Elektromágneses sugárzás

Az elektromágneses sugárzás valamely helyből (forrásból) tetszőleges irányba közvetítőközeg nélkül terjedő energiaáram; egymásra merőleges oszcilláló elektromos és mágneses teret hoz létre, s a térben hullám formájában vákuumban fénysebességgel 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 Clerk 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. nagyon hosszú hullámhosszak létezését, az elektromágneses hullámoknak nincs felső ill. alsó hullámhosszhatára. Ezzel a feltételezéssel Maxwell olyan elektromágneses sugárzások létére következtetett, amelyeket csak a halála után fedeztek fel. A Maxwell-egyenletek helyességét Heinrich Hertz bizonyította be a szikragenerátorral végzett kísérletei alapján.

William Herschel (1738 – 1822) német csillagász észrevette, hogy a kísérleteiben használt fényforrás hőmérséklet-változást idéz elő. Ezzel felfedezte az infravörös (angol rövidítéssel: IR, azaz „infrared”) hősugarakat. (Egy villanykörte a 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 nagyobb frekvencia, amely atomi szinten hat; ezzel felfedezte az ultraibolya (UV = ultraviola) sugárzást.

Az elektromágneses spektrum tartományaiból a földi légkör csak a látható fényt és a hozzá csatlakozó hullámhossznak kis részét, a közepes és termális infravörös 3-5 μm és a 8-15 μm hullámhossztartományaiba eső sugárzást, valamint az 1 mm – 20 m hullámhosszú rádiósugárzást engedi át. Ennek a tartománynak a kiaknázására született meg a rádiócsillagászat.

Az elektromágneses mező és sugárzás kapcsolata

Mindkét értelmezés tartalmazza az (elméletileg) pontszerű forrást és a távolságól való négyzetes függést. Az elektromágneses mező jellegét tekintve erőtér, amelyet elektromos, vagy mágneses^[1] részecske hoz létre. Az elektromágneses sugárzás szoros kapcsolatban áll az erőtérrel. Az elektromágneses sugárzást energiaáramként értelmezzük, amelynek munkavégző képessége^{[* 1]} van, sugárerősségként (W•sr^-1), vagy fotonerősségként (sr^-1) mérhető. Sugárerősségként hullámtermészetű, amelynek elektromos és mágneses komponense is van. Az elektromágneses sugárzás sajátosságaként értelmezzük a polarizációt. Az elektromágneses sugárzás hullámhosszal; illetve frekvenciával jellemezhető. A statikus elektromos és mágneses tér frekvenciája nulla. Nem minden sugárzó teremt gömb alakú elektromágneses teret. A hagyományos rádióantennák körsugárzóak, tehát sugárzásuk legnagyobb részét a vízszinteshez közeli térbe bocsátják ki. A rövidhullámú rádióantennák felfelé is sugároznak, hogy felhasználhassák az ionoszféra hullámvisszaverő képességét. A csillagászati objektumok (csillagok, bolygók) közel gömb alakú térrészbe sugározzák az energiájukat azzal az eltéréssel, hogy nemcsak elektromágneses de részecskesugárzásuk is van. Geometriáját tekintve a részecskesugárzás hasonlóképpen írható le, így például elvileg pontszerű forrásból származnak. Lényegét tekintve anyagáram, amely sokféleképpen mérhető, például kg.sr^-1 mértékegységben (anyagi tulajdonságaikat ritkábban írják le; ilyen esetben akár mol.sr^-1 is lehetne, ha egyetlen anyag egyetlen ionjából állna).

