Различни видове скали за електромагнитно излъчване. Скала за електромагнитни вълни

Технологичен прогресима и обратна страна. Глобална употреба различно оборудване, захранван с електричество, предизвика замърсяване, което получи името - електромагнитен шум. В тази статия ще разгледаме естеството на това явление, степента на неговото въздействие върху човешкото тяло и мерките за защита.

Какво е това и източници на радиация

Електромагнитното излъчване е електромагнитни вълни, които възникват при смущение на магнитно или електрическо поле. Съвременна физикаинтерпретира този процес в рамките на теорията за двойствеността на вълната и частицата. Тоест минималната част от електромагнитното излъчване е квант, но в същото време има честотно-вълнови свойства, които определят основните му характеристики.

Честотен спектър на излъчване електро магнитно поле, ни позволява да го класифицираме в следните типове:

  • радиочестота (те включват радиовълни);
  • термична (инфрачервена);
  • оптичен (т.е. видим за око);
  • радиация в ултравиолетовия спектър и твърда (йонизирана).

Подробна илюстрация на спектралния диапазон (скала електромагнитно излъчване), може да се види на фигурата по-долу.

Същност на източниците на радиация

В зависимост от произхода, източници на радиация електромагнитни вълнив световната практика е прието да се класифицира в два типа, а именно:

  • смущения на електромагнитното поле от изкуствен произход;
  • радиация, идваща от естествени източници.

Излъчванията, излъчвани от магнитното поле около Земята, електрическите процеси в атмосферата на нашата планета, ядрен синтезв дълбините на слънцето - всички те са от естествен произход.

Що се отнася до изкуствените източници, те страничен ефектпричинени от работата на различни електрически механизми и устройства.

Излъчваното от тях лъчение може да бъде ниско ниво и високо ниво. Степента на интензивност на излъчването на електромагнитното поле изцяло зависи от нивата на мощност на източниците.

Примери за източници с високи нива на EMR включват:

  • Електропроводите обикновено са с високо напрежение;
  • всички видове електротранспорт, както и съпътстващата го инфраструктура;
  • телевизионни и радио кули, както и мобилни и мобилни комуникационни станции;
  • инсталации за преобразуване на напрежението на електрическата мрежа (по-специално вълни, излъчвани от трансформатор или разпределителна подстанция);
  • асансьори и други видове повдигателни съоръжения, които използват електромеханична електроцентрала.

Типичните източници, излъчващи ниско ниво на радиация, включват следното електрическо оборудване:

  • почти всички устройства с CRT дисплей (например: платежен терминал или компютър);
  • различни видове домакински уреди, от ютии до системи за климатичен контрол;
  • инженерни системи, които осигуряват електроснабдяване на различни предмети(това включва не само захранващия кабел, но и свързаното с него оборудване, като контакти и електромери).

Струва си да се подчертае специалното оборудване, използвано в медицината, което излъчва твърда радиация (рентгенови апарати, ЯМР и др.).

Въздействие върху хората

В хода на многобройни изследвания радиобиолозите стигнаха до разочароващо заключение - дългосрочното излъчване на електромагнитни вълни може да предизвика „експлозия“ на заболявания, тоест предизвиква бързо развитие на патологични процеси в човешкото тяло. Освен това много от тях причиняват смущения на генетично ниво.

Видео: Как електромагнитното излъчване влияе на хората.
https://www.youtube.com/watch?v=FYWgXyHW93Q

Това се дължи на факта, че електромагнитното поле високо ниво биологична активност, което се отразява негативно на живите организми. Факторът на влияние зависи от следните компоненти:

  • естеството на произведеното лъчение;
  • колко дълго и с каква интензивност продължава.

Ефектът върху човешкото здраве на радиацията, която е от електромагнитно естество, зависи пряко от местоположението. Тя може да бъде локална или общ. IN последният случайвъзниква широкомащабно облъчване, като например радиация, произведена от електропроводи.

Съответно локалното облъчване се отнася до излагане на определени области на тялото. Електромагнитни вълни, излъчвани от електронен часовник или мобилен телефон, ярък примерлокално въздействие.

Отделно е необходимо да се отбележи термичният ефект на високочестотното електромагнитно излъчване върху живата материя. Енергията на полето се преобразува в топлинна енергия (поради вибрациите на молекулите); този ефект е в основата на работата на промишлените микровълнови излъчватели, използвани за нагряване на различни вещества. За разлика от предимствата си в производствените процеси, термичните ефекти върху човешкото тяло могат да бъдат пагубни. От радиобиологична гледна точка не се препоръчва да сте близо до „топло“ електрическо оборудване.

Необходимо е да се има предвид, че в ежедневието ние сме редовно изложени на радиация и това се случва не само на работа, но и у дома или когато се движим из града. С времето биологичният ефект се натрупва и засилва. С нарастването на електромагнитния шум се увеличава броят на характерните заболявания на мозъка или нервната система. Имайте предвид, че радиобиологията е доста млада наука, така че вредата, причинена на живите организми от електромагнитното излъчване, не е напълно проучена.

Фигурата показва нивото на електромагнитните вълни, произведени от конвенционалните домакински уреди.


Имайте предвид, че нивото на напрегнатост на полето намалява значително с разстоянието. Тоест, за да намалите ефекта му, е достатъчно да се отдалечите от източника на определено разстояние.

Формулата за изчисляване на нормата (нормализиране) на радиацията на електромагнитното поле е посочена в съответните GOSTs и SanPiNs.

Радиационна защита

В производството абсорбиращите (защитни) екрани се използват активно като средство за защита от радиация. За съжаление, не е възможно да се предпазите от излъчване на електромагнитно поле, като използвате такова оборудване у дома, тъй като то не е предназначено за това.

  • за да се намали въздействието на радиацията на електромагнитното поле почти до нула, трябва да се отдалечите от електропроводи, радио и телевизионни кули на разстояние най-малко 25 метра (трябва да се вземе предвид мощността на източника);
  • за CRT монитори и телевизори това разстояние е много по-малко - около 30 см;
  • Електронните часовници не трябва да се поставят близо до възглавницата;
  • що се отнася до радиото и мобилни телефони, не се препоръчва приближаването им на по-малко от 2,5 сантиметра.

Имайте предвид, че много хора знаят колко опасно е да стоите до електропроводи с високо напрежение, но повечето хора не придават значение на обикновените домакински електрически уреди. Въпреки че е достатъчно да се постави системна единицана пода или го преместете по-далеч, и ще защитите себе си и близките си. Съветваме ви да направите това и след това да измерите фона от компютъра с помощта на детектор за излъчване на електромагнитно поле, за да проверите ясно намаляването му.

Този съвет важи и за разположението на хладилника; много хора го поставят близо до кухненската маса, което е практично, но небезопасно.

Никоя таблица не може да посочи точното безопасно разстояниев зависимост от конкретното електрическо оборудване, тъй като излъчването може да варира в зависимост от модела на устройството и страната на производство. IN настоящ моментНяма единен международен стандарт, така че различни държавистандартите могат да се различават значително.

Интензитетът на излъчване може да се определи точно с помощта на специално устройство - флуксметър. Според стандартите, приети в Русия, максимално допустимата доза не трябва да надвишава 0,2 µT. Препоръчваме да правите измервания в апартамента с помощта на горепосоченото устройство за измерване на степента на излъчване на електромагнитното поле.

Флуксметър - устройство за измерване на степента на излъчване на електромагнитно поле

Опитайте се да намалите времето, през което сте изложени на радиация, тоест не стойте дълго време близо до работещи електрически уреди. Например, изобщо не е необходимо да стоите постоянно до електрическата печка или микровълновата фурна, докато готвите. По отношение на електрическото оборудване можете да забележите, че топло не винаги означава безопасно.

