1. Βασική Θεωρία
Προσθέσαμε νέο παιχνίδι γι' αυτό το μάθημα!
ΔΙΑΒΑΣΕ ΤΟ
Κάτι δεν κατάλαβες; Επίλεξε το κομμάτι και πάτα «Ρώτα τον Νεύρωνα». Σου το εξηγεί αμέσως.

Φάσμα Ηλεκτρομαγνητικής Ακτινοβολίας 🌈

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα καλύπτουν μια τεράστια περιοχή συχνοτήτων και μηκών κύματος. Η συνολική αυτή κατανομή ονομάζεται φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Από τα ραδιοκύματα με μήκη κύματος χιλιομέτρων μέχρι τις ακτίνες γ\gamma με μήκη κύματος μικρότερα από τη διάμετρο ενός πυρήνα, όλα τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα έχουν την ίδια φύση και υπακούουν στους ίδιους νόμους.

Βασικές αρχές 🔑

Όλα τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, ανεξάρτητα από την περιοχή του φάσματος στην οποία ανήκουν, διαδίδονται στο κενό με την ίδια ταχύτητα, την ταχύτητα του φωτός.

Θεμελιώδης σχέση 📐

Σε κάθε ηλεκτρομαγνητικό κύμα η συχνότητα ff και το μήκος κύματος λ\lambda συνδέονται με την ταχύτητα διάδοσης cc:

όπου c=3×108 m/sc = 3 \times 10^{8} \ \mathrm{m/s} η ταχύτητα του φωτός στο κενό.

Από τη σχέση αυτή προκύπτει ότι η συχνότητα και το μήκος κύματος είναι αντιστρόφως ανάλογα:

Επομένως, όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος, τόσο μικρότερο είναι το μήκος κύματός του, και αντίστροφα.

Ενέργεια και συχνότητα ⚡

Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μεταφέρει ενέργεια. Όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα ff (άρα και όσο μικρότερο το μήκος κύματος λ\lambda), τόσο περισσότερη ενέργεια μεταφέρει η ακτινοβολία. Η ενέργεια κάθε «δέσμης» (φωτονίου) δίνεται από τη σχέση:

όπου hh η σταθερά του Planck.

Οι περιοχές του φάσματος 📡

Ξεκινώντας από τις μεγάλες προς τις μικρές τιμές του μήκους κύματος (δηλαδή από τις μικρές προς τις μεγάλες συχνότητες), διακρίνουμε τις παρακάτω περιοχές.

Ραδιοκύματα 📻

Έχουν τα μεγαλύτερα μήκη κύματος, από περίπου 105 m10^{5} \ \mathrm{m} μέχρι μερικά εκατοστά. Παράγονται από ηλεκτρονικά κυκλώματα (ταλαντούμενα φορτία σε κεραίες) και χρησιμοποιούνται κυρίως στις ραδιοφωνικές και τηλεοπτικές εκπομπές, καθώς και στις τηλεπικοινωνίες.

Μικροκύματα 🍲

Μήκη κύματος από περίπου 30 cm30 \ \mathrm{cm} μέχρι 1 mm1 \ \mathrm{mm}. Χρησιμοποιούνται στους φούρνους μικροκυμάτων (θέρμανση τροφών μέσω διέγερσης των μορίων του νερού), στα ραντάρ και στις δορυφορικές επικοινωνίες.

Υπέρυθρη ακτινοβολία 🔥

Μήκη κύματος από 1 mm1 \ \mathrm{mm} περίπου μέχρι 7×10−7 m7 \times 10^{-7} \ \mathrm{m}. Εκπέμπεται από τα θερμά σώματα και γι' αυτό συνδέεται άμεσα με τη θερμότητα. Ανιχνεύεται από ειδικές συσκευές (θερμικές κάμερες) και βρίσκει εφαρμογές σε τηλεχειριστήρια, θερμογραφία και αστρονομία.

Ορατό φως 👁️

Είναι το μόνο τμήμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που ανιχνεύει ο ανθρώπινος οφθαλμός. Εκτείνεται από περίπου 400 nm400 \ \mathrm{nm} έως 700 nm700 \ \mathrm{nm} (δηλαδή 4×10−7 m4 \times 10^{-7} \ \mathrm{m} έως 7×10−7 m7 \times 10^{-7} \ \mathrm{m}).

Τα χρώματα του ορατού φάσματος 🎨

Καθώς αυξάνεται η συχνότητα (μειώνεται το μήκος κύματος), τα χρώματα διαδέχονται το ένα το άλλο:

Ερυθρό → Πορτοκαλί → Κίτρινο → Πράσινο → Κυανό → Μπλε → Ιώδες

Το ερυθρό έχει το μεγαλύτερο μήκος κύματος (μικρότερη συχνότητα) και το ιώδες το μικρότερο μήκος κύματος (μεγαλύτερη συχνότητα).

