Электромагнитный спектр

  1. Что такое электромагнитное излучение?
  2. Какие виды энергии составляют электромагнитный спектр?
  3. Электромагнитный спектр
  4. Кто открыл электромагнитный спектр?
  5. Как мы можем «увидеть» другие части спектра?
  6. Радиоволны
  7. Микроволны
  8. инфракрасный
  9. Видимый свет
  10. Ультрафиолетовый свет
  11. Рентгеновские лучи
  12. Гамма лучи

от   Крис Вудфорд   ,  Последнее обновление: 7 мая 2018 г

от Крис Вудфорд , Последнее обновление: 7 мая 2018 г.

Вы можете подумать, что мир - это то, что вы видите перед собой, но подумайте немного, и вы поймете, что это неправда. Когда вы закрываете глаза, мир не перестает существовать только потому, что нет света, чтобы видеть. Если бы вы были гремучей змеей или совой, вы могли бы прекрасно видеть ночью. Думая более латерально, что если бы вы были радиолокационный установить установленный на самолете? Тогда вы могли бы помочь пилотам видеть в темноте или плохой погоде, обнаруживая отраженные радиоволны. И если бы вы были камерой, чувствительной к рентгеновским лучам, вы могли бы даже видеть сквозь тела или здания! Свет, который мы видим, - это только одна часть всей электрической и магнитной энергии, гудящей вокруг нашего мира. Радиоволны, рентгеновские лучи, гамма-лучи и микроволны работают очень похожим образом. Все вместе эта энергия называется электромагнитным спектром. Давайте подробнее рассмотрим, что это значит!

Фото: капли воды изгибают (или преломляют) коротковолновый синий свет больше, чем длинноволновый красный свет, поэтому радуги изгибаются по небу, когда солнечный свет течет сквозь дождь, создавая радугу и раскрывая спектр, «скрытый» внутри белого света.

Что такое электромагнитное излучение?

Световые волны и другие виды энергии, которые излучают (распространяются) из того места, где они производятся, называются электромагнитным излучением. Вместе они составляют так называемый электромагнитный спектр. Наши глаза могут видеть только ограниченную часть электромагнитного спектра - красочную радугу, которую мы видим в солнечно-дождливые дни, которая является невероятно крошечной частью всего электромагнитного излучения, проникающего через наш мир. Мы называем энергию видимым светом (мы обсуждаем это подробно в нашей основной статье о свет ) и, как и радиоволны, микроволны и все остальное, он состоит из электромагнитных волн. Это вверх-вниз, волнообразные модели электричество а также магнетизм эта гонка идет под прямым углом друг к другу со скоростью света (300 000 км в секунду или 186 000 миль в секунду, что достаточно быстро, чтобы обойти вокруг света 400 раз за минуту!). Свет, который мы видим, простирается в спектре от красного (самая низкая частота и самая длинная длина волны света, который могут регистрировать наши глаза) до оранжевого, желтого, зеленого, синего и индиго до фиолетового (самая высокая частота и самая короткая длина волны, которую мы можем видеть).

Работа: Вверху: Как движется электромагнитная волна: Если бы мы могли заглянуть внутрь светового луча (или другой электромагнитной волны), это то, что мы увидим: электрическая волна, вибрирующая в одном направлении (в данном случае синяя, и вибрирующая вверх). и-вниз) и магнитная волна, вибрирующая под прямым углом к ​​нему (красный в данном случае и вибрирующий из стороны в сторону). Две волны вибрируют идеальным шагом, под прямым углом к ​​направлению, в котором они движутся. Эта диаграмма показывает нам нечто, что ученые действительно поняли только в 19 веке: электричество и магнетизм - это равные партнеры, которые всегда тесно сотрудничают друг с другом. Внизу: анимационная версия того же произведения искусства.

Какие виды энергии составляют электромагнитный спектр?

Каковы другие виды электромагнитного излучения, которое испускают объекты? Вот несколько из них, в диапазоне от самой длинной волны до самой короткой. Обратите внимание, что это не совсем определенные полосы с жесткими краями: они размываются друг с другом с некоторым перекрытием между ними.

