Aallonpituus (sähkömagneettisella aaltoliikkeellä) = valon nopeus / taajuus. Yleisemmin aallonpituus = aallon etenemisnopeus / taajuus.

Transkriptio

1 Aalto (fysiikka) Yksinkertainen harmoninen aaltoliike Aalto on avaruudessa etenevä säännöllinen häiriö, joka kuljettaa energiaa. Toisin kuin sähkömagneettinen säteily ja todennäköisesti gravitaatiosäteily, jotka voivat edetä tyhjiössä, aallot esiintyvät väliaineessa, joka pystyy tuottamaan muodonmuutoksessa elastisia palautusvoimia. Väliaineen läpi kulkiessaan aallot voivat kuljettaa energiaa paikasta toiseen ilman, että yksikään väliaineen hiukkasista siirtyy pysyvästi pois alkuperäiseltä paikaltaan. Sen sijaan väliaineen hiukkaset oskilloivat kiinteän pisteen ympärillä. Aaltoja kuvataan aallonhuipuilla ja aallonpohjilla, joko kirjaimellisesti (poikittaisaaltojen tapauksessa) tai kuvaajassa hiukkasta per cm aikaa vastaan (pitkittäisaaltojen tapauksessa). Aallonpituus Aallonpituus on värähtelijän kahden vierekkäisen samassa vaiheessa olevan pisteen välinen etäisyys. Jos funktio on aallon amplitudifunktio, ja L on aallonpituus, niin f(x + L) = f(x) kaikille. Esimerkiksi trigonometristä sinifunktiota vastaavan aallon pituus L = 2 * π. Aallonpituus (sähkömagneettisella aaltoliikkeellä) = valon nopeus / taajuus. Yleisemmin aallonpituus = aallon etenemisnopeus / taajuus. Esim. 10 metrin aallonpituutta vastaa 30 MHz:n ( Hz) radiotaajuus (10 m = m/s / /s). Ääniaalloilla 10 metrin aallonpituutta vastaisi 34 Hz:n taajuus (10 m = 340 m/s (äänen nopeus ilmassa) / 30/s. Tekniikassa aallonpituus on tärkeä mm. siinä mielessä, että antennin on oltava vähintään neljännesaallon pituinen (maatasoantenni) ollakseen tehokas. Edellä mainitulla 30 MHz:n taajuudella antennin olisi oltava siis vähintäin 2,5 metrin pituinen (10 m/4). GSM- puhelimessa (900 MHz) antennin on vastaavasti oltava vähintään 8,3 cm:n pituinen. Aallonpituus on se matka, jonka aaltoliike etenee yhden jaksonsa aikana. Aallonpituutta kuvataan kreikkalaisella kirjaimella lambda:.

2 Radioaallon pituus tyhjössä (tai ilmassa) Koska radioaalto etenee tyhjössä valon nopeudella, eli noin km/s ( ,458 km / s ), voidaan radioaallon pituus laskea siten jakamalla valon nopeus taajuudella: Joka muuntuu edelleen käytännölliseen muotoon: Radioaallon pituus metreissä on siis 300 jaettuna taajuudella Megahertseissä. (Tämä antaa oikean tuloksen kolmella merkitsevällä numerolla tarkasteltuna, suurempaan tarkkuuteen pyrittäessä (ei tarpeen radioamatöörikäytössä) pitää valonnopeudelle käyttää sen oikeaa arvoa.) Radioaallon pituus tiheämmässä väliaineessa Kun väliaineen dielektrinen vakio eroaa havaittavasti ykkösestä (kuten esim. kiinteä polyeteenieriste RG-213 kaapelissa), tulee tarpeeseen tehdä korjaus valonnopeuteen: Sijoittamalla aallonpituuden yhtälöön: Termiä: sanotaan nopeuskertoimeksi ja se on sellaisena yleensä mainittu esimerkiksi kaapelien ominaisuuksien luetteloissa. Esimerkki Taajuuden 3699 khz aallonpituus voidaan laskea: Otetaan kiinteää polyeteeniä eristeenä käyttävä RG-213 kaapeli ja halutaan tehdä siitä neljännesaallonpituuden mittainen viivelinja MHz:lle, kuinka pitkä tuo on? Nopeuskerroin polyeteenille on 0.66 ( ), jolloin: jonka neljännes on: metriä

