Caractéristiques de spectre électromagnétique, bandes, applications

Il spectre électromagnétique Il se compose de la disposition ordonnée de toutes les longueurs d'onde des ondes électromagnétiques, qui supposent une valeur positive, sans aucune restriction. Il est divisé en 7 sections, parmi lesquelles une lumière visible est incluse.

Nous connaissons les fréquences de lumière visible lorsque nous voyons l'arc-en-ciel, dans lequel chaque couleur correspond à une longueur d'onde différente: le rouge est le plus long et le plus court violet.

Spectre électromagnétique. Notez que la fréquence (et avec elle l'énergie) augmente de gauche à droite dans ce schéma. André Oliva / Domaine public

Le rang de lumière visible occupe à peine une zone très brève du spectre. Les autres régions, que nous ne pouvons pas voir, sont les ondes radio, micro-ondes, infrarouges, ultraviolets, rames X et rayons gamma.

Les régions n'ont pas été découvertes en même temps, mais à des moments différents. Par exemple, l'existence d'ondes radio a été prédite en 1867 par le greffier de James Maxwell et des années plus tard, en 1887, Heinrich Hertz les a produits pour la première fois dans leur laboratoire, ils sont donc appelés Hertzian Waves.

Ils sont tous en mesure d'interagir avec la matière, mais de différentes manières, selon l'énergie qu'ils transportent. D'un autre côté, les différentes régions du spectre électromagnétique ne sont pas fortement définies, car en fait les limites sont diffuses.

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Bandes

Bandes de spectre électromagnétique. Tatoute et phroood / cc by-sa (http: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0 /)

Les limites entre les différentes régions du spectre électromagnétique sont plutôt diffuses. Il ne s'agit pas de divisions naturelles, en fait le spectre est un continuum.

Cependant, la séparation dans les bandes ou les zones sert à caractériser facilement le spectre en fonction de ses propriétés. Nous allons commencer notre description par des ondes radio, dont les longueurs d'onde sont plus importantes.

Les ondes radio

Les fréquences les plus basses ont une plage d'environ 10⁴ Hz, qui à son tour correspond aux plus longues longueurs d'onde, généralement la taille d'un bâtiment. Radio AM, FM et le Citizen Band utilisent des vagues dans cette gamme, ainsi que les émissions télévisées VHF et UHF.

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À des fins de communication, les ondes radio ont été utilisées pour la première fois vers 1890, lorsque Guglielmo Marconi a inventé la radio.

Comme la fréquence des ondes radio est plus faible, ils n'ont aucun effet ionisant sur la question. Cela signifie que les ondes radio manquent d'énergie suffisante pour expulser les électrons des molécules, mais la température des objets augmente lors de l'augmentation de la vibration des molécules.

Four micro onde

La longueur d'onde micro-ondes est dans l'ordre des centimètres et a également été détectée pour la première fois par Heinrich Hertz.

Ils ont suffisamment d'énergie pour chauffer les aliments, ce qui, dans une plus grande mesure, contient de l'eau. L'eau est une molécule polaire, ce qui signifie que bien qu'il soit électriquement neutre, les charges négatives et positives sont légèrement séparées, formant un dipôle électrique.

Lorsque les micro-ondes, qui sont des champs électromagnétiques, affectent un dipôle, produisent des couples qui les mettent à tourner pour les aligner sur le champ. Le mouvement se traduit par une énergie qui s'étend à travers les aliments et a pour effet de le chauffer.

Infrarouge

Cette partie du spectre électromagnétique est découverte par William Herschel au début du 19e siècle et a une fréquence plus faible que celle de la lumière visible, mais plus grande que le micro-ondes.

La longueur d'onde du spectre infrarouge (en dessous du rouge) est comparable à la pointe d'une aiguille, il s'agit donc d'un rayonnement énergétique plus que micro-ondes.

Une bonne partie du rayonnement solaire arrive à ces fréquences. Tout objet émet une certaine quantité de rayonnement infrarouge, encore plus s'ils sont chauds, par exemple les poêles de cuisine et les animaux à coffre-fort. Il est invisible pour les gens, mais certains prédateurs distinguent l'émission infrarouge de leur proie, ce qui leur donne un avantage à la chasse.

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Visible

C'est la partie du spectre que nous pouvons détecter avec nos yeux, entre 400 et 700 nanomètres (1 nanomètre, abrégé nm C'est 1 × 10^-9 M) Longueur d'onde.

