การแผ่รังสีและสเปกตรัม สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า

ช่วงความถี่ที่ปล่อยออกมาจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านั้นมีมากมายมหาศาล ถูกกำหนดโดยความถี่การสั่นสะเทือนที่เป็นไปได้ทั้งหมดของอนุภาคที่มีประจุ การสั่นดังกล่าวเกิดขึ้นกับกระแสสลับในสายไฟ เสาอากาศวิทยุและโทรทัศน์ โทรศัพท์มือถือ เรดาร์ เลเซอร์ หลอดไส้ และ หลอดฟลูออเรสเซนต์, ธาตุกัมมันตภาพรังสี, เครื่องเอ็กซเรย์ ช่วงความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่บันทึกในปัจจุบันขยายจาก 0 ถึง 3*10 22 Hz ช่วงนี้สอดคล้องกับสเปกตรัม (จากการมองเห็นสเปกตรัมละติน, รูปภาพ) ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่น λ แปรผันตั้งแต่ 10 - 14 เมตรไปจนถึงระยะอนันต์ ความยาวคลื่น γ= c/ν โดยที่ c=3*10 8 m/s คือความเร็วแสง และ ν คือความถี่ ในรูป รูปที่ 1.1 แสดงสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่กำลังพิจารณา

ข้าว. 1.1 สเปกตรัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

คลื่นวิทยุที่มีความถี่ต่างกันแพร่กระจายต่างกันทั้งภายในโลกและภายใน นอกโลกและในเรื่องนี้พวกเขาก็พบว่า แอพพลิเคชั่นต่างๆในด้านวิทยุสื่อสารและ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์- เมื่อคำนึงถึงลักษณะของการแพร่กระจายและการสร้าง ช่วงของคลื่นวิทยุทั้งหมดมักจะถูกแบ่งตามความยาวคลื่น (หรือความถี่) ออกเป็นสิบสองช่วง การแบ่งคลื่นวิทยุออกเป็นช่วงต่างๆ ในการสื่อสารทางวิทยุกำหนดขึ้นโดยกฎข้อบังคับด้านวิทยุระหว่างประเทศ แต่ละช่วงสอดคล้องกับย่านความถี่ตั้งแต่ 0.3*10 N ถึง 3*10 N โดยที่ N คือหมายเลขช่วง ในช่วงความถี่ N ที่กำหนด จะสามารถค้นหาสถานีวิทยุจำนวนจำกัดที่ไม่รบกวนซึ่งกันและกันได้ หมายเลขนี้เรียกว่าความจุของช่องสัญญาณ ซึ่งกำหนดเป็น:

ม.=(3*10 นิวตัน - 0.3*10 นิวตัน)/Δf

โดยที่ Δf คือย่านความถี่ของสัญญาณวิทยุ

ปล่อยให้แบนด์วิดท์ความถี่ของสัญญาณโทรทัศน์แบบอะนาล็อก (TV) เท่ากับ 8 MHz โดยคำนึงถึงช่องว่างการป้องกันที่เราใช้ Δf = 10 MHz จากนั้นในช่วงเมตร (N = 8) จำนวนช่องทีวีจะเท่ากับ 27 ภายใต้ เงื่อนไขเดียวกันในช่วงเดซิเมตรจำนวนช่องสัญญาณจะเพิ่มขึ้นเป็น 270 นี่เป็นหนึ่งในเหตุผลหลักสำหรับความปรารถนาที่จะควบคุมความถี่ที่สูงขึ้นกว่าเดิม ตัวอย่างการแบ่งช่วงและพื้นที่การใช้งานมากที่สุดแสดงไว้ในตารางที่ 1.1

ให้เราอธิบายลักษณะขอบเขตของช่วงความยาวคลื่น (ความถี่) โดยย่อในสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามลำดับความถี่ของการแผ่รังสีที่เพิ่มขึ้นและระบุแหล่งที่มาหลักของการแผ่รังสีในช่วงที่สอดคล้องกันด้วย

คลื่น ความถี่เสียงเกิดขึ้นในช่วงความถี่ตั้งแต่ 0 ถึง 2*10 4 Hz (γ = 1.5*10 4 ∞ m) แหล่งกำเนิดของคลื่นความถี่เสียงคือกระแสสลับของความถี่ที่สอดคล้องกัน เมื่อพิจารณาว่าความเข้มของการแผ่รังสีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับกำลังสี่ของความถี่ การแผ่รังสีของความถี่ที่ค่อนข้างต่ำดังกล่าวสามารถละเลยได้ ด้วยเหตุนี้การแผ่รังสีจากสายส่งไฟฟ้ากระแสสลับ 50 เฮิรตซ์จึงมักถูกละเลย

คลื่นวิทยุครอบครองช่วงความถี่ 2 * 10 4 - 10 9 Hz (แล = 0.3 - 1.5 * 10 4 ม.) แหล่งกำเนิดของคลื่นวิทยุรวมทั้งคลื่นเสียงนั้นเป็นกระแสสลับ อย่างไรก็ตาม ความถี่ของคลื่นวิทยุที่สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับคลื่นเสียง ทำให้เกิดการแผ่รังสีของคลื่นวิทยุออกสู่พื้นที่โดยรอบอย่างเห็นได้ชัด สิ่งนี้ทำให้สามารถใช้เพื่อส่งข้อมูลในระยะทางไกล (วิทยุกระจายเสียง, โทรทัศน์ (TV)), ตำแหน่งทางวิทยุ, ระบบนำทางด้วยวิทยุ, ระบบควบคุมวิทยุ, สายสื่อสารรีเลย์วิทยุ (RRL), ระบบสื่อสารเซลลูล่าร์, ระบบสื่อสารเคลื่อนที่ระดับมืออาชีพ - เดินสาย ระบบ, ระบบสื่อสารผ่านดาวเทียมเคลื่อนที่, ระบบโทรศัพท์ไร้สาย (เครื่องขยายสัญญาณวิทยุ) เป็นต้น

การแผ่รังสีไมโครเวฟหรือการแผ่รังสีไมโครเวฟเกิดขึ้นในช่วงความถี่ 10 9 - 3*10 n เฮิรตซ์ (แล = 1 มม. - 0.3 ม.) แหล่งกำเนิดรังสีไมโครเวฟจะเปลี่ยนทิศทางการหมุนของเวเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมหรือความเร็วการหมุนของโมเลกุลของสาร เมื่อพิจารณาถึงความโปร่งใสของบรรยากาศในช่วงนี้ จึงมีการใช้รังสีไมโครเวฟเพื่อการสื่อสารในอวกาศ นอกจากนี้รังสีนี้ยังใช้ในเตาไมโครเวฟในครัวเรือนอีกด้วย

การแผ่รังสีอินฟราเรด (IR) ตรงบริเวณช่วงความถี่ 3 * 10 11 - 3.85 * 10 14 Hz (แล = 780 นาโนเมตร - 1 มม.) รังสีอินฟราเรดถูกค้นพบในปี 1800 โดยนักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ วิลเลียม เฮอร์เชล ขณะศึกษาอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของเทอร์โมมิเตอร์ที่ได้รับความร้อนจากแสงที่มองเห็นได้ เฮอร์เชลค้นพบความร้อนสูงสุดของเทอร์โมมิเตอร์นอกขอบเขตแสงที่มองเห็นได้ (เกินขอบเขตสีแดง) รังสีที่มองไม่เห็นเมื่อพิจารณาถึงตำแหน่งในสเปกตรัมแล้ว เรียกว่าอินฟราเรด

