ELEKTROMAGNETISK SPEKTRUM: EGENSKAPER, BÅND, APPLIKASJONER - FYSISK - 2026

Det elektromagnetiske spekteret består av det ordnede arrangementet av alle bølgelengder av elektromagnetiske bølger, som antar en hvilken som helst positiv verdi, uten noen begrensning. Det er delt inn i 7 seksjoner, inkludert synlig lys.

Vi er kjent med frekvensene av synlig lys når vi ser regnbuen, der hver farge tilsvarer en annen bølgelengde: rød er den lengste og fiolett den korteste.

Elektromagnetisk spektrum. Merk at frekvensen (og med den energien) øker fra venstre mot høyre i dette skjemaet. André Oliva / Public domain

Det synlige lysområdet opptar bare et veldig kort område av spekteret. De andre regionene, som vi ikke kan se, er radiobølger, mikrobølger, infrarøde, ultrafiolette, røntgenstråler og gammastråler.

Regionene ble ikke oppdaget på samme tid, men til forskjellige tider. Eksempelvis ble eksistensen av radiobølger spådd i 1867 av James Clerk Maxwell, og år senere, i 1887, produserte Heinrich Hertz dem for første gang på laboratoriet hans, og det er derfor de kalles Hertzian-bølger.

Alle er i stand til å samhandle med materie, men på forskjellige måter, avhengig av energien de har med seg. På den annen side er de forskjellige regionene i det elektromagnetiske spekteret ikke skarpt definert, fordi grensene faktisk er uklar.

Bands

Bånd av det elektromagnetiske spekteret. Tatoute and Phrood / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Grensene mellom de forskjellige regionene i det elektromagnetiske spekteret er ganske uklar. Dette er ikke naturlige inndelinger, faktisk er spekteret et kontinuum.

Imidlertid tjener separasjonen i bånd eller soner til å karakterisere spekteret praktisk sett i henhold til dets egenskaper. Vi begynner beskrivelsen med radiobølger, hvis bølgelengder er lengre.

Radiobølger

De laveste frekvensene har et område rundt 10 ⁴ Hz, som igjen tilsvarer de lengste bølgelengdene, typisk størrelsen på en bygning. AM, FM og borgerradioen bruker bølger i dette området, så vel som VHF- og UHF-TV-sendinger.

For kommunikasjonsformål ble radiobølger brukt for første gang rundt 1890, da Guglielmo Marconi oppfant radioen.

Siden frekvensen av radiobølger er lavere, har de ingen ioniserende effekter på materien. Dette betyr at radiobølger mangler nok energi til å fjerne elektroner fra molekyler, men de øker temperaturen på objekter ved å øke vibrasjonene til molekylene.

Mikrobølgeovn

Bølgelengden til mikrobølger er i størrelsesorden cm, og de ble også først oppdaget av Heinrich Hertz.

De har nok energi til å varme opp mat, som i større eller mindre grad inneholder vann. Vann er et polart molekyl, som betyr at selv om det er elektrisk nøytralt, blir de negative og positive ladningene skilt litt ut, og danner en elektrisk dipol.

Når mikrobølger, som er elektromagnetiske felt, treffer en dipol, produserer de dreiemomenter som får dem til å rotere for å samkjøre dem med feltet. Bevegelsen oversettes til energi som sprer seg gjennom maten og har effekten av å varme den opp.

infrarød

Denne delen av det elektromagnetiske spekteret ble oppdaget av William Herschel på begynnelsen av 1800-tallet og har en lavere frekvens enn synlig lys, men høyere enn mikrobølger.

Bølgelengden til det infrarøde spekteret (under rødt) kan sammenlignes med tuppen av en nål, derfor er det en mer energisk stråling enn mikrobølger.

Mye av solstrålingen kommer på disse frekvensene. Ethvert objekt avgir en viss mengde infrarød stråling, spesielt hvis de er varme, for eksempel kjøkkenbrennere og varmblodige dyr. Det er usynlig for mennesker, men noen rovdyr skiller det infrarøde utslippet fra byttet sitt, noe som gir dem en fordel i jakta.

Synlig

Det er den delen av spekteret som vi kan oppdage med øynene våre, mellom 400 og 700 nanometer (1 nanometer, forkortet nm er 1 × ^10-9 m) bølgelengde.