3 Sähkömagneettinen säteily Sähkömagneettinen säteily on kenttä, joka vaihtaa tietoa sähköisesti varattujen hiukkasten kesken fotonien välityksellä. Sähkömagneettiselle säteilylle on ominaista aallonpituus, joka määräytyy fotonien energiasta. Sähkömagneettinen säteily jaotellaan aallonpituuden mukaan seuraavaaviin osa-alueisiin: radioaallot, mikroaallot, infrapunasäteily, valo, ultraviolettisäteily, röntgensäteily ja gammasäteily. Säteily lämmön siirtymismekanismina Säteily (radiaatio) on merkittävä lämmön siirtymismekanismi. Manpinnalle tulee joka päivä Auringon säteilyä pilvien läpi. Hallaöinä maanpinnasta poistuu aukeilla paikoilla lämpöä pois säteilemällä. Kyse on infrapuna-alueella tapahtuvasta ulossäteilystä. Joissain tähtien kerroksissa energia siirtyy vain säteilynä, konvektiota ei tapahdu. Nämä ovat radiatiivisia kerroksia. Auringossa menee pitkän aikaa että sisuksista lähtenyt säde pääsee ulos, koska se törmäilee satunnaisesti tiheässä aineessa lukuisiiin hiukkasiin vaihtaen alituisesti ja satunnaisesti suuntaa. Fotoni Fotoni eli valo on sähkömagneettisen vuorovaikutuksen välittäjähiukkanen mittabosoni. Fotoni on myös luksoni, koska se on massaton hiukkanen kun kyseessä on lepomassa. Albert Einsteinin E=mc² johdetun säännön mukaan fotonilla on kuitenkin liikemassa. Fotonilla ei ole havaittu olevan myöskään sähkövarausta. Fotonin spin on 1. Fotonin nopeus tyhjiössä on m/s, eli n km sekunnissa. Fotoneilla eli näkyvällä valolla on erilaisia aalto- ja hiukkaslunteen yhteisiä ominaisuuksia. Ne ovat säteily, taittuminen ja heijastuminen. Säteily: Kun hehkulankaa lämmitetään, metallin atomit saavat enrgiaa. Kun energia vapautuu, metalli lähettää valoa, jota voidaan kuvata joko aaltoina tai hiukkasina. Heijastuminen: Jos valo lähetetään kohti tasoa, osa siitä heijastuu takaisin. Tasoon tulevan ja tasosta heijastuvan valon kulma on tasoon nähden sama. Sähkömagneettinen vuorovaikutus Sähkömagneettinen vuorovaikutus (Sähkövoima) on yksi standardimallin neljästä perusvuorovaikutuksesta. Sen välittäjähiukkasia ovat fotonit. Sähkömagneettisen vuorovaikutuksen tuntevat kaikki varatut hiukkaset. Sähkömagneettisia vuorovaikutuksia kuvaava kvanttikenttäteoria on nimeltään kvanttielektrodynamiikka eli QED. Se on tarkin tunnettu fysikaalinen teoria. Sen ennuste elektronin magneettiselle momentille pitää paikkansa kymmenen numeron tarkkuudella. Klassisessa fysiikassa sähkömagneettiset ilmiöt kuvataan Maxwellin yhtälöiden avulla. Hiukkasfysiikan standardimalli Hiukkasfysiikan standardimalli yhdistää heikon, vahvan sekä sähkömagneettisen vuorovaikutuksen yhdeksi teoriaksi. Neljättä perusvuorovaikutusta, gravitaatiota ei toistaiseksi ole onnistuttu yhdistämään tähän teoriaan. Standardimalli pohjautuu yhdistettyyn sisäiseen symmetriaan SU(3)xSU(2)xU(1), joista ensimmäinen kuvaa värivoimaa ja kaksi viimeistä yhdessä heikkoja ja sähkömagneettisia vuorovaikutuksia. Sähköheikko symmetria on rikkoutunut siten, että sähkömagneettiseen vuorovaikutukseen liittyvä symmetria jää tarkaksi jäännössymmetriaksi ja täten sähkömagneettista

4 vuorovaikutusta välittävä fotoni on massaton. Heikkoa vuorovaikutusta välittävät hiukkaset puolestaan saavat massan symmetriarikossa, josta on vastuussa Higgsin bosoni. Teoriaan on tuotava käsin kaikki fermionit, eli kuusi kvarkkia, kolme varattua leptonia ja kolme neutriinoa. Teoria ei myöskään ennusta näiden massoja. Tämän takia hiukkasfyysikot toivovat kehittävänsä kaiken teorian, joka paitsi antaisi suuren osan standardimallin vapaista numeerisista parametreista (massat, varaukset, hiukkasten tyypit), myös sisältäisi gravitaation. Jo nykyisellään standardimalli kuitenkin ennustaa (kun massat, varaukset, hiukkaslajit on annettu) kaikkien tunnettujen hiukkasreaktioiden todennäköisyydet. Standardimallia voidaan laajentaa monella tavalla. Näistä mielenkiintoisimmat ovat Higgsin bosoniin liittyvä sektori, supersymmetria ja säieteoriat. CERNin uuden LHC-kiihdyttimen odotetaan tuovan kokeellista informaatiota standardimallin laajennuksia koskien vuodesta 2007 eteenpäin. Perusvuorovaikutus Perusvuorovaikutus on mekanismi, jolla kappaleet vuorovaikuttavat keskenään ja jota ei voida selittää muilla yksinkertaisemmilla vuorovaikutuksilla. Kaikki havaitut fysikaaliset ilmiöt galaksien törmäyksistä kvarkkien välisiin sidosvoimiin voidaan selittää perusvuorovaikutusten avulla, eli kaikki fysiikan kaavat selittävät näitä vuorovaikutuksia. Hiukkasfysiikan standardimallin neljä perusvuorovaikutusta ovat vahva vuorovaikutus, joka vaikuttaa kvarkkien välillä ja toimii mm. protoneissa ja neutroneissa heikko vuorovaikutus, joka vaikuttaa atomiytimissä ja ilmentyy radioaktiivisuutena (esim. beta-hajoaminen) sähkömagneettinen vuorovaikutus, joka vaikuttaa elektronien ja atomiydinten välillä ja jolla voidaan selittää sähkömagneettisen säteilyn ominaisuudet gravitaatio, joka vaikuttaa massaisten kappaleiden välillä Eri perusvuorovaikutusten ajatellaan vaikuttavan eri etäisyyksillä, ja ne ovat alun perin olleet selitysmalleja eri fysikaalisiin ilmiöihin, joita ei siihen mennessä olleilla teorioilla ole kyetty selittämään. Gravitaation perussäännöt (joita Einstein myöhemmin tarkensi) keksittiin 1600-luvulla (Galilei, Newton). Sähkömagneettisen vuorovaikutuksen säännöt osoittivat 1800-luvun fyysikot (muun muassa Maxwell), heikon vuorovaikutuksen ovat löytäneet 1920-luvun alun, radioaktiivisuuden selittäneet, fyysikot (muun muassa Heisenberg), ja vahvan vuorovaikutuksen teoriat on kehitetty 1970-luvulla selittämään hiukkaskiihdyttimissä havaittuja ilmiöitä. Jokaisessa näitä voimia alun perin selittäneissä teorioissa on tapahtunut myöhempää kehitystä. Näitä perusvaikutuksia erikseen kuvaavia yhtälöitä käytetään yleisesti, sillä harvoin tulee eteen kokeellisia tai käytännön tilanteita, joissa jouduttaisiin ottamaan huomioon useamman kuin yhden perusvaikutuksen ilmiölle aiheuttamat muutokset. Nykyisin, gravitaatiota lukuun ottamatta, kolmen muun uskotaan olevan vain ilmentymiä vieläkin perustavampaa laatua olevasta vuorovaikutuksen lajista. Gravitaation yhdistäminen tähän suureen yhtenäisteoriaan on nykyfysiikan suurimpia haasteita.

