微波
微波区域从1,000到300,000 MHz(或30厘米到1毫米波长)。虽然微波最早是在1886年被发明和研究的赫兹,它们的实际应用必须等待合适的发电机的发明,如速调管而且磁控管.
微波是高速数据传输的主要载体,在地球站之间,也在地面站和卫星之间卫星还有太空探测器。一个距地球约36000公里的同步卫星系统用于各种通信的国际宽带。、电视和电话.
微波发射器而且接收器都是抛物面碟形天线。它们产生的微波光束的扩散角与微波辐射的比例成正比波长的组成波到盘子的直径。因此,光束可以像探照灯一样定向。雷达波束由微波的短脉冲组成。人们可以通过测量脉冲到达物体并经过反射返回雷达天线所花费的时间来确定飞机或船只的距离天线.此外,通过利用变化频率反射的波引起的脉冲多普勒效应(见上图电磁辐射的速度和多普勒效应),可以测量物体的速度。微波雷达因此被广泛用于引导飞机而且船只以及用来检测超速行驶的司机。微波可以穿透烟云,但被水滴散射,因此它们被用于测绘气象扰动和大气天气预报.
微波发挥越来越广泛的作用加热和烹饪食物.它们被水吸收脂肪在食品(如肉组织)和农产品中热从内部。在大多数情况下,这可以将烹饪时间缩短一百倍。像这样干燥的物体玻璃而且陶瓷,另一方面,不加热的过程中,和金属箔根本没有被穿透。
微波的热效应破坏生命组织当组织的温度超过43°C(109°F)。因此,暴露在超过20毫瓦的强微波下权力体表每平方厘米有害。的镜头的人类的眼睛特别容易受到频率为3000兆赫的波的影响,而反复和长时间接触会导致白内障.无线电波和微波的功率(微瓦/平方厘米)远低于在活组织中产生加热所需的10-20毫瓦/平方厘米,会对人体的电化学平衡产生不利影响大脑以及a的发展胎儿如果这些波在5到100赫兹之间的低频下被调制或脉冲,这与脑电波频率。
各种类型的微波发生器和放大器已经被开发出来。真空管设备,速调管和磁控管,继续广泛使用,特别是用于更高功率的应用。速调管在无线电中主要用作放大器继电器系统和用途介电加热,而磁控管已被用于雷达系统和微波炉。(对于这些设备的详细讨论,看到电子管)。固态技术已经产生了几种能够产生、放大、检测和控制微波的设备。其中值得注意的是古恩二极管和隧道(或Esaki)二极管。另一种设备是微波激射器(英文缩写为"米icrowave一个mplification由年代timulatede的使命r辐射”)已被证明在以下领域有用射电天文学微波辐射测量和远程通信。
天文学家发现了一些天然脉泽星际云.来自星际的无线电辐射观测氢(H2)及其他分子通过脉泽过程显示放大。另外,如上所述,微波宇宙背景辐射被探测到并被许多人认为是原始火球的遗迹假设由大爆炸宇宙学模型.
红外辐射
超出了红色的可见范围的末端,但频率高于雷达波和微波的红外区域电磁波谱,频率为10之间125 × 1014赫兹(或波长从0.1到7.5 × 10−5厘米)。威廉赫歇尔他是德国出生的英国音乐家和自学成才的天文学家,他在1800年通过探索发现了这种形式的辐射温度计,阳光用玻璃杯将其分散成不同的颜色棱镜.红外辐射被化学键的旋转和振动所吸收和发射原子或者原子群,从而被许多种物质所取代。例如,窗户玻璃是透明的可见光吸收红外辐射由玻璃振动它的组成原子。红外辐射被强吸收水,如 ,而在大气.虽然看不见眼睛,红外线辐射可检测为温暖在皮肤上。近50%的太阳的辐射能在电磁波谱的红外区域发射,其余主要在可见光区域。
大气阴霾而且某些散射可见光的污染物对部分红外线几乎是透明的光谱因为散射效率随频率的四次方增加。红外摄影利用了这一现象。出于同样的原因,红外天文使研究人员能够通过巨大的云层观察宇宙物体星际尘埃红外辐射的散射比可见光小得多。然而,由于水蒸气,臭氧,二氧化碳在大气中吸收了很大一部分红外光谱,许多红外天文观测都是在高空进行的气球,火箭飞机或宇宙飞船。
风景的红外线照片增强了物体根据其散发的热量:蓝色的天空和水出现近黑色的,而绿色树叶和未暴露的皮肤呈现明亮。红外摄影可以揭示病理组织的生长(热成像)和电子系统和电路中的缺陷,因为它们增加了热量的发射。