Винаги изключвайте електрическите уреди, когато не ги използвате. Хората често оставят различни устройства включени, без да вземат предвид, че по това време електромагнитното излъчване се излъчва от електрическото оборудване. Изключете вашия лаптоп, принтер или друго оборудване; няма нужда да се излагате отново на радиация;

Земцова Екатерина.

Изследователска работа.

Изтегляне:

Преглед:

За да използвате визуализации на презентации, създайте акаунт в Google и влезте в него: https://accounts.google.com


Надписи на слайдове:

"Мащаб на електромагнитно излъчване." Работата е изпълнена от ученик от 11 клас: Екатерина Земцова Ръководител: Наталия Евгениевна Фирсова Волгоград 2016 г.

Съдържание Въведение Електромагнитно излъчване Скала на електромагнитното излъчване Радиовълни Влиянието на радиовълните върху човешкото тяло Как можете да се предпазите от радиовълните? Инфрачервено лъчениеЕфект на инфрачервеното лъчение върху тялото Ултравиолетово лъчение Рентгеново лъчениеВъздействие на рентгеновите лъчи върху човека Въздействие на ултравиолетовото лъчение Гама лъчение Въздействие излагане на радиациявърху жив организъм Изводи

Въведение Електромагнитните вълни са неизбежни спътници на всекидневния комфорт. Те проникват в пространството около нас и телата ни: източниците на електромагнитно лъчение затоплят и осветяват домовете, служат за готвене и осигуряват незабавна комуникация с всяко кътче на света.

Уместност Влиянието на електромагнитните вълни върху човешкото тяло днес е обект на чести дебати. Опасни обаче са не самите електромагнитни вълни, без които нито едно устройство не би могло да работи, а тяхната информационна съставка, която не може да бъде открита от конвенционалните осцилоскопи.* Осцилоскопът е устройство, предназначено да изследва амплитудните параметри на електрически сигнал *

Цели: Разгледайте всеки тип електромагнитно излъчване в детайли Идентифицирайте въздействието, което има върху човешкото здраве

Електромагнитното излъчване е смущение (промяна в състоянието) на електромагнитното поле, разпространяващо се в пространството. Електромагнитното лъчение се разделя на: радиовълни (започвайки от свръхдълги вълни), инфрачервено лъчение, ултравиолетово лъчение, рентгеново лъчение, гама лъчение (твърдо)

Мащабът на електромагнитното излъчване е съвкупността от всички честотни диапазони на електромагнитното излъчване. като спектрални характеристикиелектромагнитно излъчване се използват следните величини: Дължина на вълната Честота на трептене Енергия на фотона (квант на електромагнитното поле)

Радиовълните са електромагнитно излъчване с дължини на вълните в електромагнитния спектър, по-дълги от инфрачервената светлина. Радиовълните имат честоти от 3 kHz до 300 GHz и съответните дължини на вълните от 1 милиметър до 100 километра. Както всички други електромагнитни вълни, радиовълните се разпространяват със скоростта на светлината. Естествени източници на радиовълни са мълнии и астрономически обекти. Изкуствено създадените радиовълни се използват за фиксирани и мобилни радиокомуникации, радиоразпръскване, радарни и други навигационни системи, комуникационни спътници, компютърни мрежии други безброй приложения.

Радиовълните се разделят на честотни диапазони: дълги вълни, средни вълни, къси вълни и ултракъси вълни. Вълните в този диапазон се наричат ​​дълги вълни, защото тяхната ниска честота съответства на дълга дължина на вълната. Те могат да се разпространят на хиляди километри, тъй като са в състояние да обикалят земната повърхност. Поради това много международни радиостанции излъчват на дълги вълни. Дълги вълни.

Те не се разпространяват на много големи разстояния, тъй като могат да бъдат отразени само от йоносферата (един от слоевете на земната атмосфера). Предаванията на средни вълни се приемат по-добре през нощта, когато отразяващата способност на йоносферния слой се увеличава. Средни вълни

Късите вълни се отразяват многократно от повърхността на Земята и от йоносферата, поради което се разпространяват на много големи разстояния. От другата страна могат да се приемат предавания от късовълнова радиостанция глобус. -могат да се отразяват само от повърхността на Земята и следователно са подходящи за излъчване само на много къси разстояния. Стерео звукът често се предава на VHF вълни, тъй като те имат по-малко смущения. Ултракъси вълни (VHF)

Ефектът на радиовълните върху човешкото тяло Какви параметри се различават в ефекта на радиовълните върху тялото? Топлинният ефект може да се обясни на примера на човешкото тяло: когато се сблъскате с препятствие по пътя - човешкото тяло, вълните проникват в него. При хората те се абсорбират от горния слой на кожата. В този случай се формира топлинна енергия, който се отделя от кръвоносната система. 2. Нетермичен ефект на радиовълните. Типичен пример са вълните, излъчвани от антената на мобилен телефон. Тук можете да обърнете внимание на експериментите, проведени от учени с гризачи. Те успяха да докажат въздействието на нетермичните радиовълни върху тях. Те обаче не успяха да докажат вредата си върху човешкото тяло. Това е нещо, което успешно използват както привържениците, така и противниците на мобилните комуникации, манипулирайки съзнанието на хората.

Човешката кожа, по-точно нейните външни слоеве, абсорбират (абсорбират) радиовълни, в резултат на което се отделя топлина, която може да бъде абсолютно точно измерена експериментално. Максимално допустимото повишаване на температурата на човешкото тяло е 4 градуса. От това следва, че за сериозни последствия човек трябва да бъде изложен дълготрайна експозициядоста мощни радиовълни, което е малко вероятно в ежедневните условия на живот. Широко известно е, че електромагнитното излъчване пречи на приемането на висококачествен телевизионен сигнал. Радиовълните са смъртоносно опасни за собствениците на електрически пейсмейкъри - последните имат ясно прагово ниво, над което електромагнитното излъчване около човек не трябва да се повишава.

Устройства, с които човек се сблъсква в хода на живота си мобилни телефони; радиопредавателни антени; радиотелефони от системата DECT; мрежови безжични устройства; Bluetooth устройства; скенери за тяло; бебефони; домакински електроуреди; високоволтови линиипредаване на мощност

Как можете да се предпазите от радиовълните? Единственият ефективен метод е да стоите по-далеч от тях. Дозата на облъчване намалява пропорционално на разстоянието: колкото по-малко е човекът, толкова по-далеч е от излъчвателя. Домакинските уреди (бормашини, прахосмукачки) образуват електрически магнитни полета около захранващия кабел, ако окабеляването не е монтирано правилно. Колкото по-голяма е мощността на устройството, толкова по-голямо е неговото въздействие. Можете да се предпазите, като ги поставите възможно най-далеч от хората. Устройствата, които не се използват, трябва да бъдат изключени от мрежата.

