电磁波频谱

电磁波频谱(分享)

人们将电磁波依照使用的特性给予不同的波段名称：
依照频率低往高主要有：
无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线与γ射线。
发现的顺序则是：
    可见光、红外线(1800)、紫外线(1801)、无线电波(1888)、X射线(1895)、γ射线(1900)，最后于 1930年产生微波。

无线电波

   波长范围从0.3m以上的电磁波都称为无线电波Radiowave，也观测到有数十公里长的无线电波。
AM调幅的波段约 535kHz - 1605kHz。
这些讯号容易受到闪电、汽车点火系统甚至计算机或计算器等的影响。
FM调频的波段约 88MHz - 106MHz。
由于噪声通常影响讯号的振幅，而FM是将讯号以不同频率载波因此较不会受到干扰。
电视的影像以AM传送，声音则以FM传送。
由于无线电波的能量通常远小于价电子的能阶差，因此不会被全吸收发生跃迁。所以无线电波除了少量的散射外，可以犹如进入『无人之境』的穿越玻璃、墙壁等非金属阻碍物。
   由于人的高度和FM的波长相近，人体本身也是很好的导体，因此是不错的天线。
是否用手调整天线时觉得信号不错，可是一离开却又收讯不良。

微波

   频率范围在 1GHz(109)到 100GHz的范围属于微波 Microwave。
对应于真空中 1.0mm 到 30cm 的波长。（在不同物质内电磁波的波长会改变）
上述的无线电波无法穿越大气的电离层。
微波则被用于地面和太空飞行物间的通讯。
订定时间标准的铯Cs原子钟所采用的频率便是 9.19263177×109Hz。
水分子本身是极性分子，于是在电场作用下将试图与电场方向一致。而微波炉所产生的电磁波（2.45GHz, 12.2cm的微波）使得水分子受影响而产生共振振荡，于是大量吸收微波的能量转换成水分子间的运动动能，也就是热能。
微波除了烹饪也用于电话通讯、警察的雷达测速等。

红外线

1800年时 William Herschel测量太阳光线经棱镜折射后各处所产生的热。却发现在红光外的边缘区域的温度计竟然发生最多的改变。于是他认为有人眼所看不见的『光』称为红外线。

红外线的频率从300GHz到385THz(780nm)。

物质当加温时皆会辐射出红外线，包含人体（约起于300nm到最多于10000nm）或动物体温的温度。红外线可穿透镜片或云层。底片也会对红外线感应，因此是很好的探测工具（间谍卫星）。红外线被用于追踪热源、夜间警卫与军事行动探测或各种遥控器等。（轰炸行动通常在夜间，虽然人眼无法直间看见物体，但红外线却可看得清清楚楚）。

可见光

   通常指波长从 780nm 到 390nm 的电磁波。人眼睛可看见的范围可广至 312nm - 1050 nm。只是『能见度』越来越差而已，且过度的照射容易对眼睛造成伤害。人眼对于『白光』的感觉应该是源自于对于太阳光的感受。只要光线含有与太阳光类似比例的不同频率光线，便都会产生『白光』的感觉。并不存在单独频率的『白光』。
656nm的红光 + 492nm的青绿色cyan光加起来被可有『白光』的感觉。人眼睛并无法区分由不同频率分布所形成的同一色光。（耳朵则可以分辨不同音色）单独508THz的光感觉是黄光，可是 507THz+ 509THz合起来的光对于人眼睛感受会相同。除非以光学仪器否则人眼分不出是否看到单频的光线。颜色并非光本身的特性，而是该频率的光与视神经与脑海共同形成的感觉。因此对于『黄光』更精确的说法是『看起来黄色的光』。

下表眼睛对于可见光所对应感觉的约略波段范围。

颜色 频率范围(THz) 真空中波长(nm)
红    384-482              622-780
橘    482-503              597-622
黄    503-520              577-597
绿    520-610              492-577
蓝    610-659              455-492
紫    659-769              390-455