红外吸收分子和材料的发射特性提供了关于大小、形状和性质的重要信息化学成键分子和固体中的原子和离子。旋转和振动的能量在所有系统中都是量子化的。红外线辐射能源h因此,被给定的分子或物质释放或吸收的ν是一种测量某些内部能量州。这些反过来又由原子量还有分子的化学能。出于这个原因,红外光谱法是确定分子和物质内部结构的强大工具,或者,当这些信息已经知道并制成表格时,用于确定给定样品中这些物种的数量。红外光谱技术常用于测定作文这就是它的起源和年代考古标本和用于检测艺术品和其他物品的赝品,当在可见光下检查时,它们与原件相似。
红外辐射在其中起着重要的作用传热,是积分所谓的温室效应(见上图大气的温室效应),影响热辐射的预算地球在全球范围内影响几乎所有的生物圈活动。事实上,地球表面的每一个物体都主要在光谱的红外区域发射电磁辐射。
人造的红外辐射源除了热物体外,还包括红外线发光二极管(led)而且激光.led是由这种材料制成的小型廉价光电子器件半导体材料镓砷化物。红外led被用作光隔离器和光源光纤基于通信系统。利用二氧化碳和二氧化碳开发出了强大的光泵浦红外激光器一氧化碳.二氧化碳红外激光被用来诱导并改变化学反应而在同位素分离。他们也受雇于激光雷达系统。红外光的其他应用包括它在自动自聚焦相机的测距仪、安全报警系统和夜视光学仪器中的使用。
用于探测红外辐射的仪器包括热敏器件,例如热电偶探测器,辐射热计(其中一些被冷却到接近绝对零度使探测器系统本身的热辐射大大降低)、光伏电池、光导体等。后者是由半导体材料(例如,硅而且引领硫化物),其电导在暴露于红外辐射时增加。
可见辐射
可见光是最常见的电磁辐射形式,构成了眼睛敏感的那部分光谱。这个跨度很窄;的频率紫罗兰色的光大约只有红光的两倍。相应的波长从7 × 10延伸−5厘米(红色)至4 × 10−5厘米(紫色)。的能量光子从可见光谱的中心(黄色)是hν = 2.2 eV。这比a的光子的能量大一百万倍电视波,比波大十亿倍无线电波一般而言(看到 ).
地球生命没有可见光就不可能存在,这代表了顶峰太阳的频谱和接近一半的辐射能量。可见光是必不可少的光合作用,使植物为了生产碳水化合物而且蛋白质这些都是食物来源动物.煤炭而且石油数百万年前植物和微生物的能量来源是从阳光中积累的吗水力发电是从一个步骤中提取出来的吗水文循环目前在阳光下运动的。
考虑到可见光对地球生命各个方面的重要性,人们不禁对可见光的吸收光谱感到敬畏水在 .以可见光的狭窄区域为中心的水的显著透明度,由垂直虚线表示 ,是水的内能态特征分布的结果。由于分子振动和分子间振荡,对红外的吸收较强。在紫外线区域内,辐射的吸收是由电子激发引起的。吸收系数大于α = 10厘米的频率光−1甚至无法到达视网膜的人类的眼睛因为它的组成液体主要由吸收这种频率光的水组成。
自20世纪70年代以来,越来越多的设备被开发出来将阳光转换成电能电.与各种常规能源不同,太阳能不因使用而消耗,不污染环境.可以注意到两个发展分支,即光热技术和光伏技术。在光热装置,阳光被用来加热物质,例如水,产生蒸汽来驱动发电机。光伏设备另一方面,太阳能电池可将太阳光中的能量直接转化为电能光生伏打效应在一个半导体结。由光伏装置制成的太阳能电池板镓砷化物有转化效率的20%以上都是用来提供的电力在许多卫星还有太空探测器。太阳能电池已经在一些便携式电子仪器和超过500兆瓦的太阳能发电站中取代了干电池能力已经建成了。
可见光的强度和光谱组成基本上可以通过受光影响的任何过程或性质来测量和记录。检测器使用摄影流程基于银卤,光电发射的电子从金属面,代之电流在一个光伏电池,以及半导体中导电的增加。
玻璃纤维构成导光镜:引导和传送光的有效手段一束光被全内反射在这样的地方旅行光纤,其厚度可介于百分之一毫米至几毫米之间。许多薄光纤可以组合成束来实现图像复制。这些纤维或纤维束的灵活性允许它们在医学上用于内部器官的光学探索。与其他国际系统相比,连接各大洲的光纤能够传输大量的信息电信.光纤通信系统的另一个优点是传输不容易被拦截,不受低层大气和大气干扰平流层干扰。
光学纤维集成微型半导体激光器和发光二极管,以及光探测器阵列和光电子成像和记录材料,构成了一个新的光电子工业的基石。一些常见的商业产品是光电复印机,激光打印机,光盘播放器,光学记录介质,超高位光盘大容量存储系统密度.