Magnetická vlnová stupnica. Elektromagnetická vlnová stupnica

Elektromagnetické vlny sú klasifikované podľa vlnovej dĺžky λ alebo súvisiacej vlnovej frekvencie f. Všimnite si tiež, že tieto parametre charakterizujú nielen vlnenie, ale aj kvantové vlastnosti elektromagnetického poľa. V prvom prípade je teda elektromagnetická vlna opísaná klasickými zákonmi študovanými v tomto kurze.

Uvažujme o koncepte spektra elektromagnetických vĺn. Spektrum elektromagnetických vĺn je frekvenčné pásmo elektromagnetických vĺn, ktoré existujú v prírode.

Spektrum elektromagnetického žiarenia v poradí rastúcej frekvencie je:

Rôzne časti elektromagnetického spektra sa líšia spôsobom, akým vyžarujú a prijímajú vlny patriace do tej či onej časti spektra. Z tohto dôvodu neexistujú ostré hranice medzi rôznymi časťami elektromagnetického spektra, ale každý rozsah je určený svojimi vlastnými charakteristikami a prevahou jeho zákonov, určenými vzťahmi lineárnych mierok.


Rádiové vlny študuje klasická elektrodynamika. Infračervené svetlo a ultrafialové žiarenie študuje klasická optika aj kvantová fyzika. Röntgenové a gama žiarenie sa študuje v kvantovej a jadrovej fyzike.


Pozrime sa podrobnejšie na spektrum elektromagnetických vĺn.

Nízkofrekvenčné vlny

Nízkofrekvenčné vlny sú elektromagnetické vlny, ktorých frekvencia kmitov nepresahuje 100 kHz). Práve tento frekvenčný rozsah sa tradične používa v elektrotechnike. V priemyselnej energetike sa používa frekvencia 50 Hz, pri ktorej sa elektrická energia prenáša vedením a napätie sa premieňa transformátorovými zariadeniami. V letectve a pozemnej doprave sa často používa frekvencia 400 Hz, ktorá poskytuje 8-násobnú hmotnostnú výhodu elektrických strojov a transformátorov v porovnaní s frekvenciou 50 Hz. Najnovšie generácie spínaných zdrojov využívajú striedavé transformačné frekvencie jednotiek a desiatok kHz, vďaka čomu sú kompaktné a energeticky bohaté.
Zásadným rozdielom medzi nízkofrekvenčným rozsahom a vyššími frekvenciami je pokles rýchlosti elektromagnetických vĺn v pomere k druhej odmocnine ich frekvencie z 300 tisíc km/s pri 100 kHz na približne 7 tisíc km/s pri 50 Hz.

Rádiové vlny

Rádiové vlny sú elektromagnetické vlny, ktorých vlnová dĺžka je väčšia ako 1 mm (frekvencia menšia ako 3 10 11 Hz = 300 GHz) a menšia ako 3 km (nad 100 kHz).

Rádiové vlny sa delia na:

1. Dlhé vlny v rozsahu dĺžok od 3 km do 300 m (frekvencia v rozsahu 10 5 Hz - 10 6 Hz = 1 MHz);


2. Stredné vlny v rozsahu dĺžok od 300 m do 100 m (frekvencia v rozsahu 10 6 Hz -3*10 6 Hz = 3 MHz);


3. Krátke vlny v rozsahu vlnových dĺžok od 100m do 10m (frekvencia v rozsahu 310 6 Hz-310 7 Hz=30 MHz);


4. Ultrakrátke vlny s vlnovou dĺžkou menšou ako 10 m (frekvencia väčšia ako 310 7 Hz = 30 MHz).


Ultrakrátke vlny sa zase delia na:


A) metrové vlny;


B) centimetrové vlny;


B) milimetrové vlny;


Vlny s vlnovou dĺžkou menšou ako 1 m (frekvencia menšia ako 300 MHz) sa nazývajú mikrovlny alebo ultravysokofrekvenčné vlny (mikrovlnné vlny).


Vzhľadom na veľké vlnové dĺžky rádiového dosahu v porovnaní s veľkosťou atómov možno uvažovať o šírení rádiových vĺn bez zohľadnenia atómovej štruktúry prostredia, t.j. fenomenologicky, ako je zvykom pri konštrukcii Maxwellovej teórie. Kvantové vlastnosti rádiových vĺn sa prejavujú len pre najkratšie vlny susediace s infračervenou časťou spektra a pri šírení tzv. ultrakrátke impulzy s trvaním rádovo 10 -12 s - 10 -15 s, porovnateľné s dobou oscilácií elektrónov vo vnútri atómov a molekúl.
Základným rozdielom medzi rádiovými vlnami a vyššími frekvenciami je odlišný termodynamický vzťah medzi vlnovou dĺžkou vlnového nosiča (éteru), rovnajúcej sa 1 mm (2,7°K), a elektromagnetickou vlnou šírenou v tomto prostredí.

Biologické účinky žiarenia rádiových vĺn

Strašná obetavá skúsenosť s použitím silného žiarenia rádiových vĺn v radarovej technike ukázala špecifický účinok rádiových vĺn v závislosti od vlnovej dĺžky (frekvencie).

Deštruktívny účinok na ľudský organizmus nie je ani tak priemerný, ako skôr vrcholový výkon žiarenia, pri ktorom dochádza v proteínových štruktúrach k nezvratným javom. Napríklad sila kontinuálneho žiarenia z magnetrónu mikrovlnnej rúry (mikrovlnnej rúry), dosahujúca 1 kW, ovplyvňuje iba jedlo v malom uzavretom (tienenom) objeme rúry a je takmer bezpečná pre osobu nablízku. Výkon radarovej stanice (radaru) 1 kW priemerného výkonu vyžarovaného krátkymi impulzmi s pracovným cyklom 1000:1 (pomer periódy opakovania k trvaniu impulzu), a teda impulzný výkon 1 MW, je veľmi nebezpečný pre ľudské zdravie a život vo vzdialenosti až stoviek metrov od žiariča. V tom druhom samozrejme zohráva úlohu aj smer žiarenia radaru, ktorý zvýrazňuje skôr deštruktívny účinok pulzného ako priemerného výkonu.

Vystavenie metrovým vlnám

Meracie vlny vysokej intenzity vyžarované generátormi impulzov meracích radarových staníc (radarov) s impulzným výkonom viac ako megawatt (ako je stanica včasného varovania P-16) a úmerné dĺžke miechy ľudí a zvierat, ako aj dĺžka axónov narúša vodivosť týchto štruktúr, čo spôsobuje diencefalický syndróm (choroba HF). Tá vedie k rýchlemu rozvoju (v priebehu niekoľkých mesiacov až niekoľkých rokov) úplnej alebo čiastočnej (v závislosti od prijatej pulznej dávky žiarenia) nezvratnej obrny končatín človeka, ako aj narušeniu inervácie čriev a iné vnútorné orgány.

