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title: 電磁波補充資料
tags: [高中物理]

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# 電磁波補充資料
###### tags: `高中物理`

## 色散
色散有時又翻譯為**分光**，但splitting也翻譯為分光，意思是將一道光束分為多道。
[光柵分光的基本原理](http://rportal.lib.ntnu.edu.tw/bitstream/20.500.12235/99420/2/023602.pdf)
            [可汗學院－繞射光柵](https://www.khanacademy.org/science/physics/light-waves/interference-of-light-waves/v/diffraction-grating)

## 電磁波譜
|              波段              | 波長下限 $\lambda_\min$ | 頻率下限 $\nu_\min$ | 每光子能量下限 $E_\min$ |
|:------------------------------:|:--------:|:--------:|:----------------:|
| ++**伽瑪射線**++（gamma rays） |  10 pm   | 300 EHz  |     1.24 MeV     |
|    ++**X射線**++（X-rays）     |   10 nm   | 30 PHz  |     124 eV     |
| ++**紫外線**++（ultraviolet）  |  ++400 nm++      | 750 THz  | 3.10 eV                 |
| **可見光**（visible）           |  ++750 nm++   |  400 THz       | 1.65 eV                 |
| ++**紅外線**++（infrared） | 1 mm         | 300 GHz  |  1.24 meV   |
| ++**無線電波**++（radio waves）  |   -  | - | -       |

- **兆赫輻射**（tetraherz radiation）：也稱**次毫米波**（submillimeter radiation），屬於紅外線波段中頻率最低的次分區，波長介於 1 mm 到 0.1 mm，頻率介於 300 GHz 到 3 THz。
- **微波**（microwaves）：屬於無線電波段中頻率最高的次分區。波長介於 1 mm 到 1 m，頻率介於 300 MHz 到 300 GHz。    
![](https://i.imgur.com/bB8QGum.png)
## 電磁波的應用
- 伽馬射線
- X射線
- 紫外線
- 紅外線
- 微波與無線電波
    - **微波爐**（microwave oven）利用頻率為 2450 MHz（波長為 12.24 cm）的微波對食物加熱。（*107年指考物理*）
    - **無線網絡**（wireless network）包含Wi-Fi(R)、藍牙（Bluetooth(R)）等技術。
    - **蜂巢式網路**（cellular network）是一種行動通訊架構，例如主流的3G、4G，以及開發中的5G。
    - **雷達**（RADAR）將電磁波以定向方式發射出去，並接收物體反射回來的電磁波，可以計算出該物體之方向、高度、速度與形狀。
    - **衛星通訊**：包含衛星電話、衛星電視、衛星新聞轉播（SNG）
    - **無線電廣播**（radio broadcasting）
    - [**無線射頻辨識**](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B0%84%E9%A2%91%E8%AF%86%E5%88%AB)（**RFID**）應用於電子道路收費系統（ETC）、電子票證（如悠遊卡）、圖書館自助式借閱。
    - [**近距離無線通訊**](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%BF%91%E5%A0%B4%E9%80%9A%E8%A8%8A)（**NFC**）應用於電子支付、數位身分識別證。

