طیف الکترومغناطیسی چیست و چرا نمی توانیم آنها را ببینیم؟

0

طیف الکترومغناطیسی (EM) طیف وسیعی از انواع تشعشع EM است . پرتودرمانی ، انرژی است که هنگام عبور و مرور از آن طرف می رود – نور مرئی که از لامپ در خانه شما ناشی می شود و امواج رادیویی که از ایستگاه رادیویی می آیند ، دو نوع تابش الکترومغناطیسی هستند. انواع دیگر پرتو EM که طیف الکترومغناطیسی را تشکیل می دهند مایکروویو ، نور مادون قرمز ، نور ماوراء بنفش ، اشعه ایکس و اشعه گاما .

امواج الکترومغناطیسی در هر یک از این باندها دارای خصوصیات مختلفی از جمله نحوه تولید ، نحوه تعامل با ماده و کاربردهای عملی آنها هستند.

حد برای طول موج های طولانی اندازه خود جهان است ، در حالی که تصور می شود محدوده طول موج کوتاه در مجاورت طول پلانک باشد.  پرتوهای گاما ، اشعه X و اشعه ماوراء بنفش بالا به عنوان پرتوهای یونیزه کننده طبقه بندی می شوند زیرا فوتون های آنها از انرژی کافی برای اتم یونیزه شده و باعث واکنش شیمیایی می شوند.

طیف الکترومغناطیسی به عنوان تابعی از فرکانس. انواع مختلفی با توجه به طول موج و همچنین مقایسه روزمره نشان داده شده است

تصویر طیف الکترومغناطیسی به عنوان تابعی از فرکانس. انواع مختلفی با توجه به طول موج و همچنین مقایسه روزمره نشان داده شده است

تشعشع EM در قسمت مرئی طیف از تمام اشیاء اطراف ما پراکنده است. این پرتوهای EM اطلاعات را به چشم ما می دهد که به ما امکان دیدن می دهد. بسامد تشعشعات چشم انسان حساس است و تنها بخش بسيار كوچكي از تمام فرکانسهاي احتمالي تشعشع EM را تشكيل مي دهد. مجموعه کامل پرتوهای EM طیف الکترومغناطیسی نامیده می شود. برای ساده تر کردن موارد ، طیف EM به بخش ها (مانند رادیو ، مایکروویو ، مادون قرمز ، قابل رویت ، ماوراء بنفش ، اشعه ایکس و گاما) تقسیم می شود.

فهرست

  1. تابش الکترومغناطیسی چیست؟
  2. چه نوع انرژی طیف الکترومغناطیسی را تشکیل می دهد؟
  3. طیف الکترومغناطیسی – یک نگاه دقیق تر
  4. چه کسی طیف الکترومغناطیسی را کشف کرد؟
  5. چگونه می توان بخش های دیگر طیف را “دید”؟
  6. اطلاعات بیشتر

تابش الکترومغناطیسی چیست؟

امواج نور و انواع دیگر انرژی که از جایی که تولید می شود تابش می کنند (به آنجا می روند) تابش الکترومغناطیسی می نامند . آنها با هم ، آنچه را که به عنوان طیف الکترومغناطیسی شناخته می شود ، تشکیل می دهند . چشمان ما فقط می تواند بخش محدودی از طیف الکترومغناطیسی را ببیند – رنگین کمان رنگی که در روزهای بارانی آفتابی می بینیم ، که بخشی فوق العاده ریز از تمام پرتوهای الکترومغناطیسی است که در دنیای ما فرو می رود. ما انرژی ای را می بینیم که می توانیم نور مرئی را ببینیم (در مقاله اصلی ما در مورد نور به تفصیل در مورد آن بحث می کنیم ) و مانند امواج رادیویی ، مایکروویو و سایر موارد از امواج الکترومغناطیسی تشکیل شده است . اینها الگوی الکتریکی موج به بالا و پایین هستند و مغناطیسی که در زاویه های درست با یکدیگر و با سرعت نور مسابقه می یابد (300000 کیلومتر در ثانیه یا 186000 مایل در ثانیه ، که به اندازه کافی سریع است که می تواند در یک دقیقه 400 بار به دور دنیا برسد!). نوری که می توانیم در طیفی از قرمز (کمترین فرکانس و طولانی ترین طول موج نوری که چشمانمان قادر به ثبت آن هستند) کشش کنیم از طریق نارنجی ، زرد ، سبز ، آبی ، و نیلی تا بنفش (بالاترین فرکانس و کوتاهترین طول موج را می توان مشاهده کرد).