Vplyv decimetrových vĺn

Decimetrové vlny sú vlnovou dĺžkou porovnateľné s krvnými cievami a pokrývajú také ľudské a zvieracie orgány, ako sú pľúca, pečeň a obličky. To je jeden z dôvodov, prečo spôsobujú vývoj „benígnych“ nádorov (cýst) v týchto orgánoch. Tieto nádory, ktoré sa vyvíjajú na povrchu krvných ciev, vedú k zastaveniu normálneho krvného obehu a narušeniu funkcie orgánov. Ak takéto nádory nie sú včas chirurgicky odstránené, nastáva smrť tela. Decimetrové vlny nebezpečnej intenzity vyžarujú magnetróny takých radarov, ako je mobilný radar P-15, ako aj radar niektorých lietadiel.

Vystavenie centimetrovým vlnám

Silné centimetrové vlny spôsobujú choroby, ako je leukémia - „biela krv“, ako aj iné formy zhubných nádorov u ľudí a zvierat. Vlny s dostatočnou intenzitou pre výskyt týchto ochorení vytvárajú radary centimetrového dosahu P-35, P-37 a takmer všetky letecké radary.

Infračervené, svetelné a ultrafialové žiarenie

Infračervené, svetlo, ultrafialovéžiarenie dosahuje optická oblasť spektra elektromagnetických vĺn v širšom zmysle slova. Toto spektrum zaberá rozsah elektromagnetických vlnových dĺžok v rozsahu od 2·10 -6 m = 2 μm do 10 -8 m = 10 nm (frekvencia od 1,5 · 10 14 Hz do 3 · 10 16 Hz). Horná hranica optického rozsahu je určená dlhovlnnou hranicou infračerveného rozsahu a spodná hranica krátkovlnnou hranicou ultrafialového žiarenia (obr. 2.14).

Blízkosť spektrálnych oblastí uvedených vĺn určila podobnosť metód a prístrojov použitých na ich výskum a praktickú aplikáciu. Historicky sa na tieto účely používali šošovky, difrakčné mriežky, hranoly, diafragmy a opticky aktívne látky obsiahnuté v rôznych optických zariadeniach (interferometre, polarizátory, modulátory atď.).

Na druhej strane žiarenie z optickej oblasti spektra má všeobecné vzory prenosu rôznych médií, ktoré možno získať pomocou geometrickej optiky, ktorá sa široko používa na výpočty a konštrukciu optických zariadení a kanálov šírenia optického signálu. Infračervené žiarenie je viditeľné pre mnohé článkonožce (hmyz, pavúky atď.) a plazy (hady, jašterice atď.) , prístupný pre polovodičové senzory (infračervené fotopole), ale nie je prenášaný hrúbkou zemskej atmosféry, ktorá nedovoľuje pozorovať z povrchu Zeme infračervené hviezdy – „hnedých trpaslíkov“, ktorí tvoria viac ako 90 % všetkých hviezd v Galaxii.

Frekvenčná šírka optického rozsahu je približne 18 oktáv, z čoho optický rozsah predstavuje približne jednu oktávu (); pre ultrafialové žiarenie - 5 oktáv ( ), infračervené žiarenie - 11 oktáv (

V optickej časti spektra nadobúdajú na význame javy spôsobené atómovou štruktúrou hmoty. Z tohto dôvodu sa spolu s vlnovými vlastnosťami optického žiarenia objavujú aj kvantové vlastnosti.

Svetlo

Svetlo, svetlo, viditeľné žiarenie - časť optického spektra elektromagnetického žiarenia viditeľná očami ľudí a primátov, zaberá rozsah elektromagnetických vlnových dĺžok v rozsahu od 400 nanometrov do 780 nanometrov, teda menej ako jednu oktávu - a dvojnásobná zmena frekvencie.

Ryža. 1.14. Elektromagnetická vlnová stupnica

Verbálny pamäťový mem poradia farieb vo svetelnom spektre:
"TO každý O opice A chce Z nat G pekný S tajný F iziki" -
"Červená , Oranžová , žltá , zelená , Modrá , Modrá , fialový ".

Röntgenové a gama žiarenie

V oblasti röntgenového a gama žiarenia vystupujú do popredia kvantové vlastnosti žiarenia.


Röntgenové žiarenie nastáva, keď sú rýchlo nabité častice (elektróny, protóny atď.) spomalené, ako aj v dôsledku procesov prebiehajúcich vo vnútri elektronických obalov atómov.


Gama žiarenie je dôsledkom javov vyskytujúcich sa vo vnútri atómových jadier, ako aj výsledkom jadrových reakcií. Hranica medzi röntgenovým a gama žiarením je určená konvenčne hodnotou kvanta energie zodpovedajúcej danej frekvencii žiarenia.


Röntgenové žiarenie pozostáva z elektromagnetických vĺn s dĺžkou od 50 nm do 10 -3 nm, čo zodpovedá kvantovej energii od 20 eV do 1 MeV.


Gama žiarenie pozostáva z elektromagnetických vĺn s vlnovou dĺžkou menšou ako 10 -2 nm, čo zodpovedá kvantovej energii väčšej ako 0,1 MeV.

Elektromagnetická povaha svetla

Svetlo je viditeľná časť spektra elektromagnetických vĺn, ktorých vlnové dĺžky zaberajú rozsah od 0,4 µm do 0,76 µm. Každej spektrálnej zložke optického žiarenia možno priradiť konkrétnu farbu. Farba spektrálnych zložiek optického žiarenia je určená ich vlnovou dĺžkou. Farba žiarenia sa pri znižovaní jeho vlnovej dĺžky mení nasledovne: červená, oranžová, žltá, zelená, azúrová, indigová, fialová.

Červené svetlo, zodpovedajúce najdlhšej vlnovej dĺžke, definuje červený koniec spektra. Fialové svetlo - zodpovedá fialovému okraju.

Prirodzené (denné svetlo, slnečné svetlo) svetlo nie je farebné a predstavuje superpozíciu elektromagnetických vĺn z celého spektra viditeľného pre človeka. Prirodzené svetlo vzniká v dôsledku emisie elektromagnetických vĺn excitovanými atómami. Povaha budenia môže byť rôzna: tepelná, chemická, elektromagnetická atď. V dôsledku excitácie atómy náhodne vyžarujú elektromagnetické vlny po dobu približne 10 -8 sekúnd. Keďže energetické spektrum excitácie atómov je dosť široké, z celého viditeľného spektra sa vyžarujú elektromagnetické vlny, ktorých počiatočná fáza, smer a polarizácia sú náhodné. Z tohto dôvodu prirodzené svetlo nie je polarizované. To znamená, že "hustota" spektrálnych zložiek elektromagnetických vĺn prirodzeného svetla, ktoré majú vzájomne kolmé polarizácie, je rovnaká.


Harmonické elektromagnetické vlny v oblasti svetla sa nazývajú monochromatické. Pre monochromatickú svetelnú vlnu je jednou z hlavných charakteristík intenzita. Intenzita svetelnej vlny predstavuje priemernú hodnotu hustoty energetického toku (1,25) prenášaného vlnou:



Kde je Poyntingov vektor.


Výpočet intenzity svetelnej, rovinnej, monochromatickej vlny s amplitúdou elektrického poľa v homogénnom prostredí s dielektrickou a magnetickou permeabilitou pomocou vzorca (1.35) s prihliadnutím na (1.30) a (1.32) dáva:




Tradične sa optické javy zvažujú pomocou lúčov. Opis optických javov pomocou lúčov je tzv geometricko-optické. Pravidlá hľadania trajektórií lúčov vyvinuté v geometrickej optike sa v praxi široko používajú na analýzu optických javov a pri konštrukcii rôznych optických prístrojov.