Инфрачервеното лъчение се нарича още „топлинно“ лъчение, тъй като инфрачервеното лъчение от нагрети предмети се възприема от човешката кожа като усещане за топлина. В този случай дължините на вълните, излъчвани от тялото, зависят от температурата на нагряване: колкото по-висока е температурата, толкова по-къса е дължината на вълната и толкова по-висок е интензитетът на излъчване. Спектърът на излъчване на абсолютно черно тяло при относително ниски (до няколко хиляди Келвина) температури се намира главно в този диапазон. Инфрачервеното лъчение се излъчва от възбудени атоми или йони. Инфрачервено лъчение

Дълбочината на проникване и съответно нагряването на тялото от инфрачервеното лъчение зависи от дължината на вълната. Късовълновата радиация може да проникне в тялото на дълбочина от няколко сантиметра и загрява вътрешните органи, докато дълговълновата радиация се задържа от влагата, съдържаща се в тъканите, и повишава температурата на тялото. Излагането на интензивно инфрачервено лъчение на мозъка е особено опасно - може да причини топлинен удар. За разлика от други видове радиация, като рентгенови лъчи, микровълни и ултравиолетово лъчение, инфрачервеното лъчение с нормална интензивност няма отрицателен ефект върху тялото. Ефектът на инфрачервеното лъчение върху тялото

Ултравиолетовото лъчение е невидимо за окото електромагнитно лъчение, разположено в спектъра между видимото и рентгеновото лъчение. Ултравиолетова радиация Диапазонът на ултравиолетовото лъчение, достигащо земната повърхност, е 400 - 280 nm, а по-късите вълни, излъчвани от Слънцето, се абсорбират в стратосферата от озоновия слой.

Свойства на UV радиацията химическа активност(ускорява протичането на химични реакции и биологични процеси) проникваща способност, унищожаване на микроорганизми, благотворно въздействие върху човешкия организъм (в малки дози) способност да предизвикват луминесценция на вещества (светенето им с различни цветове на излъчваната светлина)

Излагане на ултравиолетово лъчение Излагането на кожата на ултравиолетово лъчение, което превишава естествената способност на кожата да придобива тен, води до изгаряния. различни степени. Ултравиолетовата радиация може да доведе до образуване на мутации (ултравиолетова мутагенеза). Образуването на мутации от своя страна може да причини рак на кожата, кожен меланом и преждевременно стареене. Ефективно средство за защитазащитата от ултравиолетовото лъчение се осигурява от облекло и специални слънцезащитни кремове с SPF номер по-голям от 10. Ултравиолетовото лъчение в средния вълнов диапазон (280-315 nm) е практически незабележимо за човешкото око и се абсорбира главно от епитела на роговицата, който , с интензивно облъчване, причини радиационно увреждане- изгаряне на роговицата (електроофталмия). Това се проявява чрез повишено сълзене, фотофобия и подуване на епитела на роговицата За защита на очите се използват специални защитни очила, които блокират до 100% ултравиолетово лъчение и са прозрачни във видимия спектър. За още по-къси дължини на вълните няма подходящ материал за прозрачността на лещите на обектива и се налага използването на отразяваща оптика - вдлъбнати огледала.

Рентгеновото лъчение е електромагнитни вълни, чиято енергия на фотоните лежи в скалата на електромагнитните вълни между ултравиолетовото лъчение и гама лъчението. Приложение на рентгеновото лъчение в медицината висока проникваща способност. В първите дни след откриването му рентгеновите лъчи са били използвани най-вече за изследване на костни фрактури и определяне на местоположението на чужди тела (като куршуми) в човешкото тяло. В момента се използват няколко диагностични метода рентгенови лъчи.

Флуороскопия След като рентгеновите лъчи преминат през тялото на пациента, лекарят наблюдава изображение в сянка на него. Между екрана и очите на лекаря трябва да се постави оловен прозорец, за да се предпази лекарят от вредното въздействие на рентгеновите лъчи. Този метод позволява да се изследва функционалното състояние на определени органи. Недостатъците на този метод са недостатъчно контрастните изображения и относително големите дози радиация, получени от пациента по време на процедурата. Флуорографията се използва като правило за предварително изследване на състоянието на вътрешните органи на пациенти с малки дози рентгеново лъчение. Рентгенография Това е метод на изследване, използващ рентгенови лъчи, при който изображението се записва върху фотолента. Рентгеновите снимки съдържат повече детайли и следователно са по-информативни. Може да се запази за допълнителен анализ. Общата доза радиация е по-малка от тази, използвана при флуороскопия.

Рентгеновото лъчение е йонизиращо. Той засяга тъканите на живите организми и може да причини лъчева болест, радиационни изгаряния и злокачествени тумори. Поради тази причина трябва да се вземат предпазни мерки при работа с рентгенови лъчи. Смята се, че щетите са правопропорционални на погълнатата доза радиация. Рентгеновото лъчение е мутагенен фактор.

Въздействието на рентгеновите лъчи върху тялото Рентгеновите лъчи имат голяма проникваща сила, т.е. те могат лесно да проникнат през изследваните органи и тъкани. Влиянието на рентгеновите лъчи върху тялото се проявява и от факта, че рентгеновото лъчение йонизира молекулите на веществата, което води до нарушаване на първоначалната структура на молекулярната структура на клетките. Това създава йони (положително или отрицателно заредени частици), както и молекули, които стават активни. Тези промени в една или друга степен могат да причинят развитието на радиационни изгаряния на кожата и лигавиците, лъчева болест, както и мутации, които водят до образуването на тумор, включително злокачествен. Тези промени обаче могат да настъпят само ако продължителността и честотата на излагане на рентгенови лъчи върху тялото са значителни. Колкото по-мощен е рентгеновият лъч и колкото по-дълго е експозицията, толкова по-висок е рискът от негативни ефекти.

Съвременната радиология използва устройства, които имат много ниска енергия на лъча. Смята се, че рискът от развитие на рак след едно стандартно рентгеново изследване е изключително малък и не надвишава 1 хилядна от процента. В клиничната практика се използва много кратък период от време, при условие че потенциалната полза от получаването на данни за състоянието на тялото е значително по-висока от потенциалната му опасност. Рентгенолозите, както и техниците и лаборантите трябва да спазват задължителните предпазни мерки. Лекарят, който извършва манипулацията, носи специална защитна престилка, която се състои от защитни оловни пластини. Освен това рентгенолозите разполагат с индивидуален дозиметър и щом той регистрира, че дозата е висока, лекарят се отстранява от работа с рентген. По този начин рентгеновото лъчение, въпреки че има потенциално опасни ефекти върху тялото, на практика е безопасно.

Гама радиацията, вид електромагнитно излъчване с изключително къса дължина на вълната под 2·10−10 m, има най-висока проникваща способност. Този тип радиация може да бъде блокиран от дебела оловна или бетонна плоча. Опасността от радиацията се крие в нейното йонизиращо лъчение, което взаимодейства с атоми и молекули, които този ефект трансформира в положително заредени йони, като по този начин се разпадат химични връзкимолекули, които изграждат живите организми и причиняват биологично важни промени.

Мощност на дозата - показва каква доза радиация ще получи обект или жив организъм за определен период от време. Мерната единица е сиверт/час. Годишни ефективни еквивалентни дози, μSv/година Космическа радиация 32 Облъчване от строителни материали и на земята 37 Вътрешно облъчване 37 Радон-222, радон-220 126 Медицински процедури 169 Тестове ядрени оръжия 1,5 Ядрена енергия 0,01 Общо 400

Таблица с резултати от еднократно облъчване на човешкото тяло с гама-лъчение, измерено в сиверти.

Въздействието на радиацията върху живия организъм предизвиква различни обратими и необратими биологични изменения в него. И тези промени се разделят на две категории - соматични промени, причинени директно в човек, и генетични промени, които се случват в потомците. Тежестта на въздействието на радиацията върху човек зависи от това как се проявява този ефект - наведнъж или на части. Повечето органи имат време да се възстановят до известна степен от радиация, така че са по-способни да понасят серия от краткосрочни дози, в сравнение със същата обща доза радиация, получена наведнъж. Червен костен мозък и органи хемопоетична система, репродуктивните органи и зрителните органи са най-изложени на радиация Децата са по-податливи на радиация от възрастните. Повечето органи на възрастен човек не са толкова податливи на радиация - това са бъбреците, черния дроб, пикочния мехур, хрущялната тъкан.