5 Radioaalto Radioaallot ovat sähkömagneettista säteilyä, jonka taajuus on 3 Hz GHz. Radioaallot etenevät tyhjiössä sekä taajuudesta riippuen myös väliaineissa, muun muassa ilmassa. Mikroaalto Mikroaallot ovat sähkömagneettisia aaltoja, joiden aallonpituus on pitempi kuin infrapunavalolla, mutta pienempi kuin radioaalloilla. Mikroaallot tunnetaan myös lyhenteellä SHF (Super High Frequency) ja EHF (Extremely High Frequency). Niiden aallonpituus ulottuu noin 100 millimetristä (3 GHz) yhteen millimetriin (300 GHz). Infrapunasäteily Infrapunasäteily on sähkömagneettista säteilyä, jonka aallonpituus on suurempi kuin näkyvän valon mutta pienempi kuin mikroaaltojen. Infrapunasäteilyn aallonpituus on siis väliltä 700 nm...1 mm. Auringosta Maan ilmakehään saapuvasta lyhytaaltoisesta säteilystä yli puolet on infrapunasäteilyä (53 % kokonaisenergiasta). Ultraviolettisäteilyä on 8 % ja näkyvää valoa 39 %. Infrapunasäteilyä kutsutaan myös lämpösäteilyksi, koska huoneenlämpöiset kappaleet säteilevät infrapuna-alueella sitä voimakkaammin, mitä lämpimämpiä ne ovat. Takka, keittolevy, Aurinko ja muut kuumat kappaleet ovat voimakkaita infrapunalähteitä. Historia Infrapunasäteilyn löysi William Herschel vuonna Hän antoi Auringon valon kulkea prisman läpi, jolloin se hajosi aallonpituuden mukaan spektriksi. Hän piti lämpömittaria spektrin eri kohdissa ja mittasi siten säteilyn tehoa. Mitä punaisempi väri, sitä voimakkaammin valo lämmitti mittaria. Mittari kuumeni näkyvän valon alueen ulkopuolellakin. Tästä voitiin päätellä, että Aurinko säteilee myös ihmissilmälle näkymätöntä valoa. Infrapunasätelyn kulkemista ja yhteyttä kappaleen lämpötilaan tutki Wilhelm Wien ("Wienin siirtymälaki") joka sai asiasta Nobelin fysiikanpalkinnon Sovelluksia CD-soittimissa CD-levyn alapintaa lukee lasersäde, joka on silmälle näkymättömällä infrapunaalueella. Samanlaista tekniikkaa käytetään myös tietokoneiden CD-ROM-asemissa. Suljetun rakenteen ansiosta lasersäde ei pääse laitteista ulos, ja siten nämä laitteet luokitellaan vaarattomiksi. Laitteissa käytettävät laserit voivat periaatteessa olla haitallisia silmälle, mutta säteen saaminen silmään vaatii suurta teknistä taitoa.

6 Valo Valo on sähkömagneettisen spektrin ihmissilmällä nähtävä osa. Näkyvä valo asettuu noin aallonpituuksille nanometriä (nm) ja taajuuksille THz). Ihmissilmä näkee parheiten keltaista tai kellanvihreää valoa aallonpituudella 555 nm. Valoa lyhytaaltoisempaa säteilyä kutsutaan ultravioletiksi, ja pitempiaaltoista infrapunaiseksi. Valon kolme perusulottuvuutta ovat kirkkaus (eli amplitudi), väri (eli aallonpituus) ja polarisaatio (eli värähtelykulma). Aaltohiukkasdualismin vuoksi valolla on samanaikaisesti sekä hiukkasten että aaltojen ominaisuudet. Valon nopeuden kaava v = λf, jossa λ on aallonpituus, f on taajuus ja v on valon nopeus. Jos valo kulkee tyhjiössä, niin v = c, joten c = λf, jossa c on valon nopeus. v voidaan ilmaista myös kaavalla jossa n on vakio (taitekerroin), joka riippuu läpäistävän aineen ominaisuuksista sekä aineesta riippuen valon aallonpituudesta ja polarisaatiosta. Valon mitattavia ominaisuuksia Kirkkaus Väri tai värilämpötila Luminanssi tai valaistus (SI-yksikkö: luksi lux) Valovirta (SI-yksikkö : lumen) Valon intensiteetti (SI-yksikkö: candela)

7 Väri Väri on fysiikan kannalta jokin sähkömagneettisen säteilyn aallonpituus väliltä nm. Se on siis valoa, jota havaitaan näköaistilla. Värejä on periaatteessa äärettömän paljon. Käytännössä samankaltaisia sävyjä ei voi rajattomasti erottaa toisistaan, ja isokin sävyalue voidaan niputtaa yhden värin nimiin. Musta ja valkoinen eivät periaatteessa ole värejä, vaan musta pinta ei heijasta minkään väristä valoa ja valkoinen on kaikkien värien sekoitus. Eli musta imee kaikki värit ja valkoinen taas heijastaa kaikki värit. Näkyvän valon spektrin värit väri aallonpituusväli taajuusväli punainen ~ nm ~ THz oranssi ~ nm ~ THz keltainen ~ nm ~ THz vihreä ~ nm ~ THz syaani ~ nm ~ THz sininen ~ nm ~ THz violetti ~ nm ~ THz Polarisaatio Polarisaatiolla tarkoitetaan sähkömagneettisen säteilyn värähdyssuuntien vähenemistä. Polarisaatiota voi aiheuttaa aallon heijastuminen eristeestä (lasi, vesi yms.) tai aallon kulkeminen erittäin ohuen raon läpi. Radioaaltoja voidaan polarisoida eri tavoin lähetysantennien avulla. Käytännön sovelluksia Polarisoidut aurinkolasit: Polarisoiduissa aurinkolaseissa on molekyyliverkosto, joka päästää lävitseen vain pystytasossa värähtelevää valoa. Tämä siksi että vedestä heijastunut valo on polarisoitunutta ja lasi ei sitä läpi päästä. Tutkat. Litistyneen muotonsa takia sadepisarat sirottavat enemmän vaaka- kuin pystysuoraan polarisoitunutta säteilyä. Siksi säätutkat käyttävät yleensä vaakapolarisoituja mikroaaltoja, kun taas lennonjohdon primääritutkat käyttivät pystypolarisoituja mikroaaltoja jotta sateen vaikutus olisi mahdollisimman pieni. Modernit kaksoipolarisaatiosäätutkat mittaavat sekä pysty- että vaakapolarisaation sirontaa, ja päättelevät näiden eroista monia asioita sirottajien laadusta.

8 Punainen Sen aallonpituus on noin 700 millimetrin miljoonasosaa eli 700 nm. Punainen on yksi kolmesta perusväristä sinisen ja keltaisen ohella. Näitä värejä eri suhteissa yhdistelemällä saadaan aikaan kaikki mahdolliset värisävyt. Värinäytöt muodostavat värit sekoittamalla värejä punainen, vihreä ja sininen (RGB). Käyttö ja symboliikka Erityisesti länsimaisessa symboliikassa punainen on synnin väri, josta johtuen puhutaan punaisten lyhtyjen kaduista, kun viitataan prostituutioon keskittyviin kaupunginosiin. Samasta syystä punaista mekkoa pidetään erityisen epäsopivana esimerkiksi häämekoksi tai nuoren tytön debytanttimekoksi. Kuitenkin mm. Kiinassa punainen on ilon väri ja häämekot ovat nimenomaan punaisia. Kristillisessä symboliikassa punainen on eräs liturgisista väreistä. Tässä yhteydessä se symboloi mm. pyhää henkeä, tulta ja verta. Väri liittyy helluntaihin ja marttyyrien muistopäiviin. Vanhan uskomuksen mukaan härkä menettäisi malttinsa nähdessään jotain punaista. Tämä ei kuitenkaan pidä paikkaansa, koska härkä on värisokea. Punaisella ilmaistaan usein myös vaaraa tai varoitusta. Liikenteessä sitä käytetään kielto- ja varoitusmerkeissä sekä liikennevalojen pysähdysmerkkinä. Punainen väri yhdistetään myös sosialismiin ja kommunismiin. Punainen kuuluu klassisiin heraldisiin väreihin, ja siitä käytetään nimitystä "gules". Punainen on ihmisen silmän kautta näköhermoon kaikkein voimakkaimman ärsykkeen antava väri, mutta se ei kuitenkaan riko silmän hämäränäköä auttavan näköpurppuran tuotantoa pitkän aallonpituutensa ansiosta ja soveltuu siksi käytettäväksi esim. auton takavaloissa. Värikoordinaatit RGB: o R: 255 o G: 0 o B: 0 o (heksadesimaalimuodossa #FF0000) Oranssi Oranssi eli punakeltainen sijoittuu värispektrissä punaisen ja keltaisen väliin aallonpituuden ollessa n nanometriä. Psykologisia päävärejä sekoitettaessa saadaan väliväri oranssi punaisesta ja keltaisesta. Valoja sekoitettaessa oranssin ja violetin sekoituksesta tulee punaista, oranssin ja vihreän sekoituksesta keltaista. Sinistä pidetään oranssin vastavärinä. Oranssia pidetään luonteeltaan lämpimänä värinä. Oranssin vivahteita on monia. Räikeimpiä käytetään varoitusväreinä tietöissä herättämään autoilijoiden huomion liikenteessä. Vähennettäessä valööria tullaan samoilla aallonpituuksilla maltilliseen ruskeaan väriin, joka käy suojavärinä metsässäkin. Sana oranssi viittaa monissa kielissä appelsiinin hedelmään, joka on kyseisen värinen. Sanan alkuperä juontunee kuitenkin Indonesiaan, jossa orankeja kutsutaan orang-utangeiksi eli metsäihmisiksi. Suomessa eräillä alueilla oranssia on aiemmin kutsuttu oljaaniksi; nimitys on peräisin samalla nimellä tunnetusta punakeltaisesta väriaineesta. Oransseja symboleita Hollannin kuninkaalliset pitävät oranssia värinään, samoin maan urheilujoukkueet Oranialaisveljeskunta on Pohjois-Irlannin protestanttien tätä väriä suosiva kansalaisjärjestö Ukrainan presidentinvaaleissa oranssi oli länsimielisen presidenttiehdokkaan Viktor Juštšenkon kannattajien tunnus

9 Keltainen Sen aallonpituus on noin 570 millimetrin miljoonasosaa eli 570 nm. Käyttö ja symboliikka Keltainen on kevään, vaaran (yhdessä mustan kanssa) ja iloisuuden symboli. Saadessaan vihreitä sävyjä keltainen ilmaisee pahoinvointia. Keltainen on ollut häväistyksen ja karkoituksen väri. Tämän vuoksi natsit pakottivat juutalaiset pitäämään keltaista Daavidin tähteä. Liikennevaloissa vilkkuva tai kiinteä keltainen pyytää varovaisuuteen tai huomioimaan muuttuva tilanne. Itä-Aasiassa keltainen on ylimystön väri. Keltainen lehdistö merkitsee sensaatiouutisia julkaisevia lehtiä. Keltainen vaara -termi syntyi jo 1800-luvulla kuvaamaan Kiinan ja Japanin mahdollista uhkaa. Keltaisen vastaväri on violetti (vrt. viestimiehen kauluslaatta ja joukko-osaston lippu Suomen Puolustusvoimissa). Värikoordinaatit RGB: o R: 255 o G: 255 o B: 0 o (heksadesimaalimuodossa #FFFF00) Vihreä Muodostuu kahdesta pääväristä, sinisestä ja keltaisesta. Sen aallonpituus on noin 540 millimetrin miljoonasosaa eli 540 nm. Värinäytöt muodostavat värit sekoittamalla värejä punainen, vihreä ja sininen (RGB). Käyttö ja symboliikka Vihreä on luonnon ja kasvien väri. Vihreä on rauhoittavin kaikista väreistä. Tämän vuoksi sairaaloiden seinät maalataan vihreiksi. Vihreä on liikennevaloissa lupa ajaa eteenpäin. Tähän liittyy termi vihreä aalto. Adjektiivilla vihreä kuvataan ekologisuutta. Vihreä liike syntyi länsimaissa 1970-luvulla materialismin vastineeksi. Vihreä vallankumous oli kunnianhimoinen suunnitelma kehitysmaiden ruuantuotannon tehostamiseksi 1960-luvulta alkaen. Vihreä verka on neuvottelupyödän päällinen, sen alla voidaan "unohtaa" asiat. Vihreät baretit on Yhdysvaltain armeijan erikoisjoukko. Vihreä kuuluu klassisiin heraldisiin väreihin, ja siitä käytetään nimitystä "vert". Värikoordinaatit RGB: o R: 0 o G: 255 o B: 0 o (heksadesimaalimuodossa #00FF00) Syaani Syaani on aito spektrinen väri, mutta sama värisävy saadaan sekoittamalla yhtä suuri määrä vihreää ja vaalensinistä. Syaanin aallonpituus on noin 490 millimetrin miljoonasosaa eli 490 nm. Syaani on punaisen vastaväri. Syaania kutsutaan myös turkoosiksi. Syaanin sävyt pystytään kuvaamaan tietokoneen näytöllä vain likimääräisesti johtuen RGBvärimallin rajallisuudesta, [87, 192, 214] skaalalla

10 Sininen Aallonpituus on noin 460 millimetrin miljoonasosaa eli 460 nm. Värinäytöt muodostavat värit sekoittamalla värejä punainen, vihreä ja sininen (RGB). Sinisen sävyjä IKB eli International Klein Blue on ultramariini pigmentti jonka Yves Klein rekisteröi itselleen, jotta hänen taideteokset säilyttäisivät käsitteellisen puhtautensa ja omaleimaisuutensa. Ultramariini on pääväri-sinisestä aivan hiuksenhienosti keltaisen suuntaan vivahtava sävy. Käyttö ja symboliikka Sininen on taivaan ja meren väri. Se mielletään viileäksi ja etäiseksi, sekä myös rauhoittavaksi ja luottamusta herättäväksi. Siksi poliisit käyttävät sitä. Siniverisyys merkitsee aatelisuutta. Se on peräisin vaaleasta ihosta, jonka läpi verisuonet näkyvät selvemmin. Sininen kuuluu klassisiin heraldisiin väreihin, ja siitä käytetään nimitystä "azure". Karl Fazer on rekisteröinyt suklaalevyjen käärepaperissa käyttämänsä sinisen värin omaan yksityiseen käyttöönsä. Se on merkitty Patentti- ja rekisterihallituksen pitämään tavaramerkkirekisteriin ensimmäisenä Suomessa hyväksyttynä väritavaramerkkinä. Muut, esim. suklaantuottajat, eivät saa käyttää samaa sinistä väriä pakkauksissaan. Fazerin Sininen maitosuklaa tuli markkinoille v Värikoordinaatit RGB: o R: 0 o G: 0 o B: 255 o (heksadesimaalimuodossa #0000FF) Violetti Violetti on sinisen ja punaisen sekoitus. Violettia kutsutaan myös nimellä lila. Toisinaan violetiksi kutsutaan myös "syvän sinistä" spektrin reunimmaista väriä, jota ei voi toistaa näyttötekniikalla. Spektrillä olevan violetin aallonpituus on noin 400 millimetrin miljoonasosaa eli 400 nm. Magenta ja purppura ovat lähellä violettia olevia sinipunaisia värejä. Värikoordinaatit RGB: o R: 255 o G: 0 o B: 255 o (heksadesimaalimuodossa #FF00FF) Ruskea Ruskea muodostetaan sekoittamalla punaista ja vihreää, oranssia ja sinistä tai keltaista ja purppuraa. Ruskea saadaan muodostettua näytöllä tummana oranssina. Esimerkki ruskeasta väristä RGB-värimallissa on numerot [150, 75, 0] skaalalla

11 Ultraviolettisäteily Ultraviolettisäteily, eli lyhennettynä UV-säteily, on sähkömagneettista säteilyä, eli säteilyä mikä ei kykene irrottamaan elektroneja atomeista. Sen aallonpituus on lyhyempi kuin näkyvän valon, mutta pidempi kuin röntgensäteilyn. Lyhyt aallonpituus merkitsee sitä, että ultraviolettisäteilyn taajuus on suuri ja tällöin myös fotonin energia. Ultraviolettisäteily jaetaan kolmeen säteilyalueeseen pääasiassa säteilyn vaikutusten mukaan ihmisterveyteen ja ympäristöön, eli biologisten vaikutuksiensa mukaan: UVA-säteily, aallonpituus nm UVB-säteily, aallonpituus nm UVC-säteily, aallonpituus nm Suurina annoksina ja usein altistettaessa ultraviolettisäteily on eliöille haitallista. Ultraviolettisäteily on lämmittävää, ja säteilyalueista UVC on polttavaa. Ultraviolettisäteilyllä on mahdollista tappaa bakteereja, minkä vuoksi sitä käytetään juomaveden puhdistamiseen ja esimerkiksi kirurgien leikkausvälineiden steriloimiseen. Ultraviolettisäteily tarkoittaa yliviolettisäteilyä, jonka nimessä sana ultra on latinaa, violetin ollessa lyhimmän ihmissilmälle näkyvän valon aallonpituuden väri. Usein ultraviolettisäteilyä kutsutaan mustavaloksi, koska ultraviolettisäteily on näkymätöntä ihmissilmälle ja mahdollinen näkyvä aallonpituus on väriltään tummanviolettia. Löytäminen Pian infrapuna- eli lämpösäteilyn löytämisen jälkeen, saksalainen fyysikko Johann Wilhelm Ritter alkoi tutkia näkyvän valon spektrin toista päätä. Vuonna 1801 valoherkän kemikaalin, hopeakloridin, avulla Ritter osoitti kauimpien violettien aallonpituuksien jälkeen olevan vielä säteilyä. Ritter kutsui säteilyä kemikaalisäteiksi.

12 Käyttökohteet Ultraviolettisäteilyllä on useita käyttökohteita, ja ihminen on tekniikan kehittyessä kehittänyt laitteita, jotka tuottavat ultraviolettisäteilyä. Astronomiassa erittäin kuumat kappaleet lähettävät ultraviolettisäteilyä Wienin lain mukaan. Avaruuden kappaleita on mahdollista tutkia ultraviolettisäteilyn avulla, sillä varsinkin uudet tähdet lähettävät paljon ultraviolettisäteilyä. Tutkimista rajoittaa maata suojaava otsonikerros, joten tutkimukset tehdään avaruudesta käsin. Tunnetuin ultraviolettisäteilyn käyttökohde lienee mustavalolamppu. Se on loisteputki, joka lähettää suuriaallonpituisinta UVA-säteilyä sekä vähän violettia valoa. Usein mustavalolampun lasi on violetti, jolloin mahdollinen näkyvä violetti valo saadaan häivytettyä. Ultraviolettisäteily on sellaisenaan ihmissilmälle näkymätöntä, mutta altistamalla tiettyjä materiaaleja sille, näyttävät materiaalit fluorosoituvan tai fosforoituvan. Mustavalolamppuja käytetään muun muassa erikoisefektien luomiseen ja setelien aitouden varmentamiseen. Hieman lyhytaallonpituisempaa UVA-säteilyä lähettäviä mustavalolamppuja käytetään solariumissa. Valaisimissa ultraviolettisäteilyä hyödynnetään laajalti. Loisteputkivalaisimet tuottavat ultraviolettisäteilyä alipaineistetun elohopeakaasun avulla. Lasiputken sisäpinnan fosforoituva vuoraus absorboi ultraviolettisäteilyn ja säteily muuttuu näkyväksi. Elohopealampuissa pääasiallinen säteily on UVC-alueella, joten fosforoituvan aineen puuttuminen olisi vaarallista. Hehkulampun säteilystä vain alle sadasosa on ultraviolettisäteilyä. Ultraviolettisäteilyä lähettävään lamppuun perustuvat eräät kärpäsloukut, jossa hyönteinen kiinnittää huomionsa säteilevään kappaleeseen ja lähelle tullessaan saa surmansa. Hammaslääkäri käyttää ultraviolettisäteilyä lähettävää pistoolia paikkojen kovettamiseen. Myös ikkunalaseihin tulleita halkeamia korjataan ultraviolettisäteilyn avulla. Ultraviolettisäteilyä käytetään desinfiontiin; suurienerginen UVC-säteily on tehokas keino bakteerien tappamiseen. Alun perin ultraviolettisäteilyä alettiin käyttää jäteveden puhdistamiseen, mutta nykyisin yleisempi käyttökohde on juomaveden puhdistus. Myös uima-altaissa käytetään ultraviolettisäteilyyn perustuvia desinfiointilaitteita, jotka vähentävät kemikaalien tarvetta. Ultraviolettilampuilla desinfioidaan myös leikkaussaleja. Jotkin eläimet, kuten linnut, matelijat ja hyönteiset näkevät UVA-säteilyä. Kukkien, hedelmien ja virtsan väri korostuu ultraviolettivalossa, joten sen näkemisestä on eläimille hyötyä. Joidenkin matelijoiden iho vaatii ultraviolettisäteilyä pysyäkseen kunnossa, joten terraarioihin lisätään mustavalolamppuja, ja varsinkin sellaisia mitkä lähettävät UVB-säteilyä. Terveysvaikutukset Suurimpia ultraviolettisäteilyn tuottajia ovat erittäin kuumat kappaleet, eli tähdet, joista meidän kannaltamme tärkeimpänä Aurinko. Aurinko säteilee ultraviolettisäteilyn kaikkia säteilytyyppejä, yhteensä säteilystä noin 7 % on ultraviolettisäteilyä, mutta ilmakehän stroposfäärissä sijaitsevan otsonikerroksen vuoksi 99 % maahan saapuvasta ultraviolettisäteilystä on UVA-tyyppiä. Ultraviolettisäteilyn on todistettu olevan mutageeninen eli geenivaurioita aiheuttava säteilytyyppi. Kaikki ultraviolettisäteilyn säteilyalueet vaurioittavat kollageenia, ja siten vanhentavat ihoa. Koska ultraviolettisäteilyn määrä on yhteydessä ihosyövän esiintyvyyteen, tutkijat ovat huolestuneet otsonikadosta, jonka vuoksi otsonin eli kolmiatomisten happimolekyylien (O 3 ) määrä ilmakehässä hupenee ja siten maanpinnalle saapuvan ultraviolettisäteilyn määrä kasvaa jatkuvasti. Yleisesti ottaen UVA on ultraviolettisäteilyn vaarattomin säteilyalue pienienergisimmästä fotonista johtuen, mutta vanhentaa ihoa, ja saattaa aiheuttaa geenivaurioita ja siten ihosyöpää. UVA-säteily tunkeutuu syvälle kudokseen, mutta ei aiheuta ihon palamista. Iho ruskettuu kun UVA-säteily osuu melanosyytteihin, eli ihon väriainetta eli melaniina muodostaviin soluihin.