مطلب پیشنهادی منوجان
معرفی رشته عمران

نحوه انتشار امواج الکترومغناطیسی با امواج الکتریکی و مغناطیسی در زاویه های راست

آثار هنری: بالاتر: چگونه یک موج الکترومغناطیسی حرکت می کند: اگر می توانیم داخل یک پرتوی نوری (یا موج دیگر الکترومغناطیسی) قرار بگیریم ، این چیزی است که ما می بینیم: موج الکتریکی که در یک جهت در حال لرزش است (در این حالت آبی و ارتعاش بالا می رود) و از پایین) و یک موج مغناطیسی که در زاویه های راست به سمت آن لرزش می یابد (در این حالت قرمز و ارتعاش از یک طرف به سمت دیگر). این دو موج در یک گام کامل ، با زاویه ای درست و با جهت آنها در حال حرکت هستند. این نمودار به ما چیزی را نشان می دهد که دانشمندان فقط در قرن 19 درک کردند: برق و آهنربا شرکای مساوی هستند که در همه زمان ها با هم همکاری نزدیک دارند. در زیر: نسخه متحرک از همان آثار هنری.

موج الکترومغناطیسی متحرک که میدانهای الکتریکی و مغناطیسی را نشان می دهد و در زاویه های راست به سمت مسیر حرکت می کند.

چه نوع انرژی طیف الکترومغناطیسی را تشکیل می دهد؟

انواع دیگر پرتوهای الکترومغناطیسی که اشیاء از بدن خارج می شوند چیست؟ در اینجا چند مورد از آنها ، به ترتیب از طولانی ترین طول موج تا کوتاهترین وجود دارد. توجه داشته باشید که اینها در واقع نوارهای مشخصی با لبه های سخت نیستند: آنها با همپوشانی بین آنها ، یکدیگر را محو می کنند.

  • امواج رادیویی : اگر چشمان ما امواج رادیویی را می دید ، ما می توانستیم (به صورت تئوری) برنامه های تلویزیونی را فقط با خیره شدن به آسمان تماشا کنیم! خوب نه ، اما ایده خوبی است. اندازه معمولی: 30cm-500m. امواج رادیویی باند عظیمی از فرکانس ها را پوشش می دهند و طول موج های آنها از ده ها سانتی متر برای امواج با فرکانس بالا تا صدها متر (طول یک مسیر دو و میدانی) برای فرکانس های پایین تغییر می کند. این به این دلیل است که هر موج الکترومغناطیسی طولانی تر از مایکروویو موج رادیویی نامیده می شود.
  • مایکروویو : بدیهی است که برای پخت و پز در اجاق های مایکروویو ، بلکه برای انتقال اطلاعات در تجهیزات راداری نیز استفاده می شود. مایکروویو ها مانند امواج رادیویی با طول موج کوتاه هستند. اندازه معمولی: 15 سانتی متر (طول یک مداد).
  • مادون قرمز : فقط فراتر از قرمزترین نور ما می توانیم ببینیم ، با فرکانس کمی کوتاهتر ، نوعی “نور داغ” نامرئی وجود دارد که بنام مادون قرمز است . اگرچه ما نمی توانیم آن را ببینیم ، اما می توانیم احساس کنیم که پوستمان هنگام برخورد به صورت ما گرم می شود – این همان چیزی است که ما از آن به عنوان گرمای تابش فکر می کنیم . اگر مثل جغجغه ها ، ما می توانیم اشعه مادون قرمز را ببینیم ، کمی شبیه به داشتن لنزهای دید در شب در سرمان است. اندازه معمولی: 0.01 میلی متر (طول یک سلول).
  • نور مرئی : نوری که در واقع می توانیم ببینیم فقط یک قطعه کوچک در وسط طیف است. اندازه معمولی: 550 نانومتر (اندازه یک آمیب کوچک).
  • ماوراء بنفش : این نوعی از نور آبی است که فراتر از نور بنفش با بالاترین فرکانس است که چشم ما قادر به تشخیص آن است. خورشید تابش اشعه ماوراء بنفش قدرتمندی را منتقل می کند که ما نمی توانیم آن را ببینیم: به همین دلیل می توانید حتی هنگام شنا در دریا یا در روزهای ابری ، آفتاب بگیرید و چرا نور خورشید بسیار مهم است. اندازه معمولی: 500 نانومتر (عرض یک باکتری معمولی).
  • پرتوهای X : نوعی موج پرانرژی بسیار مفید است که به طور گسترده در پزشکی و امنیت استفاده می شود. در مقاله اصلی ما درباره اشعه X اطلاعات بیشتری کسب کنید . اندازه معمولی: 0.1 نانومتر (عرض اتم).
  • پرتوهای گاما : اینها پرانرژی ترین و خطرناک ترین امواج الکترومغناطیسی هستند. پرتوهای گاما نوعی پرتوهای مضر است. اندازه معمولی: 0.000001 نانومتر (عرض یک هسته اتمی).
مطلب پیشنهادی منوجان
درمان بی خوابی های شبانه با طب سوزنی

طیف الکترومغناطیسی – یک نگاه دقیق تر

طیف الکترومغناطیسی توسط ناسا.

