Espectro electromagnético
El espectro electromagnético es la distribución de la energía de la radiación electromagnética de la fuente en términos de frecuencia , longitud de onda u otro parámetro similar [1] . En el caso general, cubre la totalidad de todos los rangos de frecuencia , pero dependiendo de la tarea, puede limitarse, por ejemplo, solo a la región visible . Muestra en qué medida la radiación ultravioleta, azul, verde y otros colores, el componente infrarrojo está representado en la señal en estudio.
Es una de las variedades de espectros físicos . Caracterizado por la densidad espectral . Posibles dimensiones: ( J / m 3 ) / Hz , (J / m 3 ) / m y otras, a menudo dadas en unidades relativas adimensionales. Se registra experimentalmente detectando la intensidad de la radiación en estrechos intervalos espectrales equidistantes extraídos de la señal (digamos, utilizando un monocromador ).
Longitud de onda - frecuencia - energía fotónica
La característica del espectro electromagnético, la densidad espectral de la energía de radiación , es la energía por intervalo pequeño en alguna variable y relacionada con el ancho de este intervalo. Como variable que determina la posición de los puntos del espectro, se puede
- longitud de onda ;
- frecuencia de oscilación (ver también el artículo Escala de frecuencia );
- energía fotónica ( cantidad de campo electromagnético ) ;
- [con menos frecuencia] número de onda , etc.
La energía de un fotón, según la mecánica cuántica , es proporcional a la frecuencia: donde h es la constante de Planck , E es la energía, es la frecuencia; en este contexto, los valores de energía suelen expresarse en electronvoltios . La longitud de una onda electromagnética en el vacío es inversamente proporcional a la frecuencia: , donde es la velocidad de la luz . Hablando de la longitud de las ondas electromagnéticas en un medio, suelen significar el valor equivalente de la longitud de onda en el vacío, que se diferencia por el índice de refracción , ya que la frecuencia de la onda se conserva durante la transición de un medio a otro , pero la longitud de onda cambios.
La dimensión del espectro está determinada por la elección de una variable: por ejemplo, si es una frecuencia entonces será (J/m 3 )/Hz, y si es la longitud de onda entonces (J/m 3 )/m. A veces, en lugar de la densidad de energía volumétrica, se considera la densidad de potencia superficial de la radiación electromagnética; entonces, las dimensiones, respectivamente, son (W / m 2 ) / Hz o (W / m 2 ) / m.
La escala de frecuencia (longitudes de onda, energías de los fotones) es continua, pero tradicionalmente se divide (ver más abajo) en varios rangos. Los rangos vecinos pueden superponerse ligeramente.
Rangos electromagnéticos básicos
radiación γ
Los rayos gamma tienen una energía superior a 124.000 eV y una longitud de onda inferior a 0,01 nm = 0,1 Å .
Fuentes: espacio , reacciones nucleares , decaimiento radiactivo , radiación sincrotrón .
La transparencia de una sustancia para los rayos gamma, a diferencia de la luz visible, no depende de la forma química y el estado de agregación de la sustancia, sino principalmente de la carga de los núcleos que la componen y de la energía de los rayos gamma. Por tanto, la capacidad de absorción de una capa de sustancia para cuantos gamma en primera aproximación se puede caracterizar por su densidad superficial (en g/cm²). Durante mucho tiempo se creyó que la creación de espejos y lentes para los rayos γ es imposible, sin embargo, según las últimas investigaciones en este campo, la refracción de los rayos γ es posible. Este descubrimiento probablemente signifique la creación de una nueva rama de la óptica: la óptica γ [2] [3] [4] [5] .
No existe un límite inferior definido para la radiación gamma, pero generalmente se cree que los cuantos gamma son emitidos por el núcleo y los cuantos de rayos X son emitidos por la capa de electrones del átomo (esto es solo una diferencia terminológica que no afecta el propiedades físicas de la radiación).
rayos X
- de 0,1 nm = 1 Å (12 400 eV) a 0,01 nm = 0,1 Å (124 000 eV) - radiación de rayos X duros . Fuentes: algunas reacciones nucleares , tubos de rayos catódicos .
- de 10 nm (124 eV) a 0,1 nm = 1 Å (12 400 eV) - rayos X blandos . Fuentes: tubos de rayos catódicos, radiación térmica de plasma.
Los cuantos de rayos X se emiten principalmente durante las transiciones de electrones en la capa de electrones de átomos pesados a órbitas bajas. Las vacantes en órbitas bajas generalmente se crean por impacto de electrones. Los rayos X así creados tienen un espectro de líneas con frecuencias características de un átomo dado (ver radiación característica ); esto permite, en particular, investigar la composición de sustancias ( análisis de fluorescencia de rayos X ). Los rayos X térmicos , de bremsstrahlung y de sincrotrón tienen un espectro continuo.
En los rayos X, se observa la difracción en las redes cristalinas, ya que las longitudes de onda de las ondas electromagnéticas en estas frecuencias están cerca de los períodos de las redes cristalinas. El método de análisis de difracción de rayos X se basa en esto .
