Spektrum elektromagnetik

Spektrum elektromagnetik Yang saya akan bahasa tuntas mengenai Spektrum elektromagnetik, Setelah sebelumnya saya membahas Menjadi Teknisi Komputer Yang Terampil

Spektrum elektromagnetik adalah rentang dari semua frekuensi yang mungkin dari radiasi elektromagnetik .

Spektrum elektromagnetik

The "spektrum elektromagnetik" dari suatu objek adalah distribusi karakteristik dari radiasi elektromagnetik yang dipancarkan atau diserap oleh benda tertentu.

Spektrum elektromagnetik memanjang dari frekuensi rendah digunakan untuk, radio komunikasi untuk radiasi gamma di pendekpanjang gelombang akhir (frekuensi tinggi), sehingga meliputi panjang gelombang dari ribuan kilometer ke sebuah fraksi dari ukuran sebuah atom . Adalah untuk alasan ini bahwa spektrum elektromagnetik sangat dipelajari untuk tujuan spektroskopi untuk menandai materi.Batas untuk panjang gelombang panjang adalah ukuran dari alam semesta itu sendiri, sementara ia berpikir bahwa batas panjang gelombang pendek adalah di sekitar Planck panjang, meskipun pada prinsipnya spektrum adalah tak terbatas dan terus menerus .

Sejarah Spektrum elektromagnetik Untuk sebagian besar dari sejarah, cahaya adalah bagian hanya dikenal dari spektrum elektromagnetik. The Yunani kuno diakui bahwa cahaya perjalanan di garis lurus dan mempelajari beberapa sifat-sifat itu, termasuk refleksi dan refraksi . Selama bertahun-tahun studi tentang cahaya terus dan selama abad 16 dan 17 ada teori yang saling bertentangan yang dianggap baik sebagai gelombang cahaya atau partikel. Ini pertama kali terkait dengan elektromagnetisme pada tahun 1845 ketika Michael Faraday melihat bahwa cahaya merespon medan magnet. Penemuan pertama dari gelombang elektromagnetik selain cahaya datang pada tahun 1800, ketika William Herschelmenemukan cahaya inframerah. Dia mempelajari suhu warna yang berbeda dengan memindahkan termometer melalui cahaya dipisahkan oleh sebuah prisma. Dia menyadari bahwa suhu terpanas di luar merah. Dia berteori bahwa ada 'cahaya' bahwa Anda tidak bisa melihat.Tahun berikutnya, Johann Ritter bekerja di ujung lain dari spektrum dan menyadari bahwa ada 'sinar kimia' yang berperilaku mirip, tetapi berada di luar, sinar cahaya ungu terlihat. Mereka kemudian berganti nama menjadi radiasi ultraviolet. Selama 1860-an James Maxwellsedang belajar medan elektromagnetik dan menyadari bahwa mereka melakukan perjalanan di sekitar kecepatan cahaya. Ia mengembangkan empat diferensial parsial persamaan untuk menjelaskan korelasi ini. Persamaan ini diprediksi banyak frekuensi gelombang elektromagnetik perjalanan pada kecepatan cahaya. Mencoba untuk membuktikan persamaan atau teori Maxwell, pada tahun 1886 Heinrich Hertz dibangun suatu alat untuk menghasilkan dan mendeteksi gelombang radio. Dia mampu untuk mengamati bahwa mereka melakukan perjalanan dengan kecepatan cahaya dan bisa menjadi baik dipantulkan dan dibiaskan. Dalam sebuah percobaan kemudian ia juga diproduksi dan diukur gelombang mikro. Gelombang ini baru membuka jalan bagi penemuan seperti telegraf nirkabel dan radio . Pada tahun 1895 Wilhelm Röntgen melihat jenis baru radiasi yang dipancarkan selama percobaan. Dia menyebut x-ray dan menemukan mereka mampu melakukan perjalanan melalui bagian-bagian tubuh manusia tetapi tercermin oleh materi padat seperti tulang. Sebelum banyak kegunaan lama ditemukan untuk mereka di bidang kedokteran . Bagian terakhir dari spektrum elektromagnetik yang diisi dengan penemuansinar gamma . Pada tahun 1900 Paul Villard sedang belajar radioaktivitas. Dia pertama kali mengira mereka mirip dengan partikel alpha dan partikel beta. Namun, pada tahun 1910 Ernest Rutherford diukur panjang gelombang mereka dan menemukan bahwa mereka adalah gelombang elektromagnetik.

