Elektromágneses sugárzás

Az elektromágneses sugárzás egymásra merőlegesen haladó oszcilláló elektromos és mágneses tér, mely a térben hullám formájában terjed energiát és impulzust szállítva. Részecskéi (kvantumai) a fotonok. A 380 nm és 780 nm közötti hullámhosszú elektromágneses sugárzás az emberi szem számára is látható, emiatt látható fénynek nevezik. Az összes elektromágneses sugárzás elrendezhető frekvencia (hullámhossz, energia) szerint, ekkor kapjuk az elektromágneses spektrumot. Az elektromágneses sugárzás fizikáját az elektrodinamika írja le.

Megismerésének története

Az elektromágneses hullámok elméletét James Clark Maxwell (1831 - 1878) skót fizikus dolgozta ki 1873-ban. A „Tanulmány az elektromos és mágneses térről” című munkájában közzétett Maxwell-egyenletek megjósolták az elektromágneses hullámok létezését. Az elmélet magában foglalta a nagyon rövid ill. nagy hosszú hullámhosszok létezését, vagyis az elektromágneses hullámoknak nincs felső ill. alsó hullámhossszhatára. Ezzel a feltételezéssel Maxwell olyan elektromágneses sugárzások létére következtetett, amelyeket csak a halála után fedeztek fel. A Maxwell-egyenleteket helyességét Heinrich Hertz bizonyította be a szikragenerátorral végzett kísérletei alapján.

William Herschel (1738 - 1822) német csillagász észrevette, hogy a kísérleteiben használt fényforrás hőmérsékletváltozást idéz elő. Ezzel felfedezte az infravörös (IR - infra red) hősugarakat. (Egy villanykörte sugárzásának 90 %-át ebben a tartományban bocsátja ki!).

Johann Ritter (1776 - 1829) 1801-ben kémiai vizsgálatok alapján arra a következtetésre jutott, hogy a (látható) kék hullámhosszú fény frekvenciájánál létezik kisebb frekvencia, amely atomi szinten hat; ezzel felfedezte az ultraibolya (UV - ultraviolet) sugárzást.

Az elektromágneses spektrum tartományaiból a földi légkör csak a látható fényt és a hozzá csatlakozó hullámhossznak kis részét, valamint az 1 mm - 20 m hullámhosszú rádiósugárzást engedi át. Ennek a tartománynak a kiaknázására született meg a rádiócsillagászat.

Elektromágneses spektrum

Elnevezés

Hullámhossz

Frekvencia

Foton-energia

eV-ban

Előállítás

Műszaki felhasználás

Kiváltó jelenség

Kisfrekvencia

> 3000 km

< 100 Hz

elektr. rezgőkör

Audio-technika

Váltóáram

> 3000 km

< 100 Hz

< 6,6 · 10-32 J

< 410 feV

Hangfrekvenciás váltóáram

< 3000 km

> 100 Hz

> 6,6 · 10-32 J

> 410 feV

Hosszúhullámok

< 30 km

> 10 kHz

> 6,6 · 10-30 J

> 41 peV

Rádióhullám

< 10 km

> 30 kHz

elektr. rezgőkör + antenna

Hosszúhullám (HH)

< 10 km

> 30 kHz

> 2,0 · 10-29 J

> 120 peV

Hosszúhullámú műsorszórás

Középhullám (KH)

< 650 m

> 650 kHz

> 4,3 · 10-28 J

> 2,7 neV

Középhullámú műsorszórás

Rövidhullám (RH)

< 180 m

> 1,7 MHz

> 1,1 · 10-27 J

> 6,9 neV

Rövidhullámú műsorszórás

Ultrarövid hullám (URH)

