Меню

Школа электромагнитного излучения таблица



Спектры шкалы электромагнитных излучений

Шкала электромагнитных волн

Шкала электромагнитных волн или излучений представляет собой ряд диапазонов электромагнитных волн, которые распределяются в соответствии с частотой. Распространяющиеся в пространстве периодически изменяющиеся вихревые электрическое и магнитное поля представляют собой электромагнитные колебания.

Общее понятие

Свойства электромагнитных колебаний открыты в начале XIX века английским ученым Д. К. Максвеллом. Физик считал, что электромагнитные волны перпендикулярны направлению распространения волны, ее скорости. Но электромагнитное поле существует отдельно от указанных выше двух. Магнитное и электрическое поля, взаимодействуя друг с другом, действуют на заряженные частицы поверхности волнового фронта, создают поле, существующее независимо, обладающее собственными свойствами.

Электромагнитные волны могут распространяться в разных средах, в том числе и в вакууме. Само поле — материя, которая распространяется в среде. Скорость распространения электромагнитной волны в вакууме равна скорости света, т. е. 3*10 в 8 степени м/с. Значение не затухает, проходя через пространство, постоянно.

Шкала электромагнитных излучений показывает, как один качественный вид излучений переходит в другой по мере того, как изменяются взаимосвязанные количественные показатели частоты, длины волны. Один из видов диапазонов излучений — видимый свет.

Дополнительные цвета спектра

Спектр видимого света содержит как основные, так и дополнительные цвета. Каким образом можно получить дополнительные цвета? Их получение основано на опыте И. Ньютона, который в 1671 году, используя призму, разложил белый луч солнечного света на спектр: последовательно расположенные красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий и фиолетовый цвета.

Дополнительные цвета спектра получаются разными способами:

Дополнительные цвета спектра

  1. Если разделить спектр на две части (красно-оранжево-желтую и зелено-сине-фиолетовую), две смеси из трех первых и трех вторых дадут два цвета. Особенность последних такова, что если собрать их вместе линзой, снова получается белый.
  2. Если физически закрыть в спектре один цвет, затем собрать линзой оставшиеся цвета, полученный цвет будет дополнительным по отношению к закрытому. Например, если закрыть зеленый, соберется красный, закрывая желтый — фиолетовый. Красный цвет будет дополнительным к зеленому, а фиолетовый — к желтому.

Замкнув последовательность цветов спектра в круг, получим схему, называемую спектральным кругом.

Первичные дополнительные цвета:

  • красный и зеленый;
  • желтый и фиолетовый;
  • синий и оранжевый.

Таблица 1. Дополнительные цвета.

Выделенная часть Красная Оранжевая Желтая Желто-зеленая Зеленая Голубовато-зеленая
Цвет смеси оставшихся лучей Голубовато-зеленый Голубой Синий Фиолетовый Пурпурный Красный

При смешении дополнительных цветов, что доказано опытным путем, чистый цвет получить уже невозможно — любая примесь дополнительного цвета к основному снижает насыщенность.

Спектр солнечного излучения

Солнце — источник жизни на планете, источник излучения, солнечного света, несущего энергию.

Спектр солнечного излучения

В электромагнитный спектр солнечного света включаются три разных вида волн:

  • ультрафиолетовое излучение;
  • видимый свет;
  • инфракрасное излучение.

Первый последовательный вид обладает наиболее низкими частотами и относительно длинной волной, последний — высокими частотами и короткой волной.

Видимая часть спектра

Д. К. Максвелл сделал вывод, что видимый свет — один из видов электромагнитных излучений, спектр видимого солнечного света состоит из семи цветов. Человек может увидеть, как в призме, преломляясь, свет распадается на семь цветов, может любоваться преломленным в каплях дождя светом, глядя на радугу.

Цвета распределены на шкале в соответствии с частотой и на шкале занимают маленький отрезок, умещаются в сравнительно небольшом диапазоне, но это все, что можно увидеть глазами. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, с меньшими и большими значениями, уже недоступны человеческому зрению.

Радуга

В радуге один цвет постепенно переходит в другой согласно определенной последовательности, отображающей распределение цветов при разделении луча видимого света белого цвета. Свойства цвета (красного, синего, желтого) определяются свойствами длины соответствующих волн.