Definujme lúč na základe elektromagnetického znázornenia svetelných vĺn. Po prvé, lúče sú čiary, pozdĺž ktorých sa šíria elektromagnetické vlny. Z tohto dôvodu je lúč priamka, v ktorej každom bode spriemerovaný Poyntingov vektor elektromagnetickej vlny smeruje tangenciálne k tejto priamke.


V homogénnych izotropných prostrediach sa smer priemerného Poyntingovho vektora zhoduje s normálou k povrchu vlny (rovnofázová plocha), t.j. pozdĺž vlnového vektora.


V homogénnych izotropných prostrediach sú teda lúče kolmé na príslušnú vlnoplochu elektromagnetickej vlny.


Zoberme si napríklad lúče vyžarované bodovým monochromatickým zdrojom svetla. Z hľadiska geometrickej optiky vychádza zo zdrojového bodu veľa lúčov v radiálnom smere. Z pozície elektromagnetickej podstaty svetla sa zo zdrojového bodu šíri sférické elektromagnetické vlnenie. V dostatočne veľkej vzdialenosti od zdroja môže byť zakrivenie čela vlny zanedbané, pretože lokálne sférické vlnenie je ploché. Rozdelením povrchu čela vlny na veľké množstvo lokálne plochých úsekov je možné stredom každého úseku nakresliť normálu, pozdĺž ktorej sa šíri rovinná vlna, t.j. v geometricko-optickej interpretácii lúč. Obidva prístupy teda poskytujú rovnaký opis uvažovaného príkladu.


Hlavnou úlohou geometrickej optiky je nájsť smer lúča (trajektóriu). Rovnica trajektórie sa nájde po vyriešení variačnej úlohy hľadania minima tzv. akcie na požadovaných trajektóriách. Bez toho, aby sme zachádzali do detailov striktnej formulácie a riešenia tohto problému, môžeme predpokladať, že lúče sú trajektórie s najkratšou celkovou optickou dĺžkou. Toto tvrdenie je dôsledkom Fermatovho princípu.

Variačný prístup k určovaniu trajektórie lúča možno aplikovať aj na nehomogénne prostredia, t.j. také médiá, v ktorých je index lomu funkciou súradníc bodov prostredia. Ak opíšeme tvar povrchu čela vlny v nehomogénnom prostredí s funkciou, potom ho možno nájsť na základe riešenia parciálnej diferenciálnej rovnice známej ako eikonalá rovnica a v analytickej mechanike ako Hamilton-Jacobiho rovnica:

Matematický základ geometricko-optickej aproximácie elektromagnetickej teórie teda pozostáva z rôznych metód určovania polí elektromagnetických vĺn na lúčoch, založených na rovnici eikonal alebo iným spôsobom. Geometricko-optická aproximácia je v praxi široko používaná v rádioelektronike na výpočet tzv. kvázioptické systémy.


Na záver poznamenávame, že schopnosť opísať svetlo súčasne z vlnových polôh riešením Maxwellových rovníc a pomocou lúčov, ktorých smer je určený z Hamiltonových-Jacobiho rovníc popisujúcich pohyb častíc, je jedným z prejavov zdanlivého dualizmus svetla, ktorý, ako je známe, viedol k formulácii logicky protichodných princípov kvantovej mechaniky.

V skutočnosti neexistuje dualizmus v povahe elektromagnetických vĺn. Ako ukázal Max Planck v roku 1900 vo svojom klasickom diele „On the Normal Spectrum of Radiation“, elektromagnetické vlny sú jednotlivé kvantované oscilácie s frekvenciou v a energie E = vv, Kde h = konšt, na živo. Posledne uvedené je supratekuté médium, ktoré má stabilnú vlastnosť diskontinuity v meraní h- Planckova konštanta. Keď je éter vystavený energii nad hv Počas žiarenia sa vytvára kvantovaný „vír“. Presne ten istý jav pozorujeme vo všetkých supratekutých médiách a vznik fonónov v nich – kvantá zvukového žiarenia.

Za „skopírovať a vložiť“ kombináciu objavu Maxa Plancka v roku 1900 s fotoelektrickým efektom objaveným v roku 1887 Heinrichom Hertzom udelil Nobelov výbor v roku 1921 cenu Albertovi Einsteinovi.

1) Oktáva je podľa definície frekvenčný rozsah medzi ľubovoľnou frekvenciou w a jej druhou harmonickou, rovný 2w.


Stupnica elektromagnetických vĺn je súvislý sled frekvencií a dĺžok elektromagnetického žiarenia, ktoré sú striedavým magnetickým poľom šíriacim sa v priestore. Teória elektromagnetických javov Jamesa Maxwella umožnila zistiť, že v prírode existujú elektromagnetické vlny rôznych dĺžok.

Vlnová dĺžka alebo pridružená vlnová frekvencia charakterizuje nielen vlnenie, ale aj kvantové vlastnosti elektromagnetického poľa. V prvom prípade je teda elektromagnetická vlna opísaná klasickými zákonmi študovanými v tomto kurze.

Uvažujme o koncepte spektra elektromagnetických vĺn. Spektrum elektromagnetických vĺn je frekvenčné pásmo elektromagnetických vĺn, ktoré existujú v prírode.

Spektrum elektromagnetického žiarenia v poradí rastúcej frekvencie je:


Anténa

1) Nízkofrekvenčné vlny (λ>);

2) Rádiové vlny();


Atom
3) Infračervené žiarenie (m);

4) Svetelné žiarenie();

5) röntgenové lúče ();


Atómové jadrá

6) Gama žiarenie (λ).

Rôzne časti elektromagnetického spektra sa líšia spôsobom, akým vyžarujú a prijímajú vlny patriace do tej či onej časti spektra. Z tohto dôvodu neexistujú ostré hranice medzi rôznymi časťami elektromagnetického spektra, ale každý rozsah je určený svojimi vlastnými charakteristikami a prevahou jeho zákonov, určenými vzťahmi lineárnych mierok.

Rádiové vlny študuje klasická elektrodynamika. Infračervené svetlo a ultrafialové žiarenie študuje klasická optika aj kvantová fyzika. Röntgenové a gama žiarenie sa študuje v kvantovej a jadrovej fyzike.

Infra červená radiácia

Infračervené žiarenie je časť spektra slnečného žiarenia, ktorá priamo susedí s červenou časťou viditeľného spektra a ktorá má schopnosť ohrievať väčšinu predmetov. Ľudské oko v tejto časti spektra nevidí, no my cítime teplo. Ako je známe, emituje každý objekt, ktorého teplota presahuje (-273) stupňov Celzia a spektrum jeho žiarenia je určené iba jeho teplotou a emisivitou. Infračervené žiarenie má dve dôležité charakteristiky: vlnovú dĺžku (frekvenciu) žiarenia a intenzitu. Táto časť elektromagnetického spektra zahŕňa žiarenie s vlnovými dĺžkami od 1 milimetra do osemtisíc atómových priemerov (asi 800 nm).

Infračervené lúče sú pre ľudské telo absolútne bezpečné, na rozdiel od röntgenových, ultrafialových alebo mikrovlnných lúčov. Niektoré živočíchy (napríklad zmije hrabavé) majú dokonca zmyslové orgány, ktoré im umožňujú určiť polohu teplokrvnej koristi podľa infračerveného žiarenia jej tela.