## 電磁波於天文學的應用
- [**伽馬射線天文學**](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BC%BD%E9%A6%AC%E5%B0%84%E7%B7%9A%E5%A4%A9%E6%96%87%E5%AD%B8)
    - 對象
    - 太空望遠鏡
        - [康普頓伽瑪射線天文台](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%BA%B7%E6%99%AE%E9%A1%BF%E4%BC%BD%E7%8E%9B%E5%B0%84%E7%BA%BF%E5%A4%A9%E6%96%87%E5%8F%B0)（CGRO）
        - [國際伽瑪射線天文物理實驗室](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%BD%E9%99%85%E4%BC%BD%E7%8E%9B%E5%B0%84%E7%BA%BF%E5%A4%A9%E4%BD%93%E7%89%A9%E7%90%86%E5%AE%9E%E9%AA%8C%E5%AE%A4)（INTEGRAL）
        - [費米伽瑪射線太空望遠鏡](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%B4%B9%E7%B1%B3%E4%BC%BD%E7%8E%9B%E5%B0%84%E7%BA%BF%E7%A9%BA%E9%97%B4%E6%9C%9B%E8%BF%9C%E9%95%9C)（GLAST）
- [**X射線天文學**](https://zh.wikipedia.org/wiki/X%E5%B0%84%E7%BA%BF%E5%A4%A9%E6%96%87%E5%AD%A6)
    - 對象
        - X射線雙星（X-ray binary）
        - 脈衝星（pulsar）
        - 伽瑪射線暴（GRB）
        - 超新星遺跡（SNR）
        - 活動星系核（AGN）
        - 超大質量黑洞（SMBH）
        - 太陽活動區
        - 星系團周圍的高溫氣體
    - 太空望遠鏡
        - [XMM-牛頓衛星](https://zh.wikipedia.org/wiki/XMM-%E7%89%9B%E9%A1%BF%E5%8D%AB%E6%98%9F)
        - [錢德拉X射線天文台](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%92%B1%E5%BE%B7%E6%8B%89X%E5%B0%84%E7%BA%BF%E5%A4%A9%E6%96%87%E5%8F%B0)（CXO）
- [**紫外線天文學**](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%B4%AB%E5%A4%96%E7%B7%9A%E5%A4%A9%E6%96%87%E5%AD%B8)
- 可見光天文學
- [**紅外線天文學**](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BA%A2%E5%A4%96%E5%A4%A9%E6%96%87%E5%AD%A6)
    - 太空望遠鏡
        - [史匹哲太空望遠鏡](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%B2%E5%8C%B9%E5%93%B2%E5%A4%AA%E7%A9%BA%E6%9C%9B%E9%81%A0%E9%8F%A1)（SST）
    - 干涉望遠鏡陣列
        - [阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%98%BF%E5%A1%94%E5%8D%A1%E9%A6%AC%E5%A4%A7%E5%9E%8B%E6%AF%AB%E7%B1%B3%E6%B3%A2/%E4%BA%9E%E6%AF%AB%E7%B1%B3%E6%B3%A2%E9%99%A3%E5%88%97)（ALMA）
- [**無線電波天文學**](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B0%84%E7%94%B5%E5%A4%A9%E6%96%87%E5%AD%A6)（radio astronomy）
    - 對象
        - [宇宙微波背景](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%AE%87%E5%AE%99%E5%BE%AE%E6%B3%A2%E8%83%8C%E6%99%AF%E8%BE%90%E5%B0%84)（cosmic microwave background）
        - [電波星系](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E6%B3%A2%E6%98%9F%E7%B3%BB)（radio galaxy）是在無線電波段上非常明亮的星系，它有活躍星系核（AGN），或者說，可能有類星體（quasar）、耀變體（blazar）。
    - 無線電望遠鏡
        - 阿雷西博天文台（Arecibo Observatory）曾為世界上最大的單孔徑望遠鏡。
        - [500米口徑球面射電望遠鏡](https://zh.wikipedia.org/wiki/500%E7%B1%B3%E5%8F%A3%E5%BE%84%E7%90%83%E9%9D%A2%E5%B0%84%E7%94%B5%E6%9C%9B%E8%BF%9C%E9%95%9C)（FAST），又稱中國天眼，是世界上最大的單孔徑望遠鏡。
    - 無線電干涉儀：將來自不同望遠鏡的觀測訊號送往相關器進行聯合處理，口徑相當於望遠鏡之間距離，例如[甚長基線干涉技術](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%94%9A%E9%95%BF%E5%9F%BA%E7%BA%BF%E5%B9%B2%E6%B6%89%E6%B5%8B%E9%87%8F)（VLBI）。
        - [甚長基線陣列](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%B6%85%E9%95%B7%E5%9F%BA%E7%B7%9A%E9%99%A3%E5%88%97)（VLBA）
        - [事件視界望遠鏡](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%8B%E4%BB%B6%E8%A6%96%E7%95%8C%E6%9C%9B%E9%81%A0%E9%8F%A1)（EHT）2019年在M87中心觀測到超大質量黑洞。

## 光譜的歷史
- 1666年，英國人[**牛頓**](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%89%BE%E8%90%A8%E5%85%8B%C2%B7%E7%89%9B%E9%A1%BF)（Sir Isaac Newton），利用三稜鏡的色散作用，把白光的組成色光分開。
- 1814年，德國人[**夫朗和斐**](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BA%A6%E7%91%9F%E5%A4%AB%C2%B7%E5%86%AF%C2%B7%E5%A4%AB%E7%90%85%E5%92%8C%E8%B4%B9)（Joseph von Fraunhofer）用窄狹縫觀察太陽光譜，發現許多暗線。1822年，他用鑽石刻刀在玻璃上刻劃細線，製成了繞射光柵，並以繞射光柵測量譜線的波長，研究太陽光譜中的[夫朗和斐譜線](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%AB%E6%9C%97%E5%92%8C%E6%96%90%E8%AD%9C%E7%B7%9A)。
- 1859年，德國人[**克希荷夫**](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%A4%E6%96%AF%E5%A1%94%E5%A4%AB%C2%B7%E5%9F%BA%E7%88%BE%E9%9C%8D%E5%A4%AB)（Gustav Kirchhoff）、[**本生**](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BD%97%E4%BC%AF%E7%89%B9%C2%B7%E5%A8%81%E5%BB%89%C2%B7%E6%9C%AC%E7%94%9F)（Robert Wilhelm Bunsen）研究多種火焰光譜，發現每一種元素在氣態時都有特定光譜結構。他們也製作出第一台實用的光譜儀。
- 1868年，瑞典人[**翁斯傳**](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%AE%89%E5%BE%B7%E6%96%AF%C2%B7%E5%9F%83%E6%A0%BC%E6%96%AF%E7%89%B9%E6%9C%97)（Anders Jonas Ångström）發表標準太陽光譜圖表，記載上千條夫朗和斐譜線的波長。為紀念翁斯傳，波長的單位被定為埃（Å）。
- 1885年，瑞士人[**巴耳末**](https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E7%BA%A6%E7%BF%B0%C2%B7%E5%B7%B4%E8%80%B3%E6%9C%AB)（Johann Jakob Balmer）找到一條經驗公式，可描述氫原子光譜中已知四條譜線的波長。該組譜線系列遂被稱為[巴耳末系](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B7%B4%E8%80%B3%E6%9C%AB%E7%B3%BB)。
- 1889年，瑞典人[**芮得柏**]()（Johannes Rydberg）研究鹼金屬的譜線系列，並巴耳末公式改寫成更簡潔的[芮得柏公式](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8C%E5%BE%B7%E4%BC%AF%E5%85%AC%E5%BC%8F)。
- 1896年，荷蘭人[**塞曼**](https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%BD%BC%E5%BE%97%C2%B7%E5%A1%9E%E6%9B%BC)（Pieter Zeeman）發現原子光譜在磁場中的分裂現象，稱為[塞曼效應](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A1%9E%E6%9B%BC%E6%95%88%E5%BA%94)。
- 1908年，瑞士人[**瑞茲**](https://en.wikipedia.org/wiki/Walther_Ritz)（Walther Ritz）提出[瑞茲組合原理](https://en.wikipedia.org/wiki/Rydberg%E2%80%93Ritz_combination_principle)，用來說明所有原子譜線之間的頻率關係。
- 1913年，丹麥人[**波耳**](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B0%BC%E5%B0%94%E6%96%AF%C2%B7%E7%8E%BB%E5%B0%94)（Niels Bohr）發展出原子的[波耳模型](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%8E%BB%E5%B0%94%E6%A8%A1%E5%9E%8B)，利用量子化的概念來合理地解釋了氫原子光譜。。
- 1913年，德國人[**史塔克**](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BA%A6%E7%BF%B0%E5%86%85%E6%96%AF%C2%B7%E6%96%AF%E5%A1%94%E5%85%8B)（Johannes Stark）原子和分子光譜譜線在外加電場中發生位移和分裂，稱為[史塔克效應](https://en.wikipedia.org/wiki/Stark_effect)。