Application de la longueur d'onde de la lumière visible. Échelle des ondes électromagnétiques

En 1873, le célèbre physicien britannique D.K. Maxwell crée une théorie générale qui décrit les processus se produisant dans les ondes, alors qu'ils étaient présentés sous la forme de perturbations vortex. Par la suite, la plupart de ses calculs théoriques furent brillamment confirmés. À l'heure actuelle, ils se sont développés, car les champs eux-mêmes ont commencé à être considérés du point de vue des processus de la physique quantique. En même temps, il a été suggéré que même la lumière visible n'est rien de plus qu'une des variétés d'une onde électromagnétique. En 2009, cela a finalement été prouvé par des physiciens (la composante magnétique a été mesurée flux lumineux). Sa principale différence avec les autres variétés dans la longueur d'onde.

Nous sommes tous habitués à la lumière, la prenant pour acquise et nous posant rarement des questions : quelle est la longueur d'onde de la lumière, quelle est-elle, etc. Même la Bible dit que Dieu a créé la lumière le premier jour de la création. Indirectement, cela indique l'importance de cela pour tous les êtres vivants. La lumière visible est un rayonnement de nature électromagnétique qui peut être directement détecté par l'œil. Cependant, l'organe de vision ne capte pas tout le spectre de l'onde, mais seulement un certain intervalle : la limite inférieure est d'environ 380 nm, et la supérieure de 780 nm. Pourquoi "environ" ? Parce que chaque personne a une sensibilité de vision différente et ces limites sont indicatives. Le spectre complet est si large que visible pour l'homme la lumière n'est que de 0,04 %.

Si vous imaginez mentalement des coordonnées bidimensionnelles, la longueur d'onde de la lumière en nanomètres sera tracée le long de l'axe horizontal et la sensibilité des yeux indiquera l'axe vertical. En conséquence, le début de l'onde tombe à 780 et la fin - à 380. Le pic est atteint à une valeur de 555 nm. Dans la gamme de 10 nm - 380 nm est et infrarouge 780 nm - 1 mm. L'écart total, qui est la somme des rayonnements ultraviolet, visible et infrarouge, est spectre optique, bien que cela ne signifie pas qu'ils peuvent tous être vus à l'œil nu. La longueur d'onde de la lumière est la caractéristique la plus importante pour une personne, puisque c'est grâce à elle que l'on peut distinguer les couleurs. Le plus facile à attraper nuances de couleurs au pic de l'onde (555 nm), mais aux bords, dans les zones de couleurs bleues et rouges, c'est plus difficile. Par conséquent, c'est précisément lors de la détermination des nuances dérivées que les gens ont parfois des désaccords, car la sensibilité des récepteurs oculaires est différente. Fait intéressant, 555 nm est le spectre de couleur verte, qui se distingue le plus clairement. Est-ce une coïncidence si l'herbe et les feuilles sont vertes ? Au fait, vous pouvez voir une partie du rayonnement infrarouge si vous pointez la caméra d'un téléphone portable (ou d'un appareil photo numérique) vers la LED d'une télécommande en état de marche télécommande depuis appareils ménagers(TV, tuner, etc.).

La longueur d'onde de la lumière rouge correspond à 700 nm, c'est-à-dire presque à partir du bord même de la région visible. Il s'ensuit que 10 unités conventionnelles de rayonnement dans cette gamme seront capturées par l'œil comme une unité en vert (555 nm). Mais la longueur d'onde de la lumière jaune, qui va de 560 nm à 590 nm, est située plus près du pic de l'onde, de sorte que les erreurs de détermination des nuances par l'œil humain sont moins fréquentes.

En plus des différentes couleurs, dans la vie, vous devez souvent faire face au blanc. En fait, il n'y a pas de blanc dans le spectre. Il est obtenu en mélangeant trois couleurs de base. On pense que si vous combinez les sept couleurs de l'arc-en-ciel de même intensité, vous obtenez un blanc pur. Dans le même temps, généralement au moins l'un d'entre eux prévaut, ce qui ajoute une certaine nuance. Vous pouvez le faire plus facilement et ne mélanger que trois couleurs - rouge, bleu et vert. L'existence d'écrans de télévision basés sur des tubes à rayons à trois électrodes capables d'afficher un point couleur blanche, en est une preuve directe.

La gamme de lumière visible est la plus étroite de tout le spectre. La longueur d'onde y change moins de deux fois. La lumière visible représente le rayonnement maximal dans le spectre du Soleil. Nos yeux au cours de l'évolution se sont adaptés à sa lumière et ne peuvent percevoir le rayonnement que dans cette section étroite spectre. Presque toutes les observations astronomiques jusqu'au milieu du XXe siècle ont été effectuées en lumière visible. La principale source de lumière visible dans l'espace sont les étoiles dont la surface est chauffée à plusieurs milliers de degrés et émet donc de la lumière. Sur Terre, des sources lumineuses non thermiques sont également utilisées, telles que des lampes fluorescentes et des diodes électroluminescentes à semi-conducteurs.