Hvitt lys inneholder en blanding av alle bølgelengder, som vi kan se hver for seg når de føres gjennom et prisme. Regndråper i skyer oppfører seg noen ganger som prismer, slik at vi kan se regnbuens farger.

Regnbuens farger representerer forskjellige bølgelengder av synlig lys. Kilde: Pixabay.

Bølgelengdene til fargene vi ser, i nanometer, er:

-Rød: 700–620

-Orange: 620–600

-Gult: 600–580

-Grønn: 580–490

-Blå: 490–450

-Violet: 450–400

Ultrafiolett

Det er et mer energisk område enn synlig lys, med bølgelengder utover fiolett, det vil si større enn 450 nm.

Vi kan ikke se det, men strålingen som kommer fra sola er veldig rikelig. Og ettersom den har høyere energi enn den synlige delen, samvirker denne strålingen mye mer med materie, og forårsaker skade på mange molekyler av biologisk betydning.

Ultrafiolette stråler ble oppdaget like etter infrarøde stråler, selv om de i begynnelsen ble kalt "kjemiske stråler", fordi de reagerer med stoffer som sølvklorid.

Røntgenbilder

De ble oppdaget av Wilhelm Roentgen i 1895 mens de eksperimenterte med akselererende elektroner (katodestråler) rettet mot et mål. Han kunne ikke forklare hvor de kom fra, og kalte han røntgenbilder.

Det er en meget energisk stråling med en bølgelengde som kan sammenlignes med størrelsen på atomet, og som kan passere gjennom ugjennomsiktige legemer og produsere bilder som i røntgenstråler.

Radiografer er oppnådd ved bruk av røntgenstråler: Kilde: Pixabay.

Etter hvert som de har mer energi, kan de samhandle med stoff ved å trekke ut elektroner fra molekyler, og derfor er de kjent under navnet ioniserende stråling.

Gamma-stråler

Dette er den mest energiske strålingen av alle, med bølgelengder i størrelsesorden en atomkjerne. Det forekommer ofte i naturen, da det slippes ut av radioaktive elementer når de forfaller til mer stabile kjerner.

I universet er det kilder til gammastråler i supernovaeksplosjoner, samt mystiske gjenstander som pulsarer, sorte hull og nøytronstjerner.

Jordens atmosfære beskytter planeten mot disse sterkt ioniserende strålene som kommer fra universet, og på grunn av deres høye energi har de en skadelig effekt på biologisk vev.

applikasjoner

-Radiobølger eller radiofrekvenser brukes i telekommunikasjon, fordi de er i stand til å transportere informasjon. Også for terapeutiske formål for å varme opp vev og forbedre hudens tekstur.

-For å få magnetiske resonansbilder er det også nødvendig med radiofrekvenser. I astronomi bruker radioteleskoper dem til å studere strukturen til himmelobjekter.

-Telefoner og satellitt-TV er to applikasjoner med mikrobølger. Radar er en annen viktig applikasjon. Videre er hele universet fordypet i en mikrobølgestrålingsbakgrunn, som stammer fra Big Bang, og deteksjonen av nevnte bakgrunnsstråling er det beste beviset til fordel for denne teorien.

Radaren avgir en puls mot et objekt, som sprer energien i alle retninger, men en del reflekteres, og bringer informasjonen om plasseringen av objektet. Kilde: Wikimedia Commons.

-Synlig lys er nødvendig fordi det gjør at vi kan samhandle effektivt med miljøet vårt.

-X-stråler har flere bruksområder som et diagnostisk verktøy i medisin og også på nivå av materialvitenskap, for å bestemme egenskapene til mange stoffer.

-Gammastråling fra forskjellige kilder brukes som behandling mot kreft, samt til sterilisering av mat.

referanser

1. Giambattista, A. 2010. Fysikk. Andre utgave. McGraw Hill.
2. Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. Sjette. Ed Prentice Hall.
3. Rex, A. 2011. Fundamentals of Physics. Pearson.
4. Serway, R. 2019. Physics for Science and Engineering. 10. plass. Edition. Volum 2. Cengage.
5. Shipman, J. 2009. En introduksjon til fysisk vitenskap. Tolvte utgave. Brooks / Cole, Cengage Editions.