Otvorenie

Infračervené žiarenie objavil v roku 1800 anglický vedec W. Herschel, ktorý zistil, že v spektre Slnka získanom pomocou hranola sa za hranicou červeného svetla (t. j. v neviditeľnej časti spektra) teplota teplomera mení. zvyšuje (obr. 1). V 19. storočí Bolo dokázané, že infračervené žiarenie sa riadi zákonmi optiky, a preto má rovnakú povahu ako viditeľné svetlo.

Aplikácia

Infračervené lúče sa používali na liečbu chorôb už od staroveku, keď lekári používali pálenie uhlia, ohniská, rozpálené železo, piesok, soľ, hlinu atď. liečiť omrzliny, vredy, karbunky, modriny, modriny atď. Hippokrates opísal spôsob ich použitia na liečenie rán, vredov, poškodení chladom atď. V roku 1894 Kellogg zaviedol do terapie elektrické žiarovky, po ktorých sa infračervené lúče úspešne používali pri ochoreniach lymfatického systému, kĺbov, hrudníka (pohrudnice), brušných orgánov (zápal čriev, bolesti a pod.), pečene a žlčníka.

V infračervenom spektre sa nachádza oblasť s vlnovými dĺžkami približne od 7 do 14 mikrónov (tzv. dlhovlnná časť infračerveného rozsahu), ktorá má skutočne jedinečný blahodarný vplyv na ľudský organizmus. Táto časť infračerveného žiarenia zodpovedá žiareniu samotného ľudského tela s maximom pri vlnovej dĺžke asi 10 mikrónov. Preto naše telo vníma akékoľvek vonkajšie žiarenie s takými vlnovými dĺžkami ako „naše vlastné.“ Najznámejším prírodným zdrojom infračervených lúčov na našej Zemi je Slnko a najznámejším umelým zdrojom dlhovlnných infračervených lúčov v Rusku je ruský sporák a ich blahodarný vplyv určite zažil každý človek.

Infračervené diódy a fotodiódy sú široko používané v diaľkových ovládačoch, automatizačných systémoch, bezpečnostných systémoch, niektorých mobilných telefónoch atď. Infračervené lúče nerozptyľujú ľudskú pozornosť vďaka svojej neviditeľnosti.

Infračervené žiariče sa používajú v priemysle na sušenie lakovaných povrchov. Metóda infračerveného sušenia má oproti tradičnej konvekčnej metóde významné výhody. V prvom rade ide samozrejme o ekonomický efekt. Rýchlosť a energia spotrebovaná počas infračerveného sušenia je nižšia ako rovnaké ukazovatele pri tradičných metódach.

Detektory infračerveného žiarenia vo veľkej miere využívajú záchranné služby napríklad na detekciu živých ľudí pod troskami po zemetraseniach alebo iných prírodných a človekom spôsobených katastrofách.

Pozitívnym vedľajším efektom je aj sterilizácia potravinárskych výrobkov, zvýšenie koróznej odolnosti lakovaných povrchov.

Zvláštnosťou využitia IR žiarenia v potravinárskom priemysle je možnosť prieniku elektromagnetickej vlny do kapilárno-poréznych produktov ako je obilie, obilniny, múka a pod., do hĺbky až 7 mm. Táto hodnota závisí od charakteru povrchu, štruktúry, materiálových vlastností a frekvenčných charakteristík žiarenia. Elektromagnetická vlna určitého frekvenčného rozsahu pôsobí na produkt nielen tepelne, ale aj biologicky, pomáha urýchliť biochemické premeny v biologických polyméroch (škrob, bielkoviny, lipidy)

Ultrafialové lúče

Ultrafialové lúče zahŕňajú elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou od niekoľkých tisíc do niekoľkých atómových priemerov (400-10 nm). V tejto časti spektra začína žiarenie ovplyvňovať fungovanie živých organizmov. Mierne ultrafialové lúče v slnečnom spektre (s vlnovými dĺžkami približujúcimi sa k viditeľnej časti spektra) napríklad spôsobujú opálenie v miernych dávkach a ťažké popáleniny v nadmerných dávkach. Tvrdé (krátkovlnné) ultrafialové žiarenie je pre biologické bunky deštruktívne, a preto sa v medicíne používa na sterilizáciu chirurgických nástrojov a lekárskeho vybavenia, pričom zabíja všetky mikroorganizmy na ich povrchu.

Všetok život na Zemi je chránený pred škodlivými účinkami tvrdého ultrafialového žiarenia ozónová vrstva zemskej atmosféry, ktorá pohlcuje väčšinu tvrdých ultrafialových lúčov v spektre slnečného žiarenia. Nebyť tohto prirodzeného štítu, život na Zemi by sa sotva vynoril z vôd Svetového oceánu. Napriek ochrannej ozónovej vrstve sa však časť tvrdých ultrafialových lúčov dostáva na zemský povrch a môže spôsobiť rakovinu kože, najmä u ľudí, ktorí sú prirodzene náchylní k blednutiu a na slnku sa neopaľujú dobre.

História objavovania

Čoskoro po objavení infračerveného žiarenia nemecký fyzik Johann Wilhelm Ritter začal hľadať žiarenie na opačnom konci spektra s vlnovou dĺžkou kratšou ako fialová. V roku 1801 zistil, že chlorid strieborný, ktorý sa pri vystavení svetlu rozkladá, sa rozkladá rýchlejšie, keď je vystavený neviditeľnému žiareniu mimo fialovej oblasti spektra. V tom čase sa mnohí vedci vrátane Rittera zhodli na tom, že svetlo pozostáva z troch odlišných zložiek: oxidačnej alebo tepelnej (infračervenej) zložky, osvetľovacej zložky (viditeľné svetlo) a redukčnej (ultrafialovej) zložky. V tom čase sa ultrafialové žiarenie nazývalo aj „aktinické žiarenie“.

Aplikácia

Energia ultrafialového kvanta je dostatočná na zničenie biologických molekúl, najmä DNA a proteínov. Na tom je založená jedna z metód ničenia mikróbov.

Spôsobuje opálenie pokožky a je nevyhnutný pre tvorbu vitamínu D. No nadmerné vystavovanie môže viesť k rozvoju rakoviny kože. UV žiarenie je škodlivé pre oči. Preto je bezpodmienečne nutné nosiť vo vode a najmä na snehu v horách ochranné okuliare.

Na ochranu dokumentov pred falšovaním sú často vybavené ultrafialovými štítkami, ktoré sú viditeľné iba pri ultrafialovom osvetlení. Väčšina pasov, ale aj bankoviek z rôznych krajín obsahuje ochranné prvky v podobe farby alebo nití, ktoré žiaria v ultrafialovom svetle.

Mnohé minerály obsahujú látky, ktoré po osvetlení ultrafialovým svetlom začnú vyžarovať viditeľné svetlo. Každá nečistota žiari svojím vlastným spôsobom, čo umožňuje určiť zloženie daného minerálu podľa charakteru žiary.

Röntgenové žiarenie

Röntgenové žiarenie je elektromagnetické vlnenie, ktorého fotónová energia leží na energetickej škále medzi ultrafialovým žiarením a gama žiarením, čo zodpovedá vlnovým dĺžkam od do m).

Potvrdenie

Röntgenové lúče vznikajú pri silnom zrýchlení nabitých častíc (hlavne elektrónov) alebo pri vysokoenergetických prechodoch v elektrónových obaloch atómov alebo molekúl. Obidva efekty sa využívajú v röntgenových trubiciach, v ktorých sú elektróny emitované horúcou katódou urýchlené (nevyžarujú sa žiadne röntgenové lúče, pretože zrýchlenie je príliš malé) a dopadnú na anódu, kde sa prudko spomaľujú (röntgenové lúče sú emitované, t.j.) n. brzdné svetlo) a zároveň vyradiť elektróny z vnútorných elektrónových obalov atómov kovu, z ktorých je vyrobená anóda. Prázdne miesta v obaloch sú obsadené inými elektrónmi atómu. V tomto prípade sa vyžaruje röntgenové žiarenie s určitou energiou charakteristickou pre materiál anódy ( charakteristické žiarenie)

Počas procesu zrýchlenia a spomalenia sa iba 1% kinetickej energie elektrónu dostane do röntgenového žiarenia, 99% energie sa premení na teplo.

Otvorenie

Objav röntgenových lúčov sa pripisuje Wilhelmovi Conradovi Roentgenovi. Ako prvý publikoval prácu o röntgenových lúčoch, ktoré nazval röntgenové lúče (röntgenové žiarenie). Roentgenov článok s názvom „O novom type lúčov“ vyšiel 28. decembra 1895.

Starostlivé skúmanie ukázalo Roentgenovi, „že čierny kartón, ktorý nie je priehľadný ani pre viditeľné, ani ultrafialové lúče slnka, ani pre lúče elektrického oblúka, je preniknutý nejakým činidlom, ktoré spôsobuje silnú fluorescenciu“. Roentgen skúmal prenikavú silu tohto „agenta“, ktorý skrátene nazval „röntgenové lúče“, na rôznych látkach. Zistil, že lúče voľne prechádzajú cez papier, drevo, ebonit a tenké vrstvy kovu, ale sú silne oneskorené olovom.

Obrázok Crookes experimentuje s katódovým lúčom

Potom opisuje senzačný zážitok: „Ak držíte ruku medzi výbojkou a obrazovkou, môžete vidieť tmavé tiene kostí v slabom obryse tieňa samotnej ruky.“ Išlo o prvé fluoroskopické vyšetrenie ľudského tela. Roentgen tiež dostal prvé röntgenové fotografie a pripojil ich k svojej brožúre. Tieto obrázky urobili obrovský dojem; objav ešte nebol dokončený a röntgenová diagnostika už začala svoju púť. „Moje laboratórium bolo zaplavené lekármi, ktorí privážali pacientov, ktorí mali podozrenie, že majú ihly v rôznych častiach tela,“ napísal anglický fyzik Schuster.

Po prvých experimentoch Roentgen pevne stanovil, že röntgenové lúče sa líšia od katódových lúčov, nenesú náboj a nie sú vychyľované magnetickým poľom, ale sú excitované katódovými lúčmi. „...Röntgenové lúče nie sú totožné s katódovými lúčmi, ale sú nimi excitované v sklenených stenách výbojky,“ napísal Roentgen.

Obrázok Experiment s prvou röntgenovou trubicou

Zistil tiež, že ich vzrušuje nielen sklo, ale aj kovy.

Po spomenutí Hertz-Lennardovej hypotézy, že katódové lúče „sú fenomén vyskytujúci sa v éteri“, Roentgen poukazuje na to, že „niečo podobné môžeme povedať o našich lúčoch“. Nedokázal však objaviť vlnové vlastnosti lúčov; „správajú sa inak ako doteraz známe ultrafialové, viditeľné a infračervené lúče“. Vo svojich chemických a luminiscenčných účinkoch sú podľa Roentgena podobné ultrafialovým lúčom. Vo svojom prvom posolstve vyslovil domnienku, ktorú neskôr opustil, že by mohlo ísť o pozdĺžne vlny v éteri.

Aplikácia

Pomocou röntgenových lúčov môžete „osvietiť“ ľudské telo, v dôsledku čoho môžete získať obraz kostí a pomocou moderných zariadení aj vnútorných orgánov.

Detekcia defektov vo výrobkoch (koľajnice, zvary atď.) pomocou röntgenového žiarenia sa nazýva röntgenová detekcia chýb.

Používajú sa na technologickú kontrolu mikroelektronických výrobkov a umožňujú identifikovať hlavné typy chýb a zmien v konštrukcii elektronických súčiastok.

V materiálovej vede, kryštalografii, chémii a biochémii sa röntgenové žiarenie používa na objasnenie štruktúry látok na atómovej úrovni pomocou röntgenového difrakčného rozptylu.

Pomocou röntgenových lúčov možno určiť chemické zloženie látky. Na letiskách sa aktívne používajú röntgenové televízne introskopy, ktoré umožňujú zobraziť obsah príručnej batožiny a batožiny, aby bolo možné vizuálne odhaliť nebezpečné predmety na obrazovke monitora.

Röntgenová terapia je časť radiačnej terapie, ktorá pokrýva teóriu a prax terapeutickej aplikácie. Röntgenová terapia sa vykonáva hlavne pri povrchových nádoroch a pri niektorých ďalších ochoreniach vrátane kožných.

Biologické účinky

Röntgenové žiarenie je ionizujúce. Ovplyvňuje tkanivá živých organizmov a môže spôsobiť chorobu z ožiarenia, popáleniny z ožiarenia a zhubné nádory. Z tohto dôvodu je potrebné pri práci s röntgenovým žiarením prijať ochranné opatrenia. Predpokladá sa, že poškodenie je priamo úmerné absorbovanej dávke žiarenia. Röntgenové žiarenie je mutagénny faktor.

Záver:

Elektromagnetické žiarenie je zmena stavu elektromagnetického poľa (poruchy), ktorá sa môže šíriť v priestore.

Pomocou kvantovej elektrodynamiky je možné považovať elektromagnetické žiarenie nielen za elektromagnetické vlnenie, ale aj za tok fotónov, teda častíc, ktoré predstavujú elementárnu kvantovú excitáciu elektromagnetického poľa. Samotné vlny sú charakterizované takými charakteristikami, ako je dĺžka (alebo frekvencia), polarizácia a amplitúda. Navyše, čím kratšia je vlnová dĺžka, tým silnejšie sú vlastnosti častíc. Tieto vlastnosti sa obzvlášť zreteľne prejavujú vo fenoméne fotoelektrického javu (vyrážanie elektrónov z povrchu kovu pod vplyvom svetla), ktorý objavil v roku 1887 G. Hertz.

Tento dualizmus potvrdzuje Planckov vzorec ε = hν. Tento vzorec spája energiu fotónu, čo je kvantová charakteristika, a frekvenciu kmitov, ktorá je vlnovou charakteristikou.

V závislosti od frekvenčného rozsahu sa uvoľňuje niekoľko druhov elektromagnetického žiarenia. Hoci hranice medzi týmito typmi sú celkom ľubovoľné, pretože rýchlosť šírenia vĺn vo vákuu je rovnaká (rovná sa 299 792 458 m/s), preto je frekvencia kmitov nepriamo úmerná dĺžke elektromagnetickej vlny.

Druhy elektromagnetického žiarenia sa líšia spôsobom, akým sa vyrábajú:

Napriek fyzikálnym rozdielom vo všetkých zdrojoch elektromagnetického žiarenia, či už ide o rádioaktívnu látku, žiarovku alebo televízny vysielač, je toto žiarenie excitované urýchľovacími elektrickými nábojmi. Existujú dva hlavné typy zdrojov . V „mikroskopických“ zdrojoch Nabité častice preskakujú z jednej energetickej úrovne na druhú v rámci atómov alebo molekúl. Emitory tohto typu vyžarujú gama, röntgenové, ultrafialové, viditeľné a infračervené a v niektorých prípadoch aj žiarenie s väčšou vlnovou dĺžkou (príkladom toho je čiara v spektre vodíka zodpovedajúca vlnovej dĺžke 21 cm, ktorá hrá dôležitú úlohu v rádioastronómii). Zdroje druhého typu možno zavolať makroskopické . Voľné elektróny vodičov v nich vykonávajú synchrónne periodické kmity.

Spôsoby registrácie sa líšia:

Viditeľné svetlo je vnímané okom. Infračervené žiarenie je prevažne tepelné žiarenie. Zaznamenáva sa tepelnými metódami, čiastočne aj fotoelektrickými a fotografickými metódami. Ultrafialové žiarenie je chemicky a biologicky aktívne. Spôsobuje fotoelektrický efekt, fluorescenciu a fosforescenciu (žiaru) množstva látok. Zaznamenáva sa fotografickými a fotoelektrickými metódami.

Tie isté médiá ich tiež absorbujú a odrážajú odlišne:

Žiarenia rôznych vlnových dĺžok sa navzájom veľmi líšia v absorpcii hmotou. Krátkovlnné žiarenie (röntgenové a najmä g-lúče) je absorbované slabo. Látky, ktoré sú nepriehľadné pre optické vlny, sú pre tieto žiarenia transparentné. Od vlnovej dĺžky závisí aj koeficient odrazu elektromagnetických vĺn.

Majú rôzne účinky na biologické objekty s rovnakou intenzitou žiarenia:

Účinky rôznych druhov žiarenia na ľudský organizmus sú rôzne: gama a röntgenové žiarenie ním preniká a spôsobuje poškodenie tkaniva, viditeľné svetlo vyvoláva zrakový vnem v oku, infračervené žiarenie, dopadá na ľudské telo, zahrieva ho, rádiové vlny a nízkofrekvenčné elektromagnetické vibrácie pôsobia na ľudské telo a nie sú vôbec cítiť. Napriek týmto zjavným rozdielom sú všetky tieto typy žiarenia v podstate odlišnými stránkami toho istého javu.

Dôvody obmedzenia vĺn na frekvenciu

Zdalo by sa, že by mali existovať vlny všetkých frekvencií ($\nu $) od $\nu =0\ Hz$ do $\nu =\infty \Hz.$ Keďže však svetelná vlna má okrem vlnenia aj korpuskulárne vlastnosti vlastnosti, existujú určité obmedzenia. Kvantová teória tvrdí, že elektromagnetické žiarenie je emitované vo forme kvánt (časti energie). Kvantová energia (W) súvisí s jeho frekvenciou výrazom:

kde $h=6,62\cdot (10)^(-34)J\cdot s$ je Planckova konštanta, $\hbar =\frac(h)(2\pi )=1,05\cdot (10) ^(-34) J\cdot c$ - Planckova konštanta s čiarou. Z výrazu (1) vyplýva, že nekonečné frekvencie sú nemožné, pretože neexistujú žiadne kvantá s nekonečne vysokou energiou. Rovnaký výraz ukladá obmedzenia na nízke frekvencie, pretože existuje minimálna hodnota energie vetrania ($W_0$), z čoho vyplýva, že minimálna frekvencia ($(\nu )_0$) sa rovná:

Poznámka 1

Treba povedať, že dodnes nie je vo fyzike dokázaná existencia spodnej hranice fotónovej energie. Minimálna frekvencia okolo 8 Hz sa pozoruje v stojatých elektromagnetických vlnách medzi ionosférou a zemským povrchom.

Elektromagnetická vlnová stupnica

Dnes všetko známe Elektromagnetické vlny sa delia na:

Obrázok 1.

Každý rozsah má svoje vlastné charakteristiky. So zvyšujúcou sa frekvenciou sa zvyšuje prejav korpuskulárnych vlastností žiarenia. Vlny z rôznych častí spektra sú generované rôznymi spôsobmi. Každé vlnové pásmo študuje svoj vlastný odbor fyziky. Tieto časti spektra sa nelíšia svojou fyzikálnou povahou, ale spôsobom, akým sú získavané a prijímané. Medzi týmito typmi vĺn nie sú žiadne ostré prechody, úseky sa môžu prekrývať, hranice sú podmienené.

Viditeľná časť spektra elektromagnetických vĺn sa spolu so zónou ultrafialového a infračerveného žiarenia študuje v optike (tzv. optický rozsah). Kvantá žiarenia vo viditeľnom rozsahu sa nazývajú fotóny. Ich energia je obsiahnutá v intervale:

Vlnové a kvantové vlastnosti sú prítomné v celom spektre elektromagnetického žiarenia, ale v závislosti od vlnovej dĺžky prevažuje jeden typ vlastností nad druhým, a preto sa používajú rôzne metódy na ich štúdium. V závislosti od vlnovej dĺžky majú rôzne skupiny vĺn rôzne praktické aplikácie.

Vlastnosti rôznych typov elektromagnetického žiarenia

Vlastnosti optického rozsahu sú:

  • dodržiavanie zákonov geometrickej optiky,
  • slabá interakcia svetla s hmotou.

Poznámka 2

Pre frekvencie nižšie ako je optický rozsah prestávajú platiť zákony geometrickej optiky, pričom elektromagnetické pole vysokých frekvencií látkou buď prechádza, alebo ju ničí. Viditeľné svetlo je nevyhnutnou podmienkou života na Zemi, keďže je predpokladom fotosyntézy.

Rádiové vlny používa sa na rádiokomunikáciu, televíziu, radar. Ide o najdlhšie vlny v spektre elektromagnetických vĺn. Rádiové vlny sa dajú ľahko umelo generovať pomocou oscilačného obvodu (spojenie kapacity a indukčnosti). Atómy a molekuly sú schopné vyžarovať rádiové vlny, ktoré sa používajú v rádioastronómii. V najvšeobecnejšej forme je potrebné poznamenať, že emitorom elektromagnetických vĺn sú zrýchlené pohybujúce sa nabité častice umiestnené v atómoch a jadrách.

Infračervená oblasť spektra bol najprv experimentálne študovaný v roku 1800 W. Herschelom. Vedec umiestnil teplomer na červený koniec spektra a zaznamenal zvýšenie teploty, čo znamenalo, že teplomer sa zahrieval okom neviditeľným žiarením. Infračervené žiarenie vyžaruje akékoľvek vyhrievané teleso. Pomocou špeciálnych prostriedkov možno infračervené žiarenie premeniť na viditeľné svetlo. Takto sa v tme získavajú obrázky vyhrievaných telies. Infračervené žiarenie sa používa na sušenie niečoho.

