Los rayos X son una escala de ondas electromagnéticas. Escala de ondas electromagnéticas

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ReceptoresTelescopio Espacial Infrarrojo "Spitzer"

El espejo primario de 85 cm de diámetro está hecho de berilio y se enfría a 5,5 K para reducir la propia emisión de infrarrojos del espejo. El telescopio se lanzó en agosto de 2003 en el marco del programa de los Cuatro Grandes Observatorios de la NASA, que incluye: Observatorio de rayos gamma Compton (1991-2000, 20 keV-30 GeV), ver Cielo de rayos gamma de 100 MeV, Observatorio de rayos X Chandra "(1999, 100 eV-10 keV), Telescopio espacial Hubble (1990, 100–2100 nm), Telescopio infrarrojo Spitzer (2003, 3–180 μm). Se espera que el telescopio Spitzer tenga una vida útil de unos 5 años. El telescopio recibió su nombre en honor al astrofísico Lyman Spitzer (1914-1997), quien en 1946, mucho antes del lanzamiento del primer satélite, publicó el artículo "Ventajas para la astronomía de un observatorio extraterrestre" y 30 años después convenció a la NASA y Congreso americano para comenzar a desarrollar un telescopio espacial Hubble.

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Aplicación terrestre: dispositivo de visión nocturna

El dispositivo se basa en un convertidor electrón-óptico (EOC), que permite amplificar significativamente (de 100 a 50 mil veces) la débil luz visible o infrarroja. La lente crea una imagen en un fotocátodo desde el cual, como en el caso de un fotomultiplicador, se expulsan electrones. A continuación, se aceleran mediante alto voltaje (10-20 kV), se enfocan mediante óptica electrónica (un campo electromagnético de una configuración especialmente seleccionada) y caen sobre una pantalla fluorescente similar a un televisor. En él, la imagen se ve a través de oculares. La aceleración de los fotoelectrones permite, en condiciones de poca luz, utilizar literalmente cada cuanto de luz para obtener una imagen, pero en completa oscuridad se requiere luz de fondo. Para no revelar la presencia de un observador, se utiliza para ello un foco de infrarrojo cercano (760-3000 nm).

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También existen dispositivos que detectan la radiación térmica de los propios objetos en el rango de infrarrojos medio (8-14 µm). Estos dispositivos se denominan cámaras termográficas; permiten detectar a una persona, un animal o un motor calentado debido a su contraste térmico con el fondo circundante.

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Radiador

Toda la energía consumida por un calentador eléctrico finalmente se convierte en calor. Una parte importante del calor es arrastrada por el aire, que entra en contacto con la superficie caliente, se expande y se eleva, de modo que se calienta principalmente el techo. Para evitar esto, los calentadores están equipados con ventiladores que dirigen el aire caliente, por ejemplo, a los pies de una persona y ayudan a mezclar el aire de la habitación. Pero hay otra forma de transferir calor a los objetos circundantes: la radiación infrarroja de un calentador. Cuanto más caliente es la superficie y mayor es su área, más fuerte es. Para aumentar el área, los radiadores se hacen planos. Sin embargo, la temperatura de la superficie no puede ser alta. Otros modelos de calentadores utilizan una espiral calentada a varios cientos de grados (calor rojo) y un reflector metálico cóncavo que crea una corriente dirigida de radiación infrarroja.

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radiografía

1. Fuentes, Aplicación

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2. Destacando nuevo tipo En un estudio, Wilhelm Roentgen los llamó rayos X. Con este nombre es conocido en todo el mundo, excepto Rusia. La fuente más característica de rayos X en el espacio son las regiones internas calientes de los discos de acreción alrededor de estrellas de neutrones y agujeros negros. Además, la corona solar brilla en el rango de los rayos X y se calienta entre 1 y 2 millones de grados, aunque en la superficie del Sol solo alcanza los 6 mil grados. Pero los rayos X se pueden obtener sin temperaturas extremas. En el tubo emisor de un aparato médico de rayos X, los electrones son acelerados por una tensión de varios kilovoltios y chocan contra una pantalla metálica, emitiendo rayos X al frenar. Los tejidos corporales absorben los rayos X de diferentes formas, lo que permite estudiar la estructura de los órganos internos. Los rayos X no atraviesan la atmósfera; las fuentes cósmicas de rayos X sólo se observan desde la órbita. Los rayos X duros se registran con sensores de centelleo. Cuando se absorben cuantos de rayos X, aparece en ellos un brillo breve, que es capturado por fotomultiplicadores. Los rayos X suaves se enfocan mediante espejos metálicos de incidencia oblicua, desde los cuales los rayos se reflejan en un ángulo de menos de un grado, como guijarros de la superficie del agua.