Les miroirs et les lentilles sont utilisés pour collecter la lumière provenant de sources cosmiques faibles. Les récepteurs de lumière visible sont la rétine, le film photographique, les cristaux semi-conducteurs (matrices CCD) utilisés dans les appareils photo numériques, les cellules photoélectriques et les photomultiplicateurs. Le principe de fonctionnement des récepteurs repose sur le fait que l'énergie d'un quantum de lumière visible est suffisante pour provoquer réaction chimique dans une substance spécialement sélectionnée ou pour éliminer un électron libre d'une substance. Ensuite, la quantité de lumière reçue est déterminée par la concentration des produits de réaction ou par l'amplitude de la charge libérée.

Sources

L'une des comètes les plus brillantes de la fin du XXe siècle. Il a été découvert en 1995, alors qu'il se trouvait encore au-delà de l'orbite de Jupiter. C'est une distance record pour détecter une nouvelle comète. Il est passé au périhélie le 1er avril 1997 et à la fin du mois de mai, il a atteint sa luminosité maximale - environ une magnitude nulle. Au total, la comète est restée visible à l'œil nu pendant 18,5 mois - soit le double du précédent record établi par la grande comète de 1811. L'image montre deux queues de la comète - poussiéreuses et gazeuses. La pression du rayonnement solaire les éloigne du Soleil.

Deuxième plus grande planète système solaire. Appartient à la classe des géantes gazeuses. La photo a été prise par la station interplanétaire Cassini, qui mène des recherches dans le système Saturne depuis 2004. À la fin du 20e siècle, des systèmes d'anneaux ont été trouvés sur toutes les planètes géantes - de Jupiter à Neptune, mais seulement à Saturne, ils sont facilement accessibles même avec un petit télescope amateur.

Régions de basse température sur la surface visible du Soleil. Leur température est de 4300–4800 POUR- environ mille et demi degrés plus bas que sur le reste de la surface du Soleil. De ce fait, leur luminosité est 2 à 4 fois plus faible, ce qui crée en revanche l'impression de points noirs. Les taches se produisent lorsqu'un champ magnétique ralentit la convection et donc le transfert de chaleur dans couches supérieures affaire de soleil. Ils vivent de quelques heures à plusieurs mois. Le nombre de taches sert d'indicateur de l'activité solaire. En observant les spots pendant plusieurs jours, il est facile de remarquer la rotation du Soleil. La photo a été prise avec un télescope amateur.

Attention! En aucun cas, vous ne devez regarder le Soleil à travers un télescope ou un autre appareil optique sans filtres de protection spéciaux. Lors de l'utilisation de filtres, ils doivent être solidement fixés devant l'objectif et non sur l'oculaire de l'instrument, où le filtre pourrait être endommagé par une surchauffe. Dans tous les cas, il est plus sûr d'observer la projection de l'image du Soleil sur une feuille de papier derrière l'oculaire du télescope.

Contient environ 3 000 étoiles, dont sept sont visibles à l'œil nu. L'amas mesure 13 années-lumière de diamètre et est situé à 400 années-lumière de la Terre. Les amas ouverts se forment lors de la compression des nuages de gaz et de poussière cosmiques sous l'action de l'auto-gravité (l'attraction de certaines parties du nuage vers d'autres). Lors de la compression, le nuage se décompose en morceaux, à partir desquels des étoiles individuelles se forment. Ces étoiles sont faiblement liées par la gravité et, avec le temps, ces amas se dissipent.

Une galaxie spirale dont nous observons le disque à plat, également connue sous le nom de Whirlpool. Situé à une distance d'environ 37 millions d'années-lumière. Son diamètre est d'environ 100 000 années-lumière. Au bout de l'un des bras spiraux se trouve une galaxie compagne.

La désignation M51 fait référence à l'ensemble de la paire dans son ensemble. Séparément, la galaxie principale et sa compagne sont désignées NGC 5194 et 5195. L'interaction gravitationnelle avec la compagne condense le gaz dans les parties des spirales proches de celle-ci, ce qui accélère la formation d'étoiles. L'interaction est un phénomène typique dans le monde des galaxies. La galaxie est visible à travers un petit télescope amateur.

Récepteurs

Les observations visuelles ne sont plus utilisées en astronomie professionnelle. Il y a une vingtaine d'années, ils ont été complètement supplantés par la photographie numérique, la photométrie, la spectrométrie et l'informatique.

Cependant, le romantisme des observations visuelles inspire toujours les amateurs d'astronomie. Le Soleil, la Lune, cinq planètes, environ 6 000 étoiles et quatre galaxies sont disponibles à l'œil nu - la Voie lactée, la nébuleuse d'Andromède, les grands et petits nuages de Magellan. Apparaissent occasionnellement visible à l'oeil comètes et astéroïdes.