  • Радиоволны: если бы наши глаза могли видеть радио волны, мы могли бы (в теории) смотреть ТВ программы просто глядя на небо! Ну, не совсем, но это хорошая идея. Типичный размер: 30см-500м. Радиоволны охватывают огромную полосу частот, и их длины варьируются от десятков сантиметров для высокочастотных волн до сотен метров (длина легкой атлетики) для низкочастотных. Это просто потому, что любая электромагнитная волна длиннее микроволновой называется радиоволной.
  • Микроволновые печи: очевидно, используются для приготовления пищи в микроволновые печи , но и для передачи информации в радиолокационный оборудование. Микроволны похожи на коротковолновые радиоволны. Типичный размер: 15 см (длина карандаша).
  • Инфракрасный: Сразу за самым красным светом, который мы можем видеть, с немного более короткой частотой, есть невидимый «горячий свет», называемый инфракрасным. Хотя мы не можем видеть это, мы можем чувствовать, как оно согревает нашу кожу, когда оно касается нашего лица - это то, что мы считаем излучаемым высокая температура , Если бы, как гремучие змеи, мы могли видеть инфракрасное излучение, это было бы как ночное видение линзы встроены в наши головы. Типичный размер: 0,01 мм (длина ячейки).
  • Видимый свет: свет, который мы на самом деле видим, - это всего лишь крошечный кусочек в середине спектра.
  • Ультрафиолетовый: это разновидность синего света, выходящего за пределы фиолетового света самой высокой частоты, который могут обнаружить наши глаза. Солнце излучает мощное ультрафиолетовое излучение, которое мы не видим: поэтому вы можете получить солнечные ожоги, даже когда вы плавание в море или в пасмурные дни - и почему солнцезащитный крем это так важно. Типичный размер: 500 нанометров (ширина типичной бактерии).
  • Рентген: очень полезный тип высокоэнергетической волны, широко используемый в медицине и безопасности. Узнайте больше в нашей основной статье на Рентгеновские лучи , Типичный размер: 0,1 нанометра (ширина атома).
  • Гамма-лучи: это самая энергичная и опасная форма электромагнитных волн. Гамма-лучи - это разновидность вредного излучения. Типичный размер: 0,000001 нанометров (ширина атомного ядра).

Электромагнитный спектр

Электромагнитный спектр

Фото: диаграмма электромагнитного спектра любезно предоставлена НАСА ,

Все различные виды электромагнитного излучения - это, по сути, тот же «материал», что и свет: это формы энергии, которые движутся по прямым линиям со скоростью света (300 000 км или 186 000 миль в секунду), когда электрический а также магнитные вибрации покачиваются из стороны в сторону. Вместе мы называем эти формы энергии электромагнитным спектром. Вы можете думать о нем как о сверхбольшем спектре, растягивающемся с обеих сторон меньшего спектра, который мы на самом деле видим (радуга светлых цветов).

Есть много изображений электромагнитного спектра, доступных в Интернете, поэтому мы не станем рисовать его снова для вас. Нажмите на маленькое изображение справа, чтобы увидеть довольно симпатичную диаграмму спектра от НАСА.

Кто открыл электромагнитный спектр?

Кто открыл электромагнитный спектр

Фото: Джеймс Клерк Максвелл: отец электромагнетизма. Фото предоставлено Wikimedia Commons ,

До 19-го века ученые считали, что электричество и магнетизм - это совершенно разные вещи. Затем, после серии удивительных экспериментов, стало ясно, что они очень тесно связаны друг с другом. Электричество может вызвать магнетизм и наоборот! Около 1819/1820 гг. Датский физик по имени Ганс Кристиан Эрстед (1777–1851) показал, что электрический провод создает вокруг него образец магнетизма. Спустя примерно десятилетие английский химик Майкл Фарадей (1791–1867) доказал, что может произойти и обратное - вы можете использовать магнетизм для выработки электричества - и это привело его к разработке электродвигатели а также генераторы электричества что теперь власть нашего мира.

Благодаря новаторской работе таких людей, как еще один великий ученый, Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879), смог предложить единую теорию, объясняющую как электричество, так и магнетизм. Максвелл суммировал все, что люди обнаружили в четырех простых уравнениях для создания превосходной теории электромагнетизма, которую он опубликовал в 1873 году. Он понял, что электромагнетизм может перемещаться в форме волн со скоростью света, и пришел к выводу, что сам свет должен быть своего рода электромагнитной волной. Примерно через десять лет после смерти Максвелла блестящий немецкий физик по имени Генрих Герц (1857–1894) стал первым человеком, который произвел электромагнитные волны в лаборатории. Эта часть работы привела к развитию радио , телевидение и - намного позже - такие вещи, как беспроводной интернет ,

Как мы можем «увидеть» другие части спектра?