Видимая часть солнечного спектра — часть спектра, которая при воздействии на орган зрения вызывает зрительные ощущения. Наиболее сильные отзывы в человеческом глазу вызывает желто-зеленый луч, остальные менее чувствительны. Лучи, видимые глазу, обладают длиной волны в пределах 400–760 нм. Глазу доступны некоторые более длинноволновые и более коротковолновые лучи при их достаточной интенсивности.

Свет важен для человека. Раздражая орган зрения, свет активизирует обмен веществ, улучшает самочувствие, вдохновляет, способствует повышению работоспособности. Можно заметить, что недостаточное освещение приводит к снижению активности, на предприятиях приводит к ошибкам, производственным травмам.

Шкала электромагнитных излучений

Отличаясь друг от друга количественно, электромагнитные волны определенным образом могут быть получены с использованием приборов. Существуют естественные и искусственные источники явления. Помимо приборов и источников волн на Земле, электромагнитные волны излучаются и космическими объектами.

Низкочастотные волны, радиоволны, инфракрасное световое излучение, оптическое излучение, рентгеновские спектры, невидимые излучения гамма — различные участки условной шкалы, показывающей области λ — области длин волн.

Таблица спектра электромагнитных излучений

Название Длина волн Частота Источники, Космические источники
Низкочастотные излучения более 10000м 0-30 кГц Генератор переменного тока, домашняя и офисная электротехника, ЛЭП и др. Магнитное поле Земли
Радиоволны 1мм-10000м 30кГц-300ГГц Переменный ток в колебательном контуре, полупроводниковые приборы Солнце, планеты и малые тела Солнечной системы, облака межзвездного газа, реликтовое излучение на ранней стадии расширения Вселенной, квазары
Инфракрасное световое излучение 1мм-780нм 300ГГц-429ТГц Тепловые источники, лазер, ртутно-кварцевая лампа Солнце, межзвездная и околозвездная пыль, реликтовое излучение на ранней стадии расширения Вселенной, планеты, малые тела Солнечной системы
Видимое излучение световое 780-380нм 429-750ТГц Лампа накаливания, пламя, молния, лазер Солнце, другие звезды (с температурой 10-100 тысяч градусов)
Ультрафиолетовое излучение 380-10нм 7,5*1000000000000000-3*100000000000000000Гц Углеродная дуга Солнце, горячие Звезды, высокотемпературная плазма
Рентгеновское излучение 10-5*10в-3 степени нм 3*100000000000000000-6*100000000000000000000Гц Рентгеновская трубка Солнце, нейтронные звезды и, возможно, черные дыры, шаровые звездные скопления, к внегалактическим источникам – квазары, отдаленные галактики и их скопления.
Гамма-излучение менее 5*10 в 3 степени нм более 6*100000000000000000000 Гц Атомные ядра, Кобальт-60 Солнце, фоновое Космическое излучение, некоторые пульсары (нейтронные звезды), сверхновые звезды, Млечный Путь, области галактического центра, многих галактик и квазаров

Чувствительность человеческого глаза
Одно из главных свойств электромагнитных волн является степень их поглощения веществом. Различие можно обнаружить между длинноволновыми и коротковолновыми излучениями. Первые поглощаются с гораздо большей интенсивностью, чем коротковолновые, однако обладают дополнительным свойством: при поглощении обнаруживают свойства частиц.

Спектральная чувствительность глаза

Преобразуя энергию, идущую от источника видимого светового диапазона, в зрительной системе человек получает сигналы из окружающей среды. Свет попадает на сетчатку глаза, возбуждает фоторецепторы, от которых сигнал передается в нейронные связи коры головного мозга, находящиеся в затылочной доле коры больших полушарий. В головном мозге в результате подобных преобразований формируется зрительный образ.

Читайте также:  Коэффициент кинематическая вязкость пара таблицы

Развиваясь эволюционно, человеческий глаз сформировался наилучшим образом для восприятия солнечного света. В результате зрительный орган современного человека улавливает электромагнитное излучение в диапазоне длин волн 400–750 нм (видимое излучение). От более низковолновых излучений (ультрафиолета) глаз защищен областью хрусталика с низкой прозрачностью.

Определение спектральных границ чувствительности глаза

Зная законы преломления света, можно опытным путем определить спектральную чувствительность глаза. Основной инструмент — дифракционная решетка с определенным периодом.