แหล่งกำเนิดรังสีอินฟราเรดคือการสั่นและการหมุนของโมเลกุลของสาร ดังนั้น IR คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแผ่ออกมาจากวัตถุที่ได้รับความร้อนซึ่งมีโมเลกุลเคลื่อนที่อย่างเข้มข้นเป็นพิเศษ รังสีอินฟราเรดมักเรียกว่ารังสีความร้อน พลังงานของดวงอาทิตย์ประมาณ 50% ถูกปล่อยออกมา ช่วงอินฟราเรด- ความเข้มของรังสีสูงสุด ร่างกายมนุษย์ตกที่ความยาวคลื่น 10 µm การพึ่งพาความเข้มของรังสีอินฟราเรดกับอุณหภูมิทำให้สามารถวัดอุณหภูมิของวัตถุต่าง ๆ ซึ่งใช้ในอุปกรณ์มองเห็นตอนกลางคืนรวมถึงในการตรวจจับสิ่งแปลกปลอมในทางการแพทย์ การควบคุมระยะไกลทีวีและ VCR ดำเนินการโดยใช้รังสีอินฟราเรด

ช่วงนี้ใช้เพื่อส่งข้อมูลผ่านเส้นใยควอทซ์แบบออปติก ให้เราประมาณความกว้างของช่วงแสงสำหรับคลื่นวิทยุ

ปล่อยให้ช่วงออปติคอลแตกต่างกันไปตั้งแต่ แลมบ์ดา = 1200 นาโนเมตร ถึง แลมบ์ดา = 1620 นาโนเมตร รู้ความเร็วแสงในสุญญากาศ c = 2.997*10 8 m/s (ปัดเศษเป็น 3*10 8 m/s) จากสูตร ฉ=ค/แลสำหรับ แลมบ์ดา และ เลม2 เราจะได้ f1 = 250 THz และ f2 = 185 THz ตามลำดับ ดังนั้น ช่วงเวลาระหว่างความถี่ ΔF = f1 - f2 = 65 THz สำหรับการเปรียบเทียบ: ช่วงความถี่ทั้งหมดตั้งแต่ช่วงเสียงจนถึงความถี่ด้านบนของช่วงไมโครเวฟคือเพียง 30 GHz และไมโครเวฟพิเศษคือ 300 GHz เช่น น้อยกว่าออปติคอล 2000 - 200 เท่า

แสงที่มองเห็นเป็นช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพียงช่วงเดียวที่ดวงตามนุษย์รับรู้ได้ คลื่นแสงมีช่วงที่ค่อนข้างแคบ: 380-780 นาโนเมตร (แล = 3.85*10 14 - 7.89*10 14 เฮิร์ตซ์)

แหล่งที่มาของแสงที่มองเห็นคือเวเลนซ์อิเล็กตรอนในอะตอมและโมเลกุล ซึ่งเปลี่ยนตำแหน่งในอวกาศ รวมถึงประจุอิสระที่เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร่ง สเปกตรัมส่วนนี้ให้ข้อมูลสูงสุดแก่บุคคลเกี่ยวกับโลกรอบตัวเขา ในแง่ของคุณสมบัติทางกายภาพ มันคล้ายกับช่วงสเปกตรัมอื่นๆ โดยเป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ความไวสูงสุดของดวงตามนุษย์เกิดขึ้นที่ความยาวคลื่น แล = 560 นาโนเมตร ความยาวคลื่นนี้ยังคำนึงถึงความเข้มสูงสุดของการแผ่รังสีดวงอาทิตย์และในขณะเดียวกันก็รวมถึงความโปร่งใสสูงสุดของชั้นบรรยากาศโลกด้วย

เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย A.N. ได้รับแหล่งกำเนิดแสงประดิษฐ์ Lodygin ในปี 1872 กระโดดข้าม กระแสไฟฟ้าผ่านแท่งคาร์บอนที่วางอยู่ในภาชนะปิดซึ่งอากาศถูกสูบออก และในปี พ.ศ. 2422 นักประดิษฐ์ชาวอเมริกัน T.A. เอดิสันสร้างการออกแบบหลอดไส้ที่ค่อนข้างทนทานและสะดวกสบาย

สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าแบ่งออกเป็นช่วงตามอัตภาพ จากการพิจารณาของพวกเขาคุณจำเป็นต้องรู้สิ่งต่อไปนี้

• ชื่อของช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
• ลำดับที่ปรากฏ
• ขอบเขตช่วงความยาวคลื่นหรือความถี่
• ทำให้เกิดการดูดซับหรือการปล่อยคลื่นในช่วงใดช่วงหนึ่งโดยเฉพาะ
• การใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแต่ละชนิด
• แหล่งกำเนิดรังสีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต่างๆ (ธรรมชาติและประดิษฐ์)
• อันตรายจากคลื่นแต่ละชนิด
• ตัวอย่างวัตถุที่มีขนาดเทียบเคียงได้กับความยาวคลื่นในช่วงที่สอดคล้องกัน
• แนวคิดเรื่องรังสีวัตถุดำ
• รังสีแสงอาทิตย์และหน้าต่างโปร่งใสบรรยากาศ

แถบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ช่วงไมโครเวฟ

รังสีไมโครเวฟใช้ในการอุ่นอาหาร เตาไมโครเวฟ, การสื่อสารเคลื่อนที่,เรดาร์ (เรดาร์) สูงถึง 300 GHz ผ่านชั้นบรรยากาศได้ง่ายจึงเหมาะสำหรับการสื่อสารผ่านดาวเทียม เรดิโอมิเตอร์สำหรับการสำรวจระยะไกลและกำหนดอุณหภูมิของชั้นบรรยากาศต่างๆ รวมถึงกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ทำงานในช่วงนี้ ช่วงนี้เป็นหนึ่งในช่วงสำคัญสำหรับสเปกโทรสโกปี EPR และสเปกตรัมการหมุนของโมเลกุล การสัมผัสกับดวงตาเป็นเวลานานทำให้เกิดต้อกระจก โทรศัพท์มือถือส่งผลเสียต่อสมอง

คุณลักษณะเฉพาะของคลื่นไมโครเวฟคือความยาวคลื่นเทียบได้กับขนาดของอุปกรณ์ ดังนั้นในช่วงนี้ อุปกรณ์จึงได้รับการออกแบบตามองค์ประกอบแบบกระจาย ท่อนำคลื่นและเส้นแถบใช้ในการส่งพลังงาน และใช้ตัวสะท้อนปริมาตรหรือเส้นเรโซแนนซ์เป็นองค์ประกอบเรโซแนนซ์ แหล่งที่มาของคลื่นไมโครเวฟที่มนุษย์สร้างขึ้น ได้แก่ ไคลสตรอน แมกนีตรอน หลอดคลื่นเคลื่อนที่ (TWT) ไดโอดกันน์ และไดโอดทรานสิตหิมะถล่ม (ATD) นอกจากนี้ยังมีเมเซอร์ซึ่งเป็นอะนาล็อกของเลเซอร์ในช่วงความยาวคลื่นยาว

