电磁波谱

电磁波谱
——刘彦齐
电磁波： 在真空或物质中通过传播电磁场的振动而
传输电磁能量的波
成分：电磁波的频率范围很广。无线电波、光波（红外 线、可见光、紫外线）、X射线、γ 射线都是电磁波。 电磁波是通过电场和磁场之间相互联系和转化传 播的，是物质运动能量的一种特殊传递形式。
λ
x
电磁波的能量与波长或频率的关系为
一切物体,都在辐射红外线。
物体温度越高,辐射的红外线越强。
物体温度越高,辐射的红外线波长越短。 热辐射----即红外线辐射,热传递方式之一。
红外线主要作 用是热作用，可以 利用红外线来加热 物体和进行红外线 遥感
红外线技 术的应用
利用红外线检测人体的健 康状态，本图片是人体的背 部热图，透过图片可以根据 不同颜色判断病变区域．
可见光
可见光：能作用于人的眼睛并引起视觉的，如红、橙、 黄、绿、蓝、靛、紫各色光。
紫外－可见光谱 属于电子跃迁光谱。 电子能级间跃迁 的同时总伴随有振动 和转动能级间的跃迁。 即电子光谱中总包含 有振动能级和转动能 级间跃迁产生的若干 谱线而呈现宽谱带。
V. 振动能级 J. 转动能级
红外线
红外线：是一种光波,λ 比无线电波短，比可见光长。 所有物体都辐射红外线。主要作用是热作用。人眼看 不见红外线。
分子的电子光谱。
无线电波 电波的产生： 1) 无线电波实质上是一种交变的电磁波。 2) 产生过程：
(1) 电荷产生电场，电场形成磁场；过程可逆，反之亦然。 (2) 交变电流产生交变磁场，交变磁场又形成交变电流。 (3) 当交变频率足够高时，交变电磁场将会摆脱电流的束 缚，辐射出去，形成电波。 微波是指频率为300MHz～300GHz的电磁波，是无线电波中一个 有限频带的简称，即波长在1毫米～1米之间的电磁波，是分米 波、厘米波、毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率 高，通常也称为“超高频电磁波”。 基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。
三种射线的本质和特性
名称 本质 射出速度 电离作用 穿透本领
小纸片即可 挡住 较强（穿透 几毫米厚的 铝板）
云室中径 迹
直而粗
α 射线
高速氦核流
0.1c
较强
β 射线
高速电子流
99%c
较弱
细而弯曲
γ 射线
高能粒子流
c
更小
强（穿透几 厘米厚的铅 一般看不到 板）
衰变类型
α衰变
β衰变
衰变方程
A Z
A4 4 X Z Y 2 2 He
E内是分子固有的内能，E平是连续变化的，不具
电子相对于原子核的运动 --- 电子能级 （Ee）
原子核在其平衡位置附近的相对振动 ---振动能级（ Ev ）
分子本身绕其重心的转动 --转动能级 （Er）
其中Δ E电子最大，一般为1eV～20eV，(1250nm～60nm)。由 外层电子跃迁而产生的光谱位于紫外-可见光区。
总结：
1）转动能级间的能量差Δ Ε r：0.005～0.050eV，跃迁产生光
谱位于远红外区（50-100um)。远红外光谱或分子转动光谱；
2）振动能级的能量差Δ Ε v约为：0.05～１eV，跃迁产生的光 谱位于红外区(800-5000nm)，红外光谱或分子振动光谱； 3）电子能级的能量差Δ Ε e较大1～20eV。电子跃迁产生的光谱 在紫外(10-400nm)—可见光区(400-800nm)，紫外—可见光谱或
紫外线
紫外线：波长为10～400nm的电磁辐射，又分为远紫外光和 近紫外光。人眼也看不见紫外线。紫外线具有较高能量。主 要作用化学作用。例灭菌消毒，设计防伪措施。
画面上可以清晰的看到钱币上 的防伪标记
注意: 消毒灯、验钞机灯看起来 是淡蓝色的。这不是紫外线。 紫外线看不见。 消毒灯、验钞机灯除发 出紫外线外，还发出少量紫光 和蓝光
A Z
0 X Z A Y 1 1 e
某元素的原子核同时放出由两 是元素的原子核内的一个中子变 衰变实质 个质子和两个中子组成的氦核 成质子时放射出一个电子
每发生一次α衰变，新元素与原每发生一次β衰变，新元素与原元
1 4 21 H 2 n 1 0 2 He 1 0 1 0 n1 H 1 e
元素相比较，核电荷数减小２， 素相比较，核电荷数减小１，质 质量数减少４ 量数不变 衰变规律 电荷数守恒，质量数守恒
特点
χ 射线
产生的三个基本条件：
1)产生自由电子 2）使电子作定向的高速运动 3）在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止
X射线管是X射线产生器，由它产生X射线 原理:高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子
异
本质的不同，力学现 象。 机械波要靠介质来传 播。 在机械波通过的地方 使介质中各点的位移 在作周期性的变化。
概率波，指空间中某 点某时刻可能出现的 几率。 德布罗意物质波是德 布罗意类比光的波粒 二象性假设出来的。
分子振动、分子转动能级
分子转动、晶格振动能级
微波
无线电波
分子转动能级、电子自旋
磁场中核自旋能级、振荡电路
γ 射线：在原子核反应中，当原子核发生α 、β 衰 变后，往往衰变到某个激发态，处于激发态的原子 核仍是不稳定的，并且会通过释放一系列能量使其 跃迁到稳定的状态，而这些能量的释放是通过射线 辐射来实现的，这种射线就是γ 射线。 α 射线：α 射线，也称“甲种射线”。是放射性物 质所放出的α 粒子流。α 粒子就是氦的原子核，由 两个质子及两个中子组成，并不带任何电子。 β 射线：是高速运动的电子流
注意: 烤箱中的红光, 不是红外线,红 外线是看不见的.
红外光谱 红外光谱（分子振动转动光谱）的产生：用频 率４０００～４００ｃｍ－１（波长２.５～２５μ ｍ）的光波照射样品，引起分子内振动和转动能级 跃迁所产生的吸收光谱。
物质吸收电子辐射产生红外光谱应满足两个条件： １）辐射光子的能量与振动跃迁所需能量相等； （红外辐射的频率与分子振动频率的整数倍相等） ２）辐射与物质之间有耦合作用
机械波、电磁波、物质波的区别和联系 机械波 电磁波 物质波
都可用频率、波长、波速、振幅等描述。
同
v=λ/T=λf
二者具有波动的共性。都能产生反射、折射、衍射和干涉等现象。 本质的不同，电磁现 象。 电磁波可在真空中传 播。 电磁波通过的地方， 使空间各点的电场强 度E和磁 感强度B作周期性的 变化。