Луч света, проходя через решетку, попадает на сетчатку. Глаз играет роль линзы, собирающей лучи в пучок, результат зависит от угла луча. Опыт доказывает, что чувствительность человеческого глаза совпадает с диапазоном видимого света по шкале.

Электромагнитная природа света

На заре изучения природы света до открытия электромагнитных световых волн существовали различные мнения. Так, история открытия гласит, что из рассуждений И. Ньютона развилась теория о свете как о потоке частиц, квантов, об электрических колебаниях, а из рассуждений Х. Гюйгенса — волновая теория света.
Согласно квантовой теории, от источников энергии атомов последняя передается веществу, то же происходит и с энергией квантов. Волны светового спектра излучений обладают квантовыми свойствами.

Электромагнитная природа света была доказана и описана при помощи формул Д. К. Максвеллом.

Теоретическое исследование природы электромагнитных излучений принесло несомненную пользу человечеству. Явление стало применяться в медицине, быту, радиовещании и многих других областях.

Источник

Обобщающий урок «Шкала электромагнитных излучений»

Разделы: Физика

Цель урока: обеспечить в ходе урока повторение основных законов, свойств электромагнитных волн;

Образовательная: Систематизировать материал по теме, осуществить коррекцию знаний, некоторое ее углубление;

Развивающая: Развитие устной речи учащихся, творческих навыков учащихся, логики, памяти; познавательных способностей;

Воспитательная: Формировать интерес учащихся к изучению физики. воспитывать аккуратность и навыки рационального использования своего времени;

Тип урока: урок повторения и коррекции знаний;

Оборудование : компьютер, проектор, презентация «Шкала электромагнитных излучений», диск « Физика. Библиотека наглядных пособий».

Ход урока:

1. Объяснение нового материала.

1. Мы знаем, что длина электромагнитных волн бывает самой различной: от значений порядка 1013 м (низкочастотные колебания) до 10 -10 м (g- лучи). Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн. Тем не менее, именно при изучении этой малой части спектра были открыты другие излучения с необычными свойствами.
2. Принято выделять низкочастотное излучение, радиоизлучение, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и g-излучение. Со всеми этими излучениями, кроме g-излучения, вы уже знакомы. Самое коротковолновое g-излучение испускают атомные ядра.
3. Принципиального различия между отдельными излучениями нет. Все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые заряженными частицами. Обнаруживаются электромагнитные волны, в конечном счете, по их действию на заряженные частицы. В вакууме излучение любой длины волны распространяется со скоростью 300 000 км/с. Границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны.
4. Излучения различной длины волны отличаются друг от друга по способу их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов и др.) и методам регистрации.
5. Все перечисленные виды электромагнитного излучения порождаются также космическими объектами и успешно исследуются с помощью ракет, искусственных спутников Земли и космических кораблей. В первую очередь это относится к рентгеновскому и g-излучениям, сильно поглощаемом атмосферой.
6. По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям.
7. Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению их веществом. Коротковолновые излучения (рентгеновское и особенно g-лучи) поглощаются слабо. Непрозрачные для волн оптического диапазона вещества прозрачны для этих излучений. Коэффициент отражения электромагнитных волн также зависит от длины волны. Но главное различие между длинноволновым и коротковолновым излучениями в том, что коротковолновое излучение обнаруживает свойства частиц.

Обобщим знания о волнах и запишем все виде таблиц.

1. Низкочастотные колебания

Низкочастотные колебания
Длина волны(м) 10 13 — 10 5
Частота(Гц) 3· 10 -3 — 3 ·10 3
Энергия(ЭВ) 1 – 1,24 ·10 -10
Источник Реостатный альтернатор, динамомашина,
Вибратор Герца,
Генераторы в электрических сетях (50 Гц)
Машинные генераторы повышенной ( промышленной) частоты ( 200 Гц)
Телефонные сети ( 5000Гц)
Звуковые генераторы ( микрофоны, громкоговорители)
Приемник Электрические приборы и двигатели
История открытия Лодж ( 1893 г.), Тесла ( 1983 )
Применение Кино, радиовещание( микрофоны, громкоговорители)