Presque chaque nuit, on peut observer des grains de sable spatiaux - des météores brûlant dans l'atmosphère, ainsi que des satellites artificiels de la Terre rampant lentement dans le ciel. Aux hautes latitudes, des aurores sont observées, aux basses latitudes, dans des conditions favorables, une lumière zodiacale fantomatique est visible - une poussière cosmique éclairée par le Soleil. Et toute cette diversité s'observe dans un domaine spectral extrêmement étroit, presque mille fois plus étroit que le domaine infrarouge.

Avec des jumelles, vous pouvez voir des dizaines de fois plus d'étoiles et de nombreux objets nébuleux. Un télescope amateur a accès à des milliers de fois plus d'étoiles, à des détails sur la surface des planètes, leurs satellites, ainsi qu'à des centaines de nébuleuses et de galaxies. Mais en même temps, le champ de vision du télescope est beaucoup plus petit, et pour des observations réussies, il doit être solidement fixé, et mieux encore, tourné lentement en suivant la rotation du ciel.

DANS monde moderne l'astronomie amateur est devenue un passe-temps passionnant et prestigieux. Un certain nombre d'entreprises, telles que Meade et Celestron, fabriquent des télescopes spécialement pour les amateurs. Les instruments les plus simples avec un diamètre de lentille de 50 à 70 millimètre coûte 200-500 dollars, le plus grand avec un diamètre de 350-400 millimètre sont comparables en coût à une voiture de prestige et nécessitent une installation permanente sur Fondation concrète sous le dôme. DANS mains habiles de tels instruments pourraient bien contribuer à une plus grande science.

Les télescopes amateurs les plus populaires au monde ont un diamètre d'environ 200 millimètre et construit selon la conception optique inventée par l'opticien soviétique Maksutov. Ils ont un tube court, qui est généralement monté sur une monture fourchue et équipé d'un ordinateur pour viser automatiquement divers objets en fonction de leurs coordonnées célestes. Un tel outil est montré sur l'affiche.

En 1975, le télescope BTA de 6 mètres a été construit en URSS. Pour que le miroir principal du télescope ne se déforme pas, il a été fabriqué à environ un mètre d'épaisseur. Il semblait qu'il était impossible d'augmenter encore la taille des miroirs. Cependant, une solution a été trouvée. Les miroirs ont commencé à être rendus relativement minces (15-25 cm) et décharger sur un ensemble de supports dont la position est contrôlée par ordinateur. La possibilité de plier les miroirs, en ajustant leur forme de manière flexible, a permis de construire des télescopes jusqu'à 8 mètres de diamètre.

Mais les astronomes ne se sont pas arrêtés là. Sur les plus gros instruments, les miroirs sont divisés en segments, combinant la position des pièces avec une précision au centième de micron. C'est ainsi que sont disposés les plus grands télescopes Keck de 10 mètres au monde. La prochaine étape sera le télescope américain Magellan, qui aura 7 miroirs, chacun d'un diamètre de 8 mètres. Ensemble, ils fonctionneront comme un télescope de 24 mètres. Et dans l'Union européenne, les travaux ont commencé sur un projet encore plus ambitieux - un télescope d'un diamètre de 42 mètres.

Le principal obstacle à la réalisation des capacités de tels instruments est l'atmosphère terrestre, dont la turbulence déforme l'image. Pour compenser les interférences, un équipement spécial surveille en permanence l'état de l'atmosphère et, en déplacement, plie le miroir du télescope de manière à compenser les distorsions. Cette technologie s'appelle l'optique adaptative.

Le télescope a deux tâches : collecter le plus possible plus de lumière source faible et distinguez le plus de petits détails possible. La capacité de collecte de lumière d'un télescope est déterminée par la surface du miroir primaire et le pouvoir de résolution est déterminé par son diamètre. C'est pourquoi les astronomes s'efforcent de construire les plus grands télescopes possibles.

Pour les petits télescopes, une lentille convergente (télescope réfracteur) peut être utilisée comme objectif, mais un miroir parabolique concave (télescope réfléchissant) est plus couramment utilisé. La fonction principale de l'objectif est de construire une image des sources observées dans le plan focal du télescope, où se trouve la caméra ou un autre équipement. Dans les télescopes amateurs pour les observations visuelles, un oculaire est placé derrière le plan focal, qui est en fait une forte loupe à travers laquelle l'image créée par la lentille est visualisée.

Cependant, le plan focal du réflecteur est devant le miroir, ce qui n'est pas toujours pratique pour les observations. Diverses techniques sont utilisées pour faire sortir le faisceau de lumière du tube du télescope. Dans le système de Newton, un miroir diagonal est utilisé pour cela. Dans un système Cassegrain plus complexe (sur l'affiche), un miroir secondaire convexe en forme d'hyperboloïde de révolution est placé en face du miroir principal. Il réfléchit le faisceau vers l'arrière, où il sort par un trou au centre du miroir primaire. Dans le système Maksutov, une fine lentille convexe-concave est placée à l'extrémité avant du tube du télescope. Il protège non seulement les miroirs du télescope contre les dommages, mais permet également de rendre le miroir primaire sphérique plutôt que parabolique, ce qui est beaucoup moins cher à fabriquer.

