Дата: 02 Авг 2016
През по-голямата част от човешката ни история сме познавали само видимата част на електромагнитния спектър (ЕМС), тъй като само него възприемат нашите зрителни сензори – очите. През 1800г. Уилям Хершел изучава температурата на различните цветове и открива съществуването и на друг вид невидими лъчи – инфрачервените, които се намират точно след видимия спектър и са с малко по-голяма дължина на вълната. Нарича ги топлинни лъчи. През следващата година Йохан Ритер, работещ в другия край на видимия спектър, наблюдава как невидими лъчи индуцират определени химични реакции, нарича ги химични лъчи, по-късно преименувани на ултравиолетови.
С течение на годините са открити и описани и останалите видове електромагнитни вълни, които се различават по честотата, дължината и енергията на фотоните, която носят. Дължината е обратнопропорционална на честотата на вълната. Например гама лъчите имат много къса дължина - до размера на атом, и висока честота. Докато дължините на вълните в противоположния край на спектъра могат да бъдат с граници колкото самата Вселена. Енергията на фотоните е правопропорционална на честотата на вълната, затова гама лъчите имат най-висока фотонна енергия, а радио-вълните – много ниска.
Електромагнитният спектър обхваща огромния диапазон на всички съществуващи електромагнитни лъчения. Нашата звезда – Слънцето, е източник на електромагнитни лъчи от целия спектър. Атмосферата ни е постоянно бомбандирана от електромагнитни лъчи, а озоновият слой е този, който пропуска избирателно и ни предпазва от вредните влияния на някои от лъченията. Освен естествените източници на електромагнитни лъчения съществуват и изкуствени, създадени от хората източници.
Почти всички обекти във Вселената притежават собствен електромагнитен спектър, което позволява да бъде разбран техния състав от огромни разстояния.
Радио вълните имат най-голяма дължина на вълната в спектъра. Открити са от Хейнрих Херц през късната 1880г. Днес те служат за предаване на данни. Пускаме радиото в колата. То получава елекетромагнитни радио вълни и ги преобразува в механични вибрации, за да възпроизведе звук, който можем да чуем. Ползваме ги ежедневно при мобилните комуникации, Wi-Fi, телевизия.
Приет е международен редиочестотен спектър, който дели съобщенията по диапазони и честоти и регламентира използването на радиосъобщенията и комуникационната техника.
Микровълнови лъчи. Когато чуем за тях, обикновено се сещаме за микровълнова печка. В нея се използват вълни с дължина 12см, които карат водата и мастните молекули в храната да трептят. При взаимодействието на молекулите се отделя топлина и храната се стопля.
Инфрачервено излъчване. Голяма част от обектите във Вселената са твърде хладни и слаби, за да бъдат наблюдавани във видимия спектър. Учените наблюдават тези обекти, изучавайки инфрачервените лъчи, които те излъчват. Инфрачервени лъчи излъчва всеки обект (включително и човешкото тяло) с температура над абсолютната нула 0oК или -273оС.
В бита инфрачервените лъчи намират приложение при уредите с дистанционно управление. Те използват честотата на вълната малко по-голяма от видимия спектър. Типичното дистанционно за телевизор използва дължина на инфрачервената вълна около 940 нанометра. Въпреки че ние не го виждаме, камерите на някои цифрови апарати и мобилни телефони са чувствителни при тези честоти на вълните. Можете да опитате!
Инфрачервената фотография има много приложения. Заснемане на сгради, за да се определи тяхната степен на топлоизолация, заснемане и локализиране на горски пожари, определяне температурата на отдалечени предмети и др.
Инфрачервените лъчи се използват и при различните лъчисти отоплителни уреди. Като отоплителните панели, които се ползват за отопление в бита, както и инфрачервените лампи, които излъчват във видимия и в инфрачервения спектър, и могат да се ползват за отопление на бани, външни площи и малки животни.
