Magnetische Wellenskala. Elektromagnetische Wellenwaage

Elektromagnetische Wellen werden nach der Wellenlänge λ oder der zugehörigen Wellenfrequenz klassifiziert F. Beachten Sie auch, dass diese Parameter nicht nur die Welle, sondern auch die Quanteneigenschaften des elektromagnetischen Feldes charakterisieren. Dementsprechend wird im ersten Fall die elektromagnetische Welle durch die in diesem Kurs untersuchten klassischen Gesetze beschrieben.

Betrachten wir das Konzept des Spektrums elektromagnetischer Wellen. Spektrum elektromagnetischer Wellen ist das Frequenzband elektromagnetischer Wellen, die in der Natur vorkommen.

Das Spektrum der elektromagnetischen Strahlung in der Reihenfolge zunehmender Frequenz ist:

Verschiedene Teile des elektromagnetischen Spektrums unterscheiden sich in der Art und Weise, wie sie Wellen aussenden und empfangen, die zu dem einen oder anderen Teil des Spektrums gehören. Aus diesem Grund gibt es keine scharfen Grenzen zwischen verschiedenen Teilen des elektromagnetischen Spektrums, sondern jeder Bereich wird durch seine eigenen Eigenschaften und die Verbreitung seiner Gesetze bestimmt, die durch die Beziehungen linearer Skalen bestimmt werden.

Radiowellen werden durch die klassische Elektrodynamik untersucht. Infrarotlicht und ultraviolette Strahlung werden sowohl von der klassischen Optik als auch von der Quantenphysik untersucht. Röntgen- und Gammastrahlung werden in der Quanten- und Kernphysik untersucht.

Betrachten wir das Spektrum elektromagnetischer Wellen genauer.

Niederfrequenzwellen

Niederfrequenzwellen sind elektromagnetische Wellen, deren Schwingungsfrequenz 100 kHz nicht überschreitet. Dieser Frequenzbereich wird traditionell in der Elektrotechnik genutzt. In der industriellen Energietechnik wird eine Frequenz von 50 Hz verwendet, bei der elektrische Energie über Leitungen übertragen und Spannung durch Transformatorgeräte umgewandelt wird. In der Luftfahrt und im Bodentransport wird häufig eine Frequenz von 400 Hz verwendet, was einen 8-fachen Gewichtsvorteil elektrischer Maschinen und Transformatoren im Vergleich zu einer Frequenz von 50 Hz bietet. Die neuesten Generationen von Schaltnetzteilen verwenden Wechselstrom-Umwandlungsfrequenzen im Ein- und Zehntel-kHz-Bereich, was sie kompakt und energiereich macht.
Der grundlegende Unterschied zwischen dem Niederfrequenzbereich und höheren Frequenzen besteht darin, dass die Geschwindigkeit elektromagnetischer Wellen proportional zur Quadratwurzel ihrer Frequenz von 300.000 km/s bei 100 kHz auf etwa 7.000 km/s bei 50 Hz abnimmt.

Radiowellen

Radiowellen sind elektromagnetische Wellen, deren Wellenlänge größer als 1 mm (Frequenz kleiner als 3 · 10 · 11 Hz = 300 GHz) und kleiner als 3 km (über 100 kHz) ist.

Radiowellen werden unterteilt in:

1. Lange Wellen im Längenbereich von 3 km bis 300 m (Frequenz im Bereich 10 5 Hz – 10 6 Hz = 1 MHz);

2. Mittelwellen im Längenbereich von 300 m bis 100 m (Frequenz im Bereich 10 6 Hz -3*10 6 Hz = 3 MHz);

3. Kurzwellen im Wellenlängenbereich von 100 m bis 10 m (Frequenz im Bereich 310,6 Hz-310,7 Hz = 30 MHz);

4. Ultrakurze Wellen mit einer Wellenlänge von weniger als 10 m (Frequenz größer als 310 7 Hz = 30 MHz).

Ultrakurze Wellen wiederum werden unterteilt in:

A) Meterwellen;

B) Zentimeterwellen;

B) Millimeterwellen;

Wellen mit einer Wellenlänge von weniger als 1 m (Frequenz unter 300 MHz) werden Mikrowellen oder Ultrahochfrequenzwellen (Mikrowellenwellen) genannt.

Aufgrund der großen Wellenlängen des Radiobereichs im Vergleich zur Größe von Atomen kann die Ausbreitung von Radiowellen ohne Berücksichtigung der atomaren Struktur des Mediums betrachtet werden, d. h. phänomenologisch, wie es bei der Konstruktion von Maxwells Theorie üblich ist. Die Quanteneigenschaften von Radiowellen treten nur bei den kürzesten Wellen neben dem Infrarotteil des Spektrums und bei der Ausbreitung des sogenannten auf. ultrakurze Impulse mit einer Dauer in der Größenordnung von 10 -12 Sek. - 10 -15 Sek., vergleichbar mit der Zeit der Elektronenschwingungen innerhalb von Atomen und Molekülen.
Der grundlegende Unterschied zwischen Radiowellen und höheren Frequenzen ist eine unterschiedliche thermodynamische Beziehung zwischen der Wellenlänge des Wellenträgers (Äther), gleich 1 mm (2,7°K), und der elektromagnetischen Welle, die sich in diesem Medium ausbreitet.

Biologische Auswirkungen von Radiowellenstrahlung

Die schreckliche Opfererfahrung beim Einsatz starker Radiowellenstrahlung in der Radartechnik zeigte die spezifische Wirkung von Radiowellen in Abhängigkeit von der Wellenlänge (Frequenz).

Die zerstörerische Wirkung auf den menschlichen Körper ist weniger durchschnittlich als vielmehr die maximale Strahlungsleistung, bei der irreversible Phänomene in Proteinstrukturen auftreten. Beispielsweise wirkt sich die Leistung der kontinuierlichen Strahlung des Magnetrons eines Mikrowellenherds (Mikrowelle) in Höhe von 1 kW nur ​​auf Lebensmittel in einem kleinen geschlossenen (abgeschirmten) Volumen des Ofens aus und ist für eine Person in der Nähe nahezu ungefährlich. Die Leistung einer Radarstation (Radar) von 1 kW mittlerer Leistung, die durch kurze Impulse mit einem Arbeitszyklus von 1000:1 (dem Verhältnis der Wiederholungsperiode zur Impulsdauer) und dementsprechend einer Impulsleistung von 1 MW abgegeben wird, ist in einer Entfernung von bis zu Hunderten Metern vom Emittenten sehr gefährlich für die Gesundheit und das Leben von Menschen. Bei Letzterem spielt natürlich auch die Richtung der Radarstrahlung eine Rolle, was die zerstörerische Wirkung gepulster statt mittlerer Leistung betont.

Exposition gegenüber Meterwellen

Hochintensive Meterwellen, die von Impulsgeneratoren von Meterradarstationen (Radaren) mit einer Impulsleistung von mehr als einem Megawatt (z. B. der Frühwarnstation P-16) ausgesendet werden und der Länge des Rückenmarks von Menschen und Tieren entsprechen, sowie die Länge der Axone stören die Leitfähigkeit dieser Strukturen und verursachen das Zwischenhirnsyndrom (HF-Krankheit). Letzteres führt zur schnellen Entwicklung (über einen Zeitraum von mehreren Monaten bis mehreren Jahren) einer vollständigen oder teilweisen (abhängig von der empfangenen Pulsdosis) irreversiblen Lähmung der Gliedmaßen einer Person sowie einer Störung der Innervation des Darms und andere innere Organe.

Einfluss von Dezimeterwellen

Dezimeterwellen sind in ihrer Wellenlänge mit Blutgefäßen vergleichbar und bedecken menschliche und tierische Organe wie Lunge, Leber und Nieren. Dies ist einer der Gründe, warum sie zur Entstehung „gutartiger“ Tumoren (Zysten) in diesen Organen führen. Diese Tumoren entwickeln sich auf der Oberfläche von Blutgefäßen und führen zur Unterbrechung der normalen Blutzirkulation und zur Störung der Organfunktion. Werden solche Tumoren nicht rechtzeitig operativ entfernt, kommt es zum Tod des Körpers. Dezimeterwellen gefährlicher Intensität werden von den Magnetronen von Radargeräten wie dem mobilen Luftverteidigungsradar P-15 sowie dem Radar einiger Flugzeuge ausgesendet.

Exposition gegenüber Zentimeterwellen

Starke Zentimeterwellen verursachen Krankheiten wie Leukämie – „weißes Blut“ – sowie andere Formen bösartiger Tumoren bei Menschen und Tieren. Wellen mit ausreichender Intensität für das Auftreten dieser Krankheiten werden von den Zentimeterbereichsradargeräten P-35, P-37 und fast allen Flugzeugradargeräten erzeugt.

Infrarot-, Licht- und Ultraviolettstrahlung

Infrarot, Licht, Ultraviolett Strahlung beträgt optischer Bereich des Spektrums elektromagnetischer Wellen im weitesten Sinne des Wortes. Dieses Spektrum umfasst den Bereich elektromagnetischer Wellenlängen im Bereich von 2·10 -6 m = 2 µm bis 10 -8 m = 10 nm (Frequenz von 1,5·10 14 Hz bis 3·10 16 Hz). Die obere Grenze des optischen Bereichs wird durch die langwellige Grenze des Infrarotbereichs und die untere Grenze durch die kurzwellige Grenze des Ultraviolettbereichs bestimmt (Abb. 2.14).

Die Nähe der Spektralbereiche der aufgeführten Wellen bestimmte die Ähnlichkeit der Methoden und Instrumente, die für ihre Forschung und praktische Anwendung verwendet wurden. In der Vergangenheit wurden für diese Zwecke Linsen, Beugungsgitter, Prismen, Blenden und optisch aktive Substanzen verwendet, die in verschiedenen optischen Geräten (Interferometer, Polarisatoren, Modulatoren usw.) enthalten waren.

Andererseits weist Strahlung aus dem optischen Bereich des Spektrums allgemeine Übertragungsmuster verschiedener Medien auf, die mithilfe geometrischer Optik erhalten werden können, die häufig für Berechnungen und Konstruktionen sowohl optischer Geräte als auch optischer Signalausbreitungskanäle verwendet wird. Infrarotstrahlung ist sichtbar für viele Arthropoden (Insekten, Spinnen etc.) und Reptilien (Schlangen, Eidechsen etc.) , zugänglich für Halbleitersensoren (Infrarot-Photoarrays), wird aber nicht durch die Dicke der Erdatmosphäre übertragen, die erlaubt nicht Beobachten Sie von der Erdoberfläche aus Infrarotsterne – „Braune Zwerge“, die mehr als 90 % aller Sterne in der Galaxie ausmachen.

Die Frequenzbreite des optischen Bereichs beträgt etwa 18 Oktaven, wovon etwa eine Oktave auf den optischen Bereich entfällt (); für Ultraviolett - 5 Oktaven ( ), Infrarotstrahlung - 11 Oktaven (

Im optischen Teil des Spektrums spielen Phänomene eine Rolle, die durch die atomare Struktur der Materie verursacht werden. Aus diesem Grund treten neben den Welleneigenschaften optischer Strahlung auch Quanteneigenschaften auf.

Licht

Röntgen- und Gammastrahlung

Im Bereich der Röntgen- und Gammastrahlung treten die Quanteneigenschaften der Strahlung in den Vordergrund.

Röntgenstrahlung tritt auf, wenn schnell geladene Teilchen (Elektronen, Protonen usw.) abgebremst werden, sowie als Folge von Prozessen, die innerhalb der elektronischen Hüllen von Atomen ablaufen.

Gammastrahlung ist eine Folge von Phänomenen im Inneren von Atomkernen sowie von Kernreaktionen. Die Grenze zwischen Röntgen- und Gammastrahlung wird herkömmlicherweise durch den Wert des Energiequants bestimmt, der einer bestimmten Strahlungsfrequenz entspricht.

Röntgenstrahlung besteht aus elektromagnetischen Wellen mit einer Länge von 50 nm bis 10 -3 nm, was einer Quantenenergie von 20 eV bis 1 MeV entspricht.

Gammastrahlung besteht aus elektromagnetischen Wellen mit einer Wellenlänge von weniger als 10 -2 nm, was einer Quantenenergie von mehr als 0,1 MeV entspricht.

Elektromagnetische Natur des Lichts

Licht ist der sichtbare Teil des Spektrums elektromagnetischer Wellen, deren Wellenlängen im Bereich von 0,4 µm bis 0,76 µm liegen. Jeder Spektralkomponente der optischen Strahlung kann eine bestimmte Farbe zugeordnet werden. Die Farbe der Spektralkomponenten optischer Strahlung wird durch ihre Wellenlänge bestimmt. Die Farbe der Strahlung ändert sich mit abnehmender Wellenlänge wie folgt: Rot, Orange, Gelb, Grün, Cyan, Indigo, Violett.

Rotes Licht, das der längsten Wellenlänge entspricht, definiert das rote Ende des Spektrums. Violettes Licht – entspricht dem violetten Rand.

Natürliches Licht (Tageslicht, Sonnenlicht) ist nicht gefärbt und stellt eine Überlagerung elektromagnetischer Wellen aus dem gesamten für den Menschen sichtbaren Spektrum dar. Natürliches Licht entsteht durch die Emission elektromagnetischer Wellen durch angeregte Atome. Die Art der Anregung kann unterschiedlich sein: thermisch, chemisch, elektromagnetisch usw. Als Ergebnis der Anregung senden Atome etwa 10 -8 Sekunden lang zufällig elektromagnetische Wellen aus. Da das Energiespektrum der Anregung von Atomen recht breit ist, werden elektromagnetische Wellen aus dem gesamten sichtbaren Spektrum emittiert, deren Anfangsphase, Richtung und Polarisation zufällig sind. Aus diesem Grund ist natürliches Licht nicht polarisiert. Dies bedeutet, dass die „Dichte“ der spektralen Komponenten elektromagnetischer Wellen des natürlichen Lichts mit zueinander senkrechten Polarisationen gleich ist.