Le plus grand télescope optique en orbite. Le diamètre de son miroir principal est de 2,4 mètres. Lancé en orbite en 1991. Peut effectuer des observations dans les gammes visible, proche infrarouge et proche ultraviolet. Le seul télescope spatial visité par les astronautes pour les réparations et l'entretien.

L'astronomie doit des dizaines de découvertes au télescope Hubble. Entre autres choses, il a permis de voir à quoi ressemblaient les galaxies au moment de leur naissance il y a environ 13 milliards d'années. Actuellement, le télescope Hubble est remplacé par un télescope spatial de nouvelle génération - le télescope spatial James Webb (JWST) d'un diamètre de 6,5 mètres, qui devrait être lancé dans l'espace en 2013. Certes, cela ne fonctionnera pas dans le visible, mais dans l'infrarouge proche et moyen.

levés du ciel

Ici encore, le plan de notre Galaxie - la Voie lactée est clairement visible. Sa lueur est constituée de la lumière de centaines de milliards d'étoiles et de nébuleuses. Des filaments sombres de nuages de poussière sont également clairement visibles, ce qui nous masque une partie de la lumière des étoiles dans le plan galactique.

Les formations brumeuses dans la moitié inférieure de la revue sont les Grands et Petits Nuages de Magellan, satellites de notre Galaxie. Les étoiles brillantes, qui nous semblent les principaux objets du ciel, sont presque invisibles sur une carte à si petite échelle.

Ciel dans la ligne d'hydrogène H-alpha, 656 nm

La raie spectrale H-alpha correspond à la transition d'un électron dans un atome d'hydrogène du troisième niveau d'énergie Au deuxième.

Il s'agit de la première ligne de la série dite de Balmer, qui se compose entièrement de transitions de différents niveaux élevés Au deuxième. Il existe des séries similaires de transitions vers le premier niveau (série Lyman), vers le troisième niveau (série Paschen) et vers d'autres niveaux. Particularité La série Balmer réside dans le fait qu'elle se situe presque entièrement dans le visible, ce qui facilite grandement les observations. En particulier, la raie H-alpha tombe dans la partie rouge du spectre.

Le rayonnement de cette raie se produit dans des nuages cosmiques raréfiés d'hydrogène atomique. Les atomes qu'ils contiennent sont excités par le rayonnement ultraviolet des étoiles chaudes, puis dégagent de l'énergie, se déplaçant vers des niveaux inférieurs. En isolant la ligne H-alpha avec des filtres, on peut observer à dessein la distribution de l'hydrogène neutre.

Une étude du ciel dans la raie H-alpha montre la distribution du gaz dans notre galaxie. Il montre de grandes bulles de gaz autour des régions de formation active d'étoiles.

Demande de terre

Lors de la visualisation d'objets à une distance de vision claire (25 cm) une personne peut distinguer des détails d'environ 0,1 millimètre(la résolution angulaire de l'oeil est de l'ordre d'une minute d'arc 1" = 2,3 × 10 -4 rad). Pour en savoir plus petites pièces, vous devez regarder d'une distance plus petite, mais à une distance inférieure à 10 cm il est très difficile pour l'œil de s'adapter.

Ceci peut être réalisé en utilisant une loupe dont la puissance optique s'ajoute à la puissance optique de la lentille. Mais même dans ce cas, la limite de grossissement est d'environ 25x, car la taille d'une loupe aussi puissante devient très petite et elle doit être placée à proximité de l'échantillon. En fait, une telle loupe devient un objectif de microscope. Il est très gênant de le regarder avec les yeux, mais vous pouvez faire autrement.

En ajustant soigneusement la distance entre l'objectif et l'objet, vous pouvez obtenir une image agrandie de celui-ci à une certaine distance derrière l'objectif. En plaçant une autre loupe derrière et en examinant l'image construite par la lentille à travers elle, on peut obtenir un grossissement de centaines et même plus de mille fois.

Cependant, des grossissements nettement supérieurs à 1000 fois n'ont aucune signification pratique, car la nature ondulatoire de la lumière ne nous permet pas de considérer des détails inférieurs à une longueur d'onde (400–700 nm). À un grossissement de 2000 fois, ces détails sont visibles sous forme de divisions millimétriques sur la règle que vous tenez entre vos mains.

Augmenter davantage le grossissement ne vous révélera pas de nouveaux détails. Pour voir les détails avec une plus grande résolution, des rayons X de longueur d'onde plus courte sont nécessaires, ou en général des flux d'électrons, qui (selon la mécanique quantique) ont une longueur d'onde plus courte. Vous pouvez également utiliser une sonde mécanique avec un système de visée très précis - le microscope dit à balayage.

Le spectre électromagnétique est conditionnellement divisé en plages. À la suite de leur examen, vous devez savoir ce qui suit.