2. Радиоволны

Радиоволны
Длина волны(м) 10 5 — 10 -3
Частота(Гц) 3 ·10 3 — 3 ·10 11
Энергия(ЭВ) 1,24 ·10-10 — 1,24 · 10 -2
Источник Колебательный контур
Макроскопические вибраторы
Приемник Искры в зазоре приемного вибратора
Свечение газоразрядной трубки, когерера
История открытия Феддерсен ( 1862 г.), Герц ( 1887 г.), Попов , Лебедев, Риги
Применение Сверхдлинные— Радионавигация, радиотелеграфная связь, передача метеосводок
Длинные – Радиотелеграфная и радиотелефонная связь, радиовещание, радионавигация
Средние— Радиотелеграфия и радиотелефонная связь радиовещание, радионавигация
Короткие— радиолюбительская связь
УКВ— космическая радио связь
ДМВ— телевидение, радиолокация, радиорелейная связь, сотовая телефонная связь
СМВ- радиолокация, радиорелейная связь, астронавигация, спутниковое телевидение
ММВ— радиолокация

Инфракрасное излучение
Длина волны(м) 2 ·10 -3 — 7,6· 10 -7
Частота(Гц) 3 ·10 11 — 3 ·10 14
Энергия(ЭВ) 1,24· 10 -2 – 1,65
Источник Любое нагретое тело: свеча, печь, батарея водяного отопления, электрическая лампа накаливания
Человек излучает электромагнитные волны длиной 9 10 -6 м
Приемник Термоэлементы, болометры, фотоэлементы, фоторезисторы, фотопленки
История открытия Рубенс и Никольс ( 1896 г.),
Применение В криминалистике, фотографирование земных объектов в тумане и темноте, бинокль и прицелы для стрельбы в темноте, прогревание тканей живого организма ( в медицине), сушка древесины и окрашенных кузовов автомобилей, сигнализация при охране помещений, инфракрасный телескоп,

4. Видимое излучение

Видимое излучение
Длина волны(м) 6,7· 10 -7 — 3,8 ·10 -7
Частота(Гц) 4· 10 14 — 8· 10 14
Энергия(ЭВ) 1,65 – 3,3 ЭВ
Источник Солнце, лампа накаливания, огонь
Приемник Глаз, фотопластинка, фотоэлементы, термоэлементы
История открытия Меллони
Применение Зрение
Биологическая жизнь

5. Ультрафиолетовое излучение

Ультрафиолетовое излучение
Длина волны(м) 3,8 10 -7 — 3 ·10 -9
Частота(Гц) 8 ·10 14 — 10 17
Энергия(ЭВ) 3,3 – 247,5 ЭВ
Источник Входят в состав солнечного света
Газоразрядные лампы с трубкой из кварца
Излучаются всеми твердыми телами , у которых температура больше 1000 ° С, светящиеся ( кроме ртути)
Приемник Фотоэлементы,
Фотоумножители,
Люминесцентные вещества
История открытия Иоганн Риттер, Лаймен
Применение Промышленная электроника и автоматика,
Люминисценнтные лампы,
Текстильное производство
Стерилизация воздуха
Читайте также:  Зависимость погоды от атмосферного давления таблица

6. Рентгеновское излучение

Рентгеновское излучение
Длина волны(м) 10 -9 — 3 ·10 -12
Частота(Гц) 3 ·10 17 — 3 ·10 20
Энергия(ЭВ) 247,5 – 1,24 ·105 ЭВ
Источник Электронная рентгеновская трубка ( напряжение на аноде – до 100 кВ. давление в баллоне – 10 -3 – 10 -5 н/м 2 , катод – накаливаемая нить . Материал анодов W,Mo, Cu, Bi, Co, Tl и др.
Η = 1-3%, излучение – кванты большой энергии)
Солнечная корона
Приемник Фотопленка,
Свечение некоторых кристаллов
История открытия В. Рентген , Милликен
Применение Диагностика и лечение заболеваний ( в медицине), Дефектоскопия ( контроль внутренних структур, сварных швов)

7. Гамма — излучение

Гамма — излучение
Длина волны(м) 3,8 ·10 -11 — меньше
Частота(Гц) 8· 10 14 — больше
Энергия(ЭВ) 9,03 ·10 3 – 1, 24 ·10 16 ЭВ
Источник Радиоактивные атомные ядра, ядерные реакции, процессы превращения вещества в излучение
Приемник счетчики
История открытия
Применение Дефектоскопия;
Контроль технологических процессов;
Терапия и диагностика в медицине

Вывод
Вся шкала электромагнитных волн является свидетельством того, что все излучения обладают одновременно квантовыми и волновыми свойствами. Квантовые и волновые свойства в этом случае не исключают, а дополняют друг друга. Волновые свойства ярче проявляются при малых частотах и менее ярко — при больших. И наоборот, квантовые свойства ярче проявляются при больших частотах и менее ярко — при малых. Чем меньше длина волны, тем ярче проявляются квантовые свойства, а чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства. Все это служит подтверждением закона диалектики (переход количественных изменений в качественные ).