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FuentesFuentes de rayos X en la región del centro de nuestra galaxia.

Fragmento de una imagen de las proximidades del centro galáctico obtenida por el telescopio de rayos X Chandra. Se ven varias fuentes brillantes, que parecen ser discos de acreción alrededor de objetos compactos: estrellas de neutrones y agujeros negros.

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Barrio del púlsar en la Nebulosa del Cangrejo

Nebulosa del Cangrejo - remanente supernova, cuyo brote se observó en 1054. La nebulosa en sí es la capa de una estrella dispersa en el espacio, y su núcleo colapsó y formó una estrella de neutrones giratoria superdensa con un diámetro de unos 20 km. La rotación de esta estrella de neutrones se controla mediante fluctuaciones estrictamente periódicas de su radiación en el rango de radio. Pero el púlsar también emite en el rango visible y de rayos X. El telescopio Chandra pudo captar imágenes en rayos X del disco de acreción alrededor del púlsar y de pequeños chorros perpendiculares a su plano (compárese con el disco de acreción alrededor de un agujero negro supermasivo).

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Prominencias solares en rayos X

La superficie visible del Sol se calienta a unos 6 mil grados, lo que corresponde al rango de radiación visible. Sin embargo, la corona que rodea al Sol se calienta a una temperatura de más de un millón de grados y, por lo tanto, brilla en el rango de rayos X del espectro. Esta imagen fue tomada durante la máxima actividad solar, que varía con un período de 11 años. La propia superficie del Sol prácticamente no emite rayos X y, por tanto, parece negra. Durante el mínimo solar, la emisión de rayos X del Sol disminuye significativamente. La imagen fue tomada por el satélite japonés Yohkoh ("Sunbeam"), también conocido como Solar-A, que operó de 1991 a 2001.

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ReceptoresTelescopio de rayos X Chandra

Uno de los cuatro “Grandes Observatorios” de la NASA, que lleva el nombre del astrofísico indio-estadounidense Subramanian Chandrasekhar (1910-1995), premio Nobel (1983), especialista en la teoría de la estructura y evolución de las estrellas. El instrumento principal del observatorio es un telescopio de rayos X de incidencia oblicua con un diámetro de 1,2 m, que contiene cuatro espejos parabólicos de incidencia oblicua anidados (ver diagrama), que se convierten en espejos hiperbólicos. El observatorio fue puesto en órbita en 1999 y opera en el rango de rayos X suaves (100 eV-10 keV). Entre los numerosos descubrimientos de Chandra se incluye la primera imagen de un disco de acreción alrededor de un púlsar en la Nebulosa del Cangrejo.

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Aplicación terrestre

Un tubo de electrones que sirve como fuente de radiación suave de rayos X. Se aplica un voltaje de 10 a 100 kV entre dos electrodos dentro de un matraz de vacío sellado. Bajo la influencia de este voltaje, los electrones se aceleran hasta una energía de 10 a 100 keV. Al final del recorrido, chocan contra una superficie metálica pulida y frenan bruscamente, emitiendo una parte importante de la energía en forma de radiación en el rango de los rayos X y ultravioleta.

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radiografía

La imagen se obtiene debido a la permeabilidad desigual de los tejidos del cuerpo humano a la radiación de rayos X. En una cámara normal, la lente refracta la luz reflejada por el objeto y la enfoca en la película, donde se forma la imagen. Sin embargo, los rayos X son muy difíciles de enfocar. Por tanto, el funcionamiento de una máquina de rayos X se parece más a la impresión por contacto de una fotografía, cuando el negativo se coloca sobre papel fotográfico y un tiempo corto iluminado. Sólo en este caso el papel negativo lo juega cuerpo humano, la función del papel fotográfico es una película fotográfica especial que es sensible a los rayos X y, en lugar de una fuente de luz, se toma un tubo de rayos X.

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Radiación de radio y microondas.

Solicitud

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El alcance de la emisión de radio es opuesto al de la radiación gamma y también es ilimitado por un lado: desde ondas largas hasta bajas frecuencias. Los ingenieros lo dividen en muchas secciones. Las ondas de radio más cortas se utilizan para la transmisión inalámbrica de datos (Internet, telefonía celular y satelital); las ondas métricas, decimétricas y ultracortas (VHF) ocupan las estaciones de radio y televisión locales; las ondas cortas (HF) se utilizan para las comunicaciones por radio globales: se reflejan en la ionosfera y pueden rodear la Tierra; Las ondas medias y largas se utilizan para la radiodifusión regional. Las ondas ultralargas (ELW), desde 1 km hasta miles de kilómetros, penetran en el agua salada y se utilizan para comunicarse con los submarinos, así como para buscar minerales. La energía de las ondas de radio es extremadamente baja, pero excitan débiles vibraciones de electrones en una antena metálica. Estas vibraciones luego se amplifican y registran. La atmósfera transmite ondas de radio con una longitud de 1 mm a 30 m. Permiten observar núcleos galácticos, estrellas de neutrones y otros sistemas planetarios, pero el logro más impresionante de la radioastronomía son las imágenes detalladas que baten récords. fuentes cósmicas, cuya resolución supera las diez milésimas de segundo de arco.

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Microonda

Las microondas son una subbanda de emisión de radio adyacente al infrarrojo. También se le llama radiación de frecuencia ultraalta (microondas) porque tiene la frecuencia más alta en el rango de radio. El rango de microondas es de interés para los astrónomos porque detecta la radiación relicta que queda de la época del Big Bang (otro nombre es microondas). fondo del espacio). Fue emitida hace 13.700 millones de años, cuando la materia caliente del Universo se volvió transparente a su propia radiación térmica. A medida que el Universo se expandió, el CMB se enfrió y hoy su temperatura es de 2,7 K. La radiación del CMB llega a la Tierra desde todas direcciones. Hoy en día, los astrofísicos están interesados ​​en las faltas de homogeneidad en el brillo del cielo en el rango de las microondas. Se utilizan para determinar cómo comenzaron a formarse los cúmulos de galaxias en el Universo primitivo con el fin de comprobar la exactitud de las teorías cosmológicas. Pero en la Tierra, las microondas se utilizan para tareas tan mundanas como calentar el desayuno y hablar por teléfono móvil. La atmósfera es transparente a las microondas. Se pueden utilizar para comunicarse con satélites. También existen proyectos para transmitir energía a distancia mediante haces de microondas.

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FuentesNebulosa del Cangrejo en el alcance de la radio

A partir de esta imagen, basada en observaciones del Observatorio Nacional de Radioastronomía de EE.UU. (NRAO), se puede juzgar la naturaleza de los campos magnéticos en la Nebulosa del Cangrejo. La Nebulosa del Cangrejo es el remanente de supernova mejor estudiado. Esta imagen muestra cómo se ve en el alcance de la radio. La emisión de radio es generada por electrones rápidos que se mueven en un campo magnético. El campo obliga a los electrones a girar, es decir, a moverse a un ritmo acelerado, y con el movimiento acelerado, las cargas emiten ondas electromagnéticas.

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Modelo informático de distribución de la materia en el Universo.

Inicialmente, la distribución de la materia en el Universo era casi perfectamente uniforme. Pero aún así, pequeñas fluctuaciones de densidad (posiblemente incluso cuánticas) a lo largo de muchos millones y miles de millones de años llevaron al hecho de que la sustancia se fragmentó. Se obtienen resultados similares a partir de estudios de observación de la distribución de galaxias en el espacio. Para cientos de miles de galaxias se determinan las coordenadas en el cielo y los corrimientos al rojo, a partir de los cuales se calculan las distancias a las galaxias. La figura muestra el resultado de una simulación por computadora de la evolución del Universo. El movimiento de 10 mil millones de partículas bajo la influencia de la gravedad mutua se calculó en 15 mil millones de años. Como resultado, se formó una estructura porosa que recuerda vagamente a una esponja. En sus nodos y bordes se concentran cúmulos de galaxias, y entre ellos hay vastos desiertos donde casi no hay objetos; los astrónomos los llaman vacíos (del inglés void, vacío).

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Es cierto que es posible lograr una buena concordancia entre los cálculos y las observaciones sólo si asumimos que la materia visible (luminosa en el espectro electromagnético) constituye sólo alrededor del 5% de la masa total del Universo. El resto corresponde a la llamada materia y energía oscuras, que se manifiestan únicamente por su gravedad y cuya naturaleza aún no se ha establecido. Su estudio es uno de los problemas más acuciantes de la astrofísica moderna.

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Cuásar: núcleo galáctico activo

La imagen de radio del cuásar muestra en rojo áreas de emisión de radio de alta intensidad: en el centro está el núcleo galáctico activo y a cada lado hay dos chorros. La propia galaxia prácticamente no emite ondas de radio. Cuando se acumula demasiada materia en el agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia, se libera una enorme cantidad de energía. Esta energía acelera parte de la materia a velocidades cercanas a la de la luz y la expulsa en chorros de plasma relativistas en dos direcciones opuestas perpendiculares al eje del disco de acreción. Cuando estos chorros chocan con el medio intergaláctico y se desaceleran, las partículas que entran en ellos emiten ondas de radio.

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Radio galaxia: mapa de contorno de brillo de radio

Los mapas de contorno se utilizan normalmente para representar imágenes tomadas en una sola longitud de onda, especialmente en el rango de longitud de onda de radio. Según el principio de construcción, son similares a líneas horizontales en mapa topográfico, sólo que en lugar de puntos con una altura fija sobre el horizonte, conectan puntos con el mismo brillo de radio de la fuente en el cielo. Para obtener imágenes de objetos espaciales en rangos de radiación distintos de los visibles, se utilizan varias técnicas. En la mayoría de los casos se trata de colores artificiales y mapas de contorno. Usando colores artificiales, puede mostrar cómo se vería un objeto si los receptores sensibles a la luz del ojo humano no fueran sensibles a ciertos colores en el rango visible, sino a otras frecuencias. espectro electromagnético.

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ReceptoresMicrowave Orbiter WMAP

El estudio del fondo de microondas se inició con radiotelescopios terrestres, continuó con el instrumento soviético Relikt-1 a bordo del satélite Prognoz-9 en 1983 y el satélite estadounidense COBE (Cosmic Background Explorer) en 1989, pero el mapa más detallado de la distribución de fondo de microondas esfera celestial construyó la sonda WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) en 2003. Los datos obtenidos imponen importantes restricciones a los modelos de formación de galaxias y de evolución del Universo. Fondo espacial radiación de microondas, también llamada radiación cósmica de fondo de microondas, crea un ruido de radio que es casi el mismo en todas las direcciones del cielo. Y, sin embargo, hay variaciones muy pequeñas en la intensidad: alrededor de una milésima de porcentaje. Se trata de huellas de falta de homogeneidad en la densidad de la materia en el Universo joven, que sirvieron de semilla para futuros cúmulos de galaxias.

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Reseñas del cielo

La energía de un átomo de hidrógeno no excitado depende de la orientación relativa de los espines del protón y del electrón. Si son paralelos, la energía es ligeramente mayor. Estos átomos pueden transformarse espontáneamente en un estado con espines antiparalelos, emitiendo un cuanto de emisión de radio que se lleva un pequeño exceso de energía. Esto le sucede a un átomo individual en promedio una vez cada 11 millones de años. Pero la enorme distribución del hidrógeno en el Universo permite observar nubes de gas a esta frecuencia. La famosa línea espectral de 21,1 cm es otra forma de observar el hidrógeno atómico neutro en el espacio. La línea surge debido a la llamada división hiperfina del nivel de energía principal del átomo de hidrógeno.

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Radio cielo a 73,5 cm, 408 MHz (Bonn)

Para construir el estudio se utilizó uno de los radiotelescopios de rotación total más grandes del mundo: el radiotelescopio de Bonn de 100 metros. Esta es la longitud de onda más larga de todos los estudios del cielo. Se realizó en una longitud de onda en la que se observa un número significativo de fuentes en la Galaxia. Además, la elección de la longitud de onda estuvo determinada por razones técnicas.

