Fiz - Clasificarea Undelor Electromagnetice

Clasificarea undelor electromagnetice

• Radiația electromagnetică constă din unde ale câmpului electromagnetic (EM) , care se propagă prin spațiu, purtând energie radiantă electromagnetică. Include unde radio, microunde, infraroșu, lumină (vizibilă), ultravioletă, raze X și raze gamma. Toate aceste unde fac parte din spectrul ectromagnetic. În mod clasic , radiația electromagnetică constă din unde electromagnetice, care sunt oscilații sincronizate ale câmpurilor electrice și magnetice. Radiațiile electromagnetice sau undele electromagnetice sunt create din cauza schimbării periodice a câmpului electric sau magnetic. În funcție de modul în care se produce această schimbare periodică și de puterea generată, se produc diferite lungimi de undă ale spectrului electromagnetic. În vid, undele electromagnetice se deplasează cu viteza luminii, denumită în mod obișnuit c . În medii omogene, izotrope, oscilațiile celor două câmpuri sunt perpendiculare între ele și perpendiculare pe direcția de propagare a energiei și a undelor, formând un oval transversal.

• Poziția unei unde electromagnetice în spectrul electromagnetic poate fi caracterizată fie prin frecvența sa de oscilație, fie prin lungimea de undă. Undele electromagnetice de frecvență diferită sunt numite cu denumiri diferite, deoarece au surse și efecte diferite asupra materiei. În ordinea frecvenței crescătoare și a lungimii de undă descrescătoare acestea sunt: ​undele radio, microunde, radiații infraroșii, lumina vizibilă, radiații ultraviolete, raze X și raze gamma. Undele electromagnetice sunt emise de particulele încărcate electric care suferă o accelerare, și aceste unde pot interacționa ulterior cu alte particule încărcate, exercitând forță asupra lor. Undele EM transportă energie, impuls și moment unghiular departe de particulele lor sursă și pot transmite acele cantități materiei cu care interacționează. Radiația electromagnetică este asociată cu acele unde EM care sunt libere să se propage fără influența continuă a sarcinilor în mișcare care leau produs, deoarece au atins o distanță suficientă de acele sarcini. • Astfel, câmpul apropiat se referă la câmpurile EM din apropierea sarcinilor și curentului care le-au produs direct, în special inducția electromagnetică și fenomenele de inducție electrostatică, iar câmpul îndepărtat reprezintă radiația electromagnetică.

• Radiația EM este clasificată după lungime de undă în radio, microunde, infraroșu, vizibil, ultraviolete, raze X și raze gamma. Undele electromagnetice arbitrare pot fi exprimate prin analiza Fourier în termeni de unde monocromatice sinusoidale , care la rândul lor pot fi clasificate fiecare în aceste regiuni ale spectrului radiației electromagnetic. Comportarea radiației EM și interacțiunea acesteia cu materia depind de frecvența acesteia și se modifică calitativ pe măsură ce frecvența se modifică. Frecvențele inferioare au lungimi de undă mai mari, iar frecvențele mai mari au lungimi de undă mai scurte și sunt asociate cu fotonii de energie mai mare. Nu există nicio limită fundamentală cunoscută pentru aceste lungimi de undă sau energii, la oricare capăt al spectrului, deși fotonii cu energii în apropierea energiei Planck sau care o depășesc (mult prea mari pentru a fi observați vreodată) vor necesita noi teorii fizice pentru a fi descrise.

Undele radio și microunde • Undele radio au cea mai mică cantitate de energie și cea mai joasă frecvență. Când undele radio afectează un conductor , ele se cuplează la conductor, călătoresc de-a lungul acestuia și induc un curent electric pe suprafața conductorului prin mișcarea electronilor materialului conductor în mănunchiuri corelate de sarcină. Astfel de efecte pot acoperi distanțe macroscopice în conductori (cum ar fi antenele radio), deoarece lungimea de undă a undelor radio este mare. • Fenomenele de radiație electromagnetică cu lungimi de undă care variază de la un metru până la un milimetru sunt numite microunde; cu frecvenţe cuprinse între 300 MHz (0,3 GHz) şi 300 GHz. • La frecvențele radio și cu microunde, radiația electromagnetică interacționează cu materia în mare măsură ca o colecție masivă de sarcini care sunt răspândite pe un număr mare de atomi afectați. În conductoarele electrice , o astfel de mișcare în vrac indusă a sarcinilor ( curenți electrici ) are ca rezultat absorbția radiației electromagnetice sau, altfel, separări ale sarcinilor care provoacă generarea de noi radiații electromagnetice. Un exemplu este absorbția sau emisia undelor radio de către antene sau absorbția microundelor de către apă sau alte molecule cu un moment de dipol electric, ca de exemplu în interiorul unui cuptor cu microunde . Aceste interacțiuni produc fie curenți electrici, fie căldură, fie ambele.

Undele infraroșu • La fel ca radioul și cuptorul cu microunde, infraroșul (IR) este, de asemenea, reflectat de metale (și, de asemenea, majoritatea radiației electromagnetice, bine în intervalul ultraviolet). Cu toate acestea, spre deosebire de radiațiile cu frecvență joasă și radiațiile cu microunde, radiația electromagnetică în infraroșu interacționează în mod obișnuit cu dipolii prezenți în moleculele individuale, care se modifică pe măsură ce atomii vibrează la capetele unei singure legături chimice. Prin urmare, este absorbit de o gamă largă de substanțe, determinându-le să crească temperatura pe măsură ce vibrațiile se disipează sub formă de căldură. Același proces, desfășurat în sens invers, face ca substanțele în vrac să radieze spontan în infraroșu. • Radiația infraroșie este împărțită în subregiuni spectrale. Deși există diferite scheme de subdiviziune, spectrul este de obicei împărțit în infraroșu apropiat (0,75–1,4 μm).

Lumina vizibilă Sursele naturale produc radiații EM pe tot spectrul. Radiația EM cu o lungime de undă între aproximativ 400 nm și 700 nm este direct detectată de ochiul uman și percepută ca lumină vizibilă. Alte lungimi de undă, în special infraroșu din apropiere (mai mare de 700 nm) și ultraviolete (mai scurte de 400 nm) sunt uneori denumite lumină. Animalele care detectează infraroșu folosesc pachete mici de apă care își schimbă temperatura, într-un proces esențial termic care implică mulți fotoni. Infraroșul, microundele și undele radio sunt cunoscute că dăunează moleculelor și țesutului biologic numai prin încălzire în vrac, nu prin excitarea de la fotonii unici ai radiației. Lumina vizibilă este capabilă să afecteze doar un mic procent din toate moleculele. De obicei, nu într-un mod permanent sau dăunător, mai degrabă fotonul excită un electron care apoi emite un alt foton când revine la poziția inițială. Aceasta este sursa de culoare produsă de majoritatea coloranților. Retina este o excepție. Când un foton este absorbit, retina schimbă permanent structura de la cis la trans și necesită o proteină pentru a-l converti înapoi, adică resetarea acesteia pentru a putea funcționa din nou ca un detector de lumină. Dovezile limitate indică faptul că unele specii reactive de oxigen sunt create de lumina vizibilă în piele și că acestea pot avea un rol în fotoîmbătrânire, în același mod ca ultravioletele A.