13 UVB-säteily on vaarallista silmille ja pitkään jatkunut altistus voi aiheuttaa harmaakaihin eli silmämykiön samentumisen. UVB-säteily on yhdistetty ihosyöpiin, kuten melanoomaan. Ultraviolettisäteily muuntaa ihosolujen DNA:ta, aiheuttaen tymiinien välille kovalenttisia sidoksia tuottaen tymidiinia. Tymidiini ei pysy kunnolla tymiinin paikalla, joten DNA-kierteeseen voi tulla epämuodostumia ja muita virheitä. Ne voivat johtaa solujen mutaatioihin, mikä taas syövän syntyyn. Säteilyn mutageenisyyden voi havaita altistamalla bakteereja ultraviolettisäteilylle. UVC-säteily on vaarallisinta, koska sillä on säteilyalueista lyhin aallonpituus ja siten suurin fotonin energia. Se imeytyy kokonaan otsonikerrokseen. Otsoni absorboi voimakkaasti UVC-säteilyä, ja se myös synnyttää tavallisista happimolekyyleistä otsonia. Ultraviolettisäteilyn positiivinen vaikutus on D-vitamiinin tuotannon kiihottaminen. D-vitamiinin puutos aiheuttaa luunpehmenemistautia ja luukatoa. Ultraviolettisäteilyllä hoidetaan ihotautia nimeltä psoriasis, jonka hoitoon käytetään UVA- ja UVB-säteilyalueita.

14 Röntgensäteily Wilhelm Röntgenin ottama röntgenkuva. Kuvassa esiintyvä käsi kuului Röntgenin vaimolle, ja siinä voi nähdä hänen vihkisormuksensa Röntgensäteily on sähkömagneettisen säteilyn laji. Sen aallonpituus on noin nanometriä eli paljon lyhyempiaaltoista kuin näkyvä valo. Gammasäteily Gammasäteily on sähkömagneettista säteilyä, jonka aallonpituus on alle 10 pm. Se on ionisoivaa säteilyä kuten alfasäteily- ja beetasäteily. Näihin verrattuna gammasäteilyllä on vähemmän energiaa, joten se on vähemmän ionisoivaa. Kuitenkin, aaltoliikkenä se on hyvin läpitunkevaa; sen tehon vähentämiseen 50 %:iin vaaditaan 1 cm lyijyä tai 5 cm betonia. Taajuus Eri taajuisia siniaaltoja. Taajuus on tietyssä ajassa tapahtuva toistojen määrä. Taajuutta voidaan mitata määrittelemällä ensin jokin aikaväli, ja tutkimalla sen jälkeen, kuinka monta kertaa jokin ilmiö tapahtuu tämän aikavälin aikana. Kun kertojen lukumäärä jaetaan aikavälin pituudella, saadaan taajuus. Jos taas tiedetään kahden samanlaisena säännöllisin aikavälein toistuvan tapauksen välinen aika T (eli jakso), saadaan taajuus tämän ajan käänteisluvusta 1/T. Taajuuden yksikkö on 1/s, jota kutsutaan nimellä hertsi (tunnus Hz), joka tulee saksalaisen fyysikon Heinrich Rudolf Hertzin nimestä. Yksi hertsi kertoo tapahtuman toistuvan kerran sekunnissa - kymmenellä hertsillä toistoja on kymmenen kappaletta sekunnissa. Sähkötekniikan sini-signaaleilla puhutaan usein myös kulmataajuudesta. Taajuuden ja kulmataajuuden välillä on seuraava riippuvuus: Taajuudella ( ) ja radio-aallon aallonpituudella ( ) on myös yksinkertainen keskinäinen suhteensa. Lisäparametriksi tarvitaan valonnopeus ( ):,