Le nom des gammes d'ondes électromagnétiques.
L'ordre dans lequel ils se succèdent.
Limites de gamme en longueurs d'onde ou en fréquences.
Ce qui provoque l'absorption ou l'émission d'ondes de l'une ou l'autre gamme.
L'utilisation de chaque type d'ondes électromagnétiques.
Sources de rayonnement de diverses ondes électromagnétiques (naturelles et artificielles).
Danger de toutes sortes de vagues.
Exemples d'objets ayant des dimensions comparables à la longueur d'onde de la gamme correspondante.
Le concept de rayonnement du corps noir.
Rayonnement solaire et fenêtres de transparence atmosphérique.

Gammes d'ondes électromagnétiques

gamme de micro-ondes

Les micro-ondes servent à réchauffer les aliments four à micro-ondes, communications mobiles, radars (radar), jusqu'à 300 GHz passent facilement l'atmosphère, il convient donc aux communications par satellite. Les radiomètres pour la télédétection et la détermination de la température des différentes couches de l'atmosphère, ainsi que les radiotélescopes, fonctionnent dans cette gamme. Cette gamme est l'une des plus importantes pour la spectroscopie RPE et les spectres de rotation des molécules. Une exposition prolongée aux yeux provoque des cataractes. Les téléphones portables ont un effet négatif sur le cerveau.

Une caractéristique des ondes micro-ondes est que leur longueur d'onde est comparable à la taille de l'équipement. Ainsi, dans cette gamme, les appareils sont conçus sur la base d'éléments distribués. Des guides d'ondes et des lignes à ruban sont utilisés pour la transmission d'énergie, et des résonateurs à cavité ou des lignes résonnantes sont utilisés comme éléments résonnants. Les sources artificielles d'ondes MW sont les klystrons, les magnétrons, les tubes à ondes progressives (TWT), les diodes Gunn et les diodes à transit d'avalanche (ATD). De plus, il existe des masers, analogues des lasers dans les grandes gammes de longueurs d'onde.

Les ondes micro-ondes sont émises par les étoiles.

Dans la gamme des micro-ondes se trouve ce que l'on appelle le rayonnement micro-ondes de fond cosmique (rayonnement relique), qui, dans ses caractéristiques spectrales, correspond pleinement au rayonnement d'un corps complètement noir avec une température de 2,72K. Le maximum de son intensité tombe à une fréquence de 160 GHz (1,9 mm) (voir figure ci-dessous). La présence de ce rayonnement et ses paramètres sont l'un des arguments en faveur de la théorie du Big Bang, qui est actuellement à la base de la cosmologie moderne. La dernière, d'après ces mesures et observations notamment, s'est produite il y a 13,6 milliards d'années.

Au-dessus de 300 GHz (moins de 1 mm), les ondes électromagnétiques sont très fortement absorbées par l'atmosphère terrestre. L'atmosphère commence à être transparente dans les gammes IR et visible.

Couleur	Gamme de longueurs d'onde, nm	Gamme de fréquences, THz	Plage d'énergie des photons, eV
Violet	380-440	680-790	2,82-3,26
Bleu	440-485	620-680	2,56-2,82
Bleu	485-500	600-620	2,48-2,56
Vert	500-565	530-600	2,19-2,48
Jaune	565-590	510-530	2,10-2,19
Orange	590-625	480-510	1,98-2,10
Rouge	625-740	400-480	1,68-1,98

Parmi les lasers et sources avec leur application, émettant dans le visible, on peut citer : le premier laser lancé, - le rubis, d'une longueur d'onde de 694,3 nm, les lasers à diodes, par exemple, à base de GaInP et AlGaInP pour le rouge et à base de GaN pour la gamme bleue, laser titane-saphir, laser He-Ne, lasers à ions argon et krypton, laser à vapeur de cuivre, lasers à colorant, lasers à doublage ou sommation de fréquence en milieu non linéaire, lasers Raman. (https://www.rp-photonics.com/visible_lasers.html?s=ak).

Pendant longtemps, la création de lasers compacts dans la partie bleu-vert du spectre a posé problème. Il existait des lasers à gaz, comme le laser à ions argon (depuis 1964), qui possède deux raies de génération principales dans les parties bleue et verte du spectre (488 et 514 nm), ou le laser hélium-cadmium. Cependant, ils n'étaient pas adaptés à de nombreuses applications en raison de leur encombrement et du nombre limité de lignes de génération. Il n'a pas été possible de créer des lasers à semi-conducteurs avec une large bande interdite en raison d'énormes difficultés technologiques. Cependant, finalement développé méthodes efficaces doubler et tripler la fréquence des lasers à l'état solide dans le domaine IR et optique dans les cristaux non linéaires, les lasers à semi-conducteurs basés sur connexions doubles Lasers GaN et à conversion ascendante.

Les sources lumineuses dans la région bleu-vert permettent d'augmenter la densité d'enregistrement sur un CD-ROM, la qualité des reprographies, sont nécessaires pour créer des projecteurs en couleur, pour communiquer avec les sous-marins, pour supprimer le relief du fond marin, pour refroidissement par laser d'atomes et d'ions individuels, pour contrôler le dépôt à partir de gaz (dépôt en phase vapeur), en cytométrie en flux. (tiré de "Compact blue-green lasers" de W. P. Risk et al).

Littérature:

Gamme UV

On pense que la gamme ultraviolette occupe la région de 10 à 380 nm. Bien que ses limites ne soient pas clairement définies, en particulier dans la région des ondes courtes. Il est divisé en sous-gammes et cette division n'est pas non plus sans ambiguïté, car dans différentes sources, elle est liée à divers processus physiques et biologiques.

Ainsi sur le site de la "Health Physics Society" le domaine ultraviolet est défini dans les limites de 40 - 400 nm et est divisé en cinq sous-domaines : UV sous vide (40-190 nm), UV lointain (190-220 nm), UVC (220-290 nm), UVB (290-320 nm) et UVA (320-400 nm) (lumière noire). Dans la version anglaise de l'article de Wikipedia sur l'ultraviolet "Ultraviolet", la plage de 40 à 400 nm est attribuée au rayonnement ultraviolet, cependant, dans le tableau du texte, elle est divisée en un tas de sous-gammes qui se chevauchent, à partir de 10 nm. Dans la version russe de Wikipedia "Rayonnement ultraviolet" depuis le tout début, les limites de la plage UV sont fixées entre 10 et 400 nm. De plus, Wikipedia pour les gammes UVC, UVB et UVA indique les domaines 100 - 280, 280 - 315, 315 - 400 nm.

Le rayonnement ultraviolet, malgré son effet bénéfique en petites quantités sur les objets biologiques, est en même temps le plus dangereux de tous les autres rayonnements naturels répandus d'autres gammes.

Principal source naturelle Le rayonnement UV est le Soleil. Cependant, tous les rayonnements n'atteignent pas la Terre, car ils sont absorbés par la couche d'ozone de la stratosphère et, dans la région inférieure à 200 nm, sont très fortement absorbés par l'oxygène atmosphérique.

Les UVC sont presque entièrement absorbés par l'atmosphère et n'atteignent pas la surface terrestre. Cette gamme est utilisée lampes germicides. La surexposition entraîne des lésions cornéennes et la cécité des neiges, ainsi que de graves brûlures au visage.

Les UVB sont la partie la plus dommageable du rayonnement UV car ils ont suffisamment d'énergie pour endommager l'ADN. Il n'est pas totalement absorbé par l'atmosphère (environ 2% passe). Ce rayonnement est nécessaire à la production (synthèse) de la vitamine D, mais les effets nocifs peuvent provoquer des brûlures, des cataractes et des cancers de la peau. Cette partie du rayonnement est absorbée par l'ozone atmosphérique, dont la diminution est préoccupante.

Les UVA atteignent presque complètement la Terre (99%). Il est responsable des coups de soleil, mais son excès entraîne des brûlures. Comme les UVB, il est nécessaire à la synthèse de la vitamine D. Une exposition excessive entraîne une suppression du système immunitaire, une raideur de la peau et la formation de cataractes. Le rayonnement dans cette plage est également appelé lumière noire. Les insectes et les oiseaux sont capables de voir cette lumière.

La figure ci-dessous montre, par exemple, la dépendance de la concentration d'ozone à l'altitude aux latitudes nord (courbe jaune) et le niveau de blocage des ultraviolets solaires par l'ozone. Les UVC sont complètement absorbés jusqu'à 35 km d'altitude. Dans le même temps, les UVA atteignent presque complètement la surface de la Terre, mais ce rayonnement ne présente pratiquement aucun danger. L'ozone piège la plupart des UVB, mais certains atteignent la Terre. En cas d'appauvrissement de la couche d'ozone, la majeure partie de celle-ci irradiera la surface et conduira à des dommages génétiques aux êtres vivants.

Brève liste des utilisations des ondes électromagnétiques dans la gamme UV.

Photolithographie de haute qualité pour la fabrication appareils électroniques tels que les microprocesseurs et les puces mémoire.
Dans la fabrication d'éléments à fibres optiques, notamment de réseaux de Bragg.
Désinfection microbienne des produits, eau, air, objets (UVC).
La lumière noire (UVA) en criminalistique, dans l'examen d'œuvres d'art, dans l'établissement de l'authenticité des billets de banque (phénomène de fluorescence).
Bronzage artificiel.
Gravure laser.
Dermatologie.
Dentisterie (photopolymérisation des obturations).

Les sources artificielles de rayonnement ultraviolet sont :

Non monochromatique : Mercure lampes à décharge diverses pressions et conceptions.

