La luz está formada por fotones. ¿Qué pasa con otras ondas electromagnéticas?
Tipos de ondas electromagnéticas
Ondas de radio
Las ondas de radio se refieren a ondas electromagnéticas en la banda de frecuencia de radio que se propagan en el espacio libre (incluido el aire y el vacío). La tecnología de radio es la tecnología de transmisión de sonido u otras señales a través de ondas de radio.
El principio de la tecnología de radio es que los cambios en la intensidad de la corriente en un conductor producen ondas de radio. Utilizando este fenómeno, se puede cargar información en ondas de radio mediante modulación. Cuando las ondas de radio se propagan por el espacio y llegan al extremo receptor, los cambios en el campo electromagnético causados por las ondas de radio generan corriente en el conductor. La información se extrae de los cambios actuales mediante demodulación para lograr el propósito de transmisión de información.
Rayos infrarrojos
En el espectro, las longitudes de onda de 0,76 a 400 micras se denominan rayos infrarrojos y son luz invisible. Todas las sustancias por encima del cero absoluto (-273°C) pueden producir rayos infrarrojos. La física moderna los llama rayos de calor. Los rayos infrarrojos médicos se pueden dividir en dos categorías: rayos infrarrojos cercanos y rayos infrarrojos lejanos.
El infrarrojo cercano o infrarrojo de onda corta, con una longitud de onda de 0,76 ~ 1,5 micrones, penetra profundamente en el tejido humano, aproximadamente 5 ~ 10 mm, el infrarrojo lejano o infrarrojo de onda larga, con una longitud de onda de 1,5 ~ 400; micras, es absorbido principalmente por la piel superficial y penetra en la profundidad del tejido es inferior a 2 mm.
Luz visible
La luz visible es la parte del espectro electromagnético que el ojo humano puede percibir. No existe un rango preciso en el espectro visible que el ojo humano promedio puede percibir. con longitudes de onda de entre 400 y 700 nanómetros, pero algunas personas pueden detectar ondas electromagnéticas con longitudes de onda de entre 380 y 780 nanómetros. El ojo humano con visión normal es más sensible a las ondas electromagnéticas con una longitud de onda de aproximadamente 555 nanómetros, que se encuentra en la región verde del espectro.
Ultravioleta
Ultravioleta es el término general para la radiación con una longitud de onda de 0,01 a 0,40 micras (entre el ultravioleta visible y los rayos X) en el espectro electromagnético, que no puede provocar la visión humana.
En 1801, el físico alemán Ritter descubrió que el segmento exterior del extremo ultravioleta del espectro solar podía sensibilizar películas fotográficas que contenían bromuro de plata, descubriendo así la existencia de la luz ultravioleta.
La principal fuente de luz ultravioleta en la naturaleza es el sol. A medida que la luz solar atraviesa la atmósfera, el ozono de la atmósfera absorbe la luz ultravioleta de menos de un metro. Las fuentes de luz ultravioleta artificiales incluyen arcos de varios gases (como el arco de mercurio de baja presión y el arco de mercurio de alta presión). La luz ultravioleta puede sensibilizar químicamente las películas fotográficas y tiene un fuerte efecto de fluorescencia. Las lámparas fluorescentes, diversas lámparas fluorescentes y lámparas de luz negra utilizadas en la agricultura para atrapar plagas utilizan rayos ultravioleta para excitar sustancias fluorescentes para que emitan luz. Los rayos ultravioleta también tienen funciones fisiológicas, como esterilización, desinfección, tratamiento de enfermedades de la piel, raquitismo, etc. Los rayos ultravioleta tienen fuertes propiedades de partículas y pueden producir efectos fotoeléctricos en varios metales.
Rayos Roentgen
Radiación electromagnética con longitudes de onda entre los rayos ultravioleta y gamma. Fue descubierto por el físico alemán W.K. Roentgen en 1895, por lo que también se le llama rayos Roentgen. Rayos X ultraduros con longitudes de onda inferiores a 0,1 Angstroms, rayos X duros en el rango de 0,1 a 1 Angstroms y rayos X blandos en el rango de 1 a 10 Angstroms. Los rayos X se producen mediante tubos de rayos X en los laboratorios. Los tubos de rayos X son tubos de vacío con cátodo y ánodo. El cátodo está hecho de alambre de tungsteno, que puede emitir electrones calientes cuando se activa. El ánodo (llamado electrodo objetivo) está hecho de un metal de alto punto de fusión (generalmente tungsteno). Los tubos de rayos X utilizados para el análisis de la estructura cristalina también pueden utilizar materiales. como hierro, cobre y níquel). Los electrones son acelerados por un alto voltaje de decenas a cientos de miles de voltios, y el haz de electrones bombardea el electrodo objetivo y el electrodo objetivo emite rayos X. Cuando los electrones bombardean el objetivo, se generan altas temperaturas, por lo que el objetivo debe enfriarse con agua y, a veces, el objetivo está diseñado para girar.