Rentang Spektrum

Gelombang elektromagnetik biasanya dijelaskan oleh salah satu dari tiga sifat berikut fisik: frekuensi f, panjang gelombang λ , atau foton energi e. Frekuensi berkisar dari 2,4 × 10 ²³ Hz (1 GeV sinar gamma) ke lokal frekuensi plasma dari medium antarbintang terionisasi (~ 1 kHz). Panjang gelombang berbanding terbalik dengan frekuensi gelombang, ^[2] sehingga sinar gamma memiliki panjang gelombang yang sangat pendek yang pecahan dari ukuran atom , sedangkan panjang gelombang dapat selama alam semesta. Energi foton berbanding lurus dengan frekuensi gelombang, sehingga sinar gamma memiliki energi tertinggi (sekitar satu miliar volt elektron ) dan gelombang radio memiliki energi yang sangat rendah (sekitar Femto elektron volt). Hubungan ini digambarkan oleh persamaan berikut:

 persamaan spektrum elektromagnetik

dimana:

• c = 299.792.458 m / s adalah kecepatan cahaya dalam vakum dan
• h = 6,626 0 68 9 6 (33) × 10 ^-34 J s = 4,135 6 67 3 3 ​​(10) × 10 ^-15 eV s adalah konstanta Planck.

Setiap kali gelombang elektromagnetik ada dalam media dengan materi , panjang gelombang mereka menurun. Panjang gelombang radiasi elektromagnetik, tidak peduli apa yang sedang mereka bepergian melalui, biasanya dikutip dalam hal panjang gelombang vakum, meskipun hal ini tidak selalu dinyatakan secara eksplisit.

Umumnya, radiasi EM diklasifikasikan oleh panjang gelombang ke gelombang radio , microwave , Terahertz (atau sub-milimeter) radiasi, inframerah , maka daerah tampak kita lihat sebagai cahaya,ultraviolet , sinar-X dan sinar gamma . Perilaku radiasi EM tergantung pada panjang gelombang. Ketika radiasi EM berinteraksi dengan atom dan molekul tunggal, perilakunya juga tergantung pada jumlah energi per kuantum (foton) yang dibawanya.

Spektroskopi dapat mendeteksi sebuah wilayah yang lebih luas dari spektrum EM dari kisaran terlihat dari 400 nm sampai 700 nm. Sebuah spektroskop laboratorium umum dapat mendeteksi panjang gelombang dari 2 nm sampai 2500 nm. Informasi rinci tentang sifat fisik dari objek, gas, atau bahkan bintang dapat diperoleh dari jenis perangkat. Spectroscopes banyak digunakan dalam astrofisika .Sebagai contoh, banyak hidrogen atom memancarkan satu gelombang radio foton yang memiliki panjang gelombang 21,12 cm. Juga, frekuensi 30 Hz dan di bawah dapat diproduksi oleh dan penting dalam studi nebula bintang tertentu ^[8] dan frekuensi setinggi 2,9 10 ²⁷ Hz telah terdeteksi dari sumber astrofisika.

Alasan

Radiasi elektromagnetik berinteraksi dengan materi dengan cara yang berbeda di berbagai bagian dari spektrum. Jenis interaksi dapat begitu berbeda yang tampaknya dibenarkan untuk merujuk kepada berbagai jenis radiasi. Pada saat yang sama, ada sebuah kontinum yang berisi semua "jenis" dari radiasi elektromagnetik. Jadi kita lihat spektrum, tetapi membaginya berdasarkan interaksi yang berbeda dengan materi.