همه انواع مختلف Electromagnetic spectrum پرتوهای الکترومغناطیسی در اصل همان ماده “نور” هستند: آنها اشکال انرژی هستند که در خطوط مستقیم حرکت می کنند ، با سرعت نور (300000 کیلومتر یا 186،000 مایل در ثانیه) ، وقتی لرزش های الکتریکی و مغناطیسی تکان می خورد. از این طرف به طرف دیگر. با هم ، ما به این اشکال انرژی به عنوان طیف الکترومغناطیسی اشاره می کنیم . شما می توانید از آن به عنوان نوعی طیف فوق العاده بزرگ استفاده کنید که هر دو طیف کوچکتر را که در واقع می توانیم بکشیم (رنگین کمان رنگهای روشن) امتداد می دهد.

تصاویر زیادی از طیف الکترومغناطیسی به صورت آنلاین در دسترس است ، بنابراین ما در ترسیم مجدد آن برای شما زحمت نخواهیم داشت. روی تصویر کوچک سمت راست کلیک کنید تا یک نمودار کاملاً خوب از طیف ناسا را ​​ببینید.

چه کسی طیف الکترومغناطیسی را کشف کرد؟

جیمز کلرک ماکسول

عکس: جیمز کلرک ماکسول: پدر الکترومغناطیس.

تا قرن نوزدهم دانشمندان فکر می کردند برق و آهن ربا چیزهای کاملاً جدا از هم هستند. سپس ، پس از یک سری آزمایش های شگفت انگیز ، مشخص شد که آنها بسیار نزدیک به هم پیوند خورده اند. برقی می تواند باعث ایجاد مغناطیس شود و برعکس! در حدود سال 1819/1820 ، یک فیزیکدان دانمارکی به نام هانس کریستین ارسست (1877-1777) نشان داد که یک سیم الکتریکی الگوی مغناطیسی را در اطراف خود ایجاد می کند. حدود یک دهه بعد ، مایکل فارادی (شیمی شکن انگلیسی) ثابت کرد که برعکس نیز ممکن است اتفاق بیفتد – شما می توانید از مغناطیس برای تولید برق استفاده کنید – و همین امر باعث شد او موتورهای الکتریکی و ژنراتورهای الکتریکی تولید کند که اکنون به دنیای ما نیرو می بخشند.

با تشکر از کارهای پیشگامانه افرادی مانند این ، دانشمند بزرگ دیگری ، جیمز کلرک ماکسول (1831-1831) توانست یک نظریه واحد ارائه دهد که هم برق و هم آهن ربا را توضیح می داد. ماکسول همه چیزهایی را که مردم در چهار معادله ساده برای تولید نظریه عالی الکترومغناطیس کشف کرده بودند ، خلاصه کرد که در سال 1873 منتشر کرد. او فهمید که الکترومغناطیس می تواند به سرعت موج به سرعت حرکت کند و به این نتیجه رسید که نور باید خودش را انجام دهد. نوعی موج الکترومغناطیسی باشید. حدود یک دهه پس از مرگ ماکسول ، یک فیزیک دان آلمانی درخشان به نام هاینریش هرتز (1818-187) اولین کسی شد که در آزمایشگاه امواج الکترومغناطیسی تولید کرد. آن کار باعث توسعه رادیو ، تلویزیون شدو موارد جدید مانند اینترنت بی سیم .

چگونه می توان بخش های دیگر طیف را “دید”؟

چشمان ما فقط یک قطعه کوچک از طیف را می تاباند ، اما جهان با انواع دیگر پرتوهای در حال وزوز شدن است. اگر بخواهیم فراتر از حد الکترومغناطیسی از دید خودمان “ببینیم” ، می توانیم از تلسکوپهای “تنظیم شده” به طول موجهای بالاتر یا پایین تر استفاده کنیم. اخترشناسان از انواع تلسکوپ ها (بعضی در زمین و برخی در فضا) استفاده می کنند تا اطلاعاتی راجع به اشیاء دور از اشعه الکترومغناطیسی که به آنها می دهند جمع کنند.

امواج رادیویی

آنتن های ماهواره ای غول پیکر موج های رادیویی با فرکانس بالا را با طول موج بلند انتخاب می کنند. بزرگترین تلسکوپ رادیویی روی کره زمین ، تلسکوپ کروی پنجصد متری دیافراگم کروی (FAST) در چین است ، که دو برابر اندازه رصدخانه بسیار مشهورتر 305 متر (1000 فوت) در Arecibo در پورتوریکو را آغاز می کند. ظرف مورد نظر در اینجا تقریباً هفت برابر کوچکتر از FAST و چهار برابر کوچکتر از Arecibo است. این ماهواره 70 متری (230 فوت) کانبرا در استرالیا است.

