Spectrului electromagnetic este format din aranjamentul ordonat de toate lungimile de unda ale undelor electromagnetice, care își asumă nici o valoare pozitivă, fără nici o restricție. Este împărțit în 7 secțiuni, inclusiv lumina vizibilă.
Suntem familiarizați cu frecvențele luminii vizibile atunci când vedem curcubeul, în care fiecare culoare corespunde unei lungimi de undă diferite: roșul este cel mai lung și violetul cel mai scurt.
Spectru electromagnetic. Rețineți că frecvența (și cu ea energia) crește de la stânga la dreapta în această schemă. André Oliva / Domeniu public
Domeniul de lumină vizibilă ocupă doar o zonă foarte scurtă a spectrului. Celelalte regiuni, pe care nu le putem vedea, sunt undele radio, microundele, infraroșii, ultraviolete, razele X și razele gamma.
Regiunile nu au fost descoperite în același timp, ci în momente diferite. De exemplu, existența undelor radio a fost prezisă în 1867 de James Clerk Maxwell și ani mai târziu, în 1887, Heinrich Hertz le-a produs pentru prima dată în laboratorul său, motiv pentru care sunt numite unde hertziene.
Toate sunt capabile să interacționeze cu materia, dar în moduri diferite, în funcție de energia pe care o transportă. Pe de altă parte, diferitele regiuni ale spectrului electromagnetic nu sunt clar definite, deoarece de fapt limitele sunt confuze.
Trupe
Benzi ale spectrului electromagnetic. Tatoute și Phrood / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)
Limitele dintre diferitele regiuni ale spectrului electromagnetic sunt destul de confuze. Acestea nu sunt diviziuni naturale, de fapt spectrul este un continuum.
Cu toate acestea, separarea în benzi sau zone servește la caracterizarea convenabilă a spectrului în funcție de proprietățile sale. Vom începe descrierea noastră cu unde radio, ale căror lungimi de undă sunt mai lungi.
Unde radio
Frecvențele cele mai joase au o autonomie de aproximativ 10 4 Hz, care la rândul lor corespund celor mai lungi lungimi de undă, de obicei dimensiunea unei clădiri. Radiografiile AM, FM și cetățenii cetățenilor folosesc unde în această gamă, precum și emisiile de televiziune VHF și UHF.
În scopuri de comunicare, undele radio au fost folosite pentru prima dată în jurul anului 1890, când Guglielmo Marconi a inventat radioul.
Deoarece frecvența undelor radio este mai mică, acestea nu au efecte ionizante asupra materiei. Aceasta înseamnă că undele radio lipsesc suficientă energie pentru a elimina electronii din molecule, dar cresc temperatura obiectelor prin creșterea vibrației moleculelor.
Cuptor cu microunde
Lungimea de undă a microundelor este de ordinul centimetrilor și au fost de asemenea detectate pentru prima dată de Heinrich Hertz.
Au suficientă energie pentru încălzirea alimentelor, care într-o măsură mai mare sau mai mică conține apă. Apa este o moleculă polară, ceea ce înseamnă că, deși este neutră din punct de vedere electric, sarcinile negative și pozitive sunt ușor separate, formând un dipol electric.
Când microundele, care sunt câmpuri electromagnetice, lovesc un dipol, acestea produc cupluri care le fac să se rotească pentru a le alinia cu câmpul. Mișcarea se traduce prin energie care se răspândește prin alimente și are ca efect încălzirea acestuia.
Infraroşu
Această parte a spectrului electromagnetic a fost descoperită de William Herschel la începutul secolului 19 și are o frecvență mai mică decât lumina vizibilă, dar mai mare decât microundele.
Lungimea de undă a spectrului infraroșu (sub roșu) este comparabilă cu vârful unui ac, prin urmare este o radiație mai energică decât microundele.
O mare parte din radiațiile solare vin la aceste frecvențe. Orice obiect emite o anumită cantitate de radiații infraroșii, mai ales dacă sunt fierbinți, cum ar fi arzătoarele de bucătărie și animalele cu sânge cald. Este invizibil pentru oameni, dar unii prădători disting emisiile infraroșii de prada lor, oferindu-le un avantaj în vânătoare.
Vizibil
Este partea spectrului pe care o putem detecta cu ochii noștri, între 400 și 700 nanometri (1 nanometru, nm prescurtat este de 1 × 10 -9 m) lungime de undă.