Als harmonische elektromagnetische Wellen werden Lichtwellen bezeichnet monochromatisch. Eines der Hauptmerkmale einer monochromatischen Lichtwelle ist die Intensität. Lichtwellenintensität stellt den Durchschnittswert der von der Welle übertragenen Energieflussdichte (1,25) dar:

Wo ist der Poynting-Vektor?

Die Berechnung der Intensität einer leichten, ebenen, monochromatischen Welle mit einer elektrischen Feldamplitude in einem homogenen Medium mit dielektrischer und magnetischer Permeabilität unter Verwendung der Formel (1.35) unter Berücksichtigung von (1.30) und (1.32) ergibt:

Traditionell werden optische Phänomene mithilfe von Strahlen betrachtet. Die Beschreibung optischer Phänomene mittels Strahlen nennt man geometrisch-optisch. Die in der geometrischen Optik entwickelten Regeln zum Auffinden von Strahlbahnen werden in der Praxis häufig zur Analyse optischer Phänomene und beim Bau verschiedener optischer Instrumente verwendet.

Definieren wir einen Strahl basierend auf der elektromagnetischen Darstellung von Lichtwellen. Strahlen sind zunächst einmal Linien, entlang derer sich elektromagnetische Wellen ausbreiten. Aus diesem Grund ist ein Strahl eine Linie, an deren jedem Punkt der gemittelte Poynting-Vektor einer elektromagnetischen Welle tangential zu dieser Linie gerichtet ist.

In homogenen isotropen Medien fällt die Richtung des durchschnittlichen Poynting-Vektors mit der Normalen zur Wellenoberfläche (Gleichphasenoberfläche) zusammen, d. h. entlang des Wellenvektors.

In homogenen isotropen Medien stehen die Strahlen also senkrecht zur entsprechenden Wellenfront der elektromagnetischen Welle.

Betrachten Sie beispielsweise die Strahlen, die von einer punktförmigen monochromatischen Lichtquelle emittiert werden. Aus Sicht der geometrischen Optik gehen viele Strahlen vom Quellpunkt in radialer Richtung aus. Ausgehend von der elektromagnetischen Essenz des Lichts breitet sich eine kugelförmige elektromagnetische Welle vom Quellpunkt aus aus. Bei ausreichend großer Entfernung von der Quelle kann die Krümmung der Wellenfront vernachlässigt werden, da die lokal kugelförmige Welle als flach gilt. Durch die Unterteilung der Oberfläche der Wellenfront in eine große Anzahl lokal flacher Abschnitte ist es möglich, durch die Mitte jedes Abschnitts eine Normale zu zeichnen, entlang der sich eine ebene Welle ausbreitet, d. h. im geometrisch-optischen Interpretationsstrahl. Somit liefern beide Ansätze die gleiche Beschreibung des betrachteten Beispiels.

Die Hauptaufgabe der geometrischen Optik besteht darin, die Richtung des Strahls (Flugbahn) zu ermitteln. Die Trajektoriengleichung wird gefunden, nachdem das Variationsproblem gelöst wurde, das Minimum der sogenannten zu finden. Aktionen auf den gewünschten Flugbahnen. Ohne näher auf die strenge Formulierung und Lösung dieses Problems einzugehen, können wir davon ausgehen, dass es sich bei den Strahlen um Trajektorien mit der kürzesten optischen Gesamtlänge handelt. Diese Aussage ist eine Konsequenz des Fermatschen Prinzips.

Der Variationsansatz zur Bestimmung der Strahlbahn kann auch auf inhomogene Medien angewendet werden, d. h. solche Medien, bei denen der Brechungsindex eine Funktion der Koordinaten der Punkte des Mediums ist. Wenn wir die Form der Oberfläche einer Wellenfront in einem inhomogenen Medium mit einer Funktion beschreiben, dann kann sie anhand der Lösung der partiellen Differentialgleichung gefunden werden, die als Eikonalgleichung und in der analytischen Mechanik als Hamilton-Jacobi bekannt ist Gleichung:

Somit besteht die mathematische Grundlage der geometrisch-optischen Näherung der elektromagnetischen Theorie aus verschiedenen Methoden zur Bestimmung der Felder elektromagnetischer Wellen auf Strahlen, basierend auf der Eikonalgleichung oder auf andere Weise. Die geometrisch-optische Näherung wird in der Praxis in der Funkelektronik häufig zur Berechnung des sogenannten verwendet. quasi-optische Systeme.

Zusammenfassend stellen wir fest, dass die Fähigkeit, Licht gleichzeitig sowohl von Wellenpositionen aus zu beschreiben, indem man die Maxwell-Gleichungen löst, als auch Strahlen zu verwenden, deren Richtung aus den Hamilton-Jacobi-Gleichungen bestimmt wird, die die Bewegung von Teilchen beschreiben, eine der Erscheinungsformen des Scheinbaren ist Dualismus des Lichts, der bekanntlich zur Formulierung logisch widersprüchlicher Prinzipien der Quantenmechanik führte.

Tatsächlich gibt es keinen Dualismus in der Natur elektromagnetischer Wellen. Wie Max Planck 1900 in seinem Klassiker „Über das Normalspektrum der Strahlung“ zeigte, sind elektromagnetische Wellen einzelne quantisierte Schwingungen mit einer Frequenz v und Energie E=hv, Wo h =konst, auf Sendung. Letzteres ist ein supraflüssiges Medium, das eine stabile Eigenschaft der Diskontinuität im Maß aufweist H- Plancksche Konstante. Wenn der Äther übermäßiger Energie ausgesetzt ist hv Bei der Strahlung entsteht ein quantisierter „Wirbel“. Genau das gleiche Phänomen wird in allen supraflüssigen Medien und der Bildung von Phononen – Quanten der Schallstrahlung – beobachtet.

Für die „Kopieren und Einfügen“-Kombination der Entdeckung Max Plancks im Jahr 1900 mit dem 1887 von Heinrich Hertz entdeckten photoelektrischen Effekt verlieh das Nobelkomitee 1921 den Preis an Albert Einstein

1) Eine Oktave ist per Definition der Frequenzbereich zwischen einer beliebigen Frequenz w und ihrer zweiten Harmonischen, gleich 2w.

Die Wellenlänge bzw. die zugehörige Wellenfrequenz charakterisiert nicht nur die Welle, sondern auch die Quanteneigenschaften des elektromagnetischen Feldes. Dementsprechend wird im ersten Fall die elektromagnetische Welle durch die in diesem Kurs untersuchten klassischen Gesetze beschrieben.

Betrachten wir das Konzept des Spektrums elektromagnetischer Wellen. Das Spektrum elektromagnetischer Wellen ist das Frequenzband elektromagnetischer Wellen, die in der Natur vorkommen.

Das Spektrum der elektromagnetischen Strahlung in der Reihenfolge zunehmender Frequenz ist:

Antenne

1) Niederfrequenzwellen (λ>);

2) Radiowellen();

Atom
3) Infrarotstrahlung (m);

4) Lichtstrahlung();

5) Röntgenstrahlen();

Atomkerne

6) Gammastrahlung (λ).

Verschiedene Teile des elektromagnetischen Spektrums unterscheiden sich in der Art und Weise, wie sie Wellen aussenden und empfangen, die zu dem einen oder anderen Teil des Spektrums gehören. Aus diesem Grund gibt es keine scharfen Grenzen zwischen verschiedenen Teilen des elektromagnetischen Spektrums, sondern jeder Bereich wird durch seine eigenen Eigenschaften und die Verbreitung seiner Gesetze bestimmt, die durch die Beziehungen linearer Skalen bestimmt werden.

Radiowellen werden durch die klassische Elektrodynamik untersucht. Infrarotlicht und ultraviolette Strahlung werden sowohl von der klassischen Optik als auch von der Quantenphysik untersucht. Röntgen- und Gammastrahlung werden in der Quanten- und Kernphysik untersucht.

Infrarotstrahlung

Im Gegensatz zu Röntgen-, Ultraviolett- oder Mikrowellenstrahlen sind Infrarotstrahlen für den menschlichen Körper absolut ungefährlich. Einige Tiere (z. B. Erdottern) verfügen sogar über Sinnesorgane, die es ihnen ermöglichen, den Standort warmblütiger Beutetiere anhand der Infrarotstrahlung ihres Körpers zu bestimmen.

Öffnung

Anwendung

Im Infrarotspektrum gibt es einen Bereich mit Wellenlängen von etwa 7 bis 14 Mikrometern (den sogenannten langwelligen Teil des Infrarotbereichs), der eine wirklich einzigartige wohltuende Wirkung auf den menschlichen Körper hat. Dieser Teil der Infrarotstrahlung entspricht der Strahlung des menschlichen Körpers selbst, mit einem Maximum bei einer Wellenlänge von etwa 10 Mikrometern. Daher nimmt unser Körper jede äußere Strahlung mit solchen Wellenlängen als „unsere eigene“ wahr. Die berühmteste natürliche Quelle für Infrarotstrahlen auf unserer Erde ist die Sonne, und die berühmteste künstliche Quelle langwelliger Infrarotstrahlen in Russland ist die Russische Ofen, und jeder Mensch hat bestimmt schon einmal seine wohltuende Wirkung selbst erlebt.

Infrarotdioden und Fotodioden werden häufig in Fernbedienungen, Automatisierungssystemen, Sicherheitssystemen, einigen Mobiltelefonen usw. verwendet. Infrarotstrahlen lenken aufgrund ihrer Unsichtbarkeit die menschliche Aufmerksamkeit nicht ab.

Infrarotstrahler werden in der Industrie zum Trocknen von Lackoberflächen eingesetzt. Die Infrarot-Trocknungsmethode hat gegenüber der herkömmlichen Konvektionsmethode erhebliche Vorteile. Zunächst einmal ist dies natürlich ein wirtschaftlicher Effekt. Die Geschwindigkeit und der Energieverbrauch bei der Infrarottrocknung sind geringer als bei herkömmlichen Methoden.

Infrarotstrahlendetektoren werden häufig von Rettungsdiensten eingesetzt, um beispielsweise nach Erdbeben oder anderen Naturkatastrophen und von Menschen verursachten Katastrophen lebende Menschen unter Trümmern zu erkennen.

Ein positiver Nebeneffekt ist auch die Sterilisierung von Lebensmitteln, wodurch die Korrosionsbeständigkeit lackierter Oberflächen erhöht wird.

Eine Besonderheit des Einsatzes von IR-Strahlung in der Lebensmittelindustrie ist die Möglichkeit des Eindringens einer elektromagnetischen Welle in kapillarporöse Produkte wie Getreide, Cerealien, Mehl usw. bis zu einer Tiefe von 7 mm. Dieser Wert hängt von der Beschaffenheit der Oberfläche, der Struktur, den Materialeigenschaften und der Frequenzcharakteristik der Strahlung ab. Eine elektromagnetische Welle eines bestimmten Frequenzbereichs hat nicht nur eine thermische, sondern auch eine biologische Wirkung auf das Produkt und trägt dazu bei, biochemische Umwandlungen in biologischen Polymeren (Stärke, Protein, Lipide) zu beschleunigen.

Ultraviolette Strahlung

Alles Leben auf der Erde wird durch die Ozonschicht der Erdatmosphäre vor den schädlichen Auswirkungen harter ultravioletter Strahlung geschützt, die die meisten harten ultravioletten Strahlen im Spektrum der Sonnenstrahlung absorbiert. Ohne diesen natürlichen Schutzschild wäre das Leben auf der Erde kaum aus den Gewässern des Weltozeans entstanden. Doch trotz der schützenden Ozonschicht erreichen einige der harten ultravioletten Strahlen die Erdoberfläche und können Hautkrebs verursachen, insbesondere bei Menschen, die von Natur aus zu Blässe neigen und in der Sonne nicht gut bräunen.

Geschichte der Entdeckung

Anwendung

Es bewirkt eine Bräunung der Haut und ist für die Produktion von Vitamin D notwendig. Eine übermäßige Exposition kann jedoch zur Entstehung von Hautkrebs führen. UV-Strahlung ist schädlich für die Augen. Daher ist das Tragen einer Schutzbrille auf dem Wasser und insbesondere bei Schnee in den Bergen unbedingt erforderlich.

Um Dokumente vor Fälschungen zu schützen, sind sie häufig mit UV-Tags ausgestattet, die nur unter ultraviolettem Licht sichtbar sind. Die meisten Reisepässe sowie Banknoten verschiedener Länder enthalten Sicherheitselemente in Form von Farbe oder Fäden, die im ultravioletten Licht leuchten.

Viele Mineralien enthalten Substanzen, die bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht beginnen, sichtbares Licht auszusenden. Jede Verunreinigung leuchtet auf ihre eigene Weise, was es ermöglicht, die Zusammensetzung eines bestimmten Minerals anhand der Art des Leuchtens zu bestimmen.

Röntgenstrahlung

Quittung

Beim Beschleunigungs- und Verzögerungsprozess geht nur 1 % der kinetischen Energie des Elektrons in Röntgenstrahlung über, 99 % der Energie werden in Wärme umgewandelt.

Öffnung

Eine sorgfältige Untersuchung zeigte Röntgen, „dass der schwarze Karton, der weder für die sichtbaren oder ultravioletten Strahlen der Sonne noch für die Strahlen des Lichtbogens transparent ist, von einem Stoff durchdrungen ist, der eine starke Fluoreszenz verursacht.“ Röntgen untersuchte die Durchschlagskraft dieses „Agenten“, den er kurz „Röntgenstrahlen“ nannte, an verschiedenen Substanzen. Er entdeckte, dass die Strahlen ungehindert durch Papier, Holz, Ebonit und dünne Metallschichten dringen, aber durch Blei stark blockiert werden.