Изводи Разгледани са подробно видовете електромагнитно лъчение, установено е, че инфрачервеното лъчение при нормален интензитет не оказва негативно влияние върху организма, а гама-лъчението предизвиква биологично важни промени в организма тяло

Благодаря ви за вниманието

Всички електромагнитни полета се създават от ускорено движещи се заряди. Стационарен заряд създава само електростатично поле. В този случай няма електромагнитни вълни. В най-простия случай източникът на радиация е заредена частица, която се колебае. защото електрически зарядиможе да осцилира на всяка честота, тогава честотният спектър на електромагнитните вълни е неограничен. Ето как електромагнитните вълни се различават от звуковите вълни. Класификацията на тези вълни по честота (в херци) или дължина на вълната (в метри) е представена от скалата на електромагнитните вълни (фиг. 1.10). Въпреки че целият спектър е разделен на региони, границите между тях са условно очертани. Областите следват непрекъснато една след друга, а в някои случаи се застъпват. Разликата в свойствата става забележима само когато дължините на вълните се различават с няколко порядъка.

Нека разгледаме качествените характеристики на електромагнитните вълни от различни честотни диапазони и методите за тяхното възбуждане и регистриране.

Радиовълни.Цялото електромагнитно излъчване с дължина на вълната над половин милиметър се класифицира като радиовълни. Радиовълните съответстват на честотния диапазон от 3 10 3 до 3 10 14 Hz. Идентифицирана е област на дълги вълни над 1000 м, средно – от 1000 мдо 100 м, кратко – от 100 мдо 10 ми ултра-къси - по-малко от 10 м.

Радиовълните могат да се разпространяват на големи разстояния в земната атмосфера практически без загуба. С тяхна помощ се предават радио и телевизионни сигнали. Разпространението на радиовълните над земната повърхност се влияе от свойствата на атмосферата. Ролята на атмосферата се определя от наличието на йоносфера в нейните горни слоеве. Йоносферата е йонизираната горна част на атмосферата. Особеност на йоносферата е високата концентрация на свободни заредени частици - йони и електрони. Йоносфера за всички радиовълни, като се започне от много дълги (λ ≈ 10 4 м) и до къси (λ ≈ 10 м), е отразяваща среда. Благодарение на отражението от йоносферата на Земята, радиовълните в метровия и километровия диапазон се използват за радиоразпръскване и радиокомуникации на дълги разстояния, осигурявайки предаване на сигнал на произволно големи разстояния в рамките на Земята. Днес обаче този вид комуникация се превръща в нещо от миналото благодарение на развитието на сателитните комуникации.

UHF вълните не могат да се огъват около земната повърхност, което ограничава тяхната зона на приемане до областта на директно разпространение, която зависи от височината на антената и мощността на предавателя. Но дори и в този случай ролята на рефлектори на радиовълни, която йоносферата играе по отношение на метровите вълни, се поема от сателитни ретранслатори.

Електромагнитните вълни от радиовълнов диапазон се излъчват от антените на радиостанциите, в които електромагнитните колебания се възбуждат с помощта на генератори с високо и ниско напрежение. ултра висока честота(фиг. 1.11).

Въпреки това, в изключителни случаи, радиочестотните вълни могат да бъдат създадени от микроскопични системи от заряди, като електроните на атомите и молекулите. По този начин електрон във водороден атом е способен да излъчва електромагнитна вълна с дължина (тази дължина съответства на честотата Hz, който принадлежи към микровълновата област на радиообхвата). В несвързано състояние водородните атоми се намират главно в междузвездния газ. Освен това всеки от тях излъчва средно веднъж на всеки 11 милиона години. Независимо от това, космическата радиация е доста видима, тъй като доста голямо количество атомен водород е разпръснато в космоса.

Това е интересно

Радиовълните се абсорбират слабо от средата, така че изучаването на Вселената в радиообхвата е много информативно за астрономите. От 40-те години. XX век бързо се развива радиоастрономията, чиято задача е да изучава небесни телаот техните радиоизлъчвания. Успешни междупланетни полети космически станциидо Луната, Венера и други планети демонстрираха възможностите на съвременната радиотехнология. По този начин сигналите от спускаемия апарат от планетата Венера, разстоянието до което е приблизително 60 милиона километра, се получават от наземните станции 3,5 минути след тяхното излитане.

Необичаен радиотелескоп започна да работи на 500 км северно от Сан Франциско (Калифорния). Задачата му е да търси извънземни цивилизации.

Снимката е взета от top.rbc.ru

Allen Telescope Array (ATA) е кръстен на съоснователя на Microsoft Пол Алън, който е допринесъл с 25 милиона долара за създаването му. В момента ATA се състои от 42 антени с диаметър 6 m, но се планира техният брой да бъде увеличен до 350.

Създателите на ATA се надяват да уловят сигнали от други живи същества във Вселената около 2025 г. Телескопът също се очаква да помогне за събирането на допълнителни данни за явления като свръхнови, черни дупки и различни екзотични астрономически обекти, чието съществуване е теоретично предсказано , но на практика не се спазва.

Центърът се управлява съвместно от Лабораторията по радиоастрономия към Калифорнийския университет в Бъркли и Института SETI, който е посветен на търсенето на извънземни форми на живот. Техническите възможности на ATA значително подобряват способността на SETI да открива сигнали от интелигентен живот.

Инфрачервено лъчение.Диапазонът на инфрачервеното лъчение съответства на дължини на вълните от 1 ммдо 7 10 –7 м. Инфрачервеното лъчение възниква от ускореното квантово движение на зарядите в молекулите. това ускорено движениевъзниква, когато молекулата се върти и нейните атоми вибрират.

ориз. 1.12

Наличието на инфрачервени вълни е установено през 1800 г. от Уилям Хершел. В. Хершел случайно открива, че използваните от него термометри се нагряват отвъд червения край видим спектър. Ученият заключава, че има електромагнитно излъчване, което продължава спектъра на видимото излъчване отвъд червената светлина. Той нарече това лъчение инфрачервено. Нарича се още термична, тъй като инфрачервените лъчи се излъчват от всяко нагрято тяло, дори и да не свети в окото. Можете лесно да усетите излъчването от гореща ютия, дори когато не е достатъчно гореща, за да свети. Отоплителните тела в апартамента излъчват инфрачервени вълни, причинявайки забележимо нагряване на околните тела (фиг. 1.12). Инфрачервеното лъчение е топлина, която се отделя в различна степен от всички нагрети тела (Слънцето, пламъкът на огъня, нагорещеният пясък, камината).

ориз. 1.13

Човек усеща инфрачервеното лъчение директно с кожата - като топлината, излъчвана от огън или горещ предмет (фиг. 1.13). Някои животни (например усойници) дори имат сетивни органи, които им позволяват да определят местоположението на топлокръвна плячка по инфрачервеното лъчение на тялото ѝ. Човек създава инфрачервено лъчение в диапазона от 6 µmдо 10 µm. Молекулите, които изграждат човешката кожа, „резонират“ на инфрачервени честоти. Следователно инфрачервеното лъчение се абсорбира предимно, затопляйки ни.

Земна атмосферапропуска много малка част от инфрачервеното лъчение. Той се абсорбира от молекулите на въздуха и особено от молекулите на въглеродния диоксид. Въглеродният диоксид също се дължи на парников ефект, поради факта, че нагрятата повърхност излъчва топлина, която не се връща обратно в космоса. В космоса има малко въглероден диоксид, така че топлинните лъчи преминават през облаци прах с малки загуби.