Monochromatique:

Diodes laser, principalement à base de GaN, (faible puissance), générant dans le proche ultraviolet ;
Les lasers à excimères sont des sources très puissantes de rayonnement ultraviolet. Ils émettent des impulsions nanosecondes (picosecondes et microsecondes) avec une puissance moyenne allant de quelques watts à des centaines de watts. Les longueurs d'onde typiques se situent entre 157 nm (F2) et 351 nm (XeF);
Certains lasers à solide dopés au cérium, tels que Ce3+:LiCAF ou Ce3+:LiLuF4, qui sont pulsés avec des impulsions nanosecondes ;
Certains lasers à fibre, comme ceux dopés au néodyme ;
Certains lasers à colorant sont capables d'émettre de la lumière ultraviolette ;
Laser argon ionique, qui, malgré le fait que les lignes principales se situent dans le domaine optique, peut générer un rayonnement continu avec des longueurs d'onde de 334 et 351 nm, mais avec une puissance inférieure;
Laser à azote émettant à une longueur d'onde de 337 nm. Un laser très simple et bon marché, fonctionne en mode pulsé avec une durée d'impulsion nanoseconde et avec une puissance crête de plusieurs mégawatts ;
Triple fréquences du laser Nd:YAG dans des cristaux non linéaires ;

Littérature:

Wikipédia "Ultraviolet".

Rayonnement visible - ondes électromagnétiques perçues par l'œil humain, qui occupent une région du spectre avec des longueurs d'onde d'environ 380 (violet) à 780 nm (rouge). Ces ondes occupent la gamme de fréquences de 400 à 790 térahertz. Le rayonnement électromagnétique avec de telles longueurs d'onde est également appelé lumière visible, ou simplement lumière (au sens étroit du terme). L'œil humain est le plus sensible à la lumière à 555 nm (540 THz), dans la partie verte du spectre.

Le rayonnement visible pénètre également dans la "fenêtre optique", une région du spectre du rayonnement électromagnétique qui n'est pratiquement pas absorbée par l'atmosphère terrestre. L'air pur diffuse la lumière bleue un peu plus que les longueurs d'onde plus longues (vers l'extrémité rouge du spectre), de sorte que le ciel de midi semble bleu.

De nombreuses espèces d'animaux sont capables de voir un rayonnement qui n'est pas visible à l'œil humain, c'est-à-dire qui n'est pas inclus dans la plage visible. Par exemple, les abeilles et de nombreux autres insectes voient la lumière dans la gamme ultraviolette, ce qui les aide à trouver du nectar sur les fleurs. Les plantes pollinisées par les insectes sont dans une meilleure position en termes de procréation si elles sont brillantes dans le spectre ultraviolet. Les oiseaux sont également capables de voir la lumière ultraviolette (300-400 nm), et certaines espèces ont même des marques sur leur plumage pour attirer un partenaire, visibles uniquement à la lumière ultraviolette.

Les premières explications du spectre du rayonnement visible ont été données par Isaac Newton dans le livre "Optics" et Johann Goethe dans l'ouvrage "Theory of Colors", mais avant eux, Roger Bacon a observé le spectre optique dans un verre d'eau. Quatre siècles plus tard seulement, Newton découvre la dispersion de la lumière dans les prismes.

Newton a utilisé pour la première fois le mot spectre (lat. spectre - vision, apparence) en version imprimée en 1671, décrivant ses expériences optiques. Il a fait l'observation que lorsqu'un faisceau de lumière frappe la surface d'un prisme en verre à un angle par rapport à la surface, une partie de la lumière est réfléchie et une autre passe à travers le verre, formant des bandes de différentes couleurs. Le scientifique a suggéré que la lumière consiste en un flux de particules (corpuscules) de différentes couleurs et que les particules de différentes couleurs se déplacent à des vitesses différentes dans un milieu transparent. Selon son hypothèse, la lumière rouge voyageait plus vite que le violet, et donc le faisceau rouge n'était pas dévié sur le prisme autant que le violet. De ce fait, un spectre visible de couleurs est apparu.

Newton a divisé la lumière en sept couleurs : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet. Il a choisi le nombre sept à partir de la croyance (dérivée des anciens sophistes grecs) qu'il existe un lien entre les couleurs, les notes de musique, les objets du système solaire et les jours de la semaine. L'œil humain est relativement peu sensible aux fréquences indigo, de sorte que certaines personnes ne peuvent pas le distinguer du bleu ou du violet. C'est pourquoi, après Newton, il a souvent été proposé de considérer l'indigo non pas comme une couleur indépendante, mais seulement comme une nuance de violet ou de bleu (cependant, il est toujours inclus dans le spectre dans la tradition occidentale). Dans la tradition russe, l'indigo correspond au bleu.

Goethe, contrairement à Newton, croyait que le spectre apparaît lorsque différentes composantes de la lumière sont superposées. En observant de larges faisceaux de lumière, il a constaté que lors du passage à travers un prisme, des bords rouge-jaune et bleu apparaissent sur les bords du faisceau, entre lesquels la lumière reste blanche, et le spectre apparaît si ces bords sont suffisamment rapprochés l'un de l'autre. .

Au 19ème siècle, après la découverte du rayonnement ultraviolet et infrarouge, la compréhension du spectre visible est devenue plus précise.