Daerah spektrum	Utama interaksi dengan materi
Radio	Kolektif osilasi dari pembawa muatan dalam bahan massal ( plasma osilasi ). Sebuah contoh akan osilasi elektron dalam sebuah antena .
Microwave melalui jauhinframerah	Plasma osilasi, rotasi molekul
Dekat inframerah	Molekul getaran, plasma osilasi (dalam logam saja)
Terlihat	Elektron molekul eksitasi (termasuk molekul pigmen yang ditemukan dalam retina manusia), plasma osilasi (dalam logam saja)
Ultraviolet	Eksitasi elektron valensi molekul dan atom, termasuk pengusiran elektron ( efek fotolistrik )
Sinar-X	Eksitasi dan ejeksi elektron atom inti, hamburan Compton (untuk nomor atom rendah)
Sinar gamma	Energik ejeksi elektron inti dalam unsur-unsur berat, Compton hamburan (untuk semua nomor atom), eksitasi dari inti atom, termasuk pemisahan inti
Energi tinggi sinar gamma	Penciptaan partikel-antipartikel pasang . Pada energi yang sangat tinggi sebuah foton tunggal dapat membuat mandi energi tinggi partikel dan antipartikel pada interaksi dengan materi.

Jenis Radiasi

Radiasi gammaJenis-jenis radiasi elektromagnetik secara luas diklasifikasikan ke dalam kelas berikut:

Spektrum elektromagnetik

1. Radiasi sinar-X
2. Ultraviolet radiasi
3. Terlihat radiasi
4. Inframerah radiasi
5. Microwave radiasi
6. Gelombang radio

Klasifikasi ini masuk dalam urutan meningkatnya panjang gelombang, yang merupakan karakteristik dari jenis radiasi. Sementara, secara umum, skema klasifikasi akurat, dalam kenyataannya sering ada beberapa tumpang tindih antara jenis tetangga energi elektromagnetik.Sebagai contoh, gelombang radio SLF pada 60 Hz dapat diterima dan dipelajari oleh para astronom, atau mungkin selama survei dilakukan di sepanjang kabel sebagai tenaga listrik, meskipun yang terakhir adalah, dalam arti sempit, tidak radiasi elektromagnetik sama sekali (lihatlapangan dekat dan jauh ) ini perbedaan antara sinar-X dan sinar gamma didasarkan pada sumber-sumber^: sinar gamma adalah foton yang dihasilkan dari peluruhan nuklir atau proses nuklir dan subnuclear / partikel lain, sedangkan sinar-X dihasilkan oleh elektronik transisi yang sangat energik elektron atom dalam . Secara umum, transisi nuklir jauh lebih energik dari transisi elektronik, sehingga gamma-ray lebih energik dari X-ray, tapi ada beberapa yang tidak. Dengan analogi untuk transisi elektronik, atom muonic transisi juga mengatakan untuk menghasilkan sinar-X, meskipun energi mereka dapat melebihi 6 megaelectronvolts (0,96 PJ), sedangkan ada banyak (77 diketahui kurang dari 10 keV (1,6 FJ )) rendah energi transisi nuklir (misalnya, 7,6 eV (1,22 AJ) transisi nuklir thorium -229), dan, meskipun satu juta kali lipat kurang energik dari beberapa muonic sinar-X, foton dipancarkan masih disebut sinar gamma karena asal nuklir mereka.

Juga, wilayah spektrum dari radiasi elektromagnetik tertentu adalah kerangka acuan yang bergantung (pada account dari pergeseran Doppleruntuk cahaya), sehingga radiasi EM yang seorang pengamat akan mengatakan dalam satu daerah spektrum bisa tampil untuk seorang pengamat bergerak dengan sebagian besar dari kecepatan cahaya sehubungan dengan yang pertama berada di bagian lain dari spektrum.Sebagai contoh, mempertimbangkan latar belakang gelombang mikro kosmik . Ini diproduksi, ketika materi dan radiasi dipisahkan, oleh de-eksitasi atom hidrogen pada keadaan dasar. Foton ini berasal dari Lyman seri transisi, menempatkan mereka dalam ultraviolet (UV) bagian dari spektrum elektromagnetik. Sekarang radiasi ini telah mengalami cukup kosmologis pergeseran merah untuk memasukkannya ke dalam wilayah microwave spektrum untuk pengamat bergerak perlahan (dibandingkan dengan kecepatan cahaya) terhadap kosmos. Namun, untuk partikel yang bergerak mendekati kecepatan cahaya, radiasi ini akan menjadi biru bergeser dalam bingkai istirahat mereka. Tertinggi energi proton sinar kosmik bergerak seperti itu, dalam bingkai istirahat mereka, radiasi ini blueshifted untuk energi tinggi sinar gamma, yang berinteraksi dengan proton untuk menghasilkan terikat quark-antiquark pasang ( pion ). Ini adalah sumber dari batas GZK .