c

hc E h
υ 越大，能量E越大；
λ 越大，能量E越小。
h——普朗克(Planck)常数； υ ——频率(Hz)； c——光速（3×108m/s)； λ ——波长，nm（1nm＝10-9 m）
电磁波谱
定义：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成 谱
电磁波谱
波谱区名称 高 能 辐 射 区 光 学 光 谱 区 波 谱 区 射线 χ射线 紫外光 可见光 红 近红外光 外 中红外光 光 远红外光 波长范围
的运动受阻失去动能，其中99%的能量转换为热量，而1%的能 量转换为X射线。
χ射线管
玻璃 冷却水 χ射线 电子
（阴极）钨灯丝
( 阳 极 金 属 靶 ) χ射线 铍窗口 X射线管剖面示意图 金属聚灯罩
χ 射线由于其频率大，能量大具有以下基本性质：
贯穿本领：由于其频率大，能量大对物质具有穿透能力，与原 子序数Z及λ有关，Z越大，贯穿本领越小，Z越小，贯穿本领 越大；λ越大，贯穿本领越小，λ越小，贯穿本领越大。 应用：χ射线诊断治疗的基础。 电离作用：物质受到X射线照射，原子核外电子脱离原子轨道， 称为电离作用。
荧光效应：某些荧光物质受到X射 线照射后，物质原子发生电离或被 激发处于受激状态。当被激发的原 子恢复到基态时，电子能级跃迁发 出可见光和紫外光，即荧光 影响因素：X射线强弱，物质本身 特性。 应用：χ射线透视。
分子的能量 E E内 E平 Ev Er Ee
有量子化特征,故 E Ev Er Ee
0.005 nm~0.2nm
跃迁能级类型 原子核能级 内层电子能级 价电子或成键电子能级 价电子或成键电子能级 分子振动能级
0.01 nm ~10nm 10 nm ~400nm 400 nm ~800nm 0.8mm ~2.5mm
2.5mm Biblioteka 25mm25mm ~1000mm 0.1 cm ~100cm 1m ~1000m