El espectro de rayos X está formado por un espectro continuo y un espectro marcador. Los espectros etiquetados se superponen sobre un fondo de espectros continuos. El continuo es la radiación Bremsstrahlung causada por electrones de alta velocidad bloqueados por el objetivo. Su límite de longitud de onda corta λ 0 está determinado por el voltaje de aceleración V: λ 0 = hc / (ev) es la constante de Planck, e es la cantidad de electrones, yc es la velocidad de la luz en el vacío. El espectro de identificación consta de una serie de espectros lineales generados por la transición de electrones internos del elemento objetivo. Cada elemento tiene un conjunto específico de espectros de identificación que reflejan las características de la estructura de la capa atómica.
La fuente de luz de radiación sincrotrón puede producir rayos X de espectro continuo de alta intensidad y se ha convertido en una importante fuente de rayos X.
Rayos gamma, también conocidos como flujo de partículas gamma.
Los rayos γ son fuertes ondas electromagnéticas con longitudes de onda más cortas que los rayos X, generalmente inferiores a 0,005438+0 nm. En las reacciones nucleares, cuando un núcleo decae α y β, a menudo decae a un estado excitado. El núcleo en el estado excitado todavía es inestable y saltará a un estado estable liberando una serie de energía. Se logra a través de la radiación, que son los rayos gamma.
Ondas electromagnéticas con longitudes de onda inferiores a 0,2 Angstroms. Descubierto por primera vez por el científico francés P.V. Vilade, es el tercer tipo de rayo nuclear descubierto después de los rayos alfa y beta. Los rayos gamma se producen por transiciones entre niveles de energía nuclear. Los rayos gamma pueden producirse por desintegración nuclear y reacciones nucleares. Los rayos gamma son más penetrantes que los rayos X. Cuando los rayos gamma atraviesan la materia e interactúan con los átomos, se producirán tres efectos: efecto fotoeléctrico, efecto Compton y pares electrón-positrón. Cuando los fotones gamma liberados por el núcleo chocan con los electrones fuera del núcleo, toda la energía pasa a los electrones y los electrones se ionizan en fotoelectrones. Este es el efecto fotoeléctrico. Debido a las vacantes en la capa electrónica externa, se producirá una transición de los electrones internos, emitiéndose un espectro de identificación de rayos X. El efecto fotoeléctrico de los fotones gamma de alta energía (>2 MeV) es muy débil. Cuando la energía del fotón γ es alta, además del efecto fotoeléctrico mencionado anteriormente, también puede colisionar elásticamente con electrones fuera del núcleo. La energía y la dirección del movimiento del fotón γ cambiarán, produciendo así el efecto Compton. Cuando la energía de un fotón gamma es mayor que el doble de la masa en reposo de un electrón, este se convierte en un par de electrones positivos y negativos debido a la acción del núcleo atómico. Este efecto aumenta a medida que aumenta la energía del fotón gamma. Los fotones gamma no están cargados, por lo que su energía no se puede medir mediante deflexión magnética. Normalmente se calcula indirectamente utilizando los efectos secundarios antes mencionados causados por fotones gamma, por ejemplo midiendo la energía de fotoelectrones o pares electrón-positrón. Además, la energía de los fotones gamma se puede medir directamente con un espectrómetro gamma (utilizando la difracción de rayos gamma por cristales). Un contador de centelleo que consta de un cristal fluorescente, un tubo fotomultiplicador e instrumentos electrónicos es un instrumento de uso común para detectar la intensidad de los rayos gamma.
La estructura de niveles de energía del núcleo atómico se puede entender estudiando el espectro de energía de los rayos gamma. Los rayos γ tienen un gran poder de penetración y pueden utilizarse en la industria para la detección de defectos o el control automático de líneas de montaje. Los rayos gamma son letales para las células y se utilizan médicamente para tratar tumores.
Los rayos gamma tienen un fuerte poder de penetración. Cuando el cuerpo humano está expuesto a rayos gamma, estos pueden ingresar al cuerpo e ionizar las células del cuerpo. Los iones producidos por ionización pueden corroer moléculas orgánicas complejas como proteínas, ácidos nucleicos y enzimas, que son los componentes principales de los tejidos celulares vivos. Una vez destruidos, los procesos químicos normales del cuerpo humano se alterarán, lo que provocará una muerte celular grave.