電磁波譜

電磁波譜

在空間傳播著的交變電磁場,即電磁波。它在真空中的傳播速度約為每秒30萬公裏。電磁波包括的範圍很廣。實驗證明,無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線、r射線都是電磁波。光波的頻率比無線電波的頻率要高很多,光波的波長比無線電波的波長短很多;而X射線和γ射線的頻率則更高,波長則更短。為了對各種電磁波有個全面的了解,人們按照波長或頻率、波數、能量的順序把這些電磁波排列起來,這就是電磁波譜

  • 中文名稱
    電磁波譜
  • 外文名稱
    Electromagnetic Spectrum
  • 分類標準
    波長的長短以及波源的不同
  • 分類
    無線電波、微波、紅外線等
  • 劃分標準
    各種電磁波產生的方式
  • 劃分方式
    高頻區、長波區、中間區

分類

依照波長的長短以及波源的不同,電磁波譜可大致分為:

詳細

無線電波

波長從3000米到10^-3米,一般的電視和無線電廣播、手機等的波段就是用這種波;

微波

波長從1米到0.1釐米,這些波多用在雷達或其它通訊系統;

電磁波譜矢量圖電磁波譜矢量圖

紅外線

波長從10^-3米到7.8×10^-7米;紅外線的熱效應特別顯著;

可見光

這是人們所能感光的極狹窄的一個波段。可見光的波長範圍很窄,大約在7600 ~4000埃(在光譜學中常採用埃作長度單位來表示波長,1埃=10^-10米)。從可見光向兩邊擴展,波長比它長的稱為紅外線,波長大約從7600直到十分之幾毫米。光是原子或分子內的電子運動狀態改變時所發出的電磁波。由于它是我們能夠直接感受而察覺的電磁波極少的那一部分,波長從(7.8~3.8)×10^-7米。

紫外線

波長比可見光短的稱為紫外線,它的波長從(380~10)×10^-9米,它有顯著的化學效應和熒光效應。這種波產生的原因和光波類似,常常在放電時發出。由于它的能量和一般化學反應所牽涉的能量大小相當,因此紫外光的化學效應最強;

紅外線和紫外線都是人類看不見的,隻能利用特殊的儀器來探測。無論是可見光、紅外線或紫外線,它們都是由原子或分子等微觀客體激發的。一方面由于超短波無線電技術的發展,無線電波的範圍不斷朝波長更短的方向發展;另一方面由于紅外技術的發展,紅外線的範圍不斷朝長波長的方向擴展。日前超短波和紅外線的分界已不存在,其範圍有一定的重疊;

倫琴射線

這部分電磁波譜,波長從(10~0.01)×10^-9米。倫琴射線(X射線)是電原子的內層電子由一個能態跳至另一個能態時或電子在原子核電場內減速時所發出的;X射線,它是由原子中的內層電子發射的。隨著X射線技術的發展,它的波長範圍也不斷朝著兩個方向擴展。在長波段已與紫外線有所重疊,短波段已進入γ射線領域。放射性輻射γ射線的波長是認1左右直到無窮短的波長;

γ射線(伽馬射線)

是波長從10^-10~10^-14米的電磁波。這種不可見的電磁波是從原子核內發出來的,放射性物質或原子核反應中常有這種輻射伴隨著發出。γ射線的穿透力很強,對生物的破壞力很大。

由于輻射強度隨頻率的減小而急劇下降,因此波長為幾百千米的低頻電磁波強度很弱,通常不為人們註意。實際中用的無線電波是從波長約幾千米(頻率為幾百千赫)開始。波長3000米~50米(頻率100千赫~6兆赫)的屬于中波段;波長50米~10米(頻率6兆赫~30兆赫)的為短波;波長10米~1釐米(頻率30兆赫~3萬兆赫)甚至達到1毫米(頻率為3×10^5兆赫)以下的為超短波(或微波)。有時按照波長的數量級大小也常出現米波,分米波,釐米波,毫米波等名稱。中波和短波用于無線電廣播和通信,微波用于電視和無線電定位技術(雷達)。電磁波譜中上述各波段主要是按照得到和探測它們的方式不同來劃分的。隨著科學技術的發展,各波段都已沖破界限與其他相鄰波段重疊起來。在電磁波譜中除了波長極短(10^-4埃~10^-5埃以下)的一端外,不再留有任何未知的空白了。