Frekuensi radio

Artikel utama: Radio frekuensi , spektrum radio , dan gelombang radio

Radio gelombang umumnya dimanfaatkan oleh antena dengan ukuran yang sesuai (menurut prinsip resonansi ), dengan panjang gelombang berkisar dari ratusan meter menjadi sekitar satu milimeter.Mereka digunakan untuk transmisi data, melalui modulasi . televisi , ponsel , jaringan nirkabel , dan radio amatir gelombang radio digunakan semua. Penggunaan spektrum radio diatur oleh banyak pemerintah melalui alokasi frekuensi .

Gelombang radio dapat dibuat untuk membawa informasi dengan memvariasikan kombinasi amplitude, frekuensi, dan fase dari gelombang dalam pita frekuensi. Ketika radiasi EM impinges pada sebuah konduktor , maka pasangan untuk konduktor, perjalanan sepanjang itu, dan menginduksi arus listrik pada permukaan konduktor bahwa dengan menarik elektron dari bahan melakukan. Efek ini ( efek kulit ) digunakan dalam antena.

Gelombang mikro

Plot transmitansi atmosfer bumi (atau opacity)
untuk berbagai panjang gelombang radiasi elektromagnetik.

Artikel utama: Gelombang mikro Para frekuensi super tinggi ( SHF ) dan frekuensi sangat tinggi ( EHF ) dari gelombang mikro datang setelah gelombang radio.Gelombang mikro adalah gelombang yang biasanya cukup pendek untuk menggunakan logam berbentuk tabung waveguides diameter yang wajar. Energi gelombang mikro dihasilkan dengan klystron dan magnetron tabung, dan dengan solid state dioda seperti Gunn danIMPATT perangkat. Gelombang mikro diserap oleh molekul yang memiliki momen dipol dalam cairan. Dalam sebuah microwave oven , efek ini digunakan untuk memanaskan makanan. Intensitas rendah radiasi gelombang mikro digunakan dalam Wi-Fi , meskipun ini adalah pada tingkat intensitas tidak dapat menyebabkan pemanasan termal.

Pemanasan volumetrik, seperti yang digunakan oleh oven microwave , transfer energi melalui materi elektromagnetik, bukan sebagai fluks panas termal. Keuntungan dari ini adalah pemanasan yang lebih seragam dan waktu pemanasan dikurangi; microwave dapat memanaskan material dalam kurang dari 1% dari waktu metode pemanasan konvensional.

Bila aktif, microwave oven rata cukup kuat untuk menyebabkan gangguan pada jarak dekat dengan medan elektromagnetik yang buruk terlindung seperti yang ditemukan pada perangkat medis mobile dan elektronik konsumen murah.

Terahertz radiasi

Artikel utama: radiasi Terahertz

Radiasi Terahertz adalah wilayah spektrum antara inframerah jauh dan gelombang mikro. Sampai saat ini, rentang jarang dipelajari dan beberapa sumber ada untuk energi gelombang mikro pada akhir yang tinggi dari band (sub-milimeter gelombang atau yang disebut gelombang Terahertz ), tapi aplikasi seperti pencitraan dan komunikasi sekarang muncul. Para ilmuwan juga mencari untuk menerapkan teknologi Terahertz di angkatan bersenjata, di mana frekuensi tinggi gelombang mungkin diarahkan pada pasukan musuh untuk melumpuhkan peralatan elektronik mereka.

Inframerah radiasi

Artikel utama: Radiasi inframerah

Para inframerah bagian dari spektrum elektromagnetik mencakup rentang dari sekitar 300 GHz (1 mm) hingga 400 THz (750 nm). Hal ini dapat dibagi menjadi tiga bagian:

• Inframerah-jauh, dari 300 GHz (1 mm) sampai 30 THz (10 pM). Bagian bawah kisaran ini juga dapat disebut microwave. Radiasi ini biasanya diserap oleh apa yang disebut mode rotasi dalam fase gas molekul, dengan gerakan molekul dalam cairan, dan dengan fonon dalam padatan. Air di atmosfer bumi menyerap begitu kuat dalam kisaran ini yang mampu membuat suasana di efek buram.Namun, ada rentang panjang gelombang tertentu ("jendela") dalam rentang buram yang memungkinkan transmisi parsial, dan dapat digunakan untuk astronomi. Kisaran panjang gelombang dari sekitar 200 pM sampai beberapa mm sering disebut sebagai "sub-milimeter" dalam astronomi , sisakan jauh inframerah untuk panjang gelombang di bawah 200 pM.
• Mid-inframerah, 30-120 THz (10-2,5 pM). Benda panas ( hitam-tubuh radiator) dapat memancarkan sangat dalam rentang ini. Hal ini diserap oleh getaran molekul, dimana atom yang berbeda dalam suatu molekul bergetar sekitar posisi keseimbangan mereka. Rentang ini kadang-kadang disebut sebagai daerah sidik jari, sejak pertengahan inframerah penyerapan spektrum senyawa adalah sangat spesifik untuk senyawa itu.
• Dekat-inframerah, 120-400 THz (2.500 menjadi 750 nm). Proses fisik yang relevan untuk kisaran ini sama dengan yang untuk cahaya tampak.

Terlihat radiasi (cahaya)

Artikel utama: spektrum Terlihat

Di atas inframerah pada frekuensi datang cahaya tampak . Ini adalah rentang di mana matahari dan bintang memancarkan sebagian besar radiasi mereka dan spektrum bahwa mata manusia adalah yang paling sensitif untuk. Cahaya tampak (dan dekat-inframerah cahaya) biasanya diserap dan dipancarkan oleh elektron dalam molekul dan atom yang bergerak dari satu tingkat energi yang lain. Lampu kita lihat dengan mata kita benar-benar merupakan sebagian kecil dari spektrum elektromagnetik. Sebuah pelangi menunjukkan bagian (terlihat) optik dari spektrum elektromagnetik; inframerah (jika Anda bisa melihatnya) akan terletak hanya di luar sisi merah pelangi dengan ultraviolet muncul hanya di luar ujung ungu.

Radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang antara 380 nm dan 760 nm (790-400 Terahertz) terdeteksi oleh mata manusia dan dianggap sebagai cahaya tampak. Panjang gelombang lain, terutama di dekat inframerah (lebih dari nm 760) dan ultraviolet (lebih pendek dari 380 nm) juga kadang-kadang disebut sebagai cahaya, terutama ketika visibilitas ke manusia tidak relevan. Cahaya putih adalah kombinasi dari lampu panjang gelombang yang berbeda dalam spektrum terlihat. Melewati cahaya putih melalui sebuah prisma perpecahan itu ke dalam beberapa warna cahaya diamati dalam spektrum terlihat antara 400 nm dan 780 nm.

Jika radiasi memiliki frekuensi di daerah tampak dari spektrum EM mencerminkan dari sebuah objek, katakanlah, semangkuk buah, dan kemudian menyerang mata kita, hasil ini dalam kita persepsi visual dari adegan. Sistem visual otak kita memproses banyak frekuensi tercermin ke dalam nuansa yang berbeda dan warna, dan melalui fenomena psikofisik yang tidak sepenuhnya dipahami, kebanyakan orang memandang semangkuk buah.

Pada panjang gelombang paling, bagaimanapun, informasi yang dibawa oleh radiasi elektromagnetik tidak langsung terdeteksi oleh indera manusia. Sumber alami menghasilkan radiasi EM di seluruh spektrum, dan teknologi kita juga dapat memanipulasi berbagai panjang gelombang. Serat optik mentransmisikan cahaya itu, meskipun tidak selalu di bagian terlihat spektrum, dapat membawa informasi. Modulasi ini mirip dengan yang digunakan dengan gelombang radio.

Sinar ultraviolet

Artikel utama: Ultraviolet Selanjutnya dalam frekuensi datang ultraviolet (UV). Panjang gelombang sinar UV lebih pendek dari akhir violet dari spektrum yang terlihat tapi lebih panjang dari sinar-X.

Jumlah penetrasi relatif UV
untuk ketinggian di bumi ozon

Menjadi sangat energik, sinar UV dapat memutuskan ikatan kimia, membuat molekul yang luar biasa reaktif. Sunburn , misalnya, disebabkan oleh efek mengganggu dari radiasi UV pada kulit sel , yang merupakan penyebab utama kanker kulit . Sinar UV diperbaiki lagi dapat merusak kompleks DNA molekul dalam sel-sel memproduksi dimer timin membuatnya menjadi sangat ampuh mutagen . Matahari memancarkan sejumlah besar radiasi UV, yang dapat berpotensi mengubah Bumi menjadi gurun tandus. Namun, sebagian besar diserap oleh atmosfer lapisan ozon sebelum mencapai permukaan. Kisaran yang lebih tinggi UV (UV vakum) diserap oleh diatomik sederhana oksigen di udara. UV dalam kisaran ini (di sebelah sinar-X) adalah cabable bahkan atom pengion (lihat efek fotolistrik ), sehingga bahkan lebih sangat mengubah perilaku fisik mereka.

Sinar-X

Artikel utama: sinar-X

Setelah UV datang sinar-X , yang, seperti rentang atas UV juga pengion. Namun, karena energi mereka lebih tinggi, sinar-X juga dapat berinteraksi dengan materi dengan cara efek Compton . Hard sinar-X memiliki panjang gelombang lebih pendek dari lembut sinar-X. Ketika mereka dapat melewati zat yang paling, sinar-X dapat digunakan untuk 'melihat melalui' objek, penggunaan yang paling menonjol menjadi diagnostik gambar sinar-X dalam pengobatan (proses yang dikenal sebagai radiografi ), serta untuk fisika energi tinggi dan astronomi. Bintang neutron dan disk akresi di sekitar lubang hitam memancarkan sinar-X, yang memungkinkan kita untuk belajar mereka. Sinar-X yang dilepaskan oleh bintang-bintang dan sangat dipancarkan oleh beberapa jenis nebula.

Sinar gamma

Artikel utama: sinar Gamma

Setelah hard sinar-X datang sinar gamma , yang ditemukan oleh Paul Villard pada tahun 1900. Ini adalah yang paling energik foton , tidak memiliki batas bawah ditetapkan untuk panjang gelombang mereka. Mereka berguna untuk para astronom dalam penelitian energi tinggi objek atau daerah, dan menemukan digunakan dengan berkat fisikawan untuk kemampuan penetrasi dan produksi mereka dari radioisotop . Sinar gamma juga digunakan untuk iradiasi makanan dan benih untuk sterilisasi, dan dalam pengobatan mereka digunakan dalam terapi radiasi kanker dan beberapa jenis pencitraan diagnostik seperti PET scan . Panjang gelombang sinar gamma dapat diukur dengan akurasi yang tinggi dengan cara hamburan Compton.

Perhatikan bahwa tidak ada batas didefinisikan secara tegas antara band dari spektrum elektromagnetik. Radiasi dari beberapa jenis memiliki campuran sifat-sifat mereka dalam dua daerah spektrum.Misalnya, lampu merah menyerupai radiasi inframerah karena dapat beresonansi beberapa ikatan kimia.

Sekian dari saya tentang Spektrum elektromagnetik