Az elektromágneses spektrum

Elnevezés	ITU rövidítés	ITU elnevezés	Hullámhossz	Frekvencia	Foton-energia	elektronvolt	Előállítás	Műszaki felhasználás
extrém alacsony frekvencia	ELF	Extremely Low Frequency	100 000 km - 10 000 km	3 - 30 Hz			természetes eredetű rádiósugárzás, rezgőkör	meteorológia
szuper alacsony frekvencia	SLF	Super Low Frequency	10 000 km - 1000 km	30 - 300 Hz			természetes eredetű rádiósugárzás, rezgőkör	meteorológia
ultra alacsony frekvencia	ULF	Ultra Low Frequency	1000 km - 100 km	300 - 3000 Hz			rezgőkör
nagyon alacsony frekvencia	VLF	Very Low Frequency	100 km - 10 km	3 - 30 kHz
Hosszúhullám	LF	Low Frequency	10 km - 1 km	30-300 kHz	> 6,6 · 10⁻³⁰ J	> 41 peV		hosszúhullámú rádió
Középhullám	MF	Medium Frequency	1 km - 100 m	300 - 3000 kHz	> 4,3 · 10⁻²⁸ J	> 2,7 neV		középhullámú rádió
Rövidhullám	HF	High Frequency	100 m - 10 m	3-30 MHz	> 1,1 · 10⁻²⁷ J	> 6,9 neV		rövidhullámú rádió
Ultrarövidhullám (URH)	VHF	Very High Frequency	10 m - 1 m	30-300 MHz	> 2,0 · 10⁻²⁶ J	> 120 neV		rádió, tévé, radar, Mágnesesrezonancia-képalkotás
Deciméteres hullám	UHF	Ultra High frequency	1 m - 10 cm	300-3000 MHz	> 2,0 · 10⁻²⁵ J	> 1,2 µeV	rezgőkör, üregrezonátor	Mágnesesrezonancia-képalkotás, mobiltelefon, tévé
Centiméteres hullám	SHF	Super High Frequency	10 cm - 1 cm	3–30 GHz	> 2,0 · 10⁻²⁴ J	> 12 µeV	üregrezonátor	rádiócsillagászat, távközlés, műholdas televízióadás
Milliméteres hullám	EHF	Extremely High Frequency	1 cm - 1 mm	30–300 GHz	> 2,0 · 10⁻²³ J	> 120 µeV	üregrezonátor	rádiócsillagászat, távközlés, orvostudomány
Mikrométeres hullám			30 cm - 300 µm	1 GHz – 1 THz	> 6,6 · 10⁻²⁵ J	> 4,1 µeV	magnetron, klisztron, mézer	mikrohullámú sütő, radar
Terahertzes sugárzás			3 mm - 30 µm	0,1 THz – 10 THz	> 6,6 · 10⁻²³ J	> 0,4 meV	szinkrotron, kvantumkaszkádlézer, szabadelektron-lézer	rádiócsillagászat, spektroszkópia, képalkotó eljárások
Infravörös sugárzás (IR)			< 1,0 mm	> 300 GHz			Feketetest-sugárzás, lézerdióda, szinkrotron	IR-spektroszkópia
Távoli infravörös			< 1,0 mm	> 300 GHz	> 2,0 · 10⁻²² J	> 1,2 meV
Közép infravörös			< 50 µm	> 6,00 THz	> 4,0 · 10⁻²¹ J	> 25 meV	Szén-dioxid-lézer
Közeli infravörös			< 2,5 µm	> 120 THz	> 8,0 · 10⁻²⁰ J	> 500 meV	Nd:YAG-lézer	távközlés, adatátvitel (IRDA)
Fény			780 nm - 380 nm	384 THz - 789 THz	> 2,6 · 10⁻¹⁹ J	> 1,6 eV	fekete test (izzó), gázkisülés (fénycső), lézerdióda, festéklézer, szinkrotron	világítás, színmérés, fényességmérés
		Vörös	780 nm - 640 nm	384 – 468 THz			hélium-neon lézer	DVD, CD
		Narancs	640 nm - 600 nm	468 – 500 THz
		Sárga	600 nm - 570 nm	500 – 526 THz
		Zöld	570 nm - 490 nm	526 – 612 THz
		Kék	490 nm - 430 nm	612 – 697 THz
		Ibolya	430 nm - 380 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
Lágy UV-sugárzás			< 380 nm	> 789 THz	> 5,2 · 10⁻¹⁹ J	> 3,3 eV	fénycső, szinkrotron, excimerlézer	lumineszcencia, 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
Röntgensugárzás			< 1 nm	> 300 PHz	> 2,0 · 10⁻¹⁶ J	> 1 keV	Röntgencső	diagnosztika, biztonságtechnika, Röntgen-szerkezetanalízis, Röntgendiffrakció
Gamma-sugárzás			< 10 pm	> 30 EHz	> 2,0 · 10⁻¹⁴ J	> 120 keV	PET, radioaktivitás, szupernóvák, pulzárok, kvazárok

Jegyzetek

↑ Pszota Gábor: Mágneses alapjelenségek. Miskolci Egyetem. (Hozzáférés: 2024. szeptember 20.)

↑ Az elektromágneses erőtér munkavégző képességéből többnyire csak az elektromos erőtér munkavégző képességét szokták tárgyalni

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben az Elektromagnetisches_Spektrum című német Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.