Шкала електромагнітних хвиль
Електромагнітні хвилі класифікуються за довжиною хвилі або пов’язаною з нею частотою хвилі. Відзначимо також, що ці параметри характеризують не тільки хвильові, а й квантові властивості електромагнітного поля. Відповідно в першому випадку електромагнітна хвиля описується класичними законами, а в другому – квантовими законами.
Розглянемо поняття спектра електромагнітних хвиль. Спектром електромагнітних хвиль називається смуга частот електромагнітних хвиль, що існують у природі.
Спектр електромагнітного випромінювання в порядку збільшення частоти складають:
- Радіохвилі; Інфрачервоне випромінювання; Світлове випромінювання; Рентгенівське випромінювання; Гамма випромінювання.
Різні ділянки електромагнітного спектра відрізняються за способом випромінювання і прийому хвиль, що належать тій або іншій ділянці спектра. З цієї причини, між різними ділянками електромагнітного спектра немає різких кордонів.
Радіохвилі вивчає класична електродинаміка. Інфрачервоне світлове та ультрафіолетове випромінювання вивчає як класична оптика, так і квантова фізика. Рентгенівське і гамма випромінювання вивчається в квантовій і ядерній фізиці.
Розглянемо спектр електромагнітних хвиль більш докладно.
Радіохвилі
Радіохвилі являють собою електромагнітні хвилі, довжини яких перевершують 0.1мм (частота менше 3 1012 гц = 3000 Ггц).
Радіохвилі поділяються на:
Наддовгі хвилі з довжиною хвилі більше 10 км (частота менше 3 ⋅ 104 гц = 30 кГц); Довгі хвилі в інтервалі довжин від 10 км до 1 км (частота в діапазоні 3 ⋅ 104 гц – 3 ⋅ 105 гц = 300 кГц); Середні хвилі в інтервалі довжин від 1 км до 100 м (частота в діапазоні 3 ⋅ 105 гц – 3 ⋅ 106 гц = 3 МГц); Короткі хвилі в інтервалі довжин хвиль від 100 м до 10 м (частота в діапазоні 3 ⋅ 106 гц – 3 ⋅ 107 Гц = 30 МГц); Ультракороткі хвилі з довжиною хвилі менше 10 м (частота більше 3 ⋅ 107 гц = 30 МГц).
Ультракороткі хвилі в свою чергу поділяються на:
- Метрові хвилі; Сантиметрові хвилі; Міліметрові хвилі; Субміліметрові або мікрометрові.
Хвилі з довжиною хвилі менше, ніж 1м (частота менше ніж 300 МГц) називаються мікрохвилями або хвилями надвисоких частот (НВЧ – хвилі).
Через великі значення довжин хвиль радіодіапазону в порівнянні з розмірами атомів поширення радіохвиль можна розглядати без урахування атомістичної будови середовища, тобто феноменологічно, як прийнято при побудові теорії Максвелла. Квантові властивості радіохвиль проявляються лише для самих коротких хвиль, що примикають до інфрачервоної ділянці спектра і при поширенні т. зв. надкоротких імпульсів з тривалістю порядку 10-12 Сек – 10-15 Сек, порівнянної з часом коливань електронів усередині атомів і молекул.
Інфрачервоне та світлове випромінювання
Інфрачервоне, світлове, включаючи ультрафіолетове, випромінювання складають оптичну область спектра електромагнітних хвиль в широкому сенсі цього слова. Близькість ділянок спектра перерахованих хвиль зумовило схожість методів і приладів, що застосовуються для їх дослідження та практичного застосування. Історично для цих цілей застосовували лінзи, дифракційні решітки, призми, діафрагми, оптично активні речовини, що входять до складу різних оптичних приладів (интерферометрів, поляризаторів, модуляторів та ін.).
З іншого боку випромінювання оптичної області спектра має загальні закономірності проходження різних середовищ, які можуть бути отримані за допомогою геометричної оптики, широко використовується для розрахунків і побудови, як оптичних приладів, так і каналів розповсюдження оптичних сигналів.
Оптичний спектр займає діапазон довжин електромагнітних хвиль в інтервалі від 2 ⋅ 10-6 м = 2 мкм до 10-8 м = 10 Нм (по частоті від 1.5 ⋅ 1014 гц до 3 ⋅ 1016 Гц). Верхня межа оптичного діапазону визначається довгохвильовим кордоном інфрачервоного діапазону, а нижня короткохвильовим кордоном ультрафіолету.
Ширина оптичного діапазону за частотою складає приблизно 18 октав, з яких на оптичний діапазон припадає приблизно одна октава (); на ультрафіолет – 5 октав (), на інфрачервоне випромінювання – 11 октав ().
У оптичної частини спектра стають істотними явища, обумовлені атомістичною будовою речовини. З цієї причини поряд з хвильовими властивостями оптичного випромінювання проявляються квантові властивості.
Рентгенівське і гамма випромінювання
В області рентгенівського і гамма випромінювання на перший план виступають квантові властивості випромінювання.
Рентгенівське випромінювання виникає при гальмуванні швидких заряджених частинок (електронів, протонів та ін.), а також в результаті процесів, що відбуваються всередині електронних оболонок атомів.
Гамма випромінювання є наслідком явищ, що відбуваються всередині атомних ядер, а також в результаті ядерних реакцій. Кордон між рентгенівським і гамма випромінюванням визначається умовно за величиною кванта енергії 2, відповідного даній частоті випромінювання.
Рентгенівське випромінювання складають електромагнітні хвилі з довжиною від 50 нм до 10-3Нм, що відповідає енергії квантів від 20 ев до 1 МеВ.
Гамма випромінювання складають електромагнітні хвилі з довжиною хвилі менше 10-2нм, що відповідає енергії квантів більше 0.1Мев.
Електромагнітна природа світла
Світло є видимою ділянкою спектра електромагнітних хвиль, довжини хвиль яких займають інтервал від 0.4 мкм до 0.76 мкм. Кожній спектральній складовій оптичного випромінювання може бути поставлений у відповідність певний колір. Забарвлення спектральних складових оптичного випромінювання визначається їх довжиною хвилі. Колір випромінювання змінюється в міру зменшення його довжини хвилі наступним чином: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий.
Червоне світло, відповідне найбільшій довжині хвилі, визначає червоний кордон спектра. Фіолетове світло – відповідає фіолетовому кордону.
Природне світло не забарвлене і представляє суперпозицію електромагнітних хвиль з усього видимого спектру. Природне світло з’являється в результаті випускання електромагнітних хвиль збудженими атомами. Характер збудження може бути різним:
- Тепловий; Хімічний; Електромагнітний та ін.
В результаті збудження атоми випромінюють хаотичним чином електромагнітні хвилі приблизно протягом 10-8 сек.
Оскільки енергетичний спектр збудження атомів досить широкий, то випромінюються електромагнітні хвилі з усього видимого спектру, початкова фаза, напрям і поляризація яких має випадковий характер. З цієї причини природне світло не поляризоване. Це означає, що “щільність” спектральних складових електромагнітної хвилі природного світла, мають взаємно перпендикулярні Поляризації однаково.
(2 votes, average: 2.50 out of 5)