Υπεριώδης ακτινοβολία ☀️

Μήκη κύματος από 3×10−7 m3 \times 10^{-7} \ \mathrm{m} έως 6×10−8 m6 \times 10^{-8} \ \mathrm{m}. Προέρχεται κυρίως από τον Ήλιο, προκαλεί το μαύρισμα του δέρματος και, σε υπερβολικές δόσεις, βλάβες. Μεγάλο μέρος της απορροφάται από το στρώμα του όζοντος της ατμόσφαιρας, που μας προστατεύει.

Ακτίνες X 🩻

Μήκη κύματος από 10−8 m10^{-8} \ \mathrm{m} έως 10−13 m10^{-13} \ \mathrm{m}. Παράγονται από επιβραδυνόμενα ηλεκτρόνια (ηλεκτρόνια μεγάλης ταχύτητας που προσπίπτουν σε μεταλλικό στόχο). Είναι διεισδυτικές και χρησιμοποιούνται ευρύτατα στην ιατρική διαγνωστική (ακτινογραφίες) και στη μελέτη της δομής των κρυστάλλων.

Ακτίνες γ ☢️

Έχουν τα μικρότερα μήκη κύματος, από 10−10 m10^{-10} \ \mathrm{m} έως 10−14 m10^{-14} \ \mathrm{m}, και επομένως τις μεγαλύτερες συχνότητες και ενέργειες. Εκπέμπονται από ραδιενεργούς πυρήνες. Είναι εξαιρετικά διεισδυτικές και επικίνδυνες για τους ζωντανούς οργανισμούς, αλλά αξιοποιούνται και στην ιατρική (π.χ. ακτινοθεραπεία, αποστείρωση).

Συγκεντρωτικός πίνακας φάσματος 📊

Ο παρακάτω πίνακας συνοψίζει τις περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, κατά φθίνον μήκος κύματος (δηλαδή κατά αύξουσα συχνότητα και ενέργεια).

ΠεριοχήΜήκος κύματος λ\lambdaΠαραγωγή / ΠηγήΕφαρμογές
Ραδιοκύματα 📻105 m10^{5} \ \mathrm{m} έως cmΗλεκτρονικά κυκλώματα / κεραίεςΡαδιόφωνο, τηλεόραση, τηλεπικοινωνίες
Μικροκύματα 🍲30 cm30 \ \mathrm{cm} έως 1 mm1 \ \mathrm{mm}Ηλεκτρονικές διατάξειςΦούρνοι, ραντάρ, δορυφόροι
Υπέρυθρη 🔥1 mm1 \ \mathrm{mm} έως 7×10−7 m7 \times 10^{-7} \ \mathrm{m}Θερμά σώματαΘερμότητα, θερμικές κάμερες
Ορατό φως 👁️4×10−74 \times 10^{-7} έως 7×10−7 m7 \times 10^{-7} \ \mathrm{m}Διεγερμένα άτομα, ΉλιοςΌραση, φωτισμός
Υπεριώδης ☀️3×10−73 \times 10^{-7} έως 6×10−8 m6 \times 10^{-8} \ \mathrm{m}Ήλιος, ηλεκτρικά τόξαΜαύρισμα, αποστείρωση
Ακτίνες X 🩻10−810^{-8} έως 10−13 m10^{-13} \ \mathrm{m}Επιβραδυνόμενα ηλεκτρόνιαΑκτινογραφίες, κρυσταλλογραφία
Ακτίνες γ ☢️10−1010^{-10} έως 10−14 m10^{-14} \ \mathrm{m}Ραδιενεργοί πυρήνεςΑκτινοθεραπεία, αποστείρωση
Φορά ανάγνωσης του πίνακα ➡️

Από πάνω προς τα κάτω:

  • Το μήκος κύματος λ\lambda μειώνεται.
  • Η συχνότητα f=cλf = \dfrac{c}{\lambda} αυξάνεται.
  • Η ενέργεια E=hfE = h f αυξάνεται.

Παρατηρήσεις και συμπεράσματα 🧠

Κοινή φύση 🌍

Όλα τα είδη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας — από τα ραδιοκύματα μέχρι τις ακτίνες γ\gamma — έχουν την ίδια φύση: είναι εγκάρσια ηλεκτρομαγνητικά κύματα που διαδίδονται στο κενό με ταχύτητα cc. Διαφέρουν μόνο στη συχνότητα (και άρα στο μήκος κύματος και στην ενέργεια).

Σύνοψη βασικών σχέσεων: