Частотные интервалы

Данная статья представляет список частотных интервалов физических колебаний, отсортированных от высоких частот (наверху) к низким (внизу). Шкала частот, хотя и является непрерывной, традиционно разбита на ряд диапазонов. Соседние диапазоны могут немного перекрываться.

Частоты выражены в герцах, а также в кратных единицах: кГц = 1000 Гц, МГц = 1000 кГц = 1000000 Гц, ГГц = 1000 МГц = 10⁹ Гц, ТГц = 1000 ГГц = 10¹² Гц. Для частот ниже 1 Гц будут приводиться численные значения обратной величины — периода, выраженного в секундах, минутах, часах, сутках и годах, что упростит соотнесение с бытовыми величинами времени. В верхней же части шкалы, помимо частот, приводятся приблизительные эквивалентные значения энергии (в электронвольтах), ибо энергия осциллятора в квантовой механике пропорциональна частоте: $E=h\nu$, где h — постоянная Планка, Е — энергия, $\nu$ — частота.

О частотах электромагнитных волн см. статью электромагнитный спектр.

Содержание

γ-диапазон

Диапазон выше 3⋅10¹⁹ Гц (выше 124 000 эВ)

γ-излучение

Электромагнитные волны — γ-излучение (гамма-лучи). Источники: космос, ядерные реакции, радиоактивный распад, синхротронное излучение. Прозрачность вещества для гамма-лучей, в отличие от видимого света, зависит не от химической формы и агрегатного состояния вещества, а в основном от заряда ядер, входящих в состав вещества, и от энергии гамма-квантов. Поэтому поглощающую способность слоя вещества для гамма-квантов в первом приближении можно охарактеризовать его поверхностной плотностью (в г/см²). Длительное время считалось, что создание зеркал и линз для γ-лучей невозможно, однако согласно последним исследованиям в данной области, преломление γ-лучей возможно. Это открытие, возможно, означает создание нового раздела оптики — γ-оптики.

Прочее

Частоты нижней части гамма-диапазона характерны для периодических движений нуклонов в атомном ядре. Резкой нижней границы для гамма-излучения не существует, однако обычно считается, что гамма-кванты излучаются ядром, а рентгеновские кванты — электронной оболочкой атома (это лишь терминологическое различие, не затрагивающее физических свойств излучения).

Рентгеновский диапазон

Диапазон 3⋅10¹⁶ Гц (124 эВ) — 3⋅10¹⁹ Гц (124 000 эВ)

Рентгеновское излучение

Электромагнитные волны — рентгеновское излучение:

• 3⋅10¹⁸ Гц (12 400 эВ) — 3⋅10¹⁹ Гц (124 000 эВ) — жёсткое рентгеновское излучение. Источники: некоторые ядерные реакции, электронно-лучевые трубки.
• 3⋅10¹⁶ Гц (124 эВ) — 3⋅10¹⁸ Гц (12 400 эВ) — мягкое рентгеновское излучение. Источники: электронно-лучевые трубки, тепловое излучение плазмы, некоторые радиоактивные изотопы, бетатроны, линейные ускорители.

Рентгеновские кванты излучаются в основном при переходах электронов в электронной оболочке тяжёлых атомов на низколежащие орбиты. Вакансии на низколежащих орбитах создаются обычно электронным ударом. Рентгеновское излучение, созданное таким образом, имеет линейчатый спектр с частотами, характерными для данного атома (см. характеристическое излучение); это позволяет, в частности, исследовать состав веществ (рентгено-флюоресцентный анализ). Тепловое, тормозное и синхротронное рентгеновское излучение имеет непрерывный спектр.

В рентгеновских лучах наблюдается дифракция на кристаллических решётках, поскольку длины электромагнитных волн на этих частотах близки к периодам кристаллических решёток. На этом основан метод рентгено-дифракционного анализа.

Прочее

Ультрафиолетовый диапазон

Диапазон 790 ТГц (3,27 эВ) — 30 000 ТГц (124 эВ)

Ультрафиолетовое излучение

Наименование	Аббревиатура	Длина волны в нанометрах	Количество энергии на фотон
Ближний	NUV	400—300 нм	3,10—4,13 эВ
Средний	MUV	300—200 нм	4,13—6,20 эВ
Дальний	FUV	200—122 нм	6,20—10,2 эВ
Экстремальный	EUV, XUV	121—10 нм	10,2—124 эВ
Вакуумный	VUV	200—10 нм	6,20—124 эВ
Ультрафиолет А, длинноволновой диапазон, чёрный свет	UVA	400—315 нм	3,10—3,94 эВ
Ультрафиолет B (средний диапазон)	UVB	315—280 нм	3,94—4,43 эВ
Ультрафиолет С, коротковолновой, гермицидный диапазон	UVC	280—100 нм	4,43—12,4 эВ

Прочее

Потенциалы ионизации атомов, пересчитанные на частоту, лежат в ультрафиолетовом диапазоне. Также там имеется много спектральных линий атомов.

Оптический диапазон

Диапазон 207 ТГц (0,857 эВ) — 790 ТГц (3,27 эВ)

Электромагнитные волны — видимый свет и ближнее инфракрасное излучение. Источники: тепловое излучение (в том числе Солнца), флюоресценция, химические реакции, светодиоды. Излучение оптического диапазона свободно проходит сквозь атмосферу, может быть легко отражено и преломлено в оптических системах.