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Aplicación terrestre

Horno microondas Así se realiza el secado, descongelación, cocción y calentamiento de los alimentos mediante microondas (microondas). Además, las corrientes eléctricas alternas excitan corrientes de alta frecuencia. Estas corrientes pueden ocurrir en sustancias donde hay partículas cargadas móviles. Pero los objetos metálicos finos y afilados no se pueden colocar en un horno microondas (esto se aplica especialmente a platos con adornos metálicos recubiertos de plata y oro). Incluso un fino anillo de baño de oro a lo largo del borde de la placa puede provocar una potente descarga eléctrica que dañará el dispositivo que crea la onda electromagnética en el horno (magnetrón, klistrón). La principal ventaja de un horno microondas es que con el tiempo los alimentos se calientan en todo el volumen y no solo en la superficie. La radiación de microondas, al tener una longitud de onda más larga, penetra más profundamente que la radiación infrarroja debajo de la superficie de los productos. En el interior de los alimentos, las vibraciones electromagnéticas excitan niveles rotacionales de moléculas de agua, cuyo movimiento provoca principalmente el calentamiento de los alimentos.

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Telefono celular

En el estándar GSM, una estación base no puede soportar más de 8 conversaciones telefónicas simultáneamente. Durante eventos masivos y desastres naturales, el número de personas que llaman aumenta considerablemente, lo que sobrecarga las estaciones base y provoca interrupciones en la comunicación. comunicación celular. Para tales casos, los operadores celulares tienen estaciones base móviles que pueden entregarse rápidamente a áreas con grandes multitudes de personas. La pregunta de posible daño Radiación de microondas de los teléfonos móviles. Durante una conversación, el transmisor se encuentra muy cerca de la cabeza de la persona. Los estudios repetidos aún no han podido registrar de manera confiable impacto negativo Las emisiones de radio de los teléfonos móviles sobre la salud. Aunque no se pueden descartar por completo los efectos de la débil radiación de microondas sobre los tejidos corporales, no hay motivo de grave preocupación. El principio de funcionamiento de la telefonía celular se basa en el uso de un canal de radio (en el rango de microondas) para la comunicación entre el suscriptor y una de las estaciones base. La información se transmite entre estaciones base, por regla general, a través de redes de cable digitales. El alcance de la estación base (el tamaño de la célula) es de varias decenas a varios miles de metros. Depende del paisaje y de la intensidad de la señal, que se selecciona para que no haya demasiados suscriptores activos en una celda.

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TELEVISOR

El transmisor de una estación de televisión transmite constantemente una señal de radio de una frecuencia estrictamente fija, se llama frecuencia portadora. El circuito receptor del televisor se ajusta a él: surge una resonancia en la frecuencia deseada, lo que permite captar oscilaciones electromagnéticas débiles. La información sobre la imagen se transmite mediante la amplitud de las oscilaciones: una amplitud grande significa un brillo alto, una amplitud baja significa un área oscura de la imagen. Este principio se llama modulación de amplitud. El sonido se transmite de manera similar por las estaciones de radio (excepto las estaciones de FM). Con la transición a televisión digital las reglas para la codificación de imágenes cambian, pero el principio mismo de la frecuencia portadora y su modulación sigue siendo el mismo. Las imágenes de televisión se transmiten en ondas métricas y decimétricas. Cada cuadro se divide en líneas a lo largo de las cuales el brillo cambia de cierta manera.

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Antena parabólica

Antena parabólica para recibir señal de un satélite geoestacionario en el rango de microondas y VHF. El principio de funcionamiento es el mismo que el de un radiotelescopio, pero no es necesario que el plato sea móvil. En el momento de la instalación, se dirige al satélite, que siempre permanece en el mismo lugar con respecto a las estructuras terrestres. Esto se logra colocando el satélite en una órbita geoestacionaria a una altitud de unos 36 mil kilómetros sobre el ecuador de la Tierra. El período de revolución a lo largo de esta órbita es exactamente igual al período de rotación de la Tierra alrededor de su eje en relación con las estrellas: 23 horas 56 minutos 4 segundos. El tamaño del plato depende de la potencia del transmisor del satélite y de su patrón de radiación. Cada satélite tiene un área de servicio principal donde sus señales son recibidas por un plato con un diámetro de 50 a 100 cm, y un área periférica donde la señal se debilita rápidamente y puede requerir una antena de hasta 2 a 3 m para recibirla.