< 10 m

> 30 MHz

> 2,0 · 10-26 J

> 120 neV

Műsorszórás, TV, radar, mágnesrezonanciás-tomográfia

Magspin-rezonancia

Deciméteres hullám

10 cm - 1 m

300 MHz- 3 GHz

> 2,0 · 10-25 J

> 1,2 µeV

Mágnesesrezonancia-tomográfia, mobiltelefon, TV

Magspin-rezonancia

Centiméteres hullám

1 cm - 10 cm

3 - 30 GHz

> 2,0 · 10-24 J

> 12 µeV

Rádiócsillagászat, távközlés, műholdas televizióadás

Milliméteres hullám

1 mm - 1 cm

30 - 300 GHz

> 2,0 · 10-23 J

> 120 µeV

Rádiócsillagászat, távközlés

Mikrohullám

300 µm - 30 cm

1 GHz - 1 THz

> 6,6 · 10-25 J

> 4,1 µeV

Magnetron, klisztron, maser

Mikrohullámú sütő, radar

Elektronspin-rezonancia

Terahertz-es sugárzás

30 µm - 3 mm

0,1 THz - 10 THz

> 6,6 · 10-23 J

> 0.4 meV

Szinkrotron, infravörös-lézer, FEL(szabadelektron-lézer)

Rádiócsillagászat, spektroszkópia

Infravörös sugárzás (IR) (Hősugárzás)

< 1,0 mm

> 300 GHz

Hősugárzó, Lézerdióda, LED, Szinkrotron

IR-spektroszkópia

Molekularezgések, Molekulaforgások

Távoli infravörös

< 1,0 mm

> 300 GHz

> 2,0 · 10-22 J

> 1,2 meV

Közepes infravörös

< 50 µm

> 6,00 THz

> 4,0 · 10-21 J

> 25 meV

Széndioxid-lézer

Közeli infravörös

< 2,5&nbspµm

> 120 THz

> 8,0 · 10-20 J

> 500 meV

Nd:YAG-lézer

Távközlés, Adatátvitel (IRDA)

Fény

< 780 nm

> 384 THz

> 2,6 · 10-19 J

> 1,6 eV

Hősugárzó (Izzó), Gasentladung (Fénycső), LED, Laserdióda, Festéklézer, Szinkrotron

Világítás, Színmérés, Fényességmérés

Vegyértékelektronok

Vörös

640 - 780 nm

384 - 468 THz

Hélium-Neon-lézer

DVD, CD

Narancs

600 - 640 nm

468 - 500 THz

Sárga

570 - 600 nm

500 - 526  THz

Zöld

490 - 570 nm

526 - 612  THz

Kék

430 - 490 nm

612 - 697 THz

Ibolya

380 - 430 nm

697 - 789 THz

Blu-ray Disc

Ultraibolya sugárzás (UV)

< 380 nm

> 789  THz

> 5,2 · 10-19 J

> 3,3 eV

fertőtlenítés, UV-fény, spektroszkópia

vegyértékelektronok

Lágy UV-sugárzás

< 380 nm

> 789  THz

> 5,2 · 10-19 J

> 3,3 eV

Fénycső, Szinkrotron, Excimerlaser

Schwarzlicht?? fluoreszcencia, foszforeszcencia, pénzérmék eredetiségvizsgálata, fotolitográfia

Kemény UV-sugárzás

< 200 nm

> 1,5 PHz

> 2,0 · 10-19 J

> 6,2 eV

Fénycső, szinkrotron, Excimerlézer

EUV

13.5 nm

30 PHz

2,0 · 10-17 J

90 eV

Szinkrotron,

EUV-litográfia

XUV

1 - 50 nm

300 PHz - 1 PHz

2,0 · 10-16 - 5,0 · 10-18 J

20 - 1000 eV

XUV- és EUV-források; XUV-csövek, szinkrotron

EUV-litográfia, Röntgen-mikroszkópia, Nanoszkópia

Röntgen-sugárzás

< 1 nm

> 300 PHz

> 2,0 · 10-16 J

> 1 keV

Röntgen-cső

orvosi diagnosztika, biztonságtechnika, Röntgen-szerkezetanalízis, Röntgen-hajlítás

belső elektronok, Auger-elektronok

Gamma-sugárzás

< 10 pm

> 30 EHz

> 2,0 · 10-14 J

> 120 keV

Radioaktivitás

Forrás

A német Wikipédia Elektromagnetisches Spektrum a forrása a táblázatnak

Külső hivatkozások

• Hudoba György: Elektromágneses spektrum (műszaki főiskolai jegyzet, PDF)