- Bands
- Radio golven
- Magnetron
- Infrarood
- Zichtbaar
- Ultraviolet
- röntgenstralen
- Gamma stralen
- Toepassingen
- Referenties
Het elektromagnetische spectrum bestaat uit de geordende rangschikking van alle golflengten van elektromagnetische golven, die elke positieve waarde aannemen, zonder enige beperking. Het is onderverdeeld in 7 secties, inclusief zichtbaar licht.
We zijn bekend met de frequenties van zichtbaar licht als we de regenboog zien, waarbij elke kleur overeenkomt met een andere golflengte: rood is de langste en violet de kortste.
Elektromagnetisch spectrum. Merk op dat de frequentie (en daarmee de energie) in dit schema van links naar rechts toeneemt. André Oliva / Openbaar domein
Het zichtbare lichtbereik beslaat slechts een zeer kort deel van het spectrum. De andere gebieden, die we niet kunnen zien, zijn radiogolven, microgolven, infrarood, ultraviolet, röntgenstraling en gammastraling.
De streken werden niet tegelijkertijd ontdekt, maar op verschillende tijdstippen. Zo werd het bestaan van radiogolven in 1867 voorspeld door James Clerk Maxwell en jaren later, in 1887, produceerde Heinrich Hertz ze voor het eerst in zijn laboratorium, daarom worden ze Hertz-golven genoemd.
Ze zijn allemaal in staat om met materie om te gaan, maar op verschillende manieren, afhankelijk van de energie die ze dragen. Aan de andere kant zijn de verschillende gebieden van het elektromagnetische spectrum niet scherp gedefinieerd, omdat de grenzen in feite vaag zijn.
Bands
Banden van het elektromagnetische spectrum. Tatoute en Phrood / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)
De grenzen tussen de verschillende regio's van het elektromagnetische spectrum zijn nogal vaag. Dit zijn geen natuurlijke verdelingen, in feite is het spectrum een continuüm.
De scheiding in banden of zones dient echter om het spectrum gemakkelijk te karakteriseren op basis van zijn eigenschappen. We beginnen onze beschrijving met radiogolven waarvan de golflengten langer zijn.
Radio golven
De laagste frequenties een bereik rond 10 4 Hz, wat op zijn beurt overeenkomen met de langste golflengte, typisch de afmeting van een gebouw. AM-, FM- en de burgerbandradio gebruiken golven in dit bereik, evenals VHF- en UHF-televisie-uitzendingen.
Voor communicatiedoeleinden werden radiogolven voor het eerst gebruikt rond 1890, toen Guglielmo Marconi de radio uitvond.
Omdat de frequentie van radiogolven lager is, hebben ze geen ioniserende effecten op materie. Dit betekent dat radiogolven niet genoeg energie hebben om elektronen uit moleculen te werpen, maar ze verhogen de temperatuur van objecten door de vibratie van de moleculen te verhogen.
Magnetron
De golflengte van microgolven is in de orde van centimeters en ze werden ook voor het eerst gedetecteerd door Heinrich Hertz.
Ze hebben genoeg energie om voedsel op te warmen, dat in meer of mindere mate water bevat. Water is een polair molecuul, wat betekent dat, hoewel het elektrisch neutraal is, de negatieve en positieve ladingen enigszins gescheiden zijn en een elektrische dipool vormen.
Wanneer microgolven, die elektromagnetische velden zijn, een dipool raken, produceren ze koppels waardoor ze draaien om ze uit te lijnen met het veld. De beweging vertaalt zich in energie die zich door het voedsel verspreidt en het verwarmt.
Infrarood
Dit deel van het elektromagnetische spectrum is ontdekt door William Herschel in het begin van de 19e eeuw en heeft een lagere frequentie dan zichtbaar licht, maar hoger dan microgolven.
De golflengte van het infraroodspectrum (onder rood) is vergelijkbaar met de punt van een naald, daarom is het een meer energetische straling dan microgolven.
Een groot deel van de zonnestraling komt op deze frequenties. Elk object zendt een bepaalde hoeveelheid infraroodstraling uit, vooral als het heet is, zoals keukenbranders en warmbloedige dieren. Het is onzichtbaar voor mensen, maar sommige roofdieren onderscheiden de infraroodemissie van hun prooi, waardoor ze een voordeel hebben bij de jacht.
Zichtbaar
Het is het deel van het spectrum dat we met onze ogen kunnen detecteren, tussen de 400 en 700 nanometer (1 nanometer, afgekort nm is 1 × 10-9 m) golflengte.