真空中波长 540nm的绿光 + 690nm的红光同时进入眼中时，虽然其中一点黄光范围的电磁波都没有，却会产生见到黄光的感觉。在日光下人眼睛对于黄绿光范围的光线最敏感，太阳光谱最强的光线波长便是 560nm( 2.2eV)，因此戴上黄绿光绿色的眼镜片时物体的清晰度（对比）最明显。以我们人的尺度而言，可见光的波长很短 ( 0.000 000 000 780 公尺)。可是对于原子的尺度(10-10m)而言却是数千倍长。在太阳光下每平方公分约有 1017个光子在一秒钟内落下。因此很难看到光的粒子性。犹如一盆水那么多的水分子，我们也主要注意到其波动性。人的眼睛倒是相当敏锐，即使只有约10个光子进入眼中（约剩下一个到视网膜）我们依旧能感受到光子的讯号。可见光也可能会和部份物质起作用，引起化学反应。因此底片、酒类或部份药品（阿司匹宁等）必须储藏在阴暗处。早产儿就会放在有蓝紫光较多的保温室内将造成黄疸症的分子分解。每年地球上的植物藉由光和作用取代了大量的二氧化碳，也造就世界生物的循环链。

紫外线

   对应频率范围约 8×1014Hz 到 2.4×1016Hz。
1801年（在红外线发现的第二年）J. Ritter 发现了紫外线的存在。当时已经知道氯化银在光照射下会变黑，可是他发现在紫光光谱外的区域更加严重，于是将此人眼见不到的光称为紫外线 Ultraviolet 。对应约 300nm的太阳紫外光区会使皮肤晒黑或晒伤。约 4eV的能量便足以破坏 C-C 碳分子的键结。当阳光通过大气层时大部份的紫外光都因此被吸收了。藉由臭氧层的作用使得地球不至于成为紫外线的『杀菌室』。波长更短于 300nm的紫外光更将会破坏蛋白质。物质反射可见光的能力和反射紫外光一样，在沙滩或雪地的环境里即使没有直接晒到阳光，可是附近环境所反射却看不见的紫外线依旧会伤害到人体。反过来玻璃窗户却会吸收大部份的紫外光，因此在屋内晒太阳只是会多流汗，却是不会将皮肤晒黑的。人的眼睛看不见紫外光主要是眼角膜吸收了绝大多数的紫外光，因为白内障而移除眼角膜的人对于紫外光是有反应的。蜜蜂海豚等动物对于紫外光都是能看得见的。单独原子价电子的跃迁产生主要的可见光。当原子形成分子时，电子被束缚的的更厉害或者说能阶更高，而主要在紫外光区。大气中的 N2,O2,CO2和H2O 的价电子，在紫外光区的共振也造成了蓝色的天空。


X射线

   主要对应频率在 2.4×1016Hz 到 5×1019Hz。由于能量约 100eV-200KeV，因此单独的X光子便足以对物质起破坏作用。医学用的X射线主要在 20keV-100keV之间。藉由穿过人体时不同区域被吸收的量会不同，经过全身各方向的X射线扫瞄后的讯号透过现代计算机程序计算，可以将身体内部3D的结构清楚的显现，对于医学诊治很有帮助。X射线的来源主要是原子的内层电子发生能阶跃迁时所产生。


γ射线

主要对应于 200keV(0.2MeV)以上的电磁波。原子核内的核子（质子与中子）也会有不同的分布，也对应有不同的能阶。由于原子核内的能阶更高，当发生跃迁时便产生γ射线。早期对于X射线与γ射线的区分，在于能阶的跃迁起源与原子的内层电子或是由原子核的跃迁而来。可是近代的加速器使得电子在加速（转弯也是加速）过程时，也会辐射出高能量的 X射线或γ射线。主要用于科学研究或高科技用途。

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