Lumina albă conține un amestec de toate lungimile de undă, pe care le putem vedea separat când trecem printr-o prismă. Gropile de ploaie din nori se comportă uneori ca prisme, deci putem vedea culorile curcubeului.
Culorile curcubeului reprezintă diferite lungimi de undă ale luminii vizibile. Sursa: Pixabay.
Lungimile de undă ale culorilor pe care le vedem, în nanometre, sunt:
-Red: 700–620
-Orange: 620–600
-Jevel: 600–580
-Green: 580–490
-Blue: 490–450
-Violet: 450–400
Ultraviolet
Este o regiune mai energică decât lumina vizibilă, cu lungimi de undă dincolo de violet, adică mai mari de 450 nm.
Nu o putem vedea, dar radiațiile care provin de la Soare sunt foarte abundente. Și cum are energie mai mare decât partea vizibilă, această radiație interacționează mult mai mult cu materia, provocând daune multor molecule de importanță biologică.
Razele ultraviolete au fost descoperite la scurt timp după razele infraroșii, deși la început au fost numite „raze chimice”, deoarece reacționează cu substanțe precum clorura de argint.
Razele X
Au fost descoperite de Wilhelm Roentgen în 1895 în timp ce experimentau electroni acceleranți (razele catodice) direcționate către o țintă. Incapabil să explice de unde provin, el le-a numit raze X.
Este o radiație puternic energică, cu o lungime de undă comparabilă cu dimensiunea atomului, capabilă să treacă prin corpuri opace și să producă imagini ca în razele X.
Radiografiile sunt obținute cu ajutorul razelor X: Sursa: Pixabay.
Deoarece au mai multă energie, pot interacționa cu materia extrăgând electroni din molecule, de aceea sunt cunoscuți sub denumirea de radiații ionizante.
Raze gamma
Aceasta este cea mai energică radiație dintre toate, cu lungimi de undă de ordinul unui nucleu atomic. Apare frecvent în natură, deoarece este emis de elementele radioactive pe măsură ce se descompun spre nuclee mai stabile.
În univers există surse de raze gamma în explozii de supernove, precum și obiecte misterioase printre care se numără pulsars, găuri negre și stele de neutroni.
Atmosfera Pământului protejează planeta de aceste radiații puternic ionizante care provin din univers și, datorită energiei lor ridicate, au un efect nociv asupra țesutului biologic.
Aplicații
-Undele radio sau frecvențele radio sunt utilizate în telecomunicații, deoarece sunt capabile să transporte informații. De asemenea, în scop terapeutic, pentru încălzirea țesuturilor și îmbunătățirea texturii pielii.
-Pentru a obține imagini cu rezonanță magnetică, sunt necesare și radiofrecvențe. În astronomie, radiotelescoapele le folosesc pentru a studia structura obiectelor cerești.
-Telefoanele cu celule și televiziunea prin satelit sunt două aplicații ale microundelor. Radarul este o altă aplicație importantă. În plus, întregul univers este scufundat într-un fundal de radiații cu microunde, provenit din Big Bang, fiind depistarea radiației de fond menționată cea mai bună dovadă în favoarea acestei teorii.
Radarul emite un impuls către un obiect, care dispersează energia în toate direcțiile, dar o parte din ea este reflectată, aducând informații despre locația obiectului. Sursa: Wikimedia Commons.
-Lumină vizibilă este necesară, deoarece ne permite să interacționăm eficient cu mediul nostru.
-Razele X au aplicații multiple ca instrument de diagnostic în medicină și, de asemenea, la nivelul științei materialelor, pentru a determina caracteristicile multor substanțe.
-Radiația de mamă din diferite surse este utilizată ca tratament pentru cancer, precum și pentru sterilizarea alimentelor.
Referințe
- Giambattista, A. 2010. Fizică. A doua editie. McGraw Hill.
- Giancoli, D. 2006. Fizică: Principii cu aplicații. 6-a. Sala Ed Prentice.
- Rex, A. 2011. Fundamentele fizicii. Pearson.
- Serway, R. 2019. Fizică pentru știință și inginerie. Al 10-lea. Ediție. Volumul 2. Cengage.
- Shipman, J. 2009. O introducere în știința fizică. A XII-a ediție. Brooks / Cole, Cengage Editions.