Ultrafialové žiarenie objavil I. Ritter. Zistil, že za fialovým koncom spektra sú okom neviditeľné lúče, ktoré ovplyvňujú určité chemické zlúčeniny. Je schopný zabíjať patogénne baktérie, a preto je široko používaný v medicíne. Ultrafialové žiarenie zo slnečných lúčov pôsobí na ľudskú pokožku a spôsobuje jej stmavnutie (opálenie).

Röntgenové lúče objavil v roku 1895 V. Roentgen. Sú okom neviditeľné a prechádzajú bez výraznej absorpcie cez veľké vrstvy hmoty, ktoré sú pre viditeľné svetlo nepriehľadné. Röntgenové lúče sú detekované ich schopnosťou spôsobiť žiaru určitých kryštálov a ovplyvniť fotografický film. Tieto lúče sa využívajú najmä v lekárskej diagnostike. Röntgenové žiarenie má silný biologický účinok.

Definícia 1

Gama žiarenie je žiarenie emitované excitovanými atómovými jadrami a interagujúcimi elementárnymi časticami. Toto je žiarenie s najkratšou vlnovou dĺžkou. Má najvýraznejšie korpuskulárne vlastnosti. Typicky sa gama žiarenie považuje za tok gama kvánt. V oblasti vlnových dĺžok rádovo $(10)^(-10)-(10)^(-14)m$ sa rozsahy gama žiarenia a röntgenového žiarenia prekrývajú.

Príklad 1

Cvičenie: Aký je emitor pre rôzne typy elektromagnetických vĺn?

Riešenie:

Emitorom elektromagnetických vĺn sú vždy pohybujúce sa nabité častice. V atómoch a jadrách sa tieto častice pohybujú zrýchlene, čo znamená, že sú zdrojom elektromagnetických vĺn. Rádiové vlny sú emitované atómami a molekulami. Toto je jediný typ vlny, ktorý je možné umelo generovať pomocou oscilačného obvodu. Infračervené žiarenie vzniká hlavne vibráciami atómov v molekulách. Tieto vibrácie sa nazývajú tepelné vibrácie, pretože sú generované tepelnými zrážkami molekúl. So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje frekvencia oscilácií.

Viditeľné lúče sú generované jednotlivými excitovanými atómami.

Ultrafialové svetlo je tiež klasifikované ako atómové.

Röntgenové lúče sú emitované v dôsledku skutočnosti, že elektróny, ktoré majú vysokú kinetickú energiu, interagujú s atómami a atómovými jadrami, alebo samotné atómové jadrá emitujú v dôsledku vlastného budenia.

Gama lúče sú generované excitovanými atómovými jadrami a vznikajú pri interakcii a vzájomných premenách elementárnych častíc.

Príklad 2

Cvičenie: Aké sú frekvencie viditeľných vĺn?

Riešenie:

Viditeľný rozsah je súbor vĺn, ktoré vníma ľudské oko. Hranice tohto rozsahu závisia od individuálnych charakteristík videnia osoby a sú približne v rozmedzí $\lambda =0,38-0,76\ mikrónov.$

V optike sa používajú dva typy frekvencií. Kruhová frekvencia ($\omega$), ktorá je definovaná ako:

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

kde $T$ je perióda oscilácie vlny. Používa sa aj frekvencia $\nu $, ktorá súvisí s periódou oscilácie ako:

\[\nu =\frac(1)(T)\vľavo(2,2\vpravo).\]

Preto sú obe frekvencie navzájom prepojené pomerom:

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

Keď vieme, že rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn vo vákuu je rovná $c=3\cdot (10)^8\frac(m)(s)$, máme:

\[\lambda =cT\to T=\frac(\lambda )(c)\vľavo(2,4\vpravo).\]

V tomto prípade pre hranice viditeľného rozsahu získame:

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

Pomocou toho, čo vieme o vlnových dĺžkach viditeľného svetla, dostaneme:

\[(\nu )_1=\frac(3\cdot (10)^8)(0,38\cdot (10)^(-6))=7,9\cdot (10)^(14)\left (Hz\right ),\ (\nu )_2=\frac(3\cdot (10)^8)(0,76\cdot (10)^(-6))=3,9\cdot (10)^ (14)\left(Hz\ vpravo).\] \[(\omega )_1=2\cdot 3.14\cdot 7.9\cdot (10)^(14)=5\cdot (10)^( 15)\left(с^(-1)\ right),(\omega )_1=2\cdot 3.14\cdot 3.9\cdot (10)^(14)=2.4\cdot (10) ^(15)\left(с^(-1)\right).\ \]

Odpoveď: $3,9\cdot (10)^(14)Hz

S rozvojom vedy a techniky boli objavené rôzne typy žiarenia: rádiové vlny, viditeľné svetlo, röntgenové lúče, gama žiarenie. Všetky tieto žiarenia sú rovnakej povahy. Oni sú elektromagnetické vlny. Rozmanitosť vlastností týchto žiarení je spôsobená ich frekvencia (alebo vlnová dĺžka). Medzi jednotlivými druhmi žiarenia neexistuje ostrá hranica, jeden druh žiarenia plynule prechádza do druhého. Rozdiel vo vlastnostiach sa prejaví až vtedy, keď sa vlnové dĺžky líšia o niekoľko rádov.

Na systematizáciu všetkých typov žiarenia bola zostavená jednotná stupnica elektromagnetických vĺn:

Elektromagnetická vlnová stupnica ide o súvislý sled frekvencií (vlnových dĺžok) elektromagnetického žiarenia. Rozdelenie stupnice EMW na rozsahy je veľmi ľubovoľné.


Známe elektromagnetické vlny pokrývajú obrovský rozsah vlnových dĺžok od 104 až 10-10 m. Autor: spôsob získania Je možné rozlíšiť nasledujúce rozsahy vlnových dĺžok:

1. Nízkofrekvenčné vlnyviac ako 100 km (10 5 m). Zdroj žiarenia - generátory striedavého prúdu

2. Rádiové vlny od 105 m do 1 mm. Zdroj žiarenia - otvorený oscilačný okruh (anténa) Rozlišujú sa oblasti rádiových vĺn:

LW dlhé vlny - viac ako 10 3 m,

Priemer SV - od 10 3 do 100 m,

HF krátke - od 100 m do 10 m,

VHF ultrashort - od 10 m do 1 mm;

3 Infračervené žiarenie (IR) 10 –3 –10 –6 m Oblasť ultrakrátkych rádiových vĺn sa spája s oblasťou infračervených lúčov. Hranica medzi nimi je podmienená a je určená spôsobom ich výroby: ultrakrátke rádiové vlny sa získavajú pomocou generátorov (metódy rádiového inžinierstva) a infračervené lúče sú vyžarované zahrievanými telesami v dôsledku atómových prechodov z jednej energetickej úrovne na druhú.

4. Viditeľné svetlo 770-390 nm Zdroj žiarenia - elektrónové prechody v atómoch. Poradie farieb vo viditeľnej časti spektra, počnúc oblasťou dlhých vlnových dĺžok KOZHZGSF. Sú emitované v dôsledku atómových prechodov z jednej energetickej úrovne na druhú.