Au début du XIXe siècle, Thomas Jung et Hermann von Helmholtz ont également exploré la relation entre le spectre visible et la vision des couleurs. Leur théorie de la vision des couleurs suppose à juste titre qu'elle utilise trois types de récepteurs différents pour détecter la couleur des yeux.

Caractéristiques des limites du rayonnement visible

Lorsqu'un faisceau blanc est décomposé dans un prisme, un spectre se forme dans lequel un rayonnement de différentes longueurs d'onde est réfracté à différents angles. Les couleurs incluses dans le spectre, c'est-à-dire les couleurs qui peuvent être obtenues par des ondes lumineuses d'une longueur d'onde (ou d'une gamme très étroite), sont appelées couleurs spectrales. Les principales couleurs spectrales (ayant leur propre nom), ainsi que les caractéristiques d'émission de ces couleurs, sont présentées dans le tableau :

Couleur	Gamme de longueurs d'onde, nm	Gamme de fréquences, THz	Plage d'énergie des photons, eV
Violet




Orange

Le spectre électromagnétique représente la gamme de toutes les fréquences ou longueurs d'onde un rayonnement électromagnétique des fréquences de très basse énergie comme les ondes radio aux très hautes fréquences comme les rayons gamma. La lumière est la partie du rayonnement électromagnétique visible par l'œil humain et appelée lumière visible.

Les rayons du soleil sont beaucoup plus larges que le spectre visible de la lumière et sont décrits comme un spectre complet, y compris la gamme de longueurs d'onde nécessaires pour soutenir la vie sur terre et : infrarouge, visible et ultraviolet (UV).

L'œil humain ne réagit qu'à la lumière visible, qui se situe entre le rayonnement infrarouge et ultraviolet de minuscules longueurs d'onde. La longueur d'onde de la lumière visible n'est que de 400 à 700 nm (nanomètre-milliardième de mètre).

Le spectre visible de la lumière comprend sept bandes de couleurs lorsque les rayons du soleil sont réfractés à travers un prisme : rouge, orange, jaune, vert, cyan, indigo et violet.

La première personne à découvrir que le blanc est composé des couleurs de l'arc-en-ciel fut Isaac Newton, qui en 1666 envoya Rayon de soleilà travers une fente étroite puis à travers un prisme sur le mur - obtenant toutes les couleurs visibles.

Application lumière visible

Au fil des ans, l'industrie de l'éclairage a rapidement développé des sources électriques et artificielles qui imitent les propriétés du rayonnement solaire.

Dans les années 1960, les scientifiques ont inventé le terme "éclairage à spectre complet" pour décrire les sources qui émettent un semblant de lumière naturelle complète, qui comprenait le spectre ultraviolet et visible nécessaire à la santé du corps humain, des animaux et des plantes.

Éclairage artificiel pour la maison ou le bureau lumière du jour dans une distribution de puissance spectrale continue qui représente la puissance d'une source en fonction de la longueur d'onde avec un niveau uniforme d'énergie rayonnante associée à des lampes halogènes.

La lumière visible fait partie du rayonnement électromagnétique (EM), comme les ondes radio, rayonnement infrarouge, rayons ultraviolets, rayons X et micro-ondes. Généralement, la lumière visible est définie comme visuellement détectable par la plupart des yeux humains.

Le rayonnement électromagnétique transmet des ondes ou des particules à différentes longueurs d'onde et fréquences. Si large la gamme de longueurs d'onde s'appelle le spectre électromagnétique.

Le spectre est généralement divisé en sept bandes par ordre de longueur d'onde décroissante et d'énergie et de fréquence croissantes. Désignation générale représente les ondes radio, les micro-ondes, l'infrarouge (IR), la lumière visible, l'ultraviolet (UV), les rayons X et les rayons gamma.

La longueur d'onde de la lumière visible se situe dans le spectre électromagnétique entre l'infrarouge (IR) et l'ultraviolet (UV).

Il a une fréquence de 4 × 10 14 à 8 × 10 14 cycles par seconde, ou hertz (Hz), et une longueur de vibration de 740 nanomètres (nm) ou 7,4 × 10 -5 cm à 380 nm ou 3,8 × 10 - 5 cm

Quelle est la couleur

Peut-être le plus caractéristique importante la lumière visible est explication de quelle couleur est. La couleur est une propriété inhérente et un artefact de l'œil humain. Curieusement, mais les objets "n'ont pas" de couleur - cela n'existe que dans la tête du spectateur. Nos yeux contiennent des cellules spécialisées qui forment la rétine, qui agit comme des récepteurs accordés aux longueurs d'onde dans cette bande de fréquence étroite.

étoile bételgeuse

Étoile Rigel

Les astronomes peuvent également déterminer quels objets sont constitués de quoi, puisque chaque élément absorbe la lumière à des longueurs d'onde spécifiques, appelées spectre d'absorption. Connaissant les spectres d'absorption des éléments, les astronomes peuvent utiliser des spectroscopes pour déterminer composition chimiqueétoiles, nuages de gaz et de poussière et autres objets éloignés.

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