  1. « Физика- 11» Мякишев
  2. Диск «Уроки физики Кирилла и Мефодия. 11 класс»( ))) «Кирилл и Мефодий, 2006)
  3. Диск « Физика. Библиотека наглядных пособий. 7-11 классы»( ( 1С: «Дрофа» и «Формоза» 2004)
  4. Ресурсы Интернета

Источник

Шкала электромагнитных волн

Длина электромагнитной волны

Колеблющийся электрический заряд порождает вокруг себя колебания вихревого магнитного поля. Это поле порождает колебания вихревого электрического поля, которое, в свою очередь опять порождает колеблющееся вихревое магнитное поле. Структура распространяющихся взаимно порождаемых колебаний электрических и магнитных полей – называется электромагнитной волной.

Распространяющаяся электромагнитная волна вектора B и H

Рис. 1. Распространяющаяся электромагнитная волна вектора B и H.

Электромагнитная волна распространяется с постоянной скоростью, равной примерно $3×10^8$ м/с. Учитывая частоту колебаний волны $\nu$ можно найти расстояние между двумя одинаковыми значениями вектора индукции поля, длину волны $\lambda$:

Длина электромагнитной волны

Рис. 2. Длина электромагнитной волны.

Шкала электромагнитных волн

Электромагнитные волны различных частот существенно различаются по своим свойствам. Поэтому их можно условно разделить на виды, построив шкалу электромагнитных волн.

Низкочастотные (сверхдлинные) волны ($10^4$ Гц и менее)

Электромагнитные волны такой частоты имеют большую длину волны (порядка километров), они способны огибать препятствия больших размеров, способны проникать в толщу воды и грунта. Но, их сложно генерировать и принимать. Кроме того, низкая частота обуславливает малую информационную емкость таких волн. Поэтому, хотя электрические колебания низких частот находят очень широкое применение в народном хозяйстве, электромагнитные волны этого диапазона используются в основном лишь в научных исследованиях Земли.

Радиоволны (^4$ Гц – ^<11>$ Гц)

Электромагнитные волны этого диапазона имеют длину от сантиметров до километра, достаточно легко генерируются и принимаются. При этом, радиоволны частотой менее 3 МГц достаточно хорошо огибают кривизну Земли, способны проходить сквозь не слишком толстые непроводящие преграды и распространяются на несколько сотен километров, а радиоволны частотой до 30МГц – дополнительно способны отражаться от верхних слоев атмосферы, и полностью огибать Землю. Поэтому радиоволны этих диапазонов очень широко используются для связи.

Радиоволны частотами свыше 1 ГГц очень слабо проходят сквозь препятствия, отражаясь от них. Поэтому радиоволны такой частоты используются в радиолокации.

Световое излучение ($10^<11>$ Гц – $10^<18>$ Гц)

Электромагнитные волны данного диапазона имеют длину волны от единиц до тысяч нанометров и включают себя инфракрасное излучение нагретых тел, видимый свет и ультрафиолетовое излучение. Такие волны генерируются нагретыми предметами, чем больше температура – тем больше частота излучения.

Видимый свет в этом диапазоне занимает узкую полосу $3.5×10^<14>$ Гц – $7.5×10^<14>$ Гц. Прозрачность атмосферы Земли для данного диапазона обуславливает огромное значение зрения для живых существ.

Рентгеновское излучение ($10^<18>$ Гц – $10^<20>$ Гц)

Для генерации излучения таких частот необходимы либо очень высокие температуры, либо возбуждение атомов вещества потоком частиц (так происходит в катодных трубках), поскольку длина волны сравнима с размерами атомов. Это излучение обладает высокой проникающей способностью сквозь непроводящие вещества, что дает возможность широкого использования его в медицине и дефектоскопии.