За регистриране на инфрачервено лъчение в спектралната област, близка до видимата (от l = 0,76 µmдо 1.2 µm), използва се фотографски метод. В други диапазони се използват термодвойки и полупроводникови болометри, състоящи се от ленти от полупроводници. Съпротивлението на полупроводниците се променя при осветяване с инфрачервено лъчение, което се записва по обичайния начин.

Тъй като повечето обекти на земната повърхност излъчват енергия в инфрачервения диапазон на дължината на вълната, инфрачервените детектори играят важна роля в съвременните технологии за откриване. Уредите за нощно виждане позволяват да се откриват не само хора, но и оборудване и конструкции, които са се нагрели през деня и отдават топлината си на околната среда през нощта под формата инфрачервени лъчи. Детекторите с инфрачервени лъчи се използват широко от спасителните служби, например за откриване на живи хора под развалини след земетресения или други природни бедствия.

ориз. 1.14

Видима светлина.Видима светлина и ултравиолетови лъчисе създават от вибрации на електрони в атоми и йони. Областта на спектъра на видимото електромагнитно излъчване е много малка и има граници, определени от свойствата на човешкия зрителен орган. Дължините на вълните на видимата светлина варират от 380 nmдо 760 nm. Всички цветове на дъгата съответстват на различни дължини на вълните, които се намират в тези много тесни граници. Окото възприема лъчението в тесен диапазон от дължини на вълните като едноцветно, а сложното лъчение, съдържащо всички дължини на вълната, като бяла светлина (фиг. 1.14). Дължините на вълните на светлината, съответстващи на основните цветове, са дадени в таблица 7.1. Тъй като дължината на вълната се променя, цветовете плавно преминават един в друг, образувайки много междинни нюанси. Средното човешко око започва да открива цветови разлики, съответстващи на разлика в дължината на вълната от 2 nm.

За да може един атом да излъчва, той трябва да получи енергия отвън. Най-често срещаните топлинни източници на светлина са: Слънцето, лампи с нажежаема жичка, пламъци и др. Енергията, необходима на атомите да излъчват светлина, може да бъде заимствана и от нетермични източници, например светенето е придружено от разряд в газ.

Най-важната характеристика на видимата радиация е, разбира се, нейната видимост за човешкото око. Температурата на повърхността на Слънцето, приблизително 5000 °C, е такава, че пиковата енергия на слънчевите лъчи попада точно във видимата част на спектъра и околната среда около нас е до голяма степен прозрачна за това лъчение. Ето защо не е изненадващо, че човешкото око в процеса на еволюция се е формирало така, че да улавя и разпознава именно тази част от спектъра на електромагнитните вълни.

Максималната чувствителност на окото по време на дневно виждане се проявява при дължината на вълната и съответства на жълто-зелена светлина. Поради това специално покритиевърху лещите на фотоапаратите и видеокамерите трябва да предават жълто-зелена светлина в оборудването и да отразяват лъчите, които окото усеща по-слабо. Ето защо блясъкът на лещата ни изглежда като смесица от червени и виолетови цветове.

Най-важните методи за регистриране на електромагнитни вълни в оптичния диапазон се основават на измерване на енергийния поток, пренасян от вълната. За тази цел се използват фотоелектрични явления (фотоклетки, фотоумножители), фотохимични явления (фотоемулсия) и термоелектрични явления (болометри).

Ултравиолетова радиация.Ултравиолетовите лъчи включват електромагнитно излъчване с дължина на вълната от няколко хиляди до няколко атомни диаметъра (390–10 nm). Това лъчение е открито през 1802 г. от физика И. Ритер. Ултравиолетовата радиация има повече енергия от видимата светлина, така че слънчевата радиация в ултравиолетовия диапазон става опасна за човешкото тяло. Ултравиолетовото лъчение, както знаем, щедро ни изпраща Слънцето. Но, както вече споменахме, Слънцето излъчва най-силно във видимите лъчи. Напротив, горещо сини звезди – мощен източникултравиолетова радиация. Именно това лъчение загрява и йонизира излъчващите мъглявини, поради което ги виждаме. Но тъй като ултравиолетовото лъчение се абсорбира лесно газова среда, то от далечни райони на Галактиката и Вселената почти не достига до нас, ако по пътя на лъчите има газови и прахови бариери.

ориз. 1.15

Основен житейски опит, свързани с ултравиолетовото лъчение, придобиваме през лятото, когато прекарваме много време на слънце. Косата ни избледнява, а кожата ни става мургава и изгорена. Всеки знае много добре колко благоприятен ефект има слънчевата светлина върху настроението и здравето на човека. Ултравиолетовото лъчение подобрява кръвообращението, дишането, мускулната дейност, подпомага образуването на витамини и лечението на някои кожни заболявания, активира имунните механизми, носи заряд на енергия и добро настроение(фиг. 1.15).

Твърдото (късовълново) ултравиолетово лъчение, съответстващо на дължини на вълните, съседни на рентгеновия диапазон, е вредно за биологични клеткии следователно се използва по-специално в медицината за стерилизиране на хирургически инструменти и медицинско оборудване, като убива всички микроорганизми по тяхната повърхност.

ориз. 1.16

Целият живот на Земята е защитен от вредното въздействие на силната ултравиолетова радиация от озоновия слой на земната атмосфера, който абсорбира Оповечето от твърдите ултравиолетови лъчи в спектъра на слънчевата радиация (фиг. 1.16). Ако не беше този естествен щит, животът на Земята едва ли щеше да се появи от водите на Световния океан.

Озоновият слой се образува в стратосферата на надморска височина 20 кмдо 50 км. В резултат на въртенето на Земята най-висока височинаозоновият слой е на екватора, най-малък е на полюсите. В зоната близо до Земята над полярните региони вече са се образували „дупки“, които непрекъснато се увеличават през последните 15 години. В резултат на прогресивното разрушаване на озоновия слой интензитетът на ултравиолетовото лъчение на земната повърхност се увеличава.

До дължината на вълната, ултравиолетовите лъчи могат да бъдат изследвани от същото експериментални методи, като видими лъчи. В областта на дължини на вълните под 180 nmИма значителни трудности поради факта, че тези лъчи се абсорбират от различни вещества, например стъкло. Следователно в инсталациите за изследване на ултравиолетовото лъчение не се използва обикновено стъкло, а кварц или изкуствени кристали. Въпреки това, за такъв къс ултравиолет, газовете при нормално налягане (например въздух) също са непрозрачни. Следователно, за изследване на такова излъчване се използват спектрални инсталации, от които е изпомпван въздух (вакуумни спектрографи).

На практика ултравиолетовото лъчение често се регистрира с помощта на фотоелектрични детектори за лъчение. Регистрация на ултравиолетово лъчение с дължина на вълната под 160 nmпроизведени от специални броячи, подобни на броячите на Гайгер-Мюлер.