ไมโครเวฟถูกปล่อยออกมาจากดวงดาว

ในช่วงไมโครเวฟมีสิ่งที่เรียกว่าการแผ่รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล (การแผ่รังสี) ซึ่งในลักษณะสเปกตรัมนั้นสอดคล้องกับการแผ่รังสีของวัตถุสีดำสนิทโดยมีอุณหภูมิ 2.72 เค ความเข้มสูงสุดเกิดขึ้นที่ความถี่ 160 GHz (1.9 มม.) (ดูรูปด้านล่าง) การมีอยู่ของรังสีนี้และพารามิเตอร์ของรังสีเป็นหนึ่งในข้อโต้แย้งที่สนับสนุนทฤษฎีบิ๊กแบง ซึ่งปัจจุบันเป็นพื้นฐานของจักรวาลวิทยาสมัยใหม่ ตามการวัดและการสังเกตโดยเฉพาะอย่างหลังเกิดขึ้นเมื่อ 13.6 พันล้านปีก่อน

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สูงกว่า 300 GHz (สั้นกว่า 1 มม.) จะถูกชั้นบรรยากาศของโลกดูดซับไว้อย่างแรงมาก บรรยากาศเริ่มโปร่งใสในช่วง IR และช่วงที่มองเห็นได้

ในบรรดาเลเซอร์และแหล่งที่มาที่มีการใช้งานซึ่งเปล่งแสงในช่วงที่มองเห็นได้ มีชื่อดังต่อไปนี้: เลเซอร์ที่เปิดตัวครั้งแรก ทับทิมที่มีความยาวคลื่น 694.3 นาโนเมตร เลเซอร์ไดโอด ตัวอย่างเช่น อิงตาม GaInP และ AlGaInP สำหรับช่วงสีแดง และขึ้นอยู่กับ GaN สำหรับช่วงสีน้ำเงิน เลเซอร์ไทเทเนียมแซฟไฟร์ เลเซอร์ He-Ne เลเซอร์อาร์กอนและคริปทอนไอออน เลเซอร์ไอทองแดง เลเซอร์สีย้อม เลเซอร์ที่มีความถี่เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าหรือรวมในสื่อไม่เชิงเส้น เลเซอร์รามัน (https://www.rp-photonics.com/visible_lasers.html?s=ak)

เป็นเวลานานที่มีปัญหาในการสร้างเลเซอร์ขนาดกะทัดรัดในส่วนสีน้ำเงินเขียวของสเปกตรัม มีเลเซอร์แก๊ส เช่น เลเซอร์อาร์กอนไอออน (ตั้งแต่ปี 1964) ซึ่งมีเส้นเลเซอร์หลักสองเส้นในส่วนสีน้ำเงินและสีเขียวของสเปกตรัม (488 และ 514 นาโนเมตร) หรือเลเซอร์ฮีเลียมแคดเมียม อย่างไรก็ตาม ไม่เหมาะกับการใช้งานจำนวนมาก เนื่องจากมีขนาดใหญ่และมีจำนวนสายการผลิตที่จำกัด ไม่สามารถสร้างเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีแถบความถี่กว้างได้เนื่องจากปัญหาทางเทคโนโลยีมหาศาล แต่ในที่สุดพวกเขาก็พัฒนาขึ้น วิธีการที่มีประสิทธิภาพเพิ่มความถี่เป็นสองเท่าและสามเท่าของเลเซอร์โซลิดสเตตในช่วง IR และช่วงแสงในผลึกไม่เชิงเส้น เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้สารประกอบ GaN สองเท่า และเลเซอร์ที่มีความถี่ปั๊มเพิ่มขึ้น (เลเซอร์อัพคอนเวอร์ชัน)

แหล่งกำเนิดแสงในพื้นที่สีน้ำเงิน-เขียวทำให้สามารถเพิ่มความหนาแน่นในการบันทึกบนซีดีรอมและคุณภาพของการทำสำเนาได้ ซึ่งจำเป็นสำหรับการสร้างโปรเจ็กเตอร์สีเต็มรูปแบบ สำหรับการสื่อสารกับเรือดำน้ำ เพื่อจับภาพความโล่งใจของก้นทะเล สำหรับการระบายความร้อนด้วยเลเซอร์ แต่ละอะตอมและไอออน เพื่อติดตามการสะสมของไอในโฟลว์ไซโตเมทรี (นำมาจาก "เลเซอร์สีน้ำเงิน - เขียวขนาดกะทัดรัด" โดย W. P. Risk และคณะ)

วรรณกรรม:

ช่วงอัลตราไวโอเลต

ช่วงอัลตราไวโอเลตถือว่าครอบครองพื้นที่ตั้งแต่ 10 ถึง 380 นาโนเมตร แม้ว่าขอบเขตจะไม่ได้กำหนดไว้ชัดเจนโดยเฉพาะบริเวณคลื่นสั้น มันถูกแบ่งออกเป็นช่วงย่อยและการแบ่งนี้ก็ยังไม่ชัดเจนเนื่องจากในแหล่งต่าง ๆ มันเชื่อมโยงกับกระบวนการทางกายภาพและชีวภาพต่างๆ

ดังนั้นบนเว็บไซต์ Health Physics Society ช่วงอัลตราไวโอเลตจึงถูกกำหนดไว้ภายในช่วง 40 - 400 นาโนเมตร และแบ่งออกเป็นห้าช่วงย่อย: UV สุญญากาศ (40-190 นาโนเมตร), UV ไกล (190-220 นาโนเมตร), UVC (220- 290 นาโนเมตร), UVB (290-320 นาโนเมตร) และ UVA (320-400 นาโนเมตร) (แสงสีดำ) ในบทความ Wikipedia เวอร์ชันภาษาอังกฤษเกี่ยวกับอัลตราไวโอเลต "อัลตราไวโอเลต" ช่วง 40 - 400 นาโนเมตรได้รับการจัดสรรสำหรับรังสีอัลตราไวโอเลต แต่ในตารางในข้อความจะแบ่งออกเป็นช่วงย่อยที่ทับซ้อนกันหลายช่วงโดยเริ่มจาก 10 นาโนเมตร ในวิกิพีเดียเวอร์ชันรัสเซีย "รังสีอัลตราไวโอเลต" ตั้งแต่เริ่มต้นขอบเขตของช่วง UV ถูกกำหนดไว้ภายใน 10 - 400 นาโนเมตร นอกจากนี้ Wikipedia ยังแสดงรายการพื้นที่ 100 – 280, 280 – 315, 315 – 400 นาโนเมตรสำหรับช่วง UVC, UVB และ UVA

