Ηλεκτρομαγνητικά Κύματα στο Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα

Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (EMR) είναι ένα είδος ακτινοβολίας στην οποία τα κύματα ηλεκτρομαγνητικού πεδίου (EM) μεταφέρουν ακτινοβολούμενη ενέργεια στο διάστημα. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία περιλαμβάνει ραδιοκύματα, μικροκύματα, υπέρυθρο, ορατό φως, υπεριώδη ακτινοβολία, ακτίνες Χ και ακτίνες γάμμα. Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα αποτελείται από όλες αυτές τις συχνότητες. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα παράγονται όταν τα ηλεκτρικά σωματίδια επιταχύνονται, αλληλεπιδρούν και ασκούν δύναμη σε άλλα φορτισμένα σωματίδια. Η ενέργεια, η ορμή και η γωνιακή ορμή μπορούν όλα να μεταφερθούν από ένα σωματίδιο πηγής στην ουσία με την οποία αλληλεπιδρά.

Ο Μάξγουελ ήταν ο πρώτος επιστήμονας που προέβλεψε την παρουσία ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Αυτά τα κύματα παράγονται και ανιχνεύθηκαν από τον Hertz. Ένας άλλος επιστήμονας που ονομάζεται JC Bose παρήγαγε ένα ηλεκτρομαγνητικό εύρος μήκους κύματος από 5 έως 25 χιλιοστά. Επιτυχής μετάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων έως και λίγα χιλιόμετρα έκανε το Μακαρόνι.

Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα

Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα ή το φάσμα EM είναι απλώς μια κατανομή ηλεκτρομαγνητικών ακτινοβολιών με δεδομένη σειρά με βάση το μήκος κύματος και τη συχνότητά τους.

Αυτό το φάσμα είναι το θεμέλιο της εποχής της πληροφορίας και του σύγχρονου κόσμου μας. Το ραδιόφωνο, το τηλεχειριστήριο, τα μηνύματα κειμένου, η τηλεόραση, ο φούρνος, ακόμη και η ακτινογραφία του γιατρού, όλα εξαρτώνται από κύματα με ηλεκτρομαγνητικό φάσμα.

Τώρα, ας μιλήσουμε για τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.

Ηλεκτρομαγνητικά Κύματα

• Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα παράγονται από τη δόνηση φορτισμένων σωματιδίων και έχουν ηλεκτρικές και μαγνητικές ιδιότητες.

• Τα EM κύματα ταξιδεύουν στο κενό του διαστήματος με τη σταθερή ταχύτητα του φωτός.

• Έχουν κορυφές και γούρνες.

• Η απόσταση μεταξύ οποιωνδήποτε δύο κορυφών ή δύο κοιλοτήτων. Αυτό είναι γνωστό ως το μήκος κύματος του δεδομένου κύματος EM.

• Ο αριθμός των κορυφών που περνούν ένα δεδομένο σημείο εντός 1 δευτερολέπτου περιγράφεται ως η συχνότητα του κύματος. Ένα κύμα ή ένας κύκλος ανά δευτερόλεπτο ονομάζεται hertz.

Μερικά κύματα ΗΜ είναι πολύ μακριά και μετρώνται σε μέτρα (m), πολλά είναι μικροσκοπικά και μετρούνται σε νανόμετρα (nm). Τα μεγάλα EM κύματα, όπως τα ραδιοκύματα, έχουν τη μεγαλύτερη συχνότητα και μεταφέρουν λιγότερη ενέργεια. Η προσθήκη ενέργειας αυξάνει τη συχνότητα των κυμάτων και κάνει το μήκος κύματος μικρότερο.

• Οι ακτίνες γάμμα είναι τα μικρότερα, υψηλότερα ενεργειακά κύματα στο φάσμα.

Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα στο περιβάλλον μας 

Έτσι, καθώς κάθεστε και παρακολουθείτε τηλεόραση, όχι μόνο αυτά τα ορατά κύματα φωτός από την τηλεόραση χτυπούν στα μάτια σας, αλλά επίσης, τα ραδιοκύματα προέρχονται από έναν κοντινό σταθμό και τα μικροκύματα που μεταφέρουν τηλεφωνικές κλήσεις και επίσης Τα κύματα από το Wi-Fi σας είναι ηλεκτρομαγνητικής φύσης.

Υπάρχουν πολλά κύματα από όλο το φάσμα που περνούν από το δωμάτιό σας αυτήν τη στιγμή! Μπορείτε να φανταστείτε;

Γεγονός-1

Με όλα αυτά τα κύματα γύρω σας, πώς μπορείτε να παρακολουθήσετε μια τηλεοπτική εκπομπή;

Είναι παρόμοιο με το να γυρίζετε ένα ραδιόφωνο στον αγαπημένο σας ραδιοφωνικό σταθμό, το μάτι μας ανιχνεύει ενέργεια με εύρη μήκους κύματος μεταξύ 400 nm έως 700 nm, την περιοχή του ορατού φωτός του φάσματος.