Рентгеново лъчение.Радиация в диапазона на дължината на вълната от няколко атомни диаметъра до няколкостотин диаметъра атомно ядронаречен рентгенов. Това лъчение е открито през 1895 г. от В. Рентген (Рентген го нарича X-лъчи). През 1901 г. V. Roentgen е първият физик, получил Нобелова награда за откриването на радиацията, която е кръстена на него. Това излъчване може да възникне при спиране от всяко препятствие, вкл. метален електрод, бързи електрони в резултат на преобразуването на кинетичната енергия на тези електрони в енергията на електромагнитното излъчване. За получаване на рентгеново лъчение се използват специални вакуумни устройства - рентгенови тръби. Те се състоят от вакуумна стъклена кутия, в която катодът и анодът са разположени на определено разстояние един от друг, свързани към верига с високо напрежение. Между катода и анода се създава силно електрическо поле, което ускорява електроните до енергия. Рентгеновото лъчение възниква, когато повърхността на метален анод е бомбардирана във вакуум от електрони с високи скорости. Когато електроните се забавят в материала на анода, се появява спирачно лъчение, което има непрекъснат спектър. Освен това, в резултат на електронно бомбардиране, атомите на материала, от който е направен анодът, се възбуждат. Преход атомни електронив състояние с по-ниска енергия се придружава от излъчване на характеристично рентгеново лъчение, чиито честоти се определят от материала на анода.

Рентгеновите лъчи преминават свободно през човешките мускули, проникват през картон, дърво и други тела, които са непрозрачни за светлина.

Те карат редица вещества да светят. V. Roentgen не само открива рентгеновото лъчение, но и изучава неговите свойства. Той откри, че материалът с ниска плътност е по-прозрачен от висока плътност. Рентгеновите лъчи проникват меки тъканитяло и следователно незаменим в медицинска диагностика. Поставяйки ръката си между рентгеновия източник и екрана, можете да видите слаба сянка на ръката, върху която рязко се открояват по-тъмните сенки на костите (фиг. 1.17).

Мощните слънчеви изригвания също са източник на рентгеново лъчение (фиг. 1.19). Земната атмосфера е отличен щит за рентгеновото лъчение.

В астрономията рентгеновите лъчи идват на ум най-често, когато се говори за черни дупки, неутронни звезди и пулсари. Когато дадено вещество бъде уловено наблизо магнитни полюсиЗвездата отделя много енергия, която се излъчва в рентгеновия диапазон.

За регистриране на рентгеново лъчение се използват същите физични явления, както при изследването на ултравиолетовото лъчение. Използват се предимно фотохимични, фотоелектрични и луминесцентни методи.

Гама радиация– електромагнитно излъчване с най-къса дължина на вълната с дължина на вълната под 0,1 nm. Свързва се с ядрени процеси, явления на радиоактивен разпад, които се случват с определени вещества, както на Земята, така и в космоса.

Гама лъчите са вредни за живите организми. Земната атмосфера не пропуска космическата гама радиация. Това гарантира съществуването на целия живот на Земята. Гама-лъчението се записва от детектори за гама-лъчение и сцинтилационни броячи.

По този начин се получават електромагнитни вълни от различни диапазони различни именаи се намират в напълно различни физически явления. Тези вълни се излъчват от различни вибратори и се записват по различни методи, но те са единични електромагнитна природа, се разпространяват във вакуум със същата скорост и проявяват явленията на интерференция и дифракция. Има два основни вида източници на електромагнитно излъчване. В микроскопичните източници заредените частици прескачат от едно енергийно ниво на друго в рамките на атоми или молекули. Излъчвателите от този тип излъчват гама, рентгеново, ултравиолетово, видимо и инфрачервено лъчение, а в някои случаи и по-дълги вълни. Източниците от втория тип могат да бъдат наречени макроскопични. В тях свободните електрони на проводниците извършват синхронни периодични трептения. Електрическата система може да има голямо разнообразие от конфигурации и размери. Трябва да се подчертае, че при промяна на дължината на вълната възникват и качествени различия: лъчите с къса дължина на вълната, заедно с вълновите свойства, по-ясно проявяват корпускулярни (квантови) свойства.


©2015-2019 сайт
Всички права принадлежат на техните автори. Този сайт не претендира за авторство, но предоставя безплатно използване.
Дата на създаване на страницата: 2016-02-16

Електромагнитните вълни се класифицират по дължина на вълната λ или свързана честота на вълната f. Нека също да отбележим, че тези параметри характеризират не само вълната, но и квантовите свойства на електромагнитното поле. Съответно в първия случай се описва електромагнитната вълна класически закониизучавани в този курс.

Нека разгледаме концепцията за спектъра на електромагнитните вълни. Спектър на електромагнитните вълние честотната лента на електромагнитните вълни, които съществуват в природата.

Спектърът на електромагнитното излъчване в ред на нарастване на честотата е:

Различните части от електромагнитния спектър се различават по начина, по който излъчват и приемат вълни, принадлежащи към товаили друга част от спектъра. Поради тази причина няма резки граници между различните части на електромагнитния спектър, но всеки диапазон се определя от собствените си характеристики и преобладаването на неговите закони, определени от отношенията на линейните мащаби.


Изучава радиовълни класическа електродинамика. Инфрачервената светлина и ултравиолетовото лъчение се изучават както от класическата оптика, така и от квантовата физика. Рентгеновите и гама лъченията се изучават в квантовата и ядрената физика.


Нека разгледаме по-подробно спектъра на електромагнитните вълни.

Нискочестотни вълни

Нискочестотните вълни са електромагнитни вълни, чиято честота на трептене не надвишава 100 kHz). Именно този честотен диапазон се използва традиционно в електротехниката. В индустриалната енергетика се използва честота от 50 Hz, при която електрическата енергия се предава по линии и напрежението се преобразува от трансформаторни устройства. В авиацията и наземния транспорт често се използва честота от 400 Hz, което осигурява 8 пъти по-голямо предимство в теглото на електрическите машини и трансформатори в сравнение с честота от 50 Hz. Последните поколения импулсни захранвания използват честоти на трансформация ACединици и десетки kHz, което ги прави компактни и енергийно богати.
Основната разлика между нискочестотния диапазон и по-високите честоти е спадането на скоростта на електромагнитните вълни пропорционално на корен квадратен от тяхната честота от 300 хиляди km/s при 100 kHz до приблизително 7 хиляди km/s при 50 Hz.

Радиовълни

Радиовълните са електромагнитни вълни, чиято дължина на вълната е по-голяма от 1 mm (честота по-малка от 3 10 11 Hz = 300 GHz) и по-малка от 3 km (над 100 kHz).

Радиовълните се делят на:

1. Дълги вълни с дължина от 3 km до 300 m (честота в диапазона 10 5 Hz - 10 6 Hz = 1 MHz);


2. Средни вълни с дължина от 300 m до 100 m (честота в диапазона 10 6 Hz -3*10 6 Hz = 3 MHz);


3. Къси вълни в диапазона на дължината на вълната от 100m до 10m (честота в диапазона 310 6 Hz-310 7 Hz=30 MHz);


4. Свръхкъси вълни с дължина на вълната под 10 m (честота по-голяма от 310 7 Hz = 30 MHz).


Ултракъсите вълни от своя страна се разделят на:


А) метрови вълни;


Б) сантиметрови вълни;


Б) милиметрови вълни;


Вълни с дължина на вълната под 1 m (честота под 300 MHz) се наричат ​​микровълни или ултрависокочестотни вълни (микровълнови вълни).


Поради големите дължини на вълните на радиообхвата в сравнение с размера на атомите, разпространението на радиовълните може да се разглежда, без да се взема предвид атомната структура на средата, т.е. феноменологично, както е обичайно при изграждането на теорията на Максуел. Квантовите свойства на радиовълните се проявяват само за най-късите вълни, съседни на инфрачервената част на спектъра и при разпространението на т.нар. ултракъси импулси с продължителност от порядъка на 10 -12 сек - 10 -15 сек, сравними с времето на електронните трептения вътре в атомите и молекулите.
Основната разлика между радиовълните и по-високите честоти е различното термодинамично съотношение между дължината на вълната на вълновия носител (етер), равна на 1 mm (2,7°K), и електромагнитната вълна, разпространяваща се в тази среда.