Radiación ultravioleta
Rango: 400 nm (3,10 eV) a 10 nm (124 eV)
| Nombre | Abreviatura | Longitud de onda en nanómetros | La cantidad de energía por fotón |
|---|---|---|---|
| Cerca | VNU | 400 - 300 | 3,10 - 4,13 eV |
| Promedio | MUV | 300 - 200 | 4,13 - 6,20 eV |
| Más lejos | FUV | 200 - 122 | 6,20 - 10,2 eV |
| Extremo | UEV, XUV | 121 - 10 | 10,2 - 124 eV |
| Vacío | VUV | 200 - 10 | 6,20 - 124 eV |
| Ultravioleta A, longitud de onda larga, luz negra | UVA | 400 - 315 | 3,10 - 3,94 eV |
| Ultravioleta B (rango medio) | UVB | 315 - 280 | 3,94 - 4,43 eV |
| Ultravioleta C, onda corta, rango germicida | UVC | 280 - 100 | 4,43 - 12,4 eV |
Radiación óptica
La radiación del rango óptico ( luz visible y radiación infrarroja ) pasa libremente a través de la atmósfera, puede reflejarse y refractarse fácilmente en los sistemas ópticos. Fuentes: radiación térmica (incluido el Sol ), fluorescencia, reacciones químicas, LED.
Los colores de la radiación visible correspondientes a la radiación monocromática se denominan espectrales . El espectro y los colores espectrales se pueden ver cuando un haz estrecho de luz pasa a través de un prisma o algún otro medio refractivo. Tradicionalmente, el espectro visible se divide, a su vez, en gamas de colores:
| Color | Rango de longitud de onda, nm | Rango de frecuencia, THz | Rango de energía del fotón, eV |
|---|---|---|---|
| Violeta | 380-440 | 790-680 | 2.82-3.26 |
| Azul | 440-485 | 680-620 | 2.56-2.82 |
| Azul | 485-500 | 620-600 | 2.48-2.56 |
| Verde | 500-565 | 600-530 | 2.19-2.48 |
| Amarillo | 565-590 | 530-510 | 2.10—2.19 |
| Naranja | 590-625 | 510-480 | 1.98-2.10 |
| Rojo | 625-740 | 480-405 | 1,68-1,98 |
La radiación infrarroja cercana cubre el rango de 207 THz (0,857 eV) a 405 THz (1,68 eV). El límite superior está determinado por la capacidad del ojo humano para percibir el rojo, que varía de persona a persona. Por regla general, la transparencia en la radiación infrarroja cercana corresponde a la transparencia en la luz visible.
Infrarrojos
La radiación infrarroja se encuentra entre la luz visible y la radiación de terahercios. Rango: 2000 µm (150 GHz) a 740 nm (405 THz).
Radiación electromagnética de terahercios
La radiación de terahercios (submilimétricos) se ubica entre la radiación infrarroja y las microondas, en el rango de 1 mm (300 GHz) a 0,1 mm (3 THz).
Radiación de THz: no ionizante , pasa fácilmente a través de la mayoría de los dieléctricos, pero los materiales conductores y algunos dieléctricos la absorben fuertemente. Por ejemplo, la madera, el plástico, la cerámica son transparentes para él, pero el metal y el agua no lo son.
Microondas electromagnéticas y ondas de radio
Para las ondas electromagnéticas con una frecuencia inferior a 300 GHz, existen fuentes suficientemente monocromáticas cuya radiación es adecuada para la modulación de amplitud y frecuencia . Por ello, la distribución de frecuencias en esta zona siempre tiene en cuenta los problemas de transmisión de la señal .
- de 30 GHz a 300 GHz - microondas .
- de 3 GHz a 30 GHz - ondas centimétricas (SHF) .
- de 300 MHz a 3 GHz - ondas decimétricas .
- ondas de 30 MHz a 300 MHz- metro .
- de 3 MHz a 30 MHz - ondas cortas .
- de 300 kHz a 3 MHz - ondas medias .
- de 30 kHz a 300 kHz - ondas largas .
- de 3 kHz a 30 kHz - ondas extralargas (miriámetro) .
- de 3 kHz - ondas electromagnéticas del rango acústico .
A diferencia del rango óptico, el estudio del espectro en el rango de radio no se realiza mediante separación física de ondas, sino mediante métodos de procesamiento de señales .
Véase también
Notas
- ↑ Espectro electromagnético . Enciclopedia Britannica . Recuperado: 26 de diciembre de 2019.
- ↑ Se muestra la posibilidad de crear lentes para radiación gamma - Ciencia y Tecnología - Física - Compulent (enlace inaccesible) . Fecha de acceso: 13 de febrero de 2013. Archivado desde el original el 15 de junio de 2012.
- ↑ Vesti.Ru: Los físicos han creado una lente "imposible" para los rayos gamma (enlace inaccesible) . Consultado el 13 de febrero de 2013. Archivado desde el original el 21 de febrero de 2013.
- ↑ El 'prisma' de silicio desvía los rayos gamma - physicsworld.com (enlace no disponible) . Consultado el 13 de febrero de 2013. Archivado desde el original el 12 de mayo de 2013.
- ↑ ILL :: Neutrones para la ciencia: Óptica de rayos gamma: una herramienta viable para una nueva rama del descubrimiento científico. 02/05/2012 (enlace inaccesible) . Fecha de acceso: 13 de febrero de 2013. Archivado desde el original el 11 de septiembre de 2013.
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