15 Valonnopeus Fysiikan standardimallin mukaan valo (sekä kaikki muukin sähkömagneettinen säteily) etenee tyhjiössä vakionopeudella. Valonnopeus on fysikaalinen vakio, ja sitä merkitään kirjaimella c (Lat. celeritas, nopeus). Valonnopeudelle on ehdotettu nimeä Einsteinin vakio. Suppean suhteellisuusteorian mukaan jokainen tarkkailija saa viitekehyksestä riippumatta saman tuloksen valonnopeudelle. Informaatio ei voi matkustaa c:tä nopeammin aiheuttamatta kausaliteettiin vakavia ongelmia. Tällaisia havaintoja ei ole toistaiseksi tehty. Valonnopeus on tarkalleen c = metriä sekunnissa, siis noin 30 senttimetriä nanosekunnissa. Tämä ei ole empiirinen arvo; vuonna 1983 metri määriteltiin uudelleen, jotta c sai tarkalleen tämän arvon. Tämä arvo oli puolestaan valittu vastaamaan likimääräisesti edellistä mittaustulosta. Valon nopeus (erikseen kirjoitettuna) on nopeus, joka valolla tietyllä hetkellä on jossain väliaineessa. Se on aina pienempi kuin vakio nimeltä valonnopeus (yhteen kirjoitettuna), paitsi tyhjiössä, jossa se on yhtä suuri. Äänen nopeus Äänen nopeus ilmassa on 340 metriä sekunnissa (20 C) taajuudesta riippumatta. Kiinteissä rakenteissa äänen nopeus vaihtelee materiaalista riippuen m/s. Levymäisillä rakenteilla äänen nopeus riippuu taajuudesta. Seuraavassa äänennopeuksia (m/s) joillakin materiaaleilla: lasi: alumiini, teräs: puu: betoni: tiili: jää: vesi: korkki: 500 ilma: 340 mineraalivillaeriste: 180 Äänne nopeus riippuu mm lämpötilasta. Äänen nopeus on lämpöliikkeen nopeus kappaleessa. Jos jokin aalto etenee kappeleesta ääntä nopeammin, se on shokkiaalto. Äänen nopeus kaasussa Äänen nopeuden yhtälö on Jossa R J/(kg K) ilmalle, jonka moolimassa on noin 16, yleinen kaasuvakio R on R = [15] J K -1 mol -1 κ adiabaattinen vakio, p kaasun paine, ρ kaasun tiheys Ideaalikaasulle: kappa; (kappa) adiabaattinen indeksi (1.402 ilmalle), joskus nimetty gammaksi gamma T Lämpötila kelvineinä.

16 Antenni Antenni on radioaaltojen vastaanottoon tai lähetykseen suunniteltu komponentti. Ollakseen tehokas, antennin on oltava vähintäin neljännesaallon pituinen (maatasoantenni). Antennien ominaisuuksia vahvistuksella tarkoitetaan antennin suuntaavuudella saatavaa RF-tehon kohoamista verrattuna ympärisäteilevästä antennista antennista saatavaan RF-tehoon. Referenssinatennina vahvistusta ilmoitettaessa käytetään isotrooppista antennia (yks. dbi) tai dipoliantennia (yks. dbd)(db), joilla on 2.14 db ero: 0 dbd = 2.14 dbi resonanssitaajuus kaistanleveys impedanssi polarisaatio lähetystehonkesto Antennityyppejä Radioamatööriaseman Yagi-antenneja maatasoantenni pitkälanka-antenni dipoli kvadiantenni taittodipoli Yagi-antenni Helix-antenni logperiodinen antenni parabolinen peiliantenni rakoantenni

17 Nopeuskerroin Termillä nopeuskerroin viitataan signaalin hidastumaan väliaineessa, jonka dielektrinen vakio poikkeaa havaittavasti tyhjön arvosta 1. Ei-teknisorientoitunutkin radioamatööri törmää nopeuskertoimeen tyypillisesti koaksiaalikaapeleissa, joiden nopeuskerroin tulee ottaa huomioon esimerkiksi 1/4- aallonpituuden mittaisen vaiheistuskaapelin tekemisessä. Esimerkiksi 1/4 aallonpituutta on 2 metrin alueella 50 cm. Jos käytämme RG-213 kaapelia, jonka nopeuskerroin on 0,66, on 1/4 aallonpituutta 2 metrillä tässä kaapelissa 50 cm * 0,66 = 0,33 cm. Taulukossa alempana on mainittu muutamien yleisten kaapelityyppien nopeuskertoimia. Nopeuskerroin ja dielektrinen vakio suhtautuvat toisiinsa: Tyhjölle ja radiomielessä sen kanssa identtiselle kuivalle ilmalle nopeuskertoimet ovat kutakuinkin 1.0, muille aineille ne ovat hieman erilaisia. Huomioitavaa on myös, että "vaahdotettu polyetyleeni" poikkeaa eristeenä huomattavasti "kiinteän" aineen RF ominaisuuksista. Siksi kaapeleille on syytä käyttää valmistajan ilmoittamia tietoja, eikä vain arvata! Aine nopeuskerroin "häviökerroin" Huomioita Tyhjö Ilma, kuiva, 1 bar Ecoflex 10, Aircom Aircell 7 PTFE, Teflon Polypropyleeni (kiinteä) Polyetyleeni (kiinteä) Polystyreeni Sulatettu kvartsi Rogers Corp. TMM3 3.27± RG-8, -58, -174, -213, Lämpöstabiili mikroaaltolaminaatti Rogers Corp. TMM4 4.50± Lämpöstabiili mikroaaltolaminaatti FR-4 4.8± ± VHF ja alle FR-4 4.8± ± UHF ja yli Rogers Corp TMM6 6.00± Safiiri Magnesiumoksidi Alumiinioksidi (alumina) Lämpöstabiili mikroaaltolaminaatti

18 Rogers Corp. TMM10 Rogers Corp. TMM10i Titaanidioksidi (rutiili) Puhdas vesihöyry(?) 9.20± ± Lämpöstabiili mikroaaltolaminaatti Lämpöstabiili mikroaaltolaminaatti FR-4 on mukana yleisenä rakentelumateriaalina, mutta sen ominaisuudet vaihtelevat erittäin runsaasti epoksin määrän suhteessa lasikuidun määrään ja myös taajuusriippuvasti. Pieniä rakenteita voinee FR-4:sta tehdä jopa 2.4 GHz:lle, sen yläpuolella pitää katsoa jotain parempaa, kuten Teflon Faradayn häkki Faradayn häkki on sähköä johtava häkki tai muu yhtenäinen kuori, jonka sisälle sähkövirta ei pääse. Faradayn häkki perustuu siihen, että sähkövarausten välinen poistovoima pyrkii pitämään varaukset johteen pinnalla. Salamalta suojaavana Faradayn häkkinä toimii rakennuksen ukkosjohto, auton metallikori ja niin edelleen. Faradayn häkki on nimetty fyysikko Michael Faradayn mukaan joka rakensi ensimmäisen Faradayn häkin vuonna 1836.