Γεγονός-2

Γιατί τα αντικείμενα φαίνεται να έχουν χρώματα;

Καθώς τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα αλληλεπιδρούν με τα μόριά τους, ορισμένα μήκη κύματος στο ορατό φάσμα αντανακλώνται και άλλα μήκη κύματος απορροφώνται. Για παράδειγμα, ένα φύλλο φαίνεται πράσινο επειδή τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα αλληλεπιδρούν με τη χλωροφύλλη που υπάρχει στα μόρια των φύλλων του φυτού και αντανακλούν μόνο πράσινο.

Ηλεκτρομαγνητικά κύματα στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα

Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα ταξινομείται στα ακόλουθα κύρια μέρη, τα οποία αναφέρονται παρακάτω με τη σειρά της αυξανόμενης συχνότητας.

1) Ραδιοκύματα:Το εύρος μήκους κύματος είναι> 0,1 m

Τα ραδιοκύματα είναι τα μακρύτερα κύματα και περιέχουν τη λιγότερη ενέργεια από τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Αυτά τα κύματα ποικίλλουν από περίπου το μήκος ενός μπουκαλιού νερού, έως το μήκος των κυμάτων αυτοκινήτων, πλοίων, βουνών, μέχρι κύματα μεγαλύτερα από τη διάμετρο της γης. Ο Heinrich Hertz ανακάλυψε αυτά τα κύματα το 1888. Πολλές από τις μεγαλύτερες αστρονομικές ανακαλύψεις έχουν γίνει χρησιμοποιώντας ραδιοκύματα. Δεν μπορούμε να τα ακούσουμε αυτά. Όταν συντονίζουμε το ραδιόφωνό μας στον αγαπημένο μας σταθμό, το ραδιόφωνο λαμβάνει αυτές τις ακτινοβολίες EM και δονεί ένα ηχείο για να δημιουργήσει τα ηχητικά κύματα.

Χρήση: 

• Χρησιμοποιείται στη διάδοση κυμάτων εδάφους.

• Χρησιμοποιείται στη διάδοση κυμάτων ουρανού.

• Χρησιμοποιείται σε τηλεοπτικά κύματα.

• Χρησιμοποιείται στο ραδιόφωνο FM.

• Χρησιμοποιείται στην επικοινωνία κινητής τηλεφωνίας.

2) Μικροκύματα:Το εύρος μήκους κύματος κυμαίνεται από 0,1 m έως 1 mm

Αυτά τα κύματα μπορούν να σκάσουν το ποπ κορν σας. Αυτά τα κύματα μπορούν να σας πιάσουν την ταχύτητα. Αυτά φέρουν 1000 τηλεφωνικά κανάλια για να επιταχύνουν τις κλήσεις μας. Αυτά τα κύματα πέφτουν μεταξύ υπέρυθρων και ραδιοκυμάτων. Αποτελούν τη ραχοκοκαλιά των επικοινωνιών και των συστημάτων ανίχνευσης της Γης.

Χρησιμοποιεί:

• Χρησιμοποιείται σε συστήματα ραντάρ συστημάτων αεροσκαφών.

• Μπορούν να ανιχνεύσουν την ταχύτητα ενός οχήματος, ακόμη και την ταχύτητα μιας μπάλας κρίκετ.

• Τους χρησιμοποιούν φούρνους μικροκυμάτων.

3) Υπέρυθρα κύματα:Το μήκος κύματος ποικίλλει από 1 mm έως 700 nm

Όταν χρησιμοποιούμε τηλεχειριστήρια για να αλλάξουμε κανάλια στην τηλεόρασή μας, το τηλεχειριστήριό μας χρησιμοποιεί φωτεινά κύματα. Όμως, αυτό το φωτεινό κύμα είναι πέρα ​​από το ορατό φάσμα φωτός που μπορούμε να δούμε. Μπορούμε να αισθανθούμε μέρος αυτού του υπέρυθρου ως θερμότητα. Έχουν μεγαλύτερα μήκη κύματος από τα ορατά.

Χρησιμοποιεί:

• Χρησιμοποιείται στη φυσικοθεραπεία.

• Χρησιμοποιείται για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας σε δορυφόρους.

• Χρησιμοποιείται για την παραγωγή αφυδατωμένων φρούτων.

• Χρησιμοποιείται σε ηλιακούς θερμοσίφωνες και ηλιακές κουζίνες.

• Χρησιμοποιείται για την προβολή αστρονομικών φαινομένων.

4) Ορατές ακτίνες:Το μήκος κύματος ποικίλλει από 700 nm έως 400 nm

Όλη η ακτινοβολία EM είναι ελαφριά. Είναι το μόνο μέρος του φάσματος που μπορούμε να δούμε.

Χρησιμοποιεί:

• Για να δείτε τον όμορφο κόσμο μας.

• Στη φωτογραφία, για λήψη φωτογραφιών.