รังสีอัลตราไวโอเลตแม้จะมีผลประโยชน์ในปริมาณน้อยก็ตาม วัตถุทางชีวภาพในขณะเดียวกันก็เป็นรังสีที่อันตรายที่สุดในบรรดาการแผ่รังสีที่แผ่กระจายตามธรรมชาติอื่นๆ ทั้งหมดในพิสัยอื่นๆ

แหล่งกำเนิดรังสียูวีตามธรรมชาติหลักคือดวงอาทิตย์ อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ว่ารังสีทั้งหมดจะเข้าสู่โลก เนื่องจากมันถูกดูดซับโดยชั้นโอโซนของชั้นสตราโตสเฟียร์และในบริเวณที่สั้นกว่า 200 นาโนเมตรอย่างแรงมากโดยออกซิเจนในบรรยากาศ

UVC ถูกชั้นบรรยากาศดูดซับไปเกือบหมดแต่ไปไม่ถึง พื้นผิวโลก- ช่วงนี้ใช้กับหลอดฆ่าเชื้อโรค การเปิดรับแสงมากเกินไปทำให้เกิดความเสียหายที่กระจกตาและตาบอดจากหิมะ รวมถึงใบหน้าไหม้อย่างรุนแรง

UVB เป็นส่วนที่ทำลายล้างที่สุดของรังสียูวี เนื่องจากมีพลังงานเพียงพอที่จะทำลาย DNA บรรยากาศไม่ถูกดูดซับอย่างสมบูรณ์ (ผ่านประมาณ 2%) การฉายรังสีนี้จำเป็นต่อการผลิต (การสังเคราะห์) วิตามินดี แต่ผลที่เป็นอันตรายอาจทำให้เกิดแผลไหม้ ต้อกระจก และมะเร็งผิวหนังได้ รังสีส่วนนี้ถูกดูดซับโดยโอโซนในชั้นบรรยากาศ ซึ่งการลดลงนี้ทำให้เกิดความกังวล

UVA เข้าถึงโลกได้เกือบหมด (99%) มีหน้าที่ฟอกหนัง แต่ส่วนเกินจะทำให้เกิดแผลไหม้ เช่นเดียวกับ UVB จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์วิตามินดี การได้รับสารมากเกินไปจะนำไปสู่การกดภูมิคุ้มกัน ความแข็งของผิวหนัง และการก่อตัวของต้อกระจก การแผ่รังสีในช่วงนี้เรียกอีกอย่างว่าแสงสีดำ แมลงและนกสามารถเห็นแสงนี้ได้

ตามตัวอย่าง รูปภาพด้านล่างแสดงการพึ่งพาความเข้มข้นของโอโซนกับความสูงที่ละติจูดตอนเหนือ (เส้นโค้งสีเหลือง) และระดับการปิดกั้นรังสีอัลตราไวโอเลตจากแสงอาทิตย์โดยโอโซน UVC จะถูกดูดซับได้อย่างสมบูรณ์ถึงระดับความสูง 35 กม. ในเวลาเดียวกัน UVA เข้าถึงพื้นผิวโลกได้เกือบทั้งหมด แต่รังสีนี้แทบไม่ก่อให้เกิดอันตรายใดๆ โอโซนปิดกั้นรังสี UVB ส่วนใหญ่ แต่บางชนิดก็มาถึงโลก หากชั้นโอโซนหมดลง ส่วนใหญ่จะฉายรังสีที่พื้นผิวและก่อให้เกิดความเสียหายทางพันธุกรรมต่อสิ่งมีชีวิต

รายการสั้นๆ ของการใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วง UV

• การพิมพ์หินด้วยแสงคุณภาพสูงสำหรับการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น ไมโครโปรเซสเซอร์และชิปหน่วยความจำ
• ในการผลิตชิ้นส่วนใยแก้วนำแสง โดยเฉพาะตะแกรง Bragg
• การฆ่าเชื้อโรคในอาหาร น้ำ อากาศ วัตถุจากจุลินทรีย์ (UVC)
• แสงสีดำ (UVA) ในนิติวิทยาศาสตร์ ในการตรวจสอบงานศิลปะ ในการสร้างความถูกต้องของธนบัตร (ปรากฏการณ์เรืองแสง)
• ผิวสีแทนปลอม
• การแกะสลักด้วยเลเซอร์
• โรคผิวหนัง.
• ทันตกรรม (โฟโตพอลิเมอไรเซชันของการอุดฟัน)

แหล่งกำเนิดรังสีอัลตราไวโอเลตที่มนุษย์สร้างขึ้นคือ:

ไม่ใช่สีเดียว:หลอดปล่อยสารปรอท ความกดดันที่แตกต่างกันและการออกแบบ

สีเดียว:

1. เลเซอร์ไดโอด ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ GaN (พลังงานต่ำ) สร้างขึ้นในช่วงอัลตราไวโอเลตใกล้
2. เลเซอร์เอ็กไซเมอร์เป็นแหล่งรังสีอัลตราไวโอเลตที่ทรงพลังมาก พวกมันปล่อยพัลส์นาโนวินาที (พิโกวินาทีและไมโครวินาที) ด้วยกำลังเฉลี่ยตั้งแต่หลายวัตต์ไปจนถึงหลายร้อยวัตต์ ความยาวคลื่นโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 157 นาโนเมตร (F2) ถึง 351 นาโนเมตร (XeF);
3. เลเซอร์โซลิดสเตตบางชนิดเจือด้วยซีเรียม เช่น Ce3+:LiCAF หรือ Ce3+:LiLuF4 ซึ่งทำงานในโหมดพัลซิ่งด้วยพัลส์นาโนวินาที
4. ตัวอย่างเช่น ไฟเบอร์เลเซอร์บางชนิดมีการเจือด้วยนีโอไดเมียม
5. เลเซอร์สีย้อมบางชนิดสามารถเปล่งแสงอัลตราไวโอเลตได้
6. อิออน เลเซอร์อาร์กอนซึ่งแม้ว่าเส้นหลักจะอยู่ในช่วงแสง แต่ก็สามารถสร้างรังสีต่อเนื่องที่ความยาวคลื่น 334 และ 351 นาโนเมตร แต่มีพลังงานต่ำกว่า
7. เลเซอร์ไนโตรเจนเปล่งแสงที่ความยาวคลื่น 337 นาโนเมตร เลเซอร์ที่ง่ายและราคาถูกมาก ทำงานในโหมดพัลซิ่งด้วยระยะเวลาพัลส์นาโนวินาทีและกำลังสูงสุดหลายเมกะวัตต์
8. ความถี่สามเท่าของเลเซอร์ Nd: YAG ในผลึกไม่เชิงเส้น

วรรณกรรม:

1. วิกิพีเดีย "อัลตราไวโอเลต"

