ELEKTROMAGNETICKÉ SPEKTRUM

 

 

 

Zpět na obsah

Elektromagnetické vlnění

Radiové vlny

Mikrovlny

Infračervené záření

Viditelné světlo

Ultrafialové světlo

Rentgenové záření

Záření Gama

 

Elektromagnetické spektrum je škála elektromagnetického vlnění. Ukazuje různé druhy elektromagnetického vlnění (záření – kratší vlnové délky).

 

Elektromagnetické vlnění

– má dvě navzájem neoddělitelné složky. Elektrickou charakterizuje vektor intenzity el. pole E a magnetickou vektor mag. indukce B.

Vektory E a B jsou navzájem kolmé, mají souhlasnou fázi a jejich kmity probíhají napříč ke směru, kterým se vlnění šíří.

Elektromagnetické vlnění je vlnění příčné a má vlastnosti vlnové a kvantové:

         vlnové (odraz, lom, ohyb, interference, polarizace)

         kvantové (fotoelektrický jev)

Šíří se vakuem rychlostí c = 3 × 108 m × s–1. To je mezní rychlost ve vesmíru.

Mezi frekvencí kmitání, vlnovou délkou a rychlostí šíření je vztah:

c = l × f

 

Elektromagnetické spektrum podle vlnových délek pří šíření ve vakuu:

 

Rozhlasové vlny (radiové vlny)  (l = 103 – 10–1 m → 1 km – 1 dm)

Zdrojem rádiových vln je elektromagnetický oscilátor. Do prostoru se vlnění dostává přes anténu – elektromagnetický dipól. Kolem dipólu se vytvoří elektromagnetické pole se složkou elektrickou a magnetickou – šíří se prostorem a přenáší energii kmitů oscilátoru.

Podle vlnové délky se rádiové vlny dělí na

dlouhé (DV, LW)     → f = 150 – 300 kHz; l = 2000 – 1000 m

                                    → pásmo rádiového vysílání – dlouhé vlny (LW) – Radiožurnál

                                    → dlouhé vlny se šíří na velké vzdálenosti a lze je zachytit všude, i v údolích, kam se kratší vlnové délky nedostanou

střední (SV, MW, AM)  → f = 0,5 – 2 MHz; l = 600 – 150 m

krátké (KV, SW)  → f = 6 – 20 MHz; l = 50 – 15 m

                                 → krátké vlny se odrážejí od ionosféry (začíná ve výšce 60 – 80 km nad zemským povrchem, obsahuje určité množství molekul vzduchu rozštěpených na ionty a volné elektrony ® chová se jako vodivá plocha. Stav ionosféry se mění vlivem slunečního záření, mění se i podmínky šíření krátkých vln v různých denních a nočních dobách) Þ mají velký dosah

velmi krátké (VKV)  → f = 20 – 300 MHz; l = 15 – 1 m

                                      → používají se k přenosu televizního signálu, pásmo rozhlasového vysílání FM (87,5 – 108 MHz)

                                      → vysílač a přijímač musí být přibližně v přímce, na které není překážka. Proto se dnes používají satelity – mezi oběžnou dráhou a povrchem není žádná překážka

      v pásmu na rozhraní rádiových vln a mikrovln jsou i frekvence pro mobilní sítě (900 a 1800 MHz) – vysoká frekvence umožňuje přenos velkého množství informací. Mezi mobilem a vysílačem ale nesmí být silná překážka (stavby, kopec).

 

Mikrovlny (l = 10–1 – 10–4 m → 1 dm – 0,1 mm)

      v pásmu mezi rádiovými vlnami a infračerveným zářením

      určité vlnové délky rozkmitávají molekuly vody Þ mikrovlnné trouby – kmitání molekul vody vyvolává tření, ohřívá se; ohřev je stejnoměrný po celém objemu.

 

Infračervené záření (l = 10–4 – 7,6 × 10–7 m → 0,1 mm – 760 nm)

– někdy označováno jako IR (infrared) záření nebo tepelné záření (pomocí IR záření se šíří teplo zářením, a to i vakuem; nejlepším příkladem je to, že povrch Země je zahříván slunečním zářením).

Zdrojem je každé těleso, které má teplotu vyšší než je absolutní nula. Původem IR záření jsou změny elektromagnetického pole vyvolané pohybem molekul. Pohyb molekul je způsoben vnitřní energií – závisí na teplotě. Stejně tak tělesa zahřátá na vyšší teplotu jsou původcem silnějšího IR záření.