Wit licht bevat een mengsel van alle golflengten, die we afzonderlijk kunnen zien als we door een prisma gaan. Regendruppels in wolken gedragen zich soms als prisma's, zodat we de kleuren van de regenboog kunnen zien.
De kleuren van de regenboog vertegenwoordigen verschillende golflengten van zichtbaar licht. Bron: Pixabay.
De golflengten van de kleuren die we zien, in nanometers, zijn:
-Rood: 700-620
-Oranje: 620-600
-Geel: 600-580
-Groen: 580-490
-Blauw: 490-450
-Violet: 450-400
Ultraviolet
Het is een meer energetisch gebied dan zichtbaar licht, met golflengten voorbij violet, dat wil zeggen groter dan 450 nm.
We kunnen het niet zien, maar de straling die van de zon komt is zeer overvloedig. En omdat het een hogere energie heeft dan het zichtbare deel, heeft deze straling veel meer interactie met materie, waardoor schade aan veel moleculen van biologisch belang wordt veroorzaakt.
Ultraviolette stralen werden kort na infraroodstralen ontdekt, hoewel ze aanvankelijk "chemische stralen" werden genoemd, omdat ze reageren met stoffen zoals zilverchloride.
röntgenstralen
Ze werden ontdekt door Wilhelm Roentgen in 1895 tijdens het experimenteren met versnellende elektronen (kathodestralen) gericht op een doelwit. Omdat hij niet kon uitleggen waar ze vandaan kwamen, noemde hij ze röntgenfoto's.
Het is een zeer energetische straling met een golflengte vergelijkbaar met de grootte van het atoom, die door ondoorzichtige lichamen kan gaan en beelden kan produceren zoals in röntgenstraling.
Röntgenfoto's worden gemaakt met behulp van röntgenfoto's: Bron: Pixabay.
Omdat ze meer energie hebben, kunnen ze een interactie aangaan met materie door elektronen uit moleculen te extraheren, vandaar dat ze bekend staan onder de naam ioniserende straling.
Gamma stralen
Dit is de meest energetische straling van allemaal, met golflengten in de orde van een atoomkern. Het komt vaak voor in de natuur, omdat het wordt uitgezonden door radioactieve elementen terwijl ze vervallen tot stabielere kernen.
In het universum zijn er bronnen van gammastraling in supernova-explosies, evenals mysterieuze objecten waaronder pulsars, zwarte gaten en neutronensterren.
De atmosfeer van de aarde beschermt de planeet tegen deze sterk ioniserende stralingen die uit het universum komen, en vanwege hun hoge energie hebben ze een schadelijk effect op biologisch weefsel.
Toepassingen
- Radiogolven of radiofrequenties worden gebruikt in telecommunicatie, omdat ze in staat zijn om informatie te transporteren. Ook voor therapeutische doeleinden om weefsels te verwarmen en de huidtextuur te verbeteren.
-Om magnetische resonantiebeelden te verkrijgen, zijn ook radiofrequenties vereist. In de astronomie gebruiken radiotelescopen ze om de structuur van hemellichamen te bestuderen.
-Mobiele telefoons en satelliettelevisie zijn twee toepassingen van microgolven. Radar is een andere belangrijke toepassing. Bovendien is het hele universum ondergedompeld in een achtergrond van microgolfstraling, afkomstig van de oerknal, hetgeen de detectie van genoemde achtergrondstraling het beste bewijs ten gunste van deze theorie is.
De radar zendt een puls uit naar een object, die de energie in alle richtingen verspreidt, maar een deel ervan wordt gereflecteerd en geeft informatie over de locatie van het object. Bron: Wikimedia Commons.
-Zichtbaar licht is nodig omdat het ons in staat stelt om effectief met onze omgeving om te gaan.
-Röntgenstralen hebben meerdere toepassingen als diagnostisch hulpmiddel in de geneeskunde en ook op het niveau van de materiaalkunde om de eigenschappen van veel stoffen te bepalen.
-Gamma-straling uit verschillende bronnen wordt gebruikt voor de behandeling van kanker en om voedsel te steriliseren.
Referenties
- Giambattista, A. 2010. Physics. Tweede druk. McGraw Hill.
- Giancoli, D. 2006. Fysica: principes met toepassingen. 6e. Ed Prentice Hall.
- Rex, A. 2011. Fundamentals of Physics. Pearson.
- Serway, R. 2019. Physics for Science and Engineering. 10e. Editie. Deel 2. Cengage.
- Shipman, J. 2009. An Introduction to Physical Science. Twaalfde editie. Brooks / Cole, Cengage Editions.