Биологични ефекти на радиовълновото лъчение

Ужасният жертвен опит от използването на мощно излъчване на радиовълни в радарната техника показа специфичния ефект на радиовълните в зависимост от дължината на вълната (честотата).

включено човешкото тяло разрушителен ефектТой има не толкова средна мощност, колкото пикова мощност на излъчване, при която възникват необратими явления в протеиновите структури. Например мощност непрекъснато излъчванемагнетрон на микровълнова фурна (микровълнова), възлизащ на 1 kW, засяга само храната в малък затворен (екраниран) обем на фурната и е почти безопасен за човек наблизо. Мощността на радарна станция (радар) от 1 kW средна мощност, излъчвана от къси импулси с работен цикъл 1000: 1 (съотношението на периода на повторение към продължителността на импулса) и съответно импулсна мощност от 1 MW, е много опасно за човешкото здраве и живот на разстояние до стотици метри от излъчвателя. При последното, разбира се, роля играе и посоката на излъчване на радара, което подчертава разрушителното действие на импулсната, а не на средната мощност.

Излагане на метрови вълни

Метрови вълни с висок интензитет, излъчвани от импулсни генератори на измервателни радарни станции (радари) с импулсна мощност над един мегават (като станцията за ранно предупреждение P-16) и съизмерими с дължината гръбначен мозъкхора и животни, както и дължината на аксоните, нарушават проводимостта на тези структури, причинявайки диенцефален синдром (СН). Последното води до бързо развитие(от няколко месеца до няколко години) пълна или частична (в зависимост от получената импулсна доза радиация) необратима парализа на крайниците на човек, както и нарушаване на инервацията на червата и други вътрешни органи.

Въздействие на дециметрови вълни

Дециметровите вълни са сравними по дължина на вълната с кръвоносните съдове, покриващи такива човешки и животински органи като белите дробове, черния дроб и бъбреците. Това е една от причините те да предизвикват развитието на „доброкачествени“ тумори (кисти) в тези органи. Развивайки се на повърхността на кръвоносните съдове, тези тумори водят до спиране на нормалното кръвообращение и нарушаване на функционирането на органа. Ако такива тумори не бъдат хирургично отстранени навреме, настъпва смърт на тялото. Дециметрови вълни с опасни нива на интензитет се излъчват от магнетроните на такива радари като мобилния радар за противовъздушна отбрана P-15, както и радарите на някои самолети.

Излагане на сантиметрови вълни

Мощните сантиметрови вълни причиняват заболявания като левкемия - "бяла кръв", както и други форми на злокачествени тумори при хора и животни. Вълни с интензитет, достатъчен за появата на тези заболявания, се генерират от радарите от сантиметров обхват P-35, P-37 и почти всички самолетни радари.

Инфрачервено, светлинно и ултравиолетово лъчение

Инфрачервена, светлина, ултравиолетоварадиацията възлиза на оптична област на спектъра на електромагнитните вълнив широкия смисъл на думата. Този спектър заема диапазона от дължини на електромагнитните вълни в диапазона от 2·10 -6 m = 2 μm до 10 -8 m = 10 nm (честота от 1,5·10 14 Hz до 3·10 16 Hz). Горната граница на оптичния диапазон се определя от границата на дългите вълни на инфрачервения диапазон, а долната граница от границата на късите вълни на ултравиолетовия (фиг. 2.14).

Близостта на спектралните области на изброените вълни определя сходството на методите и инструментите, използвани за изследването им и практическо приложение. В исторически план за тези цели са използвани лещи, дифракционни решетки, призми, диафрагми, оптически активни вещества, включени в различни оптични устройства (интерферометри, поляризатори, модулатори и др.).

От друга страна, излъчването от оптичната област на спектъра има общи модели на предаване на различни среди, които могат да бъдат получени с помощта на геометрична оптика, широко използвана за изчисления и конструиране както на оптични устройства, така и на канали за разпространение на оптични сигнали. Инфрачервеното лъчение е видими за много членестоноги (насекоми, паяци и др.) и влечуги (змии, гущери и др.) , достъпен за полупроводникови сензори (инфрачервени фотоматрици), но не се предава от дебелината на земната атмосфера, която не позволява наблюдавайте от повърхността на Земята инфрачервени звезди - "кафяви джуджета", които съставляват повече от 90% от всички звезди в Галактиката.

Честотната ширина на оптичния диапазон е приблизително 18 октави, от които оптичният диапазон представлява приблизително една октава (); за ултравиолетово - 5 октави ( ), инфрачервено лъчение - 11 октави (

В оптичната част на спектъра явленията, причинени от атомната структура на материята, стават значими. Поради тази причина наред с вълновите свойства на оптичното лъчение се проявяват и квантовите свойства.

светлина

Светлина, светлина, видима радиация - частта от оптичния спектър на електромагнитното излъчване, видима за очите на хората и приматите, заема диапазона от дължини на електромагнитните вълни в диапазона от 400 нанометра до 780 нанометра, тоест по-малко от една октава - a двукратна промяна на честотата.

ориз. 1.14. Скала за електромагнитни вълни

Вербален паметен мем за реда на цветовете в светлинния спектър:
"ДОвсеки ЗАмаймуна Ииска Знац Жхубаво СЪСтайно Еизики" -
"червено , портокал , Жълто , Зелено , Синьо , Синьо , Виолетово ".

Рентгеново и гама лъчение

В областта на рентгеновото и гама-лъчението на преден план излизат квантовите свойства на радиацията.


Рентгеново лъчениевъзниква, когато бързо заредените частици (електрони, протони и др.) се забавят, както и в резултат на процеси, протичащи вътре електронни черупкиатоми.


Гама радиацията е следствие от явления, протичащи вътре в атомните ядра, както и в резултат на ядрени реакции. Границата между рентгеновото и гама-лъчението се определя условно от стойността на енергийния квант, съответстващ на дадена честота на излъчване.


Рентгеновото лъчение се състои от електромагнитни вълни с дължина от 50 nm до 10 -3 nm, което съответства на квантова енергия от 20 eV до 1 MeV.


Гама-лъчението се състои от електромагнитни вълни с дължина на вълната под 10 -2 nm, което съответства на квантова енергия, по-голяма от 0,1 MeV.

Електромагнитна природа на светлината

Светлината е видимата част от спектъра на електромагнитните вълни, чиито дължини на вълните заемат диапазона от 0,4 µm до 0,76 µm. Всеки спектрален компонент оптично лъчениеМоже да се съчетае с определен цвят. Цветът на спектралните компоненти на оптичното лъчение се определя от тяхната дължина на вълната. Цветът на радиацията се променя с намаляване на дължината на вълната както следва: червено, оранжево, жълто, зелено, синьо, индиго, виолетово.

Червената светлина, съответстваща на най-дългата дължина на вълната, определя червения край на спектъра. лилава светлина- съответства на лилавата граница.

Естествената (дневна, слънчева) светлина не е оцветена и представлява суперпозиция на електромагнитни вълни от целия видим за човека спектър. Естествената светлина възниква в резултат на излъчване на електромагнитни вълни от възбудени атоми. Естеството на възбуждането може да бъде различно: термично, химическо, електромагнитно и т.н. В резултат на възбуждането атомите произволно излъчват електромагнитни вълни за приблизително 10 -8 секунди. Тъй като енергийният спектър на възбуждане на атомите е доста широк, електромагнитните вълни се излъчват от целия видим спектър, начална фаза, чиято посока и поляризация е произволна. Поради тази причина естествената светлина не е поляризирана. Това означава, че „плътността“ на спектралните компоненти на електромагнитните вълни на естествената светлина с взаимно перпендикулярни поляризации е еднаква.