Vlastnosti

      není viditelné okem Þ využívá se v dálkových ovladačích, protože neruší signál – je v jiné části spektra a zároveň ho nevnímáme.

      proniká mlhou a znečištěným ovzduším Þ vidění v mlze → infralokátory

      pomocí vhodných přístrojů je lze zachytit a ve tmě ho okem nevnímáme, ale přístroji ano Þ brýle pro noční vidění, funkce videokamer pro noční natáčení (jako osvětlení slouží IR záření – vnímáme jen tmu, ale kamera zachytí zřetelně osvětlené předměty).

      infračervenými brýlemi lze pozorovat v naprosté tmě – lidské tělo vyzařuje IR záření – pomocí brýlí se snímá i v nejhlubší tmě.

      při pohlcování IR záření probíhá tepelná výměna – energie elektromagnetického vlnění se mění na vnitřní energii pohlcujícího tělesa Þ infrazářiče (slouží k vytápění)

 

Světlo (l = 7,6 × 10–7 – 3,9 × 10–7 m → 760 nm – 390 nm)

Zdroje světla    přirozené: slunce, oheň, hvězdy

                          umělé: žárovka, zářivka, výbojka, laser

                          – chromatické: složené ze světla více vlnových délek, např. bílé světlo (složené ze sedmi barev)

                          monochromatické: 1 vlnová délka – laser

      vyvolává v lidském oku světelný vjem. Pomocí světla získáváme nejdůležitější informace o světě kolem nás – u světla rozeznáváme jeho intenzitu – jiná je v poledne a jiná při stmívání – a barvu – závisí na vlnových délkách obsažených ve světle.

Světelné spektrum je část elektromagnetického spektra, ve kterém je zobrazena závislost barev světla na vlnových délkách:

červená (650 nm) → oranžová (600 nm) → žlutá (580 nm) → zelená (525 nm) → modrá (450 nm) → fialová (400 nm)  

      uvedené vlnové délky jsou střední vlnové délky pro dané barvy – podobný odstín je i pro okolní vlnové délky)

 

Ultrafialové záření  (l = 3,9 × 10–7 – 10–8 m → 390 nm – 10 nm)

Zdrojem – tělesa zahřátá na velmi vysokou teplotu – Slunce (hvězdy), rtuťové výbojky (horské slunce), elektrický oblouk (sváření)

Vlastnosti

      reaguje s fotografickou deskou

      způsobuje zánět spojivek

      způsobuje v menších dávkách zhnědnutí kůže a produkci vitamínu D, ve vyšších dávkách rakovinu kůže

      působí jako desinfekce – ničí mikroorganismy

      jako přirozená ochrana proti UV záření slouží ozónová vrstva (součástí stratosféry, velmi tenká; ozon O3 se rozkládá, když se dostane do kontaktu s freony)

      při dopadu na určité látky se mění na viditelné světlo Þ ochranné prvky bankovek

      vyvolává luminiscenci, pohlcováno obyčejným sklem

 

Rentgenové záření  (l = 10–8 – 10–12 m → 10 nm – 1 pm)

(dříve paprsky X), vzniká na speciálních elektronkách – rentgenkách při zabrzdění elektronů emitovaných žhavenou katodou a urychlených potenciálovým rozdílem 10 kV až 400 kV mezi anodou a katodou. Na cestě mezi katodou a anodou je antikatoda – druhá anoda, která svírá s přímkou katoda-anoda úhel 45°, je z wolframu. Rentgenové záření vzniká změnami elektro-magnetického pole v atomovém obalu (rozměry atomu 10–8 – 10–10 m → vlnová délka)

      brzdné záření – elektrony, které dopadají na anodu mají proměnnou rychlost a jejich zabrzdění má za následek vyzařování elektromagnetických vln se spojitým spektrem

      charakteristické záření – má nespojité čárové spektrum a vlnové délky spektrálních čar závisí na materiálu anody.

Vlastnosti

      reaguje s fotografickou deskou

      pohlcováno v závislosti na protonovém čísle Þ diagnostika (rentgen)

      pohlcováno v závislosti na tloušťce látky Þ defektoskopie (zjišťování trhlin nebo vzduchových bublin v odlitcích)

      vysoká pronikavost – proniká kovy

      ionizuje vzduch; způsobuje ionizaci některých látek

Další využití

      k léčbě zhoubných nádorů (ničí buňky), při zjišťování struktury látek (díky vln. délce 10–8 – 10–10)

 

Záření g (jaderné)   (l < 10–12 → < 1 pm)

Zdrojem jaderného vlnění jsou změny elektromagnetického pole při jaderných reakcích.

Radioaktivní záření g neexistuje samovolně, ale doprovází záření b nebo a (jsou vyzařovány radionuklidy).

g - je nejpronikavější jaderné záření (vedle a a b), lze jej zeslabit silnou vrstvou železobetonu nebo materiálem obsahujícím jádra těžkých prvků (Pb). V magnetickém a elektrickém poli se neodchyluje ® elektromagnetické vlnění. Má silné ionizační účinky a v důsledku fotoefektu uvolňuje z látek nabité částice.

Vlastnosti

      podobně jako rentgenové záření je pohlcováno podle struktury – používá se v defektoskopii → zjišťování vad v součástkách (g záření je pronikavější než rentgenové záření → stačí menší dávky; pro získání g záření stačí radioaktivní látka Þ g záření je pro defektoskopii výhodnější než rentgenové záření)

      způsobuje genetické změny, nemoc z ozáření (po genetických změnách buněk může dojít k rakovinnému bujení)

Přehled spektra je v tabulkách na straně 169!

 

Zpět na začátek

Zpět na obsah

Zpět na hlavní stránku