ماهواره ظرف عمیق در کانبرا ، استرالیا

مایکروویو

از آنجا که مایکروویوهای کیهانی نمی توانند کل جو زمین را تحمل کنند ، باید آنها را از فضا مورد مطالعه قرار دهیم. کاوشگر زمینه کیهانی (COBE) ، که در سال 1989 راه اندازی شد و در سال 1993 غیرفعال شد ، یک ماهواره فضایی بود که برای این کار طراحی شده است. این تصاویر از آسمان شب توسط COBE با استفاده از طول موجهای مختلف نور مادون قرمز گرفته شده است.

تصاویر مادون قرمز از آسمان شب که توسط ماهواره COBE گرفته شده است

مادون قرمز

آب در جو زمین مادون قرمز را جذب می کند. مطالعه این نوع پرتوهای الکترومغناطیسی کار دیگری برای یک ماهواره مبتنی بر فضا ، مانند ماهواره نجومی مادون قرمز (IRAS) است که طی سال 1983 به مدت 10 ماه کار کرده است. این تصویری از گلکسی آندرومدا است که توسط IRAS گرفته شده است.

مطلب پیشنهادی منوجان
خطرات ناشی از حریق

تصویر IRAS از کهکشان آندرومدا

نور مرئی

عکسبرداری از نور قابل مشاهده در فضا یک چیز است که می توانیم با هر تلسکوپ معمولی و نوری از زمین به راحتی مطالعه کنیم. این یکی تلسکوپ نسوز 66 سانتی متری (26 اینچ) در رصدخانه نیروی دریایی ایالات متحده در واشنگتن ، دی سی است با این حال ، تلسکوپ های وابسته به زمین مانند این می توانند فقط خیلی زیاد شوند – از این رو نیاز به تلسکوپ ها (مانند هابل و جایگزینی آن ، جیمز) است. وب ) که به فضا سفر می کند.

این تلسکوپ نسوز 26 اینچی در رصدخانه نیروی دریایی ایالات متحده در واشنگتن دی سی

نور ماوراء بنفش

نور ماوراء بنفش می تواند باعث سرطان پوست شود ، بنابراین کار بسیار خوبی است که توسط لایه ازن زمین جذب می شود. متأسفانه ، نکته منفی این است که ما باید نور ماوراء بنفش را از طریق فضا با استفاده از ماهواره هایی همچون اکسپلورر ماوراء بنفش بین المللی (IUE) که از فاصله 1978 تا 1996 تقریبا دو دهه کار می کند ، از فضا بررسی کنیم .

تصویر ماوراء بنفش زمین

اشعه X

به پرتوهای X فکر کنید و احتمالاً به استخوان های شکسته فکر می کنید اما فضای اطراف آنها را هم می وزید. جو زمین مانع از رسیدن این پرتوهای خطرناک و پر انرژی به تلسکوپ های روی زمین می شود ، اما تلسکوپ های فضایی مانند ماهواره Roentgen (ROSAT) (که بین سال های 1990 تا 1999 کار می کرد) توانستند آنها را در فضا مشاهده کنند. خورشید به شکلی که انجام می دهد به نظر می رسد زیرا چشمان ما بخشی از تابش الکترومغناطیسی را که می دهد مشاهده می کنند. اگر ما می توانیم پرتوهای X را ببینیم ، خورشید ممکن است شبیه به این عکس باشد که در این تصویر گرفته شده در دسامبر 2001 توسط تلسکوپ اشعه ایکس نرم (SXT) ، ابزاری که بر روی فضاپیمای رصدخانه یوهکوه گرفته شده است. خورشید واقعاً چطور است؟ ما هرگز نمی توانیم بدانیم: چشمان ما نمی توانند آن را کاملاً درک کنند!

تصویر اشعه ایکس از خورشید که توسط تلسکوپ SXT بر روی فضاپیمای Yohkoh گرفته شده است.

اشعه گاما

پرتوهای گاما پر انرژی همچنین توسط جو زمین مسدود شده اند ، بنابراین ما به تلسکوپ های مبتنی بر فضا نیز نیاز داریم تا آن ها را نیز مورد مطالعه قرار دهیم ، مانند رصدخانه کامپتون گاما-ری ، که از سال 1991 تا 2000 کار می کرد. مکزیک در سال 1991 و از شاتل فضایی که آن را راه اندازی کرده بود گرفته شد). این کامپتون برای فیزیکدان آمریکایی آرتور هالی هل کامپتون (1962-1892) ، یکی از اولین دانشمندانی که مورد مطالعه اشعه کیهانی قرار گرفت ، نامگذاری شد .

مطلب پیشنهادی منوجان
دارو شناسی تخصصی و عوارض دارویی

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.