Гамма-излучение ($10^<20>$ Гц и выше)

Излучение таких высоких частот генерируют ядра атомов при ядерных реакциях, длина волны здесь сравнима с размером атомных ядер. Также гамма-излучение является основной составляющей космических лучей, в которых оно имеет наиболее высокие частоты (и наиболее высокие энергии). Поэтому гамма-излучение играет большую роль при космических исследованиях. Кроме того, поскольку гамма-лучи оказывают разрушительное влияние на живую ткань, они находят применение в лечении онкологических заболеваний.

Резюмируя все сказанное, можно построить таблицу шкалы электромагнитных волн:

Рис. 3. Таблица шкалы электромагнитных волн.

Что мы узнали?

Весь диапазон электромагнитных волн можно условно разбить на поддиапазоны, в которых свойства волн достаточно отличаются друг от друга, составив своеобразную шкалу. В нее войдут свехдлинные волны, радиоволны, световое, рентгеновское и гамма-излучение.

Источник

Шкала электромагнитных волн

У того факта, что на свете не существует волн всех без исключения частот (от ν = 0 Г ц до ν = ∞ Г ц ), есть объективные причины. Они заключаются в том, что световые волны обладают не только волновыми, но и корпускулярными свойствами, что накладывает на их длину определенные ограничения.

Ограничения длины волны

Согласно квантовой теории, испускание электромагнитного излучения происходит в виде порций энергии – квантов. Энергия квантов связана с их частотой.

Формула содержит постоянную Планка – h = 6 , 62 · 10 — 34 Д ж · c , а h = h 2 π = 1 , 05 · 10 — 34 Д ж · с – это постоянная Планка с чертой.

Из формулы можно сделать вывод о невозможности существования бесконечной частоты, поскольку квантов с бесконечной величиной энергии не бывает. Также данное выражение ограничивает и низкие частоты, поскольку энергия кванта имеет минимально возможное значение W 0 , следовательно, существует и минимальная частота, ниже которой волна иметь не может.

Важно отметить, что пока не существует явных доказательств наличия нижней границы энергии у фотонов. В стабильных электромагнитных волнах между земной поверхностью и ионосферой отмечена минимальная частота, равная примерно 8 Г ц .

Шкала электромагнитных волн

На сегодняшний день известно несколько типов электромагнитных волн. Их основные характеристики приведены в таблице:

Название Граница диапазона по длине волны λ Граница диапазона по энергии квантов W
гамма — излучение λ 1 , 2 · 10 — 3 н м W > 1 М э В
рентгеновское излучение 1 , 2 · 10 — 3 н м λ 12 н м 100 э В > W > 1 М э В
ультрафиолетовое излучение 12 н м λ 380 н м 3 , 2 э В > W > 100 э В
видимый спектр излучения 380 н м λ 760 н м 1 , 6 э В > W > 3 , 2 э В
инфракрасное излучение 760 н м λ 10 6 н м 1 , 2 · 10 — 3 э В > W > 1 , 6 э В
радиоволны λ > 10 6 н м W 1 , 2 · 10 — 3 э В

Шкала волн указывает на то, что каждый диапазон имеет свои индивидуальные особенности. Чем больше частота, тем сильнее проявляются корпускулярные свойства излучения.

В разных частях спектра электромагнитных излучений волны генерируются по-разному. Для изучения каждого типа волны существуют особые разделы физики. Различия между участками спектра заключаются не столько в физической природе волн, сколько в способах их приема и получения. Резкого перехода между ними, как правило, нет, возможно и перекрытие участков, поскольку границы условны.

Оптика изучает так называемый оптический диапазон электромагнитных волн – часть спектра с включением фрагментов зон инфракрасного и ультрафиолетового излучения, которая доступна человеческому глазу.

Кванты, которые присутствуют в видимой части излучения, называются фотонами.

Волны всего спектра электромагнитного излучения обладают как волновыми, так и квантовыми свойствами, однако те или иные свойства в зависимости от длины волн могут преобладать. Следовательно, для их изучения нужно пользоваться разными методами. Практическое применение у разных групп волн также различается в зависимости от длины.

Специфика различных видов электромагнитных волн

Оптический диапазон характеризуется слабым взаимодействием света и вещества, а также тем, что в нем выполняются законы геометрической оптики.

На частоты ниже оптического диапазона законы геометрической оптики уже не распространяются, а высокочастотное электромагнитное поле либо пронизывает вещество насквозь, либо разрушает его.