นำเสนอในบทความแยกต่างหาก

ความโปร่งใสของสารสำหรับรังสีแกมมาซึ่งต่างจากแสงที่มองเห็นไม่ได้ขึ้นอยู่กับรูปแบบทางเคมีและ สถานะของการรวมตัวแต่ส่วนใหญ่มาจากประจุของนิวเคลียสที่ประกอบเป็นสสาร และจากพลังงานของรังสีแกมมา ดังนั้น ความสามารถในการดูดซับของชั้นของสารสำหรับรังสีแกมมาในการประมาณครั้งแรกสามารถกำหนดลักษณะเฉพาะได้ด้วยความหนาแน่นของพื้นผิว (ในหน่วย g/cm²) เชื่อกันมานานแล้วว่าการสร้างกระจกและเลนส์สำหรับรังสี γ นั้นเป็นไปไม่ได้ อย่างไรก็ตาม จากการวิจัยล่าสุดในสาขานี้ การหักเหของรังสี γ ก็เป็นไปได้ การค้นพบนี้อาจหมายถึงการสร้างสาขาใหม่ของเลนส์ - γ-optics

รังสีแกมมาไม่มีขีดจำกัดล่างที่ชัดเจน แต่โดยทั่วไปเชื่อกันว่าควอนตัมแกมมาถูกปล่อยออกมาจากนิวเคลียส และควอนตัมรังสีเอกซ์นั้นถูกปล่อยออกมาโดยเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม (นี่เป็นเพียงความแตกต่างทางคำศัพท์ที่ไม่ส่งผลกระทบใดๆ คุณสมบัติทางกายภาพรังสี)

รังสีเอกซ์

• จาก 0.1 nm = 1 Å (12,400 eV) ถึง 0.01 nm = 0.1 Å (124,000 eV) - การฉายรังสีเอกซ์อย่างหนัก- แหล่งที่มา: ปฏิกิริยานิวเคลียร์บางชนิด, หลอดรังสีแคโทด
• 10 นาโนเมตร (124 eV) ถึง 0.1 นาโนเมตร = 1 Å (12,400 eV) - รังสีเอกซ์อ่อน- แหล่งที่มา: หลอดรังสีแคโทด, การแผ่รังสีความร้อนพลาสมา

ควอนตัมรังสีเอกซ์ส่วนใหญ่จะถูกปล่อยออกมาในระหว่างการเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนในเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมหนักไปยังวงโคจรที่อยู่ต่ำ ตำแหน่งว่างในวงโคจรที่อยู่ต่ำมักเกิดจากการชนของอิเล็กตรอน รังสีเอกซ์สร้างขึ้นในลักษณะนี้ มีสเปกตรัมเส้นที่มีคุณลักษณะความถี่ของอะตอมที่กำหนด (ดู รังสีลักษณะเฉพาะ- โดยเฉพาะอย่างยิ่งช่วยให้สามารถศึกษาองค์ประกอบของสารได้ (การวิเคราะห์การเรืองแสงด้วยรังสีเอกซ์) รังสีเอกซ์ความร้อน เบรมสตราลุง และซินโครตรอนมีสเปกตรัมต่อเนื่อง

ในรังสีเอกซ์ จะสังเกตการเลี้ยวเบนของโครงผลึก เนื่องจากความยาวของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความถี่เหล่านี้จะใกล้เคียงกับคาบของโครงผลึก วิธีการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์จะขึ้นอยู่กับสิ่งนี้

รังสีอัลตราไวโอเลต

ช่วง: 400 นาโนเมตร (3.10 eV) ถึง 10 นาโนเมตร (124 eV)

การแผ่รังสีทางแสง

การแผ่รังสีในช่วงแสง (แสงที่มองเห็นได้) และรังสีอินฟราเรดใกล้เคียง [ ]) ผ่านบรรยากาศอย่างอิสระและสามารถสะท้อนและหักเหได้ง่ายในระบบออพติคัล แหล่งที่มา: การแผ่รังสีความร้อน (รวมถึงดวงอาทิตย์) แสงฟลูออเรสเซนต์ ปฏิกิริยาเคมี ไฟ LED

สีของรังสีที่มองเห็นซึ่งสอดคล้องกับรังสีเอกรงค์เดียวเรียกว่าสเปกตรัม สเปกตรัมและ สีสเปกตรัมสามารถมองเห็นได้เมื่อมีลำแสงแคบๆ ผ่านปริซึมหรือตัวกลางหักเหอื่นๆ ตามเนื้อผ้า สเปกตรัมที่มองเห็นจะถูกแบ่งออกเป็นช่วงสีตามลำดับ:

กลาง รังสีอินฟราเรดอยู่ในช่วงตั้งแต่ 207 THz (0.857 eV) ถึง 405 THz (1.68 eV) ขีดจำกัดบนถูกกำหนดโดยความสามารถของสายตามนุษย์ในการรับรู้สีแดง ซึ่งจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับ คนละคน- โดยทั่วไป ความโปร่งใสในช่วงอินฟราเรดใกล้จะสอดคล้องกับความโปร่งใสของแสงที่มองเห็นได้

รังสีอินฟราเรด

รังสีอินฟราเรดอยู่ระหว่างแสงที่มองเห็นกับรังสีเทราเฮิร์ตซ์ ช่วง: 2000 µm (150 GHz) ถึง 740 nm (405 THz)

ทฤษฎีแสดงให้เห็นว่ารังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นเมื่อประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ไม่สม่ำเสมอและถูกเร่ง ประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่อย่างอิสระ (ฟรี) จะไม่แผ่รังสี ไม่มีการแผ่รังสีของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับประจุที่เคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรงคงที่ เช่น ประจุที่อธิบายวงกลมในสนามแม่เหล็ก

ในการเคลื่อนที่แบบสั่น ความเร่งจะเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นการสั่นสะเทือนของประจุไฟฟ้าจึงผลิตรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า นอกจากนี้ การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจะเกิดขึ้นเมื่อมีการลดความเร็วของประจุอย่างไม่สม่ำเสมออย่างรวดเร็ว เช่น เมื่อลำอิเล็กตรอนชนกับสิ่งกีดขวาง (การก่อตัวของรังสีเอกซ์) ในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนอย่างวุ่นวายของอนุภาค คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (รังสีความร้อน) ก็ถูกสร้างขึ้นเช่นกัน ระลอกคลื่น

ประจุนิวเคลียร์ส่งผลให้เกิดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่เรียกว่ารังสี y รังสีอัลตราไวโอเลตและแสงที่มองเห็นได้เกิดจากการเคลื่อนที่ของอะตอมอิเล็กตรอน การสั่นของประจุไฟฟ้าในระดับจักรวาลทำให้เกิดการแผ่รังสีวิทยุจากเทห์ฟากฟ้า

นอกจากกระบวนการทางธรรมชาติที่ทำให้เกิดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นด้วยคุณสมบัติต่างๆ แล้ว ยังมีความเป็นไปได้ในการทดลองต่างๆ มากมายสำหรับการสร้างรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าอีกด้วย

ลักษณะสำคัญของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าคือความถี่ (ถ้า เรากำลังพูดถึงโอ การสั่นสะเทือนฮาร์มอนิก) หรือย่านความถี่ แน่นอนว่าการคำนวณความถี่ของการแผ่รังสีใหม่ตามความยาวของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศโดยใช้ความสัมพันธ์นั้นไม่เป็นความจริง