Видимый свет

Подробное рассмотрение темы: Спектральные цвета и Цвет

Спектр видимого света делится по цветам:

• 790 ТГц (3,27 эВ)
  • Фиолетовый свет
• 700 ТГц (2,90 эВ)
  • Синий свет
• 600 ТГц (2,48 эВ)
  • Голубой свет
• 580 ТГц (2,40 эВ)
  • Зелёный свет
• 530 ТГц (2,19 эВ)
  • Жёлтый свет
• 510 ТГц (2,11 эВ)
  • Оранжевый свет
• 480 ТГц (1,99 эВ)
  • Красный свет
• 400 ТГц (1,66 эВ)

Ближнее инфракрасное излучение

Занимает диапазон 207 ТГц (0,857 эВ) — 400 ТГц (1,66 эВ). Верхняя граница весьма произвольна. Нижняя граница определяется способностью человеческого глаза к восприятию красного света, различной у разных людей. Как правило, прозрачность в ближнем инфракрасном излучении соответствует прозрачности в видимом свете.

Прочее

В оптическом диапазоне лежит значительная часть атомных спектров.

Инфракрасный диапазон

Диапазон 1,5 ТГц — 400 ТГц

Инфракрасное излучение

Электромагнитные волны — инфракрасное излучение.

Прочее

В инфракрасном диапазоне лежат частоты вращений и колебательных возбуждений молекул.

Терагерцовый диапазон

Диапазон 300 ГГц — 3 ТГц

Терагерцовое излучение

Терагерцовое излучение расположено между инфракрасным излучением и микроволнами.

Прочее

В терагерцовом диапазоне находятся некоторые виды колебаний молекулярного уровня.

Диапазон микроволн

Диапазон 1 ГГц — 300 ГГц

Электромагнитные микроволны

Электромагнитные волны — микроволны. Иногда причисляются к радиоволнам. Излучаются сверхвысокочастотной электроникой, а также мазерами.

Диапазон радиоволн (радиочастотный диапазон)

Диапазон 20 кГц — 1 ГГц (или 300 ГГц)

Радиоволны

Электромагнитные волны — радиоволны. Источники: антенны.

• 3 ГГц — 30 ГГц — сантиметровые волны.
• 300 МГц — 3 ГГц — дециметровые волны.
• 30 МГц — 300 МГц — метровые волны.
• 3 МГц — 30 МГц — короткие волны.
• 300 кГц — 3 МГц — средние волны.
• 30 кГц — 300 кГц — длинные волны.
• 3 кГц — 30 кГц — сверхдлинные (мириаметровые) волны.

Прочее

Механические колебания в радиочастотном диапазоне называются ультразвуком, на частотах выше 1 ГГц — гиперзвуком.

Звуковой диапазон

Диапазон 20 Гц — 20 кГц

Электромагнитная энергия этого диапазона на практике распространяется, как правило, по проводам. Механические колебания этого диапазона называются звуком.

• около 20 000 Гц — верхний порог слуха ребёнка (зависит от человека)
• около 14 500—19 500 Гц — верхний порог слуха взрослого человека (зависит от человека)
• 7040 Гц — «ля» 5-й октавы
• 3520 Гц — «ля» 4-й октавы
• 1760 Гц — «ля» 3-й октавы
• 880 Гц — «ля» 2-й октавы
• 440 Гц — «ля» 1-й октавы
• 220 Гц — «ля» Малой октавы
• 110 Гц — «ля» Большой октавы
• 100 Гц — частота гудения сетевого трансформатора и мерцания люминесцентной лампы в Европе
• 60 Гц — частота сетевого переменного тока в Америке и Японии
• 50 Гц — частота сетевого переменного тока в Европе
• 15—20 Гц — нижний порог слуха взрослого человека (зависит от человека)

Звуковой диапазон принято делить по октавам. От 20-40;40-80;80-160,(низкие),от 160-320;320-640;640-1'280,(средние),от 1'280-2'560;2'560-5'120;5'120- 10'240;10'240-20'480,(высокие).

Сверхнизкие частоты

Диапазон: ниже 20 Гц

Электромагнитные волны в этом диапазоне уже не являются «волнами» в масштабах Земли и рассматриваются как переменные электрические и/или магнитные поля. Следует отметить, что для электромагнитных волн столь низкой частоты межпланетная и межзвёздная среда является непрозрачной. Механические колебания и вращения этого диапазона частот наблюдаются в быту. Звуковые колебания с частотами ниже 20 Гц называются инфразвуком. Предполагается существование гравитационных волн космического происхождения, принадлежащих этому, а также и более высокочастотным диапазонам.

Астрономические частоты

Диапазон: периоды от минут и длиннее

Электромагнитные волны в этом диапазоне не изучены. Механические колебательные и вращательные процессы представлены в основном движениями небесных тел по орбитам и их вращением, а также производными процессами, такими как приливы. Считается, что движения небесных тел являются источниками гравитационных волн.

• 23 часа 56 минут — период осевого вращения Земли.
• 29 суток — период обращения Луны по орбите вокруг Земли.
• 1 год — период обращения Земли по орбите вокруг Солнца.
• 12 лет — период обращения планеты Юпитер по орбите вокруг Солнца.
• 165 лет — период обращения планеты Нептун по орбите вокруг Солнца.
• 11 487 лет — период обращения планетоида Седна по орбите вокруг Солнца.
• 25 800 лет — платонов год, период прецессии земной оси.
• В 226 000 000 лет оценивается период обращения Солнечной системы вокруг ядра Галактики. Вероятно, это самая низкая надёжно вычисленная частота периодического процесса.