенной на частоту. Так, например, сигнал радиостанции, вещающей на частоте 1200 кГц, или 1200000 Гц (1 килогерц (кГц) — это 1000 герц), имеет длину волны около 250 м.

Радиоволны и микрочастоты

Радиостанции вещают на частотах от 150 тыс. Гц до примерно 20 млн. Гц. Каждая станция использует какую-то определенную частоту, так что приемники, настроенные на данную станцию, принимают лишь радиоволны с частотой, на которой передает данная станция. Наземные телевизионные передатчики посылают сигналы с частотами от примерно 70 Мгц до 800 Мгц (1 мегагерц (Мгц) — это 1 млн герц).

Спутниковое телевидение работает на еще более высоких частотах. Испускаемые спутником электромагнитные волны улавливаются небольшими параболическими антеннами, направленными на спутник.

Радиолокаторы принимают посланные ими радиоимпульсы, отраженные от самолетов, кораблей и облаков, чтобы установить местоположение этих объектов, которые могут находиться на расстоянии многих километров. Доплеровские локаторы измеряют скорость движущихся объектов по незначительным изменениям частоты отраженных волн.

Излучения в сегодняшних смартфонах резко увеличивается в момент разговора между абонентами. В недавней статье мы публиковали рейтинг смартфонов с самым большим излучением электромагнитных волн.

СВЧ-волны — это самые короткие радиоволны, их длина составляет миллионные доли метра, поэтому их называют микроволнами. В микроволновых печах применяются волны несколько миллиметров, что соответствует частотам в миллиарды герц. В СВЧ-диапазон входят и волны, частота которых равна частоте колебаний молекул воды. В микроволновой печи СВЧ-волны раскачивают молекулы воды, энергия их колебаний преобразуется в тепло, и еда нагревается.

От инфракрасных до гамма-лучей

Частоты инфракрасных излучений немного ниже, чем у видимого света. Длины их волн меняются от 1 миллиметра до 750 нанометров. (Нанометр, или нм, — это одна миллионная доля миллиметра.) Все нагретые объекты испускают тепловое инфракрасное излучение, ощущаемое нами как тепло. Видимый свет — эта та малая часть электромагнитного спектра, которую воспринимает глаз. Видимый спектр простирается от красного цвета (770 нм) до фиолетового (400 нм])

Электроны в атоме находятся на разных энергетических уровня, или орбитах. На нижнем уровне — стационарном — электрон имеет наименьшую энергию. Дополнительная энергия заставляет электрон перейти скачком со стационарного уровня (1) на возбужденный (2). При этом атом поглощает электромагнитное излучение с энергией, соответствующей разности разности энергии между этими уровнями. Атом излучает электромагнитные волны, если электрон переходит с более высокого уровня на более низкий.

Энергия, переносимая электромагнитными волнами, растет с уменьшением длинны волны. Невидимые ультрафиолетовые лучи обладают меньшей длиной волны (100-400 нм), чем видимый свет, но несут большие потери энергии и поэтому могут вызвать ожоги.

У рентгеновских лучей длина волны еще меньше. Обычно они меньше диаметра атома (0,1 нм). Они несут столько энергии, что проникают сквозь мягкие ткани и кости.

Советский фильм о рентгеновских лучах 1966 года

В медицинских рентгеновских аппаратах для получения рентгеновских лучей применяются рентгеновские трубки. Нагретая нить испускает электроны, которые разгоняются электрическими полями и попадают на металлическую мишень. При ударе об нее из атомов металла выбиваются электроны. На освободившиеся места падают другие электроны, которые испускают энергию в виде рентгеновских лучей.

Для человека существуют строгие нормы пребывания в зоне рентгеновских лучей в ходе медицинских исследований. Про допустимые дозы облучения и насколько вреден рентген для человека можно прочитать в нашей отдельной публикации. Гамма-лучи обладают огромной энергией и проникающей способностью. Проходя через клетки живых организмов, они повреждают их. Гамма-лучи можно использовать для получения изображений трещин, находящихся глубоко в толще металла.