ความเข้มของการแผ่รังสีเป็นสัดส่วนกับกำลังสี่ของความถี่ ดังนั้นจึงไม่สามารถติดตามการแผ่รังสีความถี่ต่ำมากที่มีความยาวคลื่นหลายร้อยกิโลเมตรได้ ดังที่ทราบกันดีว่าช่วงคลื่นวิทยุที่ใช้งานได้จริงนั้นมีความยาวคลื่นตามลำดับขนาดซึ่งสอดคล้องกับความถี่ของลำดับความสำคัญ ความยาวคลื่นของลำดับความสำคัญนั้นจัดอยู่ในประเภทช่วงกลางหลายสิบเมตรซึ่งเป็นคลื่นที่สั้นอยู่แล้ว คลื่นสั้นพิเศษ (UHF) พาเราออกจากช่วงคลื่นวิทยุปกติ ความยาวคลื่นหลายเมตรและเศษส่วนของหนึ่งเมตรจนถึงหนึ่งเซนติเมตร (เช่น ความถี่ของลำดับความสำคัญถูกใช้ในโทรทัศน์และเรดาร์

Glagoleva-Arkadyeva ได้รับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สั้นกว่านั้นในปี 1924 เธอใช้ประกายไฟฟ้าเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระโดดไปมาระหว่างตะไบเหล็กที่แขวนอยู่ในน้ำมัน และรับคลื่นที่มีความยาวถึงตรงนี้ ซึ่งซ้อนทับกับความยาวคลื่นของการแผ่รังสีความร้อนได้สำเร็จแล้ว

ส่วนของแสงที่มองเห็นมีขนาดเล็กมาก โดยครอบคลุมเฉพาะความยาวคลื่นตั้งแต่ ซม. ถึง ซม. ถัดมาคือรังสีอัลตราไวโอเลต ซึ่งมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า แต่บันทึกได้ดีมากด้วยเครื่องมือทางกายภาพ นี่คือความยาวคลื่นตั้งแต่ซม. ถึงซม.

ตามด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์- ความยาวคลื่นมีตั้งแต่ ซม. ถึง ซม. ยิ่งความยาวคลื่นสั้นลง รังสีเอกซ์ก็จะยิ่งถูกดูดซับโดยสสารน้อยลง ความยาวคลื่นที่สั้นที่สุดและรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทะลุผ่านได้มากที่สุดเรียกว่ารังสี y (ความยาวคลื่นตั้งแต่ซม. และต่ำกว่า)

คุณลักษณะของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทใดๆ ที่ระบุไว้จะครอบคลุมหากมีการวัดดังต่อไปนี้ ประการแรก ไม่ว่าจะด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจะต้องถูกสลายเป็นสเปกตรัม ในกรณีของแสง รังสีอัลตราไวโอเลต และรังสีอินฟราเรด สามารถทำได้โดยการหักเหของแสงด้วยปริซึม หรือโดยการส่งรังสีผ่านตะแกรงการเลี้ยวเบน (ดูด้านล่าง) ในกรณีของรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา ความละเอียดของสเปกตรัมทำได้โดยการสะท้อนจากคริสตัล (ดูหน้า 351) คลื่น

ช่วงคลื่นวิทยุจะถูกแบ่งออกเป็นสเปกตรัมโดยใช้ปรากฏการณ์การสั่นพ้อง

สเปกตรัมการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นอาจเป็นแบบต่อเนื่องหรือเป็นเส้น กล่าวคือ สามารถเติมย่านความถี่ที่แน่นอนได้อย่างต่อเนื่อง หรืออาจประกอบด้วยเส้นแหลมแต่ละเส้นที่สอดคล้องกับช่วงความถี่ที่แคบมาก ในกรณีแรกเพื่อกำหนดลักษณะของสเปกตรัมจำเป็นต้องระบุเส้นโค้งความเข้มเป็นฟังก์ชันของความถี่ (ความยาวคลื่น) ในกรณีที่สองสเปกตรัมจะถูกอธิบายโดยการระบุเส้นทั้งหมดที่มีอยู่ในนั้นโดยระบุความถี่และ ความเข้ม

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่ารังสีแม่เหล็กไฟฟ้าของความถี่และความเข้มที่กำหนดอาจแตกต่างกันในสถานะโพลาไรเซชัน พร้อมกับคลื่นนั้น เวกเตอร์ไฟฟ้าแกว่งไปมาตามเส้นบางเส้น (คลื่นโพลาไรซ์เชิงเส้น) เราจะต้องจัดการกับการแผ่รังสีซึ่งคลื่นโพลาไรซ์เชิงเส้นซึ่งหมุนรอบสัมพันธ์กันรอบแกนของลำแสงซ้อนทับกัน เพื่อที่จะจำแนกลักษณะของรังสีได้อย่างครอบคลุม จำเป็นต้องระบุโพลาไรซ์ของมัน

ควรสังเกตว่าแม้แต่การสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าที่ช้าที่สุด เราก็ไม่สามารถวัดเวกเตอร์ไฟฟ้าและแม่เหล็กของคลื่นได้ ภาพภาคสนามที่วาดด้านบนเป็นไปตามลักษณะทางทฤษฎี อย่างไรก็ตาม ไม่มีข้อสงสัยเกี่ยวกับความจริงของพวกเขา โดยคำนึงถึงความต่อเนื่องและความสมบูรณ์ของทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมด

ข้อความที่ว่ารังสีประเภทใดประเภทหนึ่งเป็นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านั้นเป็นทางอ้อมเสมอ อย่างไรก็ตาม จำนวนผลที่ตามมาที่เกิดจากสมมติฐานนั้นมีมากมายมหาศาล และพวกมันอยู่ในข้อตกลงที่สอดคล้องกันจนสมมติฐานเกี่ยวกับสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับคุณลักษณะทั้งหมดของความเป็นจริงในทันทีมาเป็นเวลานานแล้ว

ประเภทของรังสี

การแผ่รังสีความร้อน – การแผ่รังสีซึ่งพลังงานที่อะตอมสูญเสียไปเพื่อเปล่งแสงจะถูกชดเชยด้วยพลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอะตอม (หรือโมเลกุล) ของวัตถุที่เปล่งแสง แหล่งความร้อนคือดวงอาทิตย์ หลอดไส้ ฯลฯ

การเรืองแสงด้วยไฟฟ้า(จากภาษาลาติน การเรืองแสง - “เรืองแสง”) – การปล่อยก๊าซพร้อมกับแสงเรืองแสง แสงเหนือมีการสำแดงของอิเล็กโทรลูมิเนสเซนซ์ ใช้ในหลอดสำหรับจารึกโฆษณา

แคโทโดลูมิเนสเซนซ์– การเรืองแสงของของแข็งที่เกิดจากการทิ้งระเบิดด้วยอิเล็กตรอน ด้วยเหตุนี้หน้าจอหลอดรังสีแคโทดของโทรทัศน์จึงเรืองแสง

เคมีเรืองแสง– การเปล่งแสงในบางส่วน ปฏิกิริยาเคมีมาพร้อมกับการปล่อยพลัง สังเกตได้จากตัวอย่างหิ่งห้อยและสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ที่มีคุณสมบัติเรืองแสงได้