5) Ακτίνες UV:Το μήκος κύματος ποικίλλει από 400 nm έως 1 nm

Φως πέρα ​​από τις βιολετί, τις ακτίνες UV. Οι ορατές ακτίνες του ήλιου περνούν από την ατμόσφαιρα και φτάνουν στην επιφάνεια της γης. Αυτά μπορεί να είναι επιβλαβή για τον άνθρωπο, αλλά είναι απαραίτητα για τη μελέτη της υγείας της προστατευτικής ατμόσφαιρας του πλανήτη μας και μας δίνουν πολύτιμες πληροφορίες.

Χρησιμοποιεί:

• Χρησιμοποιείται για την καταστροφή βακτηρίων.

• Χρησιμοποιείται για τη συντήρηση τροφίμων.

• Χρησιμοποιείται στη χειρουργική επέμβαση lasik.

• Χρησιμοποιείται για να σκοτώνει τα μικρόβια σε έναν καθαριστή νερού.

6) Ακτίνες Χ:Το μήκος κύματος ποικίλλει από 1 nm έως 0,0001 nm

Πρόκειται για κύματα φωτός πολύ υψηλής ενέργειας. Τόσο μικρά που μερικά από αυτά δεν είναι καν μεγαλύτερα από πολλά μεμονωμένα άτομα. Επίσης, αυτές οι ακτίνες παίζουν ζωτικό ρόλο στον υπολογισμό της θερμοκρασίας του αντικειμένου.

Χρησιμοποιεί:

• Χρησιμοποιείται στη χειρουργική για την ανίχνευση καταγμάτων.

• Χρησιμοποιείται επίσης στην ανίχνευση μεταλλικών ρωγμών και βλαβών στη μηχανική.

• Χρησιμοποιείται στη περίθλαση ακτίνων Χ για την εύρεση της δομής ενός δεδομένου κρυστάλλου.

• Χρησιμοποιείται για την ανίχνευση ορισμένων αστρονομικών αντικειμένων.

7) Ακτίνες γάμμα:(εύρη μήκους κύματος <0,0001 nm)

Αυτές οι ακτίνες δημιουργούνται στη Γη από φυσική ραδιενεργή αποσύνθεση, από πυρηνικές εκρήξεις, ακόμη και από κεραυνούς κατά τη διάρκεια καταιγίδων.

Τα πιο ενεργητικά από όλα τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, αυτά τα κύματα μεταφέρουν αρκετή ενέργεια για να σκοτώσουν ζωντανά κύτταρα. Οι γιατροί είναι σε θέση να χρησιμοποιούν επιλεκτικά αυτές τις ακτινοβολίες για να καταστρέψουν τις καρκινικές αναπτύξεις. Τα μήκη κύματος είναι επίσης μικρότερα από όλα τα EM κύματα και έχουν περίπου το μέγεθος του πυρήνα του ατόμου.

Χρησιμοποιεί:

• Διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο στη θεραπεία του καρκίνου.

• Χρησιμοποιείται για την παραγωγή πυρηνικών αντιδράσεων.

• Παρέχετε επίσης πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τη δομή του ατομικού πυρήνα.

Συμπέρασμα

Έχουμε περάσει από όλα τα τμήματα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Μάθαμε τη σημασία του φάσματος ΗΜ στην καθημερινή μας ζωή και επίσης είδαμε πώς αυτές οι ακτινοβολίες είναι πολύ χρήσιμες στην ανίχνευση επερχόμενων καιρικών συνθηκών, νέων ανακαλύψεων στον γαλαξία και διευκόλυνε επίσης τους επιστήμονες να ανιχνεύσουν τις επερχόμενες ακτινοβολίες.

Η βασική διαφορά μεταξύ των διαφόρων τύπων ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων έγκειται στα μήκη κύματος των συχνοτήτων τους, καθώς όλα ταξιδεύουν στο κενό με την ίδια ταχύτητα. Κατά συνέπεια, τα Κύματα διαφέρουν σημαντικά στον τρόπο αλληλεπίδρασής τους με την ύλη.

Κύματα υπερύθρων με συχνότητες χαμηλότερες από αυτή του ορατού φωτός δονούνται όχι μόνο τα ηλεκτρόνια αλλά ολόκληρο το μόριο ή το άτομο μιας ουσίας, αυτή η δόνηση αυξάνει την εσωτερική ενέργεια και ως εκ τούτου τη θερμοκρασία της συγκεκριμένης ουσίας γι' αυτό , γιατί αυτά τα κύματα ονομάζονται κύματα καύσωνα. Το κέντρο ευαισθησίας των ματιών μας συμπίπτει με το κέντρο της κατανομής του μήκους κύματος του ήλιου, επειδή οι άνθρωποι έχουν εξελιχθεί με οράματα πιο ευαίσθητα στο ισχυρότερο μήκος κύματος από τον Ήλιο.

Αυτά τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι υπεύθυνα για πολλές επιστημονικές εξελίξεις που βλέπουμε σήμερα και αποτελούν σημαντικό μέρος της ζωής μας, καθώς έχουν πολλές πρακτικές επιπτώσεις.