Elektromágneses hullámok - Energiaspektrum

Amikor látunk valamit, rádiót hallgatunk, televiziót nézünk, röntgen felvételt készítenek rólunk, szoláriumot, mikrohullámú sütőt használunk, stb., az elektromágneses hullámok külömböző formáit, ugyanazt az alapvető energiaformát hasznosítjuk.

Az elektromágneses sugárzás gyorsan változó elektromos és mágneses mezőből (erőtérből) áll. A hullám minden pontjának van elektromos és mágneses mezője. Ezek merőlegesek a hullám haladási irányára. A hullám mentén mindkét mező erőssége növekszik és csökken. Az elektromos és mágneses mezőben egyaránt két hullámhegy közötti távolság a sugárzás hullámhossza. A hullámhegyek másodpercenkénti ismétlődése adja a hullám frekvenciáját, ezt hertzben (Hz) mérik, ez a másodpercenkénti rezgések száma.

Az ábrán látható elektromágneses hullám mágneses mezője vízszintes, elektromos mezője függőleges. Az erőterek iránya általában változó, de mindíg merőleges a sugárzás irányára.

Az elektromágneses hullámok úgy terjednek mint a vízbe dobott kő mellett keletkező hullámgyűrű, de terjedésükhöz nincs szükség közegre, és sebességük vákuumban megközelíti a másodpercenkénti 300.000 km-t (fénysebesség), vagyis egyetlen másodperc alatt hét és félszer kerülnék meg az egyenlítőt, alig több mint 1,2 másodperc alatt a Holdra érnek és Napból is ideérnek kb. 8,5 perc alatt.
Anyagban (levegőn, vizen, átlátszó anyagokon keresztül) lassabban haladnak.

Elektromágneses sugárzások különböző molekuláris folyamatokban keletkeznek (a hullámhossztól függően).

Minden sugárzás meghatározott nagyságú energiakvantumokat szállít. Tehát a sugárzás részecskék, ("energiacsomagok") áramlásának is tekinthető. Az elektromágneses sugárzás kvantumait fotonnak nevezik, minél rövidebb a sugárzás hullámhossza, annál nagyobb a foton energiája.

Az alábbi ábra a teljes elektromágneses spektrumot mutatja. (A bal nyillal a rövidebb hullámhosszak felé, a jobb nyillal a hosszabak felé léphet. A középső gomb a "közép" helyzetbe állítja vissza. Alul a hullámhosszak láthatók méterben)
Az ábrán jól látszik mennyire kicsi az a tartomány, amit az emberi szem érzékel különböző színű fény formájában.

  Hullámhossz (m) Frekvencia (Hz) Molekuláris folyamat Jellemzők Alkalmazás
gamma sugarak 10-12 alatt 1024 - 1020 maghasadás legnagyobb energiájú sugárterápia
röntgen sugarak 10-11 -10-8 1017 - 1020 elektronionizáció belső hélyakról nagy energiájú diagnosztika
ultraibolya sugárzás

10-8 -10-7

1015 - 1017

vegyértékelektron-átmenetek , Rydberg-elektronátmenetek

jelentős energia barnulás, analitika

Ezeket a sugarakat a légkör (ózonréteg) szerencsére nem engedi a Föld felszínére, különben a szárazföldön nem létezhetne élet, mert a szerves anyagokat ezek a nagy energiájú sugarak tönkreteszik. Az UV sugarak hosszabb tartománya eléri a földfelszínt.

Az UV sugarakat követik a még nagyobbhullámhosszúságú látható fénysugarak az ibolyától a vörösig, ahogyan a vízcseppeken megtörő napfény által keltett szivárványban láthatók.

A látható fénysugarak vegyértékelektron-átmenetek során keletkeznek.

A látható elektromágneses sugarak (fény) hullámhossz és frekvencia tartománya az alábbi táblázatban látható:

Szín

Hullámhossz
nanométer

Frekvencia 
GHz

Vörös

620-760

400 000

Narancs

570-620

500 000

Sárga

550-570

535 000

Zöld

470-550

600 000

Kék

440-470

650 000

Ibolya

380-440

750 000

A látható vörös fénynél nagyobb hullámhosszúságuak az infravörös sugarak, frekvenciájuk 3.000 és 400.000 GHz közötti.

Tartomány

Hullámhossz

Frekvencia

Molekuláris folyamat

Jellemzők,

Alkalmazás

távoli
infravörös sugárzás

10-6 -10-5

1017

lágy (nagy amplitúdójú) rezgési átmenetek

nagyobb energia

 

passzív hőkép

infravörös sugárzás

10-5 -10-4

1016

alap (fundamentális) rezgések

közepes energia

 

telekommunikáció távirányítók

közeli
infravörös sugárzás

10-4 -10-3

1015

rezgési felhang átmenetek

üvegen kissé gyengül

 

éjellátó szemüvegek

Elérkeztünk a különböző rádióhullámok tartományába. (Hullámhossz: 10-3 - 108 m). Ezeket (a hullámhossztól függően) a magspin orientáció mágneses térben (NMR), illetve a molekulák forgási átmenetei keltik.

Hullámsáv

Hullámhossz

Frekvencia

Jellemzők, alkalmazás

Mikrohullám
(MW)
SHF

10-3 - 10-1

1015 - 1012

távközlési átjátszó adók (relék), műholdas kommunikáció, a radarok, mikrohullámú sütők (2,5 GHz), távközlési műholdak (10-12 GHz)

EHF
(30-300 GHz)
Ultrarövidhullám (URH) UHF 10-1 - 100 300 MHz - 3 GHz TV, a repülőgép-navigáció, a mentő, taxi, vezeték nélküli telefon, URH-rádió (88-108 MHz), garázsajtónyitó, riasztó (40 MHz), űrállomás (145 és 437 MHz), mobiltelefon (900, 1800 MHz), GPS (1227 és 1575 MHz), TV UHF-sáv (470-790 MHz), műholdak (2500-2655 MHz). Kijutnak a világűrbe, nem verődnek vissza
VHF 100 - 101 30-300 MHz
Rövidhullám (SW) HF
101 - 102 3-30 MHz műsorszóró rádiózás (rövid hullám), tengeri navigáció, CB-rádiózás (27 MHz).
A 30 MHz alatti hullámok visszaverődnek az ionoszféráról.
Középhullám MF 102 - 103 300 kHz - 3 MHz középhullámú adók
Hosszúhullám (LW) LF 103 - 105 30-300 kHz Etalonfrekvencia órákhoz, tengeralattjáró-kommunikáció, műsorszóró rádiózás
Terjedésük a Föld görbületét követi
  VLF 3-30 kHz
  RF 105 - 106 3 - 300 kHz  
  ELF 106 - 107 30-300 Hz
Ipari frekvencia (50 Hz)

A teljes elektromágneses spektrum hullámhossza 10-16 és 108 méter közötti tartományt ölel fel!

Felhasznált irodalom