แสงเรืองแสง– การเรืองแสงของวัตถุโดยตรงภายใต้อิทธิพลของรังสีที่ตกกระทบกับพวกมัน ตัวอย่างคือสีเรืองแสงที่ปกคลุมการตกแต่งต้นคริสต์มาส โดยจะเปล่งแสงหลังจากถูกฉายรังสี ปรากฏการณ์นี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในหลอดฟลูออเรสเซนต์

เพื่อให้อะตอมเริ่มแผ่รังสีได้ จะต้องถ่ายโอนพลังงานจำนวนหนึ่ง เมื่อปล่อยออกมา อะตอมจะสูญเสียพลังงานที่ได้รับ และเพื่อให้สสารเรืองแสงอย่างต่อเนื่อง จำเป็นต้องมีการไหลเข้าของพลังงานไปยังอะตอมจากภายนอก

สเปกตรัม

สเปกตรัมลาย

สเปกตรัมแถบสีประกอบด้วยแถบแต่ละแถบที่คั่นด้วยช่องว่างมืด ด้วยตัวช่วยที่ดีมากๆ เครื่องมือสเปกตรัม เราจะพบว่าแต่ละแบนด์ประกอบด้วยเส้นตรงจำนวนมากที่มีระยะห่างกันมาก สเปกตรัมแบบแถบนั้นแตกต่างจากสเปกตรัมเส้นตรงที่ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยอะตอม แต่สร้างโดยโมเลกุลที่ไม่ได้ถูกผูกมัดหรือถูกผูกไว้อย่างอ่อน ผูกมัดเพื่อนกับเพื่อน

ในการสังเกตสเปกตรัมโมเลกุล เช่นเดียวกับการสังเกตสเปกตรัมเส้น โดยปกติจะใช้การเรืองแสงของไอในเปลวไฟหรือการเรืองแสงของการปล่อยก๊าซ

การวิเคราะห์สเปกตรัม

การวิเคราะห์สเปกตรัมเป็นชุดวิธีการในการกำหนดองค์ประกอบของวัตถุในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ โดยอาศัยการศึกษาสเปกตรัมของอันตรกิริยาของสสารกับการแผ่รังสี รวมถึงสเปกตรัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นเสียง การกระจายมวลและพลังงาน อนุภาคมูลฐานฯลฯ ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการวิเคราะห์และประเภทของสเปกตรัม วิธีการวิเคราะห์สเปกตรัมหลายวิธีจึงมีความโดดเด่น การวิเคราะห์สเปกตรัมของอะตอมและโมเลกุลทำให้สามารถระบุองค์ประกอบองค์ประกอบและโมเลกุลของสารได้ตามลำดับ ในวิธีการเปล่งแสงและการดูดซับ องค์ประกอบจะพิจารณาจากสเปกตรัมการเปล่งแสงและการดูดกลืนแสง การวิเคราะห์แมสสเปกโตรเมทรีดำเนินการโดยใช้แมสสเปคตรัมของอะตอมหรือโมเลกุลไอออน และช่วยให้สามารถระบุองค์ประกอบไอโซโทปของวัตถุได้ อุปกรณ์สเปกตรัมที่ง่ายที่สุดคือสเปกโตรกราฟ

แผนผังของสเปกโตรกราฟปริซึม

เส้นสีเข้มในแถบสเปกตรัมสังเกตเห็นมานานแล้ว (เช่น วอลลัสตันสังเกตเห็นเส้นเหล่านี้) แต่การศึกษาเส้นเหล่านี้อย่างจริงจังครั้งแรกเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2357 โดยโจเซฟ ฟรอนโฮเฟอร์เท่านั้น เพื่อเป็นเกียรติแก่เขา เอฟเฟกต์นี้จึงถูกเรียกว่า "เส้น Fraunhofer" Fraunhofer สร้างความมั่นคงของตำแหน่งของเส้น รวบรวมตาราง (เขานับได้ทั้งหมด 574 บรรทัด) และกำหนดรหัสตัวอักษรและตัวเลขให้กับแต่ละเส้น ข้อสรุปของเขาที่สำคัญไม่แพ้กันคือเส้นไม่เกี่ยวข้องกับวัสดุเชิงแสงหรือ ชั้นบรรยากาศของโลกแต่เป็นลักษณะตามธรรมชาติ แสงแดด- เขาค้นพบเส้นที่คล้ายกันในแหล่งกำเนิดแสงประดิษฐ์ เช่นเดียวกับในสเปกตรัมของดาวศุกร์และซิเรียส

เส้นฟรอนโฮเฟอร์

เพื่อทดสอบวิธีการนี้ในปี พ.ศ. 2411 Paris Academy of Sciences ได้จัดการเดินทางไปยังอินเดียโดยสมบูรณ์ สุริยุปราคา- ที่นั่น นักวิทยาศาสตร์ค้นพบ: เส้นมืดทั้งหมดในช่วงเวลาที่เกิดคราส เมื่อสเปกตรัมการแผ่รังสีเข้ามาแทนที่สเปกตรัมการดูดกลืนแสงของโคโรนาสุริยะ เป็นไปตามที่คาดการณ์ไว้ สว่างตัดกับพื้นหลังสีเข้ม

ธรรมชาติของแต่ละเส้นและความเชื่อมโยงกับองค์ประกอบทางเคมีจะค่อยๆ ชัดเจนขึ้น ในปี ค.ศ. 1860 เคียร์ชอฟและบุนเซนค้นพบซีเซียมโดยใช้การวิเคราะห์สเปกตรัม และในปี ค.ศ. 1861 ค้นพบรูบิเดียม และฮีเลียมถูกค้นพบบนดวงอาทิตย์เร็วกว่าบนโลก 27 ปี (พ.ศ. 2411 และ พ.ศ. 2438 ตามลำดับ)

หลักการทำงาน

อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีแต่ละชนิดมีความถี่เรโซแนนซ์ที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด ซึ่งส่งผลให้พวกมันปล่อยหรือดูดซับแสงที่ความถี่เหล่านี้ สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าในสเปกโตรสโคป เส้น (มืดหรือสว่าง) สามารถมองเห็นได้ในสเปกตรัม สถานที่บางแห่ง,ลักษณะของสารแต่ละชนิด ความเข้มของเส้นขึ้นอยู่กับปริมาณของสารและสถานะของสาร ในการวิเคราะห์สเปกตรัมเชิงปริมาณ เนื้อหาของสารที่กำลังศึกษาจะถูกกำหนดโดยความเข้มสัมพัทธ์หรือสัมบูรณ์ของเส้นหรือแถบในสเปกตรัม

การวิเคราะห์สเปกตรัมเชิงแสงมีลักษณะพิเศษคือนำไปปฏิบัติได้ง่าย ไม่มีการเตรียมตัวอย่างที่ซับซ้อนสำหรับการวิเคราะห์ และต้องใช้สารปริมาณเล็กน้อย (10-30 มก.) สำหรับการวิเคราะห์ จำนวนมากองค์ประกอบ สเปกตรัมอะตอม (การดูดซึมหรือการปล่อยก๊าซ) ได้มาจากการถ่ายโอนสารไปสู่สถานะไอโดยการให้ความร้อนแก่ตัวอย่างที่อุณหภูมิ 1,000-10,000 °C ประกายไฟหรือส่วนโค้งของกระแสสลับถูกใช้เป็นแหล่งของการกระตุ้นของอะตอมในการวิเคราะห์การปล่อยก๊าซของวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ในกรณีนี้ ตัวอย่างจะถูกวางไว้ในปล่องของอิเล็กโทรดคาร์บอนตัวใดตัวหนึ่ง เปลวไฟหรือพลาสมาของก๊าซต่างๆ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิเคราะห์สารละลาย

สเปกตรัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

คุณสมบัติของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นต่างกันมีความแตกต่างค่อนข้างมาก แต่ทั้งหมดตั้งแต่คลื่นวิทยุไปจนถึงรังสีแกมมาเป็นหนึ่งเดียว ธรรมชาติทางกายภาพ- การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทุกประเภท ไม่ว่าจะมากหรือน้อยก็ตาม จะแสดงคุณสมบัติของคลื่นรบกวน การเลี้ยวเบน และโพลาไรเซชันของคลื่น ในขณะเดียวกัน รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทุกประเภทจะแสดงคุณสมบัติควอนตัมไม่มากก็น้อย

กลไกของการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่พบได้ทั่วไปในรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดคือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นใดๆ สามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งของประจุไฟฟ้า หรือระหว่างการเปลี่ยนโมเลกุล อะตอม หรือนิวเคลียสของอะตอมจากสถานะควอนตัมหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง การสั่นของประจุไฟฟ้าแบบฮาร์มอนิกจะมาพร้อมกับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่เท่ากับความถี่ของการสั่นของประจุ

คลื่นวิทยุ. เมื่อการสั่นเกิดขึ้นที่ความถี่ตั้งแต่ 10 5 ถึง 10 12 Hz การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจะเกิดขึ้นซึ่งความยาวคลื่นอยู่ในช่วงตั้งแต่หลายกิโลเมตรถึงหลายมิลลิเมตร ระดับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าส่วนนี้อ้างอิงถึงช่วงคลื่นวิทยุ คลื่นวิทยุใช้สำหรับการสื่อสารทางวิทยุ โทรทัศน์ และเรดาร์

รังสีอินฟราเรด รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่า 1-2 มม. แต่มากกว่า 8 * 10 -7 ม. เช่น ที่อยู่ระหว่างช่วงคลื่นวิทยุและช่วงแสงที่มองเห็นเรียกว่ารังสีอินฟราเรด

รังสีอินฟราเรดถูกปล่อยออกมาจากวัตถุที่ได้รับความร้อน แหล่งที่มาของรังสีอินฟราเรด ได้แก่ เตา หม้อน้ำทำน้ำร้อน และหลอดไฟฟ้า

การใช้อุปกรณ์พิเศษ รังสีอินฟราเรดสามารถเปลี่ยนเป็นแสงที่มองเห็นได้ และภาพของวัตถุที่ได้รับความร้อนสามารถได้รับในที่มืดสนิท รังสีอินฟราเรดใช้ในการอบแห้งผลิตภัณฑ์ทาสี ผนังอาคาร และไม้

แสงที่มองเห็นได้แสงที่มองเห็น (หรือเพียงแค่แสง) รวมถึงการแผ่รังสีที่มีความยาวคลื่นตั้งแต่ประมาณ 8*10 -7 ถึง 4*10 -7 เมตร จากแสงสีแดงไปจนถึงแสงสีม่วง

ความสำคัญของสเปกตรัมรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในส่วนนี้ในชีวิตมนุษย์นั้นยิ่งใหญ่มากเนื่องจากบุคคลได้รับข้อมูลเกือบทั้งหมดเกี่ยวกับโลกรอบตัวเขาผ่านการมองเห็น แสงเป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาพืชสีเขียวและเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตบนโลก

รังสีอัลตราไวโอเลต. ในปี ค.ศ. 1801 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน โยฮันน์ ริตเตอร์ (ค.ศ. 1776 - 1810) ขณะศึกษาสเปกตรัม ได้ค้นพบว่าอะไร

การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าแสงสีม่วงซึ่งมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า เรียกว่า รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีอัลตราไวโอเลต ได้แก่ รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 4*10 -7 ถึง 1*10 -8 เมตร

รังสีอัลตราไวโอเลตสามารถฆ่าเชื้อแบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรคได้ ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในทางการแพทย์ รังสีอัลตราไวโอเลตจากแสงแดดทำให้เกิดกระบวนการทางชีววิทยาที่นำไปสู่ผิวคล้ำของมนุษย์ - การฟอกหนัง

หลอดปล่อยก๊าซใช้เป็นแหล่งรังสีอัลตราไวโอเลตในทางการแพทย์ หลอดของโคมไฟดังกล่าวทำจากควอทซ์โปร่งใสถึงรังสีอัลตราไวโอเลต นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมโคมไฟเหล่านี้จึงถูกเรียกว่าหลอดควอทซ์

รังสีเอกซ์ หากอยู่ในหลอดสุญญากาศระหว่างแคโทดที่ให้ความร้อน จะมีการปล่อยอิเล็กตรอนและแอโนดออกมา แรงดันไฟฟ้าคงที่หลายหมื่นโวลต์ จากนั้นอิเล็กตรอนจะถูกเร่งโดยสนามไฟฟ้าก่อน จากนั้นจึงชะลอตัวลงอย่างรวดเร็วในสารแอโนดเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับอะตอมของมัน เมื่ออิเล็กตรอนเร็วในสารถูกชะลอความเร็วหรือระหว่างการเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนบนเปลือกชั้นในของอะตอม คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่ารังสีอัลตราไวโอเลตจะปรากฏขึ้น รังสีนี้ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2438 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน วิลเฮล์ม เรินต์เกน (พ.ศ. 2388-2466) การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 10 -14 ถึง 10 -7 เมตร เรียกว่า รังสีเอกซ์

ความสามารถของรังสีเอกซ์ในการเจาะชั้นสสารหนานั้นใช้ในการวินิจฉัยโรค อวัยวะภายในบุคคล. ในเทคโนโลยี การใช้รังสีเอกซ์เพื่อควบคุมโครงสร้างภายในของผลิตภัณฑ์และการเชื่อมต่างๆ รังสีเอกซ์มีผลทางชีวภาพที่รุนแรงและใช้ในการรักษาโรคบางชนิด รังสีแกมมา รังสีแกมมาคือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากนิวเคลียสของอะตอมที่ถูกกระตุ้นและเป็นผลมาจากอันตรกิริยาของอนุภาคมูลฐาน

รังสีแกมมา- การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าคลื่นที่สั้นที่สุด (<10 -10 м). Его особенностью являются ярко выраженные корпускулярные свойства. Поэтому гамма-излучение обычно рассматривают как поток частиц - гамма-квантов. В области длин волн от 10 -10 до 10 -14 и диапазоны рентгеновского и гамма-излучений перекрываются, в этой области рентгеновские лучи и гамма-кванты по своей природе тождественны и отличаются лишь происхождением.