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rango visible

Aplicación terrestre

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El rango de luz visible es el más estrecho de todo el espectro. La longitud de onda que contiene cambia menos de dos veces. La luz visible representa la radiación máxima en el espectro solar. Durante la evolución, nuestros ojos se han adaptado a su luz y solo pueden percibir la radiación en esta estrecha parte del espectro. Casi todas las observaciones astronómicas hasta mediados del siglo XX se realizaron en luz visible. La principal fuente de luz visible en el espacio son las estrellas, cuya superficie se calienta hasta varios miles de grados y, por tanto, emite luz. En la Tierra también se utilizan fuentes de luz no térmicas, como lámparas fluorescentes y LED semiconductores. Se utilizan espejos y lentes para recoger la luz de fuentes cósmicas débiles. Los receptores de luz visible son la retina del ojo, películas fotográficas, cristales semiconductores (matrices CCD) utilizados en cámaras digitales, fotocélulas y fotomultiplicadores. El principio de funcionamiento de los receptores se basa en el hecho de que la energía de un cuanto de luz visible es suficiente para provocar reacción química en una sustancia especialmente seleccionada o eliminar un electrón libre de la sustancia. Luego, basándose en la concentración de los productos de reacción o la cantidad de carga liberada, se determina la cantidad de luz recibida.

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Fuentes

Uno de los cometas más brillantes de finales del siglo XX. Fue descubierto en 1995, cuando aún se encontraba más allá de la órbita de Júpiter. Esta es una distancia récord para descubrir un nuevo cometa. Pasó el perihelio el 1 de abril de 1997 y a finales de mayo alcanzó su brillo máximo, aproximadamente de magnitud cero.

Cometa Hale-Bopp En total, el cometa permaneció visible a simple vista durante 18,5 meses, el doble del récord anterior establecido por el gran cometa de 1811. La imagen muestra dos colas del cometa: polvo y gas. La presión de la radiación solar los aleja del Sol.

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Planeta Saturno Segundo planeta más grande sistema solar . pertenece a la clase gigantes gaseosos

. La imagen fue tomada por la estación interplanetaria Cassini, que realiza investigaciones en el sistema de Saturno desde 2004. A finales del siglo XX se descubrieron sistemas de anillos en todos los planetas gigantes, desde Júpiter hasta Neptuno, pero sólo en Saturno son fácilmente observables incluso con un pequeño telescopio de aficionado.

Diapositiva 49

Viven desde varias horas hasta varios meses. El número de manchas solares sirve como indicador de la actividad solar. Al observar las manchas solares durante varios días, es fácil notar la rotación del Sol. La fotografía fue tomada con un telescopio de aficionado. Regiones de baja temperatura en la superficie visible del Sol. Su temperatura es de 4300 a 4800 K, aproximadamente mil quinientos grados más baja que en el resto de la superficie del Sol. Debido a esto, su brillo es de 2 a 4 veces menor, lo que en contraste crea la impresión de puntos negros. Las manchas se producen cuando un campo magnético ralentiza la convección y, por tanto, la eliminación de calor en las capas superiores del Sol.

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Receptores

Telescopio aficionado B mundo moderno La astronomía amateur se ha convertido en un pasatiempo fascinante y prestigioso. Los instrumentos más simples con un diámetro de lente de 50 a 70 mm, los más grandes con un diámetro de 350 a 400 mm, tienen un costo comparable al de un automóvil prestigioso y requieren una instalación permanente sobre una base de concreto. bajo una cúpula. EN en manos capaces tales instrumentos bien pueden contribuir a una mayor ciencia.

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Lampara incandescente

Emite luz visible y radiación infrarroja debido al calentamiento eléctrico de una espiral de tungsteno colocada al vacío. El espectro de radiación es muy cercano al del cuerpo negro con una temperatura de aproximadamente 2000 K. A esta temperatura, la radiación máxima se produce en la región del infrarrojo cercano y, por lo tanto, se gasta inútilmente para fines de iluminación. No es posible aumentar significativamente la temperatura, ya que la espiral falla rápidamente. Por tanto, las lámparas incandescentes resultan ser un dispositivo de iluminación antieconómico. Las lámparas fluorescentes convierten la electricidad en luz de forma mucho más eficiente.