Наши глаза воспринимают свет только из крошечного кусочка спектра, но Вселенная гудит от других видов излучения. Если мы хотим «видеть» за пределами электромагнитных границ наших собственных глаз, мы можем использовать телескопы, «настроенные» на более высокие или более низкие длины волн. Астрономы используют всевозможные телескопы - некоторые на Земле, некоторые в космосе - для сбора информации об удаленных объектах от электромагнитного излучения, которое они испускают.

Радиоволны

Гигантские спутниковые антенны улавливают длинноволновые высокочастотные радиоволны. Самый большой радиотелескоп на Земле - это Сферический телескоп с апертурой в пятьсот метров (FAST) в Китае, который вдвое больше, чем гораздо более известный 305 м (1000 футов). Обсерватория Аресибо в Пуэрто-Рико. Блюдо, изображенное здесь, примерно в семь раз меньше, чем БЫСТРО, и в четыре раза меньше, чем Аресибо. Это 70-метровый (230-футовый) канберрский глубокий спутник в Австралии.

Микроволны

Поскольку космические микроволны не могут пройти через всю атмосферу Земли, мы должны изучать их из космоса. Космический Исследователь Фонов (COBE) Запущенный в 1989 году и дезактивированный в 1993 году, это был космический спутник, предназначенный для этого. Эти изображения ночного неба были сделаны COBE с использованием инфракрасных лучей различной длины.

инфракрасный

Вода в атмосфере Земли поглощает инфракрасное излучение; изучение такого вида электромагнитного излучения является еще одной работой для космического спутника, такого как Инфракрасный астрономический спутник (IRAS) , который работал в течение 10 месяцев в течение 1983 года. Это изображение Галактика Андромеды взятый IRAS.

Видимый свет

Съемка видимого света из космоса - это то, что мы можем легко изучить с Земли с помощью любого обычного оптического телескопа. Это исторический 66см (26-дюймовый) рефракторный телескоп на Военно-морская обсерватория США в Вашингтоне, округ Колумбия. Однако, такие земные телескопы могут поднять только так много - отсюда и потребность в телескопах (таких как кочка и его замена, Джеймс Уэбб ) которые путешествуют в космос.

Фото Сета Россмана любезно предоставлено ВМС США ,

Ультрафиолетовый свет

Ультрафиолетовый свет может вызвать рак кожи, поэтому его хорошая работа поглощается озоновым слоем Земли. К сожалению, недостатком этого является то, что мы должны изучать ультрафиолетовое излучение, прибывающее из космоса, используя спутники, такие как Международный Ультрафиолетовый Исследователь (IUE) , который работал в течение почти двух десятилетий между 1978 и 1996 годами.

Рентгеновские лучи

Думать о Рентгеновские лучи и вы, вероятно, думаете о сломанных костях - но они тоже носятся вокруг. Атмосфера Земли препятствует тому, чтобы эти опасные, высокоэнергетические лучи достигли телескопов на земле, но космические телескопы, такие как Рентген Спутник (РОСАТ) (которые действовали в период с 1990 по 1999 год), смогли наблюдать их в космосе. Солнце выглядит так, как оно есть, потому что наши глаза видят только часть электромагнитного излучения, которое оно испускает. Если бы мы могли видеть рентгеновские лучи, Солнце могло бы выглядеть больше, чем на этом снимке, сделанном в декабре 2001 года с помощью мягкого рентгеновского телескопа (SXT), инструмента на борту Yohkoh обсерватория космического корабля. Как на самом деле выглядит Солнце? Мы никогда не узнаем: наши глаза не могут оценить это полностью!

Фото любезно предоставлено Центром космических полетов имени Годдарда (NASA-GSFC).

Гамма лучи

Гамма-лучи высоких энергий также блокируются атмосферой Земли, поэтому для их изучения нам также нужны космические телескопы, такие как Комптон Гамма-Обсерватория , который работал с 1991 по 2000 год. На этой фотографии изображен Комптон, просвистевший над Нижней Калифорнией в Мексике в 1991 году, и взятый из космического корабля, который запустил его). Комптон был назван в честь американского физика Артур Холли Комптон (1892–1962), один из первых ученых, изучавших космические лучи.