הספקטרום האלקטרומגנטי
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| electromagnetic waves/ɪˌlektrəʊməɡˈnetɪk weɪvz/ | גלים אלקטרומגנטיים |
| spectrum/ˈspektrəm/ | ספקטרום |
| vacuum/ˈvækjuːm/ | ריק |
| microwave/ˈmaɪkrəʊweɪv/ | מיקרוגל |
| infrared/ˌɪnfrəˈred/ | אינפרא אדום |
| ultraviolet/ˌʊltrəˈvaɪəlɪt/ | אלטרה סגול |
| gamma/ˈɡæmə/ | גاما |
כולם מאות המשפחה
- רדיו, חום מאש, כוויות שמש, צילום X בבית חולים — כולם הם גלים אלקטרומגנטיים.
- הם שונים רק ב-אורך גל (וכך גם בתדר).
- משפחה אחת, ספקטרום אחד.
מה שהם משותפים לו
- כל הגלים האלקטרומגנטיים הם רוחביים.
- בוואקום כולם נעים באותה מהירות, $c = 3.00 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
הספקטרום האלקטרומגנטי
החלקה לאורך הספקטרום
גלי רדיו, אור נראה וגרעיניים הם אותו סוג של גל — רק אורך הגל משתנה, ועמם התדירות, אנרגיית הפוטון והשימוש היומיומי.
כל הגלים האלקטרומגנטיים הם רוחביים.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
כן — כל גל אלקטרומגנטי הוא רוחבי, וכולם נעים במהירות $c$ בוואקום.
באיזה מהגלים האלקטרומגנטיים הבאים הנעה במהירות הגבוהה ביותר בוואקום?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
בכל הגלים האלקטרומגנטיים בוואקום מהירות ההתפשטות היא $c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
מה משותף לכל הגלים האלקטרומגנטיים? סמן את כולם החלופות הנכונות.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
העובדה שאינם זקוקים למדיום מאפשרת בדיוק לאור השמש לחצות את החלל. היותם רוחביים היא מה שמאפשר הפריזה לכל אחד מהם, בניגוד לקול.
הספקטרום בסדר
- מאורך גל ארוך לקצר: רדיו · מיקרוגל · אינפרא אדום · נראה · אולטרה סגול · קרינת רנטגן · גמא.
- ככל שאורך הגל קטן, התדר עולה.
סדר את אלו לפי תדר עולה (מהנמוך לגבוה).
Difficulty 3/5 · 200 coins + a small bonus on first completion today
התדר עולה כשאורך הגל יורד: רדיו (הארוך ביותר) → מיקרוגל → נראה → קרני ایکס (קצר מאוד).
סדר את הספקטרום האלקטרומגנטי לפי אורך גל עולה.
Difficulty 3/5 · 200 coins + a small bonus on first completion today
אורך גל עולה הוא תדר יורד ואנרגיית פוטון יורדת, כך שאותו רשימה בקריאה הפוכה עונה על שלוש השאלות הללו.
אורכי גל הקשר
- למד את סדרי הגודל: רדיו $> 10^{-1}\ \text{m}$; מיקרוגל $10^{-1}$ עד $10^{-3}\ \text{m}$; אינפרא אדום $10^{-3}$ עד $7 \times 10^{-7}\ \text{m}$; נראה $400$–$700\ \text{nm}$; אולטרה סגול $4 \times 10^{-7}$ עד $10^{-8}\ \text{m}$; רנטגן $10^{-8}$ עד $10^{-13}\ \text{m}$; גמא מתחת ל-$10^{-10}\ \text{m}$ בקירוב.
- אור נראה הוא הרצועה הצרה $400$–$700\ \text{nm}$ — סגול בקצה הקצר, אדום בקצה הארוך.
- מעבר בין $\lambda$ ל$f$ עם $c = f\lambda$.
לאור הנראי יש אורכי גל של בערך:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
כ-$400\ \text{nm}$ (סגול) ועד $700\ \text{nm}$ (אדום) — חלק קטן מאוד מהספקטרום כולו.
לגל רדיו יש אורך גל של $3.0\ \text{m}$. מה התדר שלו, במיליהרץ? (השתמש ב-$c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.)
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$f = \dfrac{c}{\lambda} = \dfrac{3.0 \times 10^{8}}{3.0} = 1.0 \times 10^{8}\ \text{Hz} = 100\ \text{MHz}$.
שם האזור
- בשאלות בוחן נתון אורך גל או תדר ושואלים איזה אזור. המירו לאורך גל אם יש צורך, ולאחר מכן הניחו אותו על הסולם.