Видим спектър. Всички електромагнитни вълни представляват светлина, но нашите рецептори засичат само тази част, която наричаме видима светлина. В очите ни са разположени конусообразни клетки, които възприемат само този къс участък от спектъра. Вероятно това не е случайно, защото именно това е и диапазона, в който Слънцето и останалите звезди излъчват в най-голяма степен.
Защо небето е синьо?
Причината да виждаме небето синьо е, че в Космоса бялата светлина от видимия спектър пътува като сноп без да се пречупва. Но навлизайки в земната атмосфера водните пари поемат част от нея, след което я излъчват във всички посоки, разсейват я. Синият цвят е по-видим за нас, защото има по-къса дължина на вълната и по-висока честота и се разсейва по-лесно от червеното, оранжевото, жълтото и зеленото. Защо не виждаме небето виолетово, този цвят има дори по-висока честота? Причината е, че видимият спектър е неравномерен и виолетовото представлява много тънка нишка от видима светлина, на ръба преди да премине в ултравиолетовата невидима част от спектъра.
Спектралните цветове нямат рязко определени граници помежду си, защото преливат един в друг. Затова разграничаваме отделни области, а някои цветове се получават чрез смесване, като кафявото и розовото, белият цвят е смес от всички цветове, а за черния се приема, че е отсъствие на светлина.
Ултравиолетовото излъчване е с по-къса дължина на вълната от видимия спектър и е невидимо за човешкото око. Въпреки това някои животни, като птици, влечуги, насекоми (пчелите), могат да го видят. Името на тези лъчи идва от факта, че те се намират непосредствено след виолетовия цвят във видимия спектър. В ежедневието най-честата проява на ултравиолетовите лъчи е чрез Слънцето и т.нар. слънчево изгаряне. Около 95% от това излъчване се абсорбира от озоновия слой в атмосферата и не позволява вредното му влияние да достигне и до нас. Поради тази причина космическите апарати за наблюдение на ултравиолетовото излъчване на обектите са изведени в открития Космос, над земната атмосфера. Данните получавани от тях позволяват на учените да разширяват знанията ни за Вселената.
Рентгеновите лъчи имат много по-висока енергия и по-къси дължини на вълните от ултравиолетовите. Лъчението в този диапазон е открито през 1895г. от Вилхелм Рентген (Рьонтген). Той експериментирал с различни обекти като използвал стъклена тръба с два електрода увита в черна материя и изпомпана до налягане 100 000 пъти по-ниско от атмосферното. Поставяйки ръката си в обсега на лъчите, той наблюдава изображение на костите на скелета си, тъй като кожата като мека тъкан пропуска тези неизвестни до момента лъчи. Ренгеновите лъчи се използват в много сфери на науката и археологията, а едно от най-важните им приложения е в медицината, при заснемането на рентгенови снимки на човешкото тяло.
Гама лъчите били открити от Пол Вилар през 1900г., те имат най-малката дължина на вълната и най-големия интензитет в ЕМС. Те пренасят високоенергийни фотони. В Космоса се произвеждат от най-горещите точки във Вселената – неутронни звезди, пулсари, експлозии на свръхнови и региони около черни дупки. На Земята гама лъчите се генерират при радиоактивен разпад, ядрени експлозии, мълнии.
Гама лъчите не могат да бъдат заснети или отразени от огледала. Дължините на вълните им са толкова кратки, че спокойно преминават между атомите на детектора. За да ги задържим е нужен специален уред, притежаващ стени с гъсто опаковани кристални блокове. Процесът е познат като ефект на Комптън. Гама лъчът удря електрон, губи енергия и отскача в друга посока като топка. При сблъсъка се отделя енергия, която сензорът може да засече.
Излагането на неконтролируемо гама лъчение е опасно за човешкото здраве. Благодарение на технологиите, можем да укротяваме и използваме това лъчение. То намира приложение най-вече в медицината, в терапии за лечение на рак, стерилизиране и др.
Освен всичко изброено светлините от спектъра имат още редица интересни приложения и характеристики. Голяма част от тях предстои да откриваме.