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Ultravioleta

Aplicación terrestre

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El rango ultravioleta de la radiación electromagnética se encuentra más allá del extremo violeta (longitud de onda corta) del espectro visible. La luz casi ultravioleta del Sol atraviesa la atmósfera. Provoca bronceado en la piel y es necesario para la producción de vitamina D. Pero una exposición excesiva puede provocar el desarrollo de cáncer de piel. La radiación ultravioleta es perjudicial para los ojos. Por tanto, es imprescindible utilizar gafas de seguridad en el agua y especialmente en la nieve de la montaña. La radiación ultravioleta más intensa es absorbida en la atmósfera por moléculas de ozono y otros gases. Sólo se puede observar desde el espacio y por eso se le llama ultravioleta del vacío. La energía de los cuantos ultravioleta es suficiente para destruir moléculas biológicas, en particular el ADN y las proteínas. En esto se basa uno de los métodos para destruir microbios. Se cree que mientras no hubiera ozono en la atmósfera terrestre, que absorbe una parte importante de la radiación ultravioleta, la vida no podría abandonar el agua en la tierra. La luz ultravioleta es emitida por objetos con temperaturas que oscilan entre miles y cientos de miles de grados, como las estrellas jóvenes, calientes y masivas. Sin embargo, la radiación ultravioleta es absorbida por el gas y el polvo interestelar, por lo que a menudo no vemos las fuentes en sí, sino las nubes cósmicas iluminadas por ellas. Los telescopios de espejo se utilizan para recolectar la radiación ultravioleta y los tubos fotomultiplicadores se utilizan para el registro, y en la radiación ultravioleta cercana, como en la luz visible, se utilizan matrices CCD.

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Fuentes

El resplandor se produce cuando partículas cargadas del viento solar chocan con moléculas en la atmósfera de Júpiter. La mayoría de las partículas, bajo la influencia del campo magnético del planeta, ingresan a la atmósfera cerca de sus polos magnéticos. Por tanto, el resplandor se produce en un área relativamente pequeña. Procesos similares están teniendo lugar en la Tierra y en otros planetas que tienen atmósfera y campo magnético. Foto recibida telescopio espacial"Hubble". Aurora en Júpiter en ultravioleta

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Reseñas del cielo

Cielo ultravioleta extremo (EUVE) Encuesta construida por el observatorio ultravioleta en órbita Extreme Ultraviolet Explorer La estructura de líneas de la imagen corresponde a movimiento orbital satélite, y la falta de homogeneidad del brillo de las bandas individuales está asociada con cambios en la calibración del equipo. Las franjas negras son áreas del cielo que no se pudieron observar. La pequeña cantidad de detalles en esta revisión se debe al hecho de que hay relativamente pocas fuentes de radiación ultravioleta intensa y, además, la radiación ultravioleta es dispersada por el polvo cósmico.

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Aplicación terrestre

Solarium Instalación para la irradiación dosificada del cuerpo con luz casi ultravioleta para el bronceado. La radiación ultravioleta provoca la liberación de pigmento de melanina en las células, lo que cambia el color de la piel.

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detector de moneda

La radiación ultravioleta se utiliza para determinar la autenticidad de los billetes. En los billetes se prensan fibras poliméricas con un tinte especial que absorbe cuantos ultravioleta y luego emite radiación menos energética en el rango visible. Bajo la influencia de la luz ultravioleta, las fibras comienzan a brillar, lo que sirve como uno de los signos de autenticidad. La radiación ultravioleta del detector es invisible a la vista; el brillo azul, que se nota cuando la mayoría de los detectores están en funcionamiento, se debe a que las fuentes ultravioleta utilizadas también emiten en el rango visible.

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Las ondas electromagnéticas se clasifican por la longitud de onda λ o la frecuencia de onda asociada. F. Tenga en cuenta también que estos parámetros caracterizan no solo las propiedades ondulatorias, sino también las cuánticas. campo electromagnetico. En consecuencia, en el primer caso, la onda electromagnética se describe mediante las leyes clásicas estudiadas en este curso.

Consideremos el concepto de espectro de ondas electromagnéticas. Espectro de ondas electromagnéticas. es la banda de frecuencia de las ondas electromagnéticas que existen en la naturaleza.

El espectro de radiación electromagnética en orden creciente de frecuencia es:

Las distintas partes del espectro electromagnético se diferencian en la forma en que emiten y reciben ondas pertenecientes a una u otra