- ממש מתחת ל$400\ \text{nm}$ נמצא אולטרה סגול; ממש מעל ל$700\ \text{nm}$ נמצא אינפרא אדום.
- קרני רנטגן וקרני גמא מתחלפות באורך גל — הן מבדיל ביניהן לפי המקור מהן מגיעות (קרני רנטגן מאלקטרונים, גמא מליבות), ולכן שם כלשהו יכול להיות נכון בתחום ההתחלפות.
לגל אלקטרומגנטי יש אורך גל של 500 ננומטר. מה התדר שלו, ביחידות של 1e14 Hz?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
f = c/lambda = 3.00e8/5.00e-7 = 6.0e14 Hz, בצבע הירוק של הפס הנראה. המר את הננומטר למטר לפני החלוקה.
דוגמה פותרת: איזה אזור, ומה התקופה?
(א) לייזר פולט גלים בעל אורך גל $8.1 \times 10^{-8}\ \text{m}$. (ב) קישור לווייני משתמש ב$12\ \text{GHz}$. קראו את שם כל אזור ומצאו את תקופת הגלים בווייני בפיקוסקונדות.
- (א) $8.1 \times 10^{-8}\ \text{m} = 81\ \text{nm}$, שהוא מתחת ל$400\ \text{nm}$ אך מעל ל$10^{-8}\ \text{m}$: אולטרה סגול. התדר שלו הוא $f = \dfrac{c}{\lambda} = \dfrac{3.00 \times 10^{8}}{8.1 \times 10^{-8}} = 3.7 \times 10^{15}\ \text{Hz}$.
- (ב) $\lambda = \dfrac{c}{f} = \dfrac{3.00 \times 10^{8}}{12 \times 10^{9}} = 0.025\ \text{m}$: כמה ס"מ, לכן מיקרוגל.
- תקופה: $T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{12 \times 10^{9}} = 8.3 \times 10^{-11}\ \text{s} = 83\ \text{ps}$.
- בדיקה: $1\ \text{ps} = 10^{-12}\ \text{s}$, לכן חלקו ב$10^{-12}$ להמרה — תשובה של $0.083\ \text{ps}$ מצביעה שהקידומת הופעלה בצורה שגויה.
גל אלקטרומגנטי בעל אורך גל של $5.0 \times 10^{-9}\ \text{m}$. באיזה אזור בספקטרום הוא נמצא?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$5.0 \times 10^{-9}\ \text{m} = 5\ \text{nm}$ — קצר יותר מ-$10^{-8}\ \text{m}$ (תחתית טווח האולטרה סגול), ולכן קרני רנטגן.
לגלי מיקרו בקישור לווייני יש תדר של $12\ \text{GHz}$. מה התקופה שלהם, בפיקוסקונד?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{12 \times 10^{9}} = 8.3 \times 10^{-11}\ \text{s}$, ו-$1\ \text{ps} = 10^{-12}\ \text{s}$, לכן $T = 83\ \text{ps}$.
$c = 3.00 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ היא המהירות בריק (אוויר קרוב מספיק). בזכוכית או במים הגל מאט ואורך הגל שלו מתקצר, אך התדר נשאר זהה — התדר קבוע על ידי המקור. וסדר הספקטרום לפי תדר הוא הפוך לסדר לפי אורך גל.
כאשר אור עובר מאוויר לתוך זכוכית, מהירותו ואורכי הגל יורדים, אך ה-____ שלו אינו משתנה.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
התדר נקבע על ידי המקור. מכיוון ש-$v = f\lambda$, ערך קטן יותר של $v$ עם אותו $f$ מצביע על ערך קטן יותר של $\lambda$.
זיהוים לפי השימושים שלהם
- רדיו: שידורים. מיקרוגל: טלפונים, קשרים לווייניים, תנורים. אינפרא אדום: שלט רחוק, צילום תרמי, חימום.
- נראה לעין: ראיה, אותות סיבי אופטי. אולטרה סגול: פלואורסצנציה, חיוק, כוויות שמש.
- קרני ایکס: צילומים רפואיים. גמא: חיוק ציוד, טיפול בסרטן.
הבנתך מושלמת
- כל גלי ה-EM הם רוחביים ונסיעה במהירות $c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ בוואקום
- סדר לפי אורך הגל: רדיו → מיקרוגל → IR → נראה לעין → UV → קרני ایکס → גמא (תדר נוסע בכיוון ההפוך)
- האור הנראה הוא $400$–$700\ \text{nm}$; השתמש ב$c = f\lambda$ וב$T = \dfrac{1}{f}$ כדי לקרוא לאזור