La lumière blanche contient un mélange de toutes les longueurs d'onde, que nous pouvons voir séparément lorsqu'elle est faite par un prisme. Les gouttes d'eau se comportent parfois comme des prismes et c'est pourquoi nous pouvons voir les couleurs de l'arc-en-ciel.

Les couleurs de l'arc-en-ciel représentent différentes longueurs d'onde de lumière visible. Source: Pixabay.

Les longueurs d'onde des couleurs que nous voyons, dans les nanomètres, sont:

-Rouge: 700-620

-Orange: 620-600

-Jaune: 600-580

-Vert: 580-490

-Bleu: 490-450

-Violet: 450-400

Ultra-violet

C'est une région d'énergie plus que la lumière visible, avec des longueurs d'onde au-delà de Violet, c'est-à-dire supérieure à 450 nm.

Nous ne pouvons pas le voir, mais dans le rayonnement qui vient du soleil, il y a beaucoup. Et comme il a une plus grande énergie que la partie visible, ce rayonnement interagit beaucoup plus avec la matière, causant des dommages à de nombreuses molécules d'importance biologique.

Des rayons ultraviolets ont été découverts peu de temps après l'infrarouge, bien qu'au début, ils ont été appelés "rayons chimiques", car ils réagissent avec des substances telles que le chlorure d'argent.

Rayons X

Ils ont été découverts par Wilhelm Roentgen en 1895 tout en expérimentant des électrons accélérés (rayons de cathode) visant une cible. Incapable d'expliquer leur origine, il les a appelés x-rayons.

Il s'agit d'un rayonnement hautement d'énergie et de longueur d'onde comparable à la taille de l'atome, capable de traverser les corps opaques et de produire des images telles que des radiographies.

Les radiographies sont obtenues par des rayons X: Source: Pixabay.

Comme ils ont plus d'énergie, ils peuvent interagir avec la matière en extrayant des électrons des molécules, donc ils sont connus sous le nom du rayonnement ionisant.

Rayons gamma

C'est le rayonnement le plus énergétique de tous, avec des longueurs d'onde de l'ordre d'un noyau atomique. Il se produit fréquemment dans la nature, car il est émis par des éléments radioactifs alors qu'ils diminuent vers des noyaux plus stables.

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Dans l'univers, il existe des sources de rayons gamma dans les explosions de Supernova, ainsi que des objets mystérieux parmi lesquels sont les clics, les trous noirs et les stars des neutrons.

L'atmosphère terrestre protège la planète de ces rayonnements hautement ionisants qui proviennent de l'univers, et cela en raison de leur grande énergie a un effet nocif sur les tissus biologiques.

Applications

-Les ondes radio ou radiofréquence sont utilisées dans les télécommunications, car elles peuvent transporter des informations. Également à des fins thérapeutiques pour chauffer les tissus et améliorer la texture de la peau.

-Pour obtenir des images par des résonances magnétiques, des radiofréquences sont également nécessaires. En astronomie, les radiotélescopes les utilisent pour étudier la structure des objets célestes.

-Les téléphones portables et la télévision par satellite sont deux applications micro-ondes. Le radar est une autre application importante. De plus, l'univers entier est immergé dans un fond de rayonnement micro-ondes, du Big Bang, la détection de ce rayonnement de fond étant le meilleur test en faveur de cette théorie.

Le radar émet une impulsion vers un objet, qui disperse l'énergie dans toutes les directions, mais une partie est reflétée, apportant des informations sur l'emplacement de l'objet. Source: Wikimedia Commons.

-La lumière visible est nécessaire car elle nous permet d'interagir efficacement avec notre environnement.

-Les rayons X ont plusieurs applications comme outil de diagnostic en médecine et également au niveau de la science des matériaux, pour déterminer les caractéristiques de nombreuses substances.

-Le rayonnement gamma à partir de différentes sources est utilisé comme traitement du cancer, ainsi que pour stériliser les aliments.

Les références

1. Giambattista, un. 2010. La physique. Deuxième édition. McGraw Hill.
2. Giancoli, D.  2006. Physique: principes avec applications. 6e. Ed Prentice Hall.
3. Rex, un. 2011. Fondamentaux de la physique. Pearson.
4. SERAY, R. 2019. Physique pour la science et l'ingénierie. 10e. Édition. 2ieme volume. Cengage.
5. Shipman, J. 2009. Une introduction aux sciences physiques. Douzième édition. Brooks / Cole, Cengage Editions.