Електромагнітний спектр
Рентгенівські та гамма-промені, як видиме світло, є частиною електромагнітного спектра або спектру електромагнітних хвиль.
Це означає сукупність усіх електромагнітних хвиль різної енергії. Спектр розділений на різні області для кращої диференціації.
Ця класифікація є довільною і з історичних причин базується на довжині хвилі в діапазоні низьких енергій. У кожному випадку довжина хвилі коливається в декілька порядків зі схожими властивостями узагальнено за такими категоріями, як світло, радіохвилі тощо. Також може бути розподілено поділ відповідно до частоти або енергії окремого фотона (див. Нижче). При дуже коротких довжинах хвиль, відповідно високій квантовій енергії, класифікація за енергією є загальною.
Розміщені відповідно до збільшення частоти і, таким чином, зменшення довжини хвилі, найдовші хвилі знаходяться на початку спектра, довжини хвиль яких складають багато кілометрів. В кінці є дуже короткохвильові і, отже, високоенергетичні гамма-промені, довжина хвилі яких сягає атомних порядків.
Перетворення з довжини хвилі на частоту f здійснюється за простою формулою, тобто швидкість світла (у відповідному середовищі), поділена на довжину хвилі.
Певним чином електромагнітні хвилі поводяться як потік частинок, які називаються фотонами. Цей підхід необхідний для пояснення деяких фізичних явищ, таких як фотоефект. Кожен фотон несе енергію, пропорційну частоті. Константа - квант дії Планка. Енергія дана в джоулях (J) та електрон-вольтах (еВ).
Електромагнітні хвилі сортуються в електромагнітному спектрі відповідно до довжини хвилі.
Найвідоміший і найбільш вивчений приклад електромагнітної хвилі - це видиме світло. Він представляє лише крихітну частину всього спектра і, за винятком інфрачервоного випромінювання (тепла), є єдиною областю, яку люди можуть сприймати без технічних засобів.
На нижчих частотах енергія фотонів занадто низька, щоб викликати хімічні процеси. Живі істоти не можуть реагувати на радіохвилі низької інтенсивності без технічних засобів. Однак дуже сильне випромінювання цієї довжини довжини хвилі має зігріваючий ефект, оскільки воно поглинається тканиною.
Зі світлом частота визначає колір світла, а не, як часто помилково вважається, довжина хвилі. Це стає зрозумілим, коли спостерігається світло в оптично щільніших середовищах, де воно поширюється з меншою швидкістю, ніж c. На частоту не впливає під час переходу в оптично щільніші середовища, і, отже, вона повинна мати коротшу довжину хвилі голосно. Оскільки колір у середовищі не змінюється, для кольору світла характерна лише частота. Однак з історичних причин довжина хвилі все ще наводиться в спектрах як характерна властивість світла. Тоді ця залежність між кольором і довжиною хвилі застосовується лише у вакуумі (і до хорошого наближення в повітрі). Монохроматичне світло, тобто світло лише однієї довжини хвилі, завжди має спектральний колір.
Невеликі кількості фотонів з частотою нижче 4 · 1014 Гц (довжина хвилі вище 0,7 мкм і енергія нижче 1,7 еВ; на зображенні праворуч від видимого світла, тобто мікрохвилі та радіохвилі) не можуть викликати хімічні реакції на молекулах, що відбуваються при кімнатній температурі стабільні. Це означає, що ви можете впливати лише на водневі зв’язки, які значно слабкіші за сили зв’язування в молекулі і існують лише на частку секунди через постійне переміщення атомів.
Однак на більш високих частотах починається діапазон іонізуючого випромінювання (радіоактивності), в якій один фотон може руйнувати молекули. Цей ефект вже виникає при ультрафіолетовому випромінюванні і відповідає за утворення раку шкіри при надмірному перебуванні на сонці.
Якщо енергія фотонів досягає або перевищує енергію зв’язку молекули, кожен фотон може знищити молекулу і можуть виникнути біологічні ефекти, такі як прискорене старіння шкіри або рак шкіри. Енергії хімічного зв’язування стабільних молекул перевищують приблизно 3 еВ на зв’язування. Якщо молекули потрібно змінити, фотони повинні мати принаймні таку енергію, яка відповідає фіолетовому світлу або випромінюванню більш частоти.
Фотони від рентгенівських та гамма-променів мають стільки енергії, що кожен з них може знищити багато молекул та іонізувати атоми (приблизно від 5 еВ). Саме тому його називають іонізуючим випромінюванням.
Велика кількість фотонів з частотами нижче 1014 Гц, наприклад у мікрохвильовій печі, спричиняє загальний вхід енергії і, отже, підвищення температури. Як і будь-яке інше, спричинене перегрівом, це може змінити структуру біологічних молекул. Це не має нічого спільного з властивостями фотонів.
Джерело: Наведений вище опис частково походить із статті Вікіпедії “Електромагнітні хвилі”, ліцензованої під CC-BY-SA.