電磁波譜電磁波譜

劃分方式

按照各種電磁波產生的方式,可將其劃分成三個組成部分:

高頻區(高頻輻射區)

其中包括x射線,Y射線和宇宙射線。他們是利用帶電粒子轟擊某些物質而產生的。這些輻射的特點是他們的量子能量高,當他們與物質相互作用中,波動性弱而粒子性強。

長波區(低能輻射區)

其中包括長電振蕩、無線電波和微波等最低頻率的輻射。它們由電子束管 配合電容、電感的共振結構來產生和接收的,也就是能量在電容和電感之間振蕩而形成。它們與物質間的相互作用更多地表現為波動性。

中間區(中能輻射區)

其中包括紅外輻射、可見光和紫外輻射。這部分輻射產生于原子和分子的運動,在紅外區輻射主要產生于分子的轉動和振動;而在可見與紫外區輻射主要產生于電子在原子場中的躍遷。這部分輻射統稱為光輻射,這些輻射在與物質的相互作用中 ,顯示出波動和粒子雙重性。

產生機理

不同的電磁波產生的機理和產生方式不同。無線電波是可以人工製造的,是振蕩電路中自由電子的周期性的運動產生的。紅外線、可見光、紫外線;倫琴射線;γ射線分別是原子的外層電子、內層電子和原子核受激發後產生的。

寬頻電磁波譜治療器寬頻電磁波譜治療器

在電磁波譜中各種電磁波由于頻率或波長不同而表現出不同的特徵,如波長較長的無線電波很容易表現出幹涉、衍射等現象,但對波長越來越短的可見光、紫外線、倫琴射線、γ射線要觀察到它們的幹涉衍射現象就越來越困難。但是從電磁波譜中看到各種電磁波的範圍已經銜接起來,並且發生了交錯,因此它們本質上相同,服從共同的規律。

電磁波譜在英文中被稱為:Electromagnetic Spectrum

電磁波的能量

電磁波是由光子組成的,宇宙深處的星體發射的電磁波含有大量光子,光子在傳遞過程中由于分散,距離星體越遠,單位時間內單位面積上獲得的光子數越少,表現為電磁波的能量的衰減。而電磁波頻率的改變數很小。

自然界中各類輻射源的電磁波譜是相當豐富、相當寬闊的,與光電子成像技術直接有關的是其中的X線,紫外線,可見光線,紅外線和微波等電磁波譜,它們的特征參量是波長λ、頻率v和光子能量E。三者的關系是v=c/λ,E=hv=hc/λ和E=1.24/λ,式中,E和λ的單位分別是eV(電子伏)和μm,h為普朗克常數(6.6260755X10^(-34)J·S);c為光速,其真空中的近似值等于3X10 m/s,在工程實踐中,根據不同的需要和習慣,採用不同的頻譜參量計量單位。

對x線,紫外線,可見光和紅外線,常用μm、nm表示波長;對無線電頻譜,用Hz或m來分別表示其頻率和波長;對高能粒子輻射,常用eV表示能量。

由物理學可知,"輻射"的本質是原子中電子的能級躍遷並交換能量的結果,低能級電子受到某種外界能量激發,可躍遷至高能級,當這些處于不穩定狀態的受激電子落入較低能級時,就會以輻射的形式,向外傳播能量。上述E=1.24/λ,正好將輻射的波長λ與其能量E聯系起來。例如,E高-E低=1.24eV時,輻射的波長λ=1μm。

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