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光與能量 · 1. 紅外線紅外線的波長介於可見光與微波之間,為760 nm~1 mm,是波長比紅色更長的不可見光;我們可以利用儀器主動發射紅外光打在物體上,並分析反射回來的紅外光 ...
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光與能量
110/09/30
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1705
郭雲昊|
國立彰化師範大學化學系
卓康傑|
國立彰化師範大學化學系
林泱蔚|
國立彰化師範大學化學系
陽光、空氣和水是在生物界中,普遍被認為是能夠生存的三大必要條件,我們今天要來介紹的便是三大要件中的「光」。
在我們日常生活中,無論是陽光還是燈光,都能帶來驅散黑暗和恐懼的效果,然而,其實光跟微波爐的微波、醫學用的X光……一樣都屬於電磁波的一種,只是我們所能看見的光在科學上是屬於可見光的範圍,波長範圍是400nm~700nm。
而在這個範圍之外的電磁波,在分類上屬於不可見光,波長少於400nm的光,就是我們常聽見的紫外線;波長大於700nm的光,就是紅外線。
而將全部的電磁波波長綜合在一起,即可得到一個電磁波譜圖,如下圖所示。
圖一:電磁波光譜圖教具
可見光
可見光是指波長在400nm(380nm)~700nm(750nm)的電磁波,正常視力的人眼對555nm的電磁波最為敏感,對應的光學顏色即為綠色。
顏色
波長
紫色
380~450nm
藍色
450~495nm
綠色
495~570nm
黃色
570~590nm
橘色
590~620nm
紅色
620~750nm
紅外區
1.紅外線
紅外線的波長介於可見光與微波之間,為760nm~1mm,是波長比紅色更長的不可見光;我們可以利用儀器主動發射紅外光打在物體上,並分析反射回來的紅外光並轉成可見光譜圖,從而在夜間視物,這就是簡單的紅外線夜視儀。
圖二:一隻狗的紅外線照片。
圖/NASA/IPAC
2.微波
微波的波長在1mm~1m之間,是長於紅外線且短於無線電波的一種電磁波,例如家裡常用的微波爐就是利用微波的一種工具;微波爐會透過微波的電場震盪,使食物中的分子跟水產生振動,進而提高溫度,達到加熱食物的效果。
3.無線電波
無線電波的波長範圍是指1m以上的其他區域,因為它的波長很長,遇到障礙物容易繞射,而且大氣層中的電離層可以幫助反射,因此在應用上常被拿來傳遞訊號。
最近在資訊界短距離資訊傳輸使用的無線通訊包含:無線區域網路、Wi-Fi與藍芽還有手機通訊的GSM與UMTS。
紫外區
1.紫外線
紫外線的波長是指在紫色到X射線之間的範圍,為10nm~400nm,太陽光中含有部分的紫外線,分別為UVA、UVB及UVC
名稱
波長
UVA
320~400nm
UVB
280~320nm
UVC
100~280nm
UVA:可穿透雲層、玻璃進入室內及車內,可穿透至皮膚真皮層,會造成曬黑。
UVB:會被臭氧層所吸收,會引起曬傷及皮膚紅、腫、熱及痛,嚴重者還會起水泡或脫皮,但又由於可被臭氧層所阻隔,只有少量會到達地球表面。
UVC:可穿越大氣層的波長介於200~280nm,其波長越短、越危險,不過由於臭氧層可以完全阻隔UVC,所以地球上所有生物不會被UVC傷害。
2.X射線
X射線的波長為0.01nm~10nm,X射線最初用於醫學成像診斷和X射線結晶學。
圖三:胸腔照射x光。
圖/Wikimedia
3.伽瑪射線
伽瑪射線是原子衰變裂解時放出的射線之一,波長在0.01nm以下,穿透力很強,又攜帶高能量,容易引發細胞突變,所以也可以做醫學用途,ex:伽瑪刀
波長、頻率與能量的關係
1.波長
我們在上一個小節有提到,光是電磁波的一種,也有提到各類電磁波所屬的波長,那波長是甚麼呢,以圖二來解釋的話,一個波的週期就是指最高點到最高點,或最低點到最低點,而波長就是指這個周期的長度。
圖四:一個正弦波的波長。
2.頻率
頻率指的是一個單位的時間內,某個事件發生的次數,對於波來說,就是指一段時間內,產生了多少個波,而它與週期成反比,也就是說:
其中λ為波長(單位:m), 為波速,以電波來說就是光速c,即2.998×108(),為頻率(單位:Hz)
3.能量
談到能量,就不得不提起偉大的物理學家——愛因斯坦所提出的光電效應,而由光電效應衍生出了一個名為普朗克的關係式:
經過運算我們可以得到更多關係式:
其中為能量(單位:), 是指普朗克常數 =6.626×10-34 (), 為頻率(單位:Hz),c為光速(單位:),λ為波長(單位:m)
來源:2021前沿科技轉化暨推廣-人工智慧及生技醫藥-科普文稿電子書
資料來源
♥♥可見光光譜♥♥紫外線名稱的由來♥♥電磁波譜♥♥-🐾結果先確定❀❂❀方法自然來🐾-udn部落格
色彩學(一)—光與光譜和色彩的本質
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紫外線(23)
無線電波(4)
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