Нар. хармонични електромагнитни вълни в светлинния диапазон едноцветен. За монохроматична светлинна вълна една от основните характеристики е интензитетът. Интензитет на светлинната вълнапредставлява средната стойност на плътността на енергийния поток (1,25), пренесена от вълната:



Къде е векторът на Пойнтинг.


Изчисляването на интензитета на светлинна, плоска, монохроматична вълна с амплитуда на електрическо поле в хомогенна среда с диелектрична и магнитна пропускливост по формула (1.35), като се вземат предвид (1.30) и (1.32), дава:




Традиционно оптичните явления се разглеждат с помощта на лъчи. Описание оптични явленияс помощта на лъчи се нарича геометрично-оптични. Правилата за намиране на траектории на лъчи, разработени в геометричната оптика, се използват широко в практиката за анализ на оптични явления и при конструирането на различни оптични инструменти.


Нека дефинираме лъч въз основа на електромагнитното представяне на светлинните вълни. На първо място, лъчите са линии, по които се разпространяват електромагнитните вълни. Поради тази причина лъчът е линия, във всяка точка от която осредненият вектор на Пойнтинг на електромагнитна вълна е насочен тангенциално към тази линия.


В хомогенни изотропни среди посоката на средния вектор на Пойнтинг съвпада с нормалата към вълновата повърхност (еквифазна повърхност), т.е. по вълновия вектор.


Така в хомогенни изотропни среди лъчите са перпендикулярни на съответния вълнов фронт на електромагнитната вълна.


Например, разгледайте лъчите, излъчвани от точков монохроматичен източник на светлина. От гледна точка на геометричната оптика много лъчи излизат от източника в радиална посока. От позицията на електромагнитната същност на светлината, сферична електромагнитна вълна се разпространява от точката на източника. При достатъчно голямо разстояние от източника кривината на фронта на вълната може да се пренебрегне, като се счита, че локално сферичната вълна е плоска. Чрез разделянето на повърхността на вълновия фронт на голям брой локално плоски участъци е възможно да се начертае нормал през центъра на всеки участък, по който се разпространява плоска вълна, т.е. в геометрично-оптична интерпретация лъч. Така и двата подхода дават едно и също описание на разглеждания пример.


Основната задача на геометричната оптика е да намери посоката на лъча (траекторията). Уравнението на траекторията се намира след решаване на вариационната задача за намиране на минимума на т.нар. действия по желаните траектории. Без да навлизаме в детайли на строгата постановка и решение на този проблем, можем да приемем, че лъчите са траектории с най-къса обща оптична дължина. Това твърдениее следствие от принципа на Ферма.

Вариационният подход за определяне на траекторията на лъча може да се приложи и към нехомогенни среди, т.е. такива среди, в които индексът на пречупване е функция от координатите на точките на средата. Ако опишем формата на повърхността на вълновия фронт в нехомогенна среда с функция, тогава тя може да бъде намерена въз основа на решението на частичното диференциално уравнение, известно като уравнението на ейконала, а в аналитичната механика като уравнението на Хамилтън-Якоби:

По този начин математическата основа на геометрично-оптичното приближение на електромагнитната теория се състои от различни методи за определяне на полетата на електромагнитните вълни върху лъчите, базирани на уравнението на ейконала или по някакъв друг начин. Геометрично-оптичната апроксимация намира широко приложение в практиката в радиоелектрониката за изчисляване на т.нар. квазиоптични системи.


В заключение отбелязваме, че способността да се описва светлината едновременно и с вълнови позициичрез решаване на уравненията на Максуел и използване на лъчи, чиято посока се определя от уравненията на Хамилтън-Якоби, описващи движението на частиците, е едно от проявленията на привидния дуализъм на светлината, който, както е известно, доведе до формулирането на логически противоречиви принципи на квантовата механика.

Всъщност няма дуализъм в природата на електромагнитните вълни. Както Макс Планк показа през 1900 г. в класическата си работа "За нормалния спектър на радиация", електромагнитните вълни са отделни квантувани трептения с честота vи енергия E=hv, Къде h =конст, в ефир. Последният е свръхтечна среда, която има стабилно свойство на прекъсване на мярката ч - Константа на Планк. Когато етерът е изложен на превишаване на енергията в.вПо време на излъчването се образува квантован "вихър". Абсолютно същото явление се наблюдава във всички свръхтечни среди и образуването на фонони в тях - кванти на звуковото излъчване.

За комбинацията „копиране и поставяне“ на откритието на Макс Планк от 1900 г. с фотоелектричния ефект, открит през 1887 г. от Хайнрих Херц, през 1921 г. Нобеловият комитет присъжда наградата на Алберт Айнщайн

1) Октава, по дефиниция, е честотният диапазон между произволна честота w и нейния втори хармоник, равен на 2w.


2) h=6,6310 -34 J·sec - константа на Планк.

Много хора вече знаят, че дължината на електромагнитните вълни може да бъде напълно различна. Дължините на вълните могат да варират от 103 метра (за радиовълни) до десет сантиметра за рентгенови лъчи.

Светлинните вълни са много малка част най-широк спектърелектромагнитно излъчване (вълни).

По време на изучаването на този феномен бяха направени открития, които отвориха очите на учените за други видове радиация, които имат доста необичайни и неизвестни досега свойства на науката.

Електромагнитно излъчване

Няма фундаментална разлика между различните видове електромагнитно излъчване. Всички те представляват електромагнитни вълни, които се образуват от заредени частици, чиято скорост е по-голяма от тази на частиците в нормално състояние.

Електромагнитните вълни могат да бъдат открити чрез наблюдение на ефекта им върху други заредени частици. IN абсолютен вакуум(сряда от пълно отсъствиекислород), скоростта на движение на електромагнитните вълни е равна на скоростта на светлината - 300 000 километра в секунда.

Границите, установени на измервателната скала на електромагнитните вълни, са доста нестабилни или по-скоро условни.

Скала за електромагнитно излъчване

Електромагнитните излъчвания, които имат голямо разнообразие от дължини, се отличават едно от друго по метода, по който се получават (топлинно излъчване, излъчване на антената, както и излъчване, получено в резултат на забавяне на скоростта на въртене на т.н. наречени „бързи“ електрони).

Също така, електромагнитните вълни - лъчения - се различават по методите на тяхното регистриране, един от които е скалата на електромагнитното излъчване.

Обекти и процеси, съществуващи в космоса, като звезди, черни дупки, които се появяват в резултат на звездни експлозии, също генерират изброените видове електромагнитно излъчване. Изследването на тези явления се извършва с помощта на изкуствено създадени сателити, ракети, изстреляни от учени и космически кораби.

В повечето случаи изследователската работа е насочена към изучаване на гама и рентгенови лъчи. Изследването на този вид радиация е почти невъзможно да се проучи напълно на повърхността на земята, тъй като повечетоРадиацията, излъчвана от слънцето, се задържа от атмосферата на нашата планета.

Намаляването на дължината на електромагнитните вълни неизбежно води до доста значителни качествени разлики. Електромагнитното излъчване, което има различни дължини, се различава значително едно от друго по способността на веществата да абсорбират такова излъчване.

Излъчванията с ниска дължина на вълната (гама лъчи и рентгенови лъчи) се абсорбират слабо от веществата. За гама и рентгеновите лъчи веществата, които са непрозрачни за радиация в оптичния диапазон, стават прозрачни.