5 . Ultrafialové žiarenie (UV) od 400 nm do 1 nm. Ultrafialové lúče sa vytvárajú pomocou žeravého výboja, zvyčajne v ortuťových parách. Sú emitované v dôsledku atómových prechodov z jednej energetickej úrovne na druhú.

6 . röntgenové lúče od 1 nm do 0,01 nm. Sú emitované v dôsledku atómových prechodov z jednej vnútornej energetickej úrovne na druhú.

7. Po röntgenových snímkach prichádza oblasť gama lúče (γ)s vlnovými dĺžkami menšími ako 0,1 nm. Emitované počas jadrových reakcií.

Oblasť röntgenových a gama lúčov sa čiastočne prekrýva a tieto vlny je možné rozlíšiť nie vlastnosťami, ale spôsobom výroby: Röntgenové lúče vznikajú v špeciálnych trubiciach a gama lúče sa vyžarujú pri rádioaktívnom rozpade jadier určitých prvkov.



Keď sa vlnová dĺžka znižuje, kvantitatívne rozdiely vo vlnových dĺžkach vedú k významným kvalitatívnym rozdielom. Žiarenia rôznych vlnových dĺžok sa navzájom veľmi líšia absorpciu látkou. Odraz látky elektromagnetické vlny závisia aj od vlnovej dĺžky.

Elektromagnetické vlny sa odrážajú a lámu podľa zákonov odrazy a lomy.

Pre elektromagnetické vlny možno pozorovať vlnové javy - interferencia, difrakcia, polarizácia, disperzia.

Ak chcete použiť ukážky prezentácií, vytvorte si účet Google a prihláste sa doň: https://accounts.google.com


Popisy snímok:

Stupnica elektromagnetických vĺn. Typy, vlastnosti a aplikácie.

Z histórie objavov... 1831 - Michael Faraday zistil, že akákoľvek zmena magnetického poľa spôsobuje vznik indukčného (vírového) elektrického poľa v okolitom priestore.

1864 – James Clerk Maxwell vyslovil hypotézu o existencii elektromagnetických vĺn schopných sa šíriť vo vákuu a dielektrikách. Akonáhle sa proces zmeny elektromagnetického poľa v určitom bode začne, bude neustále zachytávať nové oblasti vesmíru. Toto je elektromagnetické vlnenie.

1887 - Heinrich Hertz publikoval prácu "O veľmi rýchlych elektrických osciláciách", kde opísal svoje experimentálne nastavenie - vibrátor a rezonátor - a svoje experimenty. Keď vo vibrátore nastanú elektrické vibrácie, v priestore okolo neho sa objaví vírivé striedavé elektromagnetické pole, ktoré zaznamená rezonátor.

Elektromagnetické vlny sú elektromagnetické kmity šíriace sa v priestore s konečnou rýchlosťou.

Celá škála elektromagnetických vĺn je dôkazom toho, že všetko žiarenie má kvantové aj vlnové vlastnosti. Vlastnosti vĺn sa prejavujú zreteľnejšie pri nízkych frekvenciách a menej zreteľne pri vysokých frekvenciách. Naopak, kvantové vlastnosti sa javia zreteľnejšie pri vysokých frekvenciách a menej zreteľne pri nízkych frekvenciách. Čím je vlnová dĺžka kratšia, tým jasnejšie sa javia kvantové vlastnosti a čím dlhšia je vlnová dĺžka, tým jasnejšie sa javia vlastnosti vlny.

Nízkofrekvenčné oscilácie Vlnová dĺžka (m) 10 13 - 10 5 Frekvencia (Hz) 3 10 -3 - 3 10 3 Energia (EV) 1 – 1,24 10 -10 Zdroj Reostatický alternátor, dynamo, Hertzov vibrátor, Generátory v elektrických sieťach (50 Hz) Strojové generátory vysokej (priemyselnej) frekvencie (200 Hz) Telefónne siete (5000 Hz) Generátory zvuku (mikrofóny, reproduktory) Prijímač Elektrické zariadenia a motory História objavov Lodge (1893), Tesla (1983) Aplikácia Kino, rozhlasové vysielanie (mikrofóny , reproduktory)

Rádiové vlny sa vyrábajú pomocou oscilačných obvodov a makroskopických vibrátorov. Vlastnosti: rádiové vlny rôznych frekvencií a s rôznymi vlnovými dĺžkami sú médiami rôzne absorbované a odrážané. vykazujú difrakčné a interferenčné vlastnosti. Vlnové dĺžky pokrývajú oblasť od 1 mikrónu do 50 km

Použitie: Rádiokomunikácia, televízia, radar.

Infračervené žiarenie (tepelné) Vyžarované atómami alebo molekulami látky. Infračervené žiarenie vyžarujú všetky telesá pri akejkoľvek teplote. Vlastnosti: prechádza cez niektoré nepriehľadné telesá, ako aj cez dážď, opar, sneh, hmlu; vytvára chemický účinok (fotoglastinki); absorbovaný látkou ju zahrieva; neviditeľný; schopné interferovať a difrakčné javy; zaznamenané tepelnými metódami.

Použitie: Prístroj na nočné videnie, kriminalistika, fyzioterapia, v priemysle na sušenie produktov, dreva, ovocia

Viditeľné žiarenie Vlastnosti: odraz, lom, pôsobí na oko, schopný rozptylu, interferencie, difrakcie. Časť elektromagnetického žiarenia vnímaná okom (červená až fialová). Rozsah vlnových dĺžok zaberá malý interval od približne 390 do 750 nm.

Zdroje ultrafialového žiarenia: plynové výbojky s kremennými trubicami. Vyžarujú ho všetky tuhé látky, pre ktoré je t 0> 1 000°C, ako aj svietiace pary ortuti. Vlastnosti: Vysoká chemická aktivita, neviditeľnosť, vysoká penetračná schopnosť, zabíja mikroorganizmy, v malých dávkach pôsobí priaznivo na ľudský organizmus (opaľovanie), ale vo veľkých dávkach pôsobí negatívne, mení vývoj buniek, metabolizmus.

Uplatnenie: v medicíne, v priemysle.

Röntgenové lúče sú emitované pri vysokých elektrónových zrýchleniach. Vlastnosti: interferencia, röntgenová difrakcia na kryštálovej mriežke, vysoká penetračná sila. Ožarovanie vo veľkých dávkach spôsobuje chorobu z ožiarenia. Získané pomocou röntgenovej trubice: elektróny vo vákuovej trubici (p = 3 atm) sú urýchľované elektrickým poľom pri vysokom napätí, dosahujúc anódu a pri náraze sú prudko spomalené. Pri brzdení sa elektróny pohybujú so zrýchlením a vyžarujú elektromagnetické vlny s krátkou dĺžkou (od 100 do 0,01 nm)

Uplatnenie: V medicíne na účely diagnostiky chorôb vnútorných orgánov; v priemysle na kontrolu vnútornej štruktúry rôznych produktov.

γ-žiarenie Zdroje: atómové jadro (jadrové reakcie). Vlastnosti: Má obrovskú penetračnú silu a má silný biologický účinok. Vlnová dĺžka menej ako 0,01 nm. Najvyššia energia žiarenia

Použitie: V medicíne, výroba (γ-detekcia chýb).

Vplyv elektromagnetických vĺn na ľudský organizmus

Ďakujem za tvoju pozornosť!