Abbildung Crookes-Experiment mit Kathodenstrahl

Dann beschreibt er ein sensationelles Erlebnis: „Wenn man seine Hand zwischen die Entladungsröhre und den Bildschirm hält, kann man in den schwachen Umrissen des Schattens der Hand selbst die dunklen Schatten der Knochen erkennen.“ Dies war die erste fluoroskopische Untersuchung des menschlichen Körpers. Röntgen erhielt auch die ersten Röntgenbilder und fügte sie seiner Broschüre bei. Diese Bilder machten einen großen Eindruck; Die Entdeckung war noch nicht abgeschlossen und die Röntgendiagnostik hatte bereits ihre Reise begonnen. „Mein Labor wurde mit Ärzten überschwemmt, die Patienten hereinbrachten, die vermuteten, dass sie Nadeln in verschiedenen Körperteilen hatten“, schrieb der englische Physiker Schuster.

Nach den ersten Experimenten stellte Röntgen fest, dass Röntgenstrahlen sich von Kathodenstrahlen unterscheiden, dass sie keine Ladung tragen und nicht durch ein Magnetfeld abgelenkt werden, sondern durch Kathodenstrahlen angeregt werden. „...Röntgenstrahlen sind nicht identisch mit Kathodenstrahlen, sondern werden von ihnen in den Glaswänden der Entladungsröhre angeregt“, schrieb Röntgen.

Abbildung Experiment mit der ersten Röntgenröhre

Er stellte außerdem fest, dass sie nicht nur in Glas, sondern auch in Metallen angeregt werden.

Nachdem er die Hertz-Lennard-Hypothese erwähnt hatte, dass Kathodenstrahlen „ein Phänomen sind, das im Äther auftritt“, weist Röntgen darauf hin, dass „wir etwas Ähnliches über unsere Strahlen sagen können“. Die Welleneigenschaften der Strahlen konnte er jedoch nicht entdecken; sie „verhalten sich anders als die bisher bekannten ultravioletten, sichtbaren und infraroten Strahlen“. In ihrer chemischen und lumineszierenden Wirkung ähneln sie laut Röntgen den ultravioletten Strahlen. In seiner ersten Botschaft äußerte er die Annahme, dass es sich um Longitudinalwellen im Äther handeln könnte, die er später jedoch wieder aufgab.

Anwendung

Die Erkennung von Fehlern an Produkten (Schienen, Schweißnähte usw.) mithilfe von Röntgenstrahlung wird als Röntgenfehlererkennung bezeichnet.

Sie dienen der technologischen Kontrolle mikroelektronischer Produkte und ermöglichen die Identifizierung der wichtigsten Fehlerarten und Änderungen im Design elektronischer Komponenten.

In der Materialwissenschaft, Kristallographie, Chemie und Biochemie werden Röntgenstrahlen eingesetzt, um mithilfe der Röntgenbeugungsstreuung die Struktur von Stoffen auf atomarer Ebene aufzuklären.

Mithilfe von Röntgenstrahlen lässt sich die chemische Zusammensetzung eines Stoffes bestimmen. Auf Flughäfen werden häufig Röntgenfernseh-Introskope eingesetzt, die es ermöglichen, den Inhalt von Handgepäck und Gepäck zu betrachten, um gefährliche Objekte auf dem Bildschirm visuell zu erkennen.

Die Röntgentherapie ist ein Teilgebiet der Strahlentherapie, das die Theorie und Praxis der therapeutischen Anwendung umfasst. Die Röntgentherapie wird vor allem bei oberflächlichen Tumoren und einigen anderen Erkrankungen, darunter auch Hauterkrankungen, durchgeführt.

Biologische Wirkungen

Abschluss:

Mit Hilfe der Quantenelektrodynamik ist es möglich, elektromagnetische Strahlung nicht nur als elektromagnetische Wellen zu betrachten, sondern auch als einen Fluss von Photonen, also Teilchen, die eine elementare Quantenanregung des elektromagnetischen Feldes darstellen. Die Wellen selbst zeichnen sich durch Eigenschaften wie Länge (oder Frequenz), Polarisation und Amplitude aus. Darüber hinaus sind die Partikeleigenschaften umso stärker, je kürzer die Wellenlänge ist. Diese Eigenschaften kommen besonders deutlich im Phänomen des photoelektrischen Effekts (dem Herausschlagen von Elektronen aus der Oberfläche eines Metalls unter Lichteinwirkung) zum Ausdruck, der 1887 von G. Hertz entdeckt wurde.

Dieser Dualismus wird durch Plancks Formel ε = hν bestätigt. Diese Formel verbindet die Photonenenergie, die eine Quanteneigenschaft ist, und die Schwingungsfrequenz, die eine Welleneigenschaft ist.

Je nach Frequenzbereich werden verschiedene Arten elektromagnetischer Strahlung freigesetzt. Obwohl die Grenzen zwischen diesen Typen ziemlich willkürlich sind, da die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen im Vakuum gleich ist (gleich 299.792.458 m/s), ist die Schwingungsfrequenz umgekehrt proportional zur Länge der elektromagnetischen Welle.

Arten elektromagnetischer Strahlung unterscheiden sich in der Art und Weise, wie sie erzeugt werden:

Trotz physikalischer Unterschiede wird diese Strahlung bei allen Quellen elektromagnetischer Strahlung, sei es eine radioaktive Substanz, eine Glühlampe oder ein Fernsehsender, durch die Beschleunigung elektrischer Ladungen angeregt. Es gibt zwei Haupttypen von Quellen . In „mikroskopischen“ Quellen Geladene Teilchen springen innerhalb von Atomen oder Molekülen von einem Energieniveau zum anderen. Strahler dieser Art emittieren Gamma-, Röntgen-, Ultraviolett-, sichtbare und infrarote Strahlung und in manchen Fällen auch längerwellige Strahlung (ein Beispiel für Letzteres ist die Linie im Spektrum von Wasserstoff, die einer Wellenlänge von 21 cm entspricht und eine Rolle spielt). wichtige Rolle in der Radioastronomie). Quellen des zweiten Typs aufgerufen werden kann makroskopisch . In ihnen führen freie Elektronen von Leitern synchrone periodische Schwingungen aus.

Die Registrierungsmethoden unterscheiden sich:

Sichtbares Licht wird vom Auge wahrgenommen. Bei der Infrarotstrahlung handelt es sich überwiegend um Wärmestrahlung. Die Erfassung erfolgt mit thermischen Methoden, teilweise auch mit fotoelektrischen und fotografischen Methoden. Ultraviolette Strahlung ist chemisch und biologisch aktiv. Es verursacht den photoelektrischen Effekt sowie die Fluoreszenz und Phosphoreszenz (Leuchten) einer Reihe von Substanzen. Die Aufzeichnung erfolgt mit fotografischen und fotoelektrischen Methoden.

Sie werden auch von den gleichen Medien unterschiedlich aufgenommen und reflektiert:

Strahlungen unterschiedlicher Wellenlänge unterscheiden sich stark voneinander in ihrer Absorption durch Materie. Kurzwellige Strahlung (Röntgenstrahlung und insbesondere G-Strahlung) wird schwach absorbiert. Stoffe, die für optische Wellen undurchlässig sind, sind für diese Strahlungen transparent. Der Reflexionskoeffizient elektromagnetischer Wellen hängt auch von der Wellenlänge ab.

Sie haben bei gleicher Strahlungsintensität unterschiedliche Wirkungen auf biologische Objekte:

Die Auswirkungen verschiedener Arten von Strahlung auf den menschlichen Körper sind unterschiedlich: Gamma- und Röntgenstrahlung dringen in ihn ein und verursachen Gewebeschäden, sichtbares Licht verursacht ein visuelles Gefühl im Auge, Infrarotstrahlung, die auf den menschlichen Körper fällt, erwärmt ihn usw Radiowellen und niederfrequente elektromagnetische Wellen wirken auf den menschlichen Körper und werden überhaupt nicht wahrgenommen. Trotz dieser offensichtlichen Unterschiede sind alle diese Strahlungsarten im Wesentlichen unterschiedliche Seiten desselben Phänomens.

Gründe für die Begrenzung von Wellen auf die Frequenz

Es scheint, dass es Wellen aller Frequenzen ($\nu $) von $\nu =0\ Hz$ bis $\nu =\infty \Hz geben sollte. Da eine Lichtwelle jedoch zusätzlich zur Welle korpuskuläre Eigenschaften hat Eigenschaften gibt es einige Einschränkungen. Die Quantentheorie besagt, dass elektromagnetische Strahlung in Form von Quanten (Energieportionen) emittiert wird. Quantenenergie (W) hängt mit seiner Häufigkeit zusammen durch den Ausdruck:

wobei $h=6,62\cdot (10)^(-34)J\cdot s$ die Plancksche Konstante ist, $\hbar =\frac(h)(2\pi )=1,05\cdot (10) ^(-34) J\cdot c$ – Plancksche Konstante mit Balken. Aus Ausdruck (1) folgt, dass unendliche Frequenzen unmöglich sind, da es keine Quanten mit unendlich hoher Energie gibt. Der gleiche Ausdruck schränkt niedrige Frequenzen ein, da es einen Mindestwert der Vant-Energie ($W_0$) gibt, woraus folgt, dass die Mindestfrequenz ($(\nu )_0$) gleich ist:

Anmerkung 1

Man muss sagen, dass die Existenz einer Untergrenze der Photonenenergie in der Physik bis heute nicht nachgewiesen ist. Bei stehenden elektromagnetischen Wellen zwischen der Ionosphäre und der Erdoberfläche wird eine Mindestfrequenz von etwa 8 Hz beobachtet.

Elektromagnetische Wellenwaage

Alles heute bekannt Elektromagnetische Wellen werden unterteilt in:

Bild 1.

Jeder Bereich hat seine eigenen Eigenschaften. Mit zunehmender Frequenz nimmt die Ausprägung der korpuskulären Eigenschaften der Strahlung zu. Wellen aus verschiedenen Teilen des Spektrums werden auf unterschiedliche Weise erzeugt. Jeder Wellenbereich untersucht seinen eigenen Zweig der Physik. Diese Abschnitte des Spektrums unterscheiden sich nicht in ihrer physikalischen Natur, sondern in der Art und Weise, wie sie gewonnen und empfangen werden. Es gibt keine scharfen Übergänge zwischen diesen Wellentypen, Abschnitte können sich überlappen, die Grenzen sind bedingt.

Der sichtbare Teil des Spektrums elektromagnetischer Wellen wird zusammen mit der Zone der ultravioletten und infraroten Strahlung in der Optik untersucht (der sogenannte optische Bereich). Strahlungsquanten im sichtbaren Bereich werden Photonen genannt. Ihre Energie ist im Intervall enthalten:

Wellen- und Quanteneigenschaften sind im gesamten Spektrum der elektromagnetischen Strahlung vorhanden, aber je nach Wellenlänge überwiegt eine Art von Eigenschaften gegenüber der anderen und dementsprechend werden unterschiedliche Methoden zu ihrer Untersuchung verwendet. Abhängig von der Wellenlänge haben verschiedene Wellengruppen unterschiedliche praktische Anwendungen.

Merkmale verschiedener Arten elektromagnetischer Strahlung

Merkmale des optischen Bereichs sind:

• Einhaltung der Gesetze der geometrischen Optik,
• schwache Wechselwirkung von Licht mit Materie.

Anmerkung 2

Für Frequenzen unterhalb des optischen Bereichs gelten die Gesetze der geometrischen Optik nicht mehr, während das elektromagnetische Feld hoher Frequenzen die Substanz entweder durchdringt oder zerstört. Sichtbares Licht ist eine notwendige Voraussetzung für das Leben auf der Erde, da es eine Voraussetzung für die Photosynthese ist.

Radiowellen Wird für Funkkommunikation, Fernsehen und Radar verwendet. Dies sind die längsten Wellen im elektromagnetischen Wellenspektrum. Radiowellen lassen sich mithilfe eines Schwingkreises (einer Verbindung aus Kapazität und Induktivität) leicht künstlich erzeugen. Atome und Moleküle sind in der Lage, Radiowellen auszusenden, die in der Radioastronomie genutzt werden. In der allgemeinsten Form ist zu beachten, dass die Emittenten elektromagnetischer Wellen beschleunigte, sich bewegende geladene Teilchen sind, die sich in Atomen und Kernen befinden.

Infrarotbereich des Spektrums wurde zunächst experimentell untersucht im Jahr 1800 von W. Herschel. Der Wissenschaftler platzierte das Thermometer am roten Ende des Spektrums und registrierte einen Temperaturanstieg, was bedeutete, dass sich das Thermometer mit für das Auge unsichtbarer Strahlung aufheizte. Infrarotstrahlung wird von jedem erhitzten Körper abgegeben. Mit speziellen Mitteln kann Infrarotstrahlung in sichtbares Licht umgewandelt werden. So entstehen Bilder von erhitzten Körpern im Dunkeln. Infrarotstrahlung wird verwendet, um etwas zu trocknen.

Ultraviolette Strahlung wurde von I. Ritter entdeckt. Er entdeckte, dass es jenseits des violetten Endes des Spektrums für das Auge unsichtbare Strahlen gab, die bestimmte chemische Verbindungen beeinflussten. Es ist in der Lage, pathogene Bakterien abzutöten, weshalb es in der Medizin häufig eingesetzt wird. Die ultraviolette Strahlung der Sonnenstrahlen wirkt sich auf die menschliche Haut aus und führt zu einer Verdunkelung (Bräunung) der Haut.

Röntgenstrahlen wurden 1895 von V. Röntgen entdeckt. Sie sind für das Auge unsichtbar und passieren große Materialschichten, die für sichtbares Licht undurchsichtig sind, ohne nennenswerte Absorption. Röntgenstrahlen werden durch ihre Fähigkeit erkannt, bestimmte Kristalle zum Leuchten zu bringen und fotografische Filme zu beeinflussen. Diese Strahlen werden insbesondere in der medizinischen Diagnostik eingesetzt. Röntgenstrahlung hat eine starke biologische Wirkung.

Definition 1

Gammastrahlung ist Strahlung, die von angeregten Atomkernen und wechselwirkenden Elementarteilchen abgegeben wird. Dies ist die Strahlung mit der kürzesten Wellenlänge. Es hat die ausgeprägtesten korpuskulären Eigenschaften. Typischerweise wird Gammastrahlung als ein Fluss von Gammaquanten betrachtet. Im Wellenlängenbereich in der Größenordnung von $(10)^(-10)-(10)^(-14)m$ überlappen sich die Bereiche Gammastrahlung und Röntgenstrahlung.

Beispiel 1

Übung: Was ist der Emitter für verschiedene Arten elektromagnetischer Wellen?

Lösung:

Der Emittent elektromagnetischer Wellen bewegt ständig geladene Teilchen. In Atomen und Kernen bewegen sich diese Teilchen beschleunigt und sind daher Quellen elektromagnetischer Wellen. Radiowellen werden von Atomen und Molekülen ausgesendet. Dies ist die einzige Art von Welle, die mithilfe eines Schwingkreises künstlich erzeugt werden kann. Infrarotstrahlung wird hauptsächlich durch Schwingungen von Atomen in Molekülen erzeugt. Diese Schwingungen werden thermische Schwingungen genannt, da sie durch thermische Kollisionen von Molekülen erzeugt werden. Mit zunehmender Temperatur nimmt die Schwingungsfrequenz zu.

Sichtbare Strahlen werden von einzelnen angeregten Atomen erzeugt.

Ultraviolettes Licht wird auch als atomares Licht klassifiziert.

Röntgenstrahlung entsteht dadurch, dass Elektronen, die über eine hohe kinetische Energie verfügen, mit Atomen und Atomkernen interagieren oder die Atomkerne selbst aufgrund ihrer eigenen Anregung emittieren.

Gammastrahlen werden von angeregten Atomkernen erzeugt und entstehen bei der Wechselwirkung und gegenseitigen Umwandlung von Elementarteilchen.

Beispiel 2

Übung: Welche Frequenzen haben sichtbare Wellen?

Lösung:

Der sichtbare Bereich ist die Menge der Wellen, die das menschliche Auge wahrnimmt. Die Grenzen dieses Bereichs hängen von den individuellen Eigenschaften des Sehvermögens einer Person ab und liegen ungefähr im Bereich von $\lambda =0,38–0,76\ Mikrometer.$

In der Optik werden zwei Arten von Frequenzen verwendet. Kreisfrequenz ($\omega$), die definiert ist als:

\[\omega =\frac(2\pi )(T)\left(2.1\right),\]

wobei $T$ die Schwingungsperiode der Welle ist. Es wird auch die Frequenz $\nu $ verwendet, die wie folgt mit der Schwingungsperiode zusammenhängt:

\[\nu =\frac(1)(T)\left(2.2\right).\]

Daher stehen beide Frequenzen im Verhältnis zueinander im Verhältnis:

\[\omega =2\pi \nu \left(2.3\right).\]

Da wir wissen, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen im Vakuum $c=3\cdot (10)^8\frac(m)(s)$ beträgt, haben wir:

\[\lambda =cT\to T=\frac(\lambda )(c)\left(2.4\right).\]

In diesem Fall erhalten wir für die Grenzen des sichtbaren Bereichs:

\[\nu =\frac(c)(\lambda ),\ \omega =2\pi \frac(c)(\lambda ).\]

Mit dem, was wir über die Wellenlängen des sichtbaren Lichts wissen, erhalten wir:

\[(\nu )_1=\frac(3\cdot (10)^8)(0.38\cdot (10)^(-6))=7.9\cdot (10)^(14)\left (Hz\right ),\ (\nu )_2=\frac(3\cdot (10)^8)(0,76\cdot (10)^(-6))=3,9\cdot (10)^ (14)\left(Hz\ rechts).\] \[(\omega )_1=2\cdot 3,14\cdot 7,9\cdot (10)^(14)=5\cdot (10)^( 15)\left(с^(-1)\ rechts),(\omega )_1=2\cdot 3,14\cdot 3,9\cdot (10)^(14)=2,4\cdot (10) ^(15)\left(с^(-1)\right).\ \]

Antwort: $3,9\cdot (10)^(14)Hz

Im Zuge der Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technologie wurden verschiedene Arten von Strahlung entdeckt: Radiowellen, sichtbares Licht, Röntgenstrahlen, Gammastrahlung. Alle diese Strahlungen sind von der gleichen Natur. Sie sind Elektromagnetische Wellen. Die Vielfalt der Eigenschaften dieser Strahlungen ist auf ihre zurückzuführen Frequenz (oder Wellenlänge). Es gibt keine scharfe Grenze zwischen einzelnen Strahlungsarten, eine Strahlungsart geht fließend in eine andere über. Erst wenn sich die Wellenlängen um mehrere Größenordnungen unterscheiden, macht sich der Eigenschaftsunterschied bemerkbar.

Um alle Arten von Strahlung zu systematisieren, wurde eine einheitliche Skala elektromagnetischer Wellen erstellt:

Elektromagnetische Wellenwaage es handelt sich um eine kontinuierliche Folge von Frequenzen (Wellenlängen) elektromagnetischer Strahlung. Die Einteilung der EMW-Skala in Bereiche ist sehr willkürlich.

Bekannte elektromagnetische Wellen decken einen großen Wellenlängenbereich ab 10 4 bis 10 -10 m. Von Methode zum Erhalten Folgende Wellenlängenbereiche können unterschieden werden:

1. Niederfrequenzwellenmehr als 100 km (10 5 m). Strahlungsquelle – Wechselstromgeneratoren

2. Radiowellen von 10 5 m bis 1 mm. Strahlungsquelle - offener Schwingkreis (Antenne) Man unterscheidet die Bereiche der Radiowellen:

LW-Langwellen - mehr als 10 3 m,

NE-Durchschnitt - von 10 3 bis 100 m,

HF kurz - von 100 m bis 10 m,

VHF ultrakurz - von 10 m bis 1 mm;

3 Infrarotstrahlung (IR) 10 –3 -10 –6 m. Der Bereich der ultrakurzen Radiowellen geht in den Bereich der Infrarotstrahlen über. Die Grenze zwischen ihnen ist bedingt und wird durch die Art ihrer Herstellung bestimmt: Ultrakurze Radiowellen werden mit Generatoren (funktechnische Methoden) gewonnen und Infrarotstrahlen werden von erhitzten Körpern infolge atomarer Übergänge von einem Energieniveau zum anderen emittiert.

4. Sichtbares Licht 770-390 nm Strahlungsquelle – elektronische Übergänge in Atomen. Die Reihenfolge der Farben im sichtbaren Teil des Spektrums, beginnend mit dem langwelligen Bereich KOZHZGSF. Sie werden bei atomaren Übergängen von einem Energieniveau zum anderen emittiert.

5 . Ultraviolette Strahlung (UV) von 400 nm bis 1 nm. Ultraviolette Strahlen werden durch eine Glimmentladung erzeugt, meist in Quecksilberdampf. Sie werden bei atomaren Übergängen von einem Energieniveau zum anderen emittiert.

6 . Röntgenstrahlen von 1 nm bis 0,01 nm. Sie werden durch atomare Übergänge von einem inneren Energieniveau zum anderen emittiert.

7. Im Anschluss an die Röntgenaufnahmen kommt der Bereich Gammastrahlen (γ)mit Wellenlängen unter 0,1 nm. Wird bei Kernreaktionen freigesetzt.

Der Bereich der Röntgen- und Gammastrahlen überlappt sich teilweise und diese Wellen können unterschieden werden nicht nach Eigenschaften, sondern nach der Art der Herstellung: Röntgenstrahlen entstehen in speziellen Röhren, und Gammastrahlen werden beim radioaktiven Zerfall der Kerne bestimmter Elemente emittiert.

Mit abnehmender Wellenlänge führen quantitative Unterschiede in den Wellenlängen zu erheblichen qualitativen Unterschieden. Strahlungen unterschiedlicher Wellenlänge unterscheiden sich stark voneinander Aufnahme durch die Substanz. Substanzreflexion Elektromagnetische Wellen hängen auch von der Wellenlänge ab.

Elektromagnetische Wellen werden gesetzeskonform reflektiert und gebrochen Reflexionen und Brechungen.

Bei elektromagnetischen Wellen lassen sich Wellenphänomene beobachten - Interferenz, Beugung, Polarisation, Dispersion.

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Bildunterschriften:

Elektromagnetische Wellenwaage. Typen, Eigenschaften und Anwendungen.

Aus der Geschichte der Entdeckungen... 1831 - Michael Faraday stellte fest, dass jede Änderung des Magnetfelds die Entstehung eines induktiven (Wirbel-)elektrischen Feldes im umgebenden Raum verursacht.

1864 – James Clerk Maxwell stellte die Hypothese auf, dass elektromagnetische Wellen existieren, die sich im Vakuum und in Dielektrika ausbreiten können. Sobald der Prozess der Veränderung des elektromagnetischen Feldes an einem bestimmten Punkt begonnen hat, wird es kontinuierlich neue Bereiche des Weltraums erobern. Dies ist eine elektromagnetische Welle.

1887 – Heinrich Hertz veröffentlichte das Werk „Über sehr schnelle elektrische Schwingungen“, in dem er seinen Versuchsaufbau – einen Vibrator und einen Resonator – und seine Experimente beschrieb. Wenn im Vibrator elektrische Schwingungen auftreten, entsteht im Raum um ihn herum ein wirbelndes elektromagnetisches Wechselfeld, das vom Resonator aufgezeichnet wird.

Elektromagnetische Wellen sind elektromagnetische Schwingungen, die sich mit endlicher Geschwindigkeit im Raum ausbreiten.

Die gesamte Skala elektromagnetischer Wellen ist ein Beweis dafür, dass jede Strahlung sowohl Quanten- als auch Welleneigenschaften aufweist. Welleneigenschaften erscheinen bei niedrigen Frequenzen deutlicher und bei hohen Frequenzen weniger deutlich. Umgekehrt erscheinen Quanteneigenschaften bei hohen Frequenzen deutlicher und bei niedrigen Frequenzen weniger deutlich. Je kürzer die Wellenlänge, desto heller erscheinen die Quanteneigenschaften, und je länger die Wellenlänge, desto heller erscheinen die Welleneigenschaften.

Niederfrequente Schwingungen Wellenlänge (m) 10 13 - 10 5 Frequenz (Hz) 3 10 -3 - 3 10 3 Energie (EV) 1 – 1,24 10 -10 Quelle Rheostatischer Generator, Dynamo, Hertz-Vibrator, Generatoren in elektrischen Netzen (50 Hz) Maschinengeneratoren hoher (industrieller) Frequenz (200 Hz) Telefonnetze (5000 Hz) Tongeneratoren (Mikrofone, Lautsprecher) Empfänger Elektrische Geräte und Motoren Entdeckungsgeschichte Lodge (1893), Tesla (1983) Anwendung Kino, Rundfunk (Mikrofone). , Lautsprecher)

Radiowellen werden mithilfe von Schwingkreisen und makroskopischen Vibratoren erzeugt. Eigenschaften: Radiowellen unterschiedlicher Frequenz und mit unterschiedlicher Wellenlänge werden von Medien unterschiedlich absorbiert und reflektiert. weisen Beugungs- und Interferenzeigenschaften auf. Wellenlängen decken den Bereich von 1 Mikrometer bis 50 km ab

Anwendung: Funkkommunikation, Fernsehen, Radar.

Infrarotstrahlung (thermisch) Von Atomen oder Molekülen einer Substanz emittiert. Infrarotstrahlung wird von allen Körpern bei jeder Temperatur abgegeben. Eigenschaften: dringt durch einige undurchsichtige Körper sowie durch Regen, Dunst, Schnee und Nebel hindurch; erzeugt einen chemischen Effekt (Photoglastinki); wenn es von einer Substanz absorbiert wird, erhitzt es diese; unsichtbar; fähig zu Interferenz- und Beugungsphänomenen; mit thermischen Methoden erfasst.

Anwendung: Nachtsichtgerät, Forensik, Physiotherapie, in der Industrie zum Trocknen von Produkten, Holz, Früchten

Eigenschaften der sichtbaren Strahlung: Reflexion, Brechung, wirkt auf das Auge, streufähig, interferenzfähig, beugungsfähig. Der vom Auge wahrgenommene Anteil der elektromagnetischen Strahlung (rot bis violett). Der Wellenlängenbereich nimmt einen kleinen Bereich von etwa 390 bis 750 nm ein.

Ultraviolette Strahlungsquellen: Gasentladungslampen mit Quarzröhren. Es wird von allen Festkörpern emittiert, bei denen t 0 > 1.000 °C ist, sowie von leuchtendem Quecksilberdampf. Eigenschaften: Hohe chemische Aktivität, unsichtbar, hohes Durchdringungsvermögen, tötet Mikroorganismen ab, wirkt sich in kleinen Dosen positiv auf den menschlichen Körper aus (Bräunung), in großen Dosen jedoch negativ, verändert die Zellentwicklung und den Stoffwechsel.

Anwendung: in der Medizin, in der Industrie.

Röntgenstrahlen werden mit hohen Elektronenbeschleunigungen emittiert. Eigenschaften: Interferenz, Röntgenbeugung am Kristallgitter, hohes Durchdringungsvermögen. Strahlung in hohen Dosen verursacht Strahlenkrankheit. Erhalten mit einer Röntgenröhre: Elektronen in einer Vakuumröhre (p = 3 atm) werden durch ein elektrisches Feld mit hoher Spannung beschleunigt, erreichen die Anode und werden beim Aufprall stark abgebremst. Beim Bremsen bewegen sich Elektronen mit Beschleunigung und senden elektromagnetische Wellen mit kurzer Länge (von 100 bis 0,01 nm) aus.

Anwendung: In der Medizin zur Diagnose von Erkrankungen innerer Organe; in der Industrie zur Kontrolle der internen Struktur verschiedener Produkte.

γ-Strahlung Quellen: Atomkern (Kernreaktionen). Eigenschaften: Hat eine enorme Durchdringungskraft und eine starke biologische Wirkung. Wellenlänge kleiner als 0,01 nm. Strahlung mit höchster Energie

Anwendung: In der Medizin, Produktion (γ-Fehlererkennung).

Einfluss elektromagnetischer Wellen auf den menschlichen Körper

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