5.2 Sähkömagneettisen säteilyn spektri

FY07 Sähkömagnetismi ja valo

Sähkömagneettisen säteilyn spektri

  • Spektri on aaltoliikkeen aallonpituus- tai taajuusjakauma
  • Säteilyn lajit luokitellaan usein aallonpituuden mukaan
    • Eri säteilylajien syntytavat eroavat
  • Mitä lyhyempi aallonpituus, sitä suurempi energia
10^{-15} \ \text m
10^{8} \ \text m

Kuva: Resonanssi 7 (e-Oppi)

SM-säteilyn ominaisuuksia

  • Sähkömagneettinen aalto syntyy varauksen ollessa kiihtyvässä liikkeessä
    • Lämpöliikkeen takia protonit ja elektronit jatkuvassa liikkeessä
    • Kappaleen lähettämä säteilylaji riippuu kappaleen lämpötilasta
  • Energiaa voi vapautua myös atomiytimestä tai elektronikuorilta

Kuva: Resonanssi 7 (e-Oppi)

Aaltoliikkeen perusyhtälö

  • Sähkömagneettinen aaltoliike noudattaa aaltoliikkeen perusyhtälöä

 

 

 

 

  • Valon etenemisnopeus riippuu väliaineesta, jossa valo kulkee        
    • Valonnopeus tyhjiössä on
c = f \lambda
2,998 \cdot 10^8 \ \text {m/s}
c = \text {valonnopeus}
\lambda= \text {aallonpituus}
f= \text {taajuus}

Näkyvän valon spektri

  • Näkyvä valo on sähkömagneettista säteilyä, jonka ihmissilmä aistii
    • Aurinko säteilee voimakkaimmin näkyvän valon aallonpituuksia
  • Aallonpituudet ovat 400–700 nm
  • Ihminen erottaa eri aallonpituudet erilaisina väreinä
    • Musta pinta ei lähetä tai heijasta yhtään säteilyä
    • Valkoinen valo sisältää kaikkia aallonpituuksia
Väri Aallonpituus (nm)
violetti 400–450
sininen 450–490
vihreä 490–560
keltainen 560–590
oranssi 590–630
punainen 630–700

Kuva: Resonanssi 7 (e-Oppi)

Intensiteetti

  • Sähkömagneettinen säteily siirtää energiaa
  • Intensiteetti kuvaa säteilyn (energian) voimakkuutta       

 

 

 

 

 

 

  • Intensiteetti huomioi kaiken säteilyn, joka saapuu pinnalle
I = \frac{E}{tA} = \frac{P}{A}
[I] = \frac{[P]}{[A]} = \frac{\text W}{\text m^2}
P = \text {teho}
A = \text {pinta-ala}

Jatkuva spektri

  • Spektrin intensiteettijakauma kuvaa valon sisältämien aallonpituuksien suhteellisia voimakkuuksia
  • Auringon spektri on jatkuva spektri
    • Auringosta lähtee kaikkia mahdollisia aallonpituuksia (lyhytaaltoisinta gammasäteilyä lukuun ottamatta)
    • Auringon näkyvän valon spektri sisältää kaikki värit

Infrapuna- eli lämpösäteily

Ultravioletti-säteily

Kuva: Resonanssi 7 (e-Oppi)

Viivaspektri

  • ​Viivaspektri muodostuu, kun säteilyä emittoituu vain tietyillä aallonpituuksilla
  • Syntyy, kun atomien elektronikuoriin tai ytimiin väliaikaisesti sitoutunut energia vapautuu
  • Monokromaattinen säteily koostuu vain yhdestä aallonpituudesta
    • Laser, led

Kuva: Resonanssi 7 (e-Oppi)