Видимый свет очень важен для всего живого на Земле, особенно для процессов фотосинтеза. Радиоволны активно применяются в телевидении, радиолокационных процессах, радиосвязи, т.к. это самые длинные волны спектра, которые могут быть легко сгенерированы с помощью колебательного контура (сочетания индуктивности и емкости). Радиоволны могут испускаться атомами и молекулами – это свойство находит применение в радиоастрономии.

Можно сформулировать общее утверждение, согласно которому источником электромагнитных волн являются частицы в атомах и ядрах. Они заряжены и движутся ускоренно.

В 1800 г. В. Гершель изучил на практике инфракрасную область спектра. Он расположил термометр ближе к красному краю спектра и увидел, что температура начала расти, значит, термометр нагрелся излучением, невидимым глазу. Инфракрасное излучение можно перевести в видимую часть диапазона с помощью специальных приборов (например, на этом свойстве основаны приборы ночного видения). Любое нагретое тело является источником инфракрасного излучения.

Ультрафиолетовое излучение было открыто И. Риттером. Он нашел невидимые глазу лучи за фиолетовой частью спектра и обнаружил, что они могут воздействовать на определенные химические соединения и убивать некоторые виды бактерий. Это свойство нашло широкое применение в медицине. Являясь частью солнечных лучей, ультрафиолет оказывает воздействие на человеческую кожу, способствуя ее потемнению (появлению загара).

В. Рентген в 1895 г. обнаружил еще один вид излучения, который был позже назван в его честь. Рентгеновские лучи не видны глазу и могут проходить через толстые слои непрозрачного вещества без значительного поглощения. Они также могут воздействовать на фотопленку и вызывать свечение некоторых видов кристаллов. Рентгеновские лучи широко применяются в области медицинской диагностики, а их способность воздействовать на живые организмы весьма значительна.

Гамма-излучением называется излучение, возникающее при возбуждении атомных ядер и взаимодействии элементарных частиц.

Гамма-излучение имеет наименьшую длину волны, следовательно, корпускулярные свойства у него наиболее выражены. Его принято рассматривать в качестве потока гамма-квантов. Существует перекрытие рентгеновских и гамма-волн в области длин 10 — 10 — 10 — 14 м .

Условие: объясните, что выступает в качестве излучателя для разных видов электромагнитных волн.

Решение

Электромагнитные волны всегда излучаются движущимися заряженными частицами. Они движутся ускоренно в атомах и ядрах, значит, именно там будет находиться источник волн. Радиоволны испускаются молекулами и атомами (единственный вид излучения, который можно воссоздать искусственным путем). Инфракрасное – за счет колебаний атомов в молекулах (здесь имеют место тепловые колебания, усиливающиеся с ростом температуры). Видимый свет создается отдельными возбужденными атомами. Ультрафиолетовый свет также является атомарным. Рентгеновские лучи создаются за счет взаимодействия электронов с высокой кинетической энергией с ядрами атомов, а также за счет собственного возбуждения ядер. Гамма-лучи образуются за счет возбужденных ядер и взаимном превращении элементарных частиц.

Условие: вычислите частоты волн в видимом диапазоне.

Решение

К видимому диапазону относятся волны, воспринимаемые человеческим глазом. Границы зрения индивидуальны и находятся в пределе λ = 0 , 38 — 0 , 76 м к м .

В оптике используются два основных вида частот. Первая из них – круговая – может быть определена как ω = 2 π T ( Т — период колебания волны). Вторая определяется как ν = 1 T .

Значит, мы можем связать одну частоту с другой при помощи следующего соотношения:

Зная, что скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна c = 3 · 10 8 м с , запишем:

В этом случае для границ видимого диапазона получим:

ν = c λ , ω = 2 π c λ .

Поскольку мы не знаем длины волн видимого света, то:

ν 1 = 3 · 10 8 0 , 38 · 10 — 6 = 7 , 9 · 10 14 ( Г ц ) ; v 2 = 3 · 10 8 0 , 76 · 10 16 = 3 , 9 · 10 14 ( Г ц ) ; ω 1 = 2 · 3 , 14 · 7 , 9 · 10 14 = 5 · 10 15 ( с — 1 ) ; ω 2 = 2 · 3 , 14 · 3 , 9 · 10 14 = 2 , 4 · 10 15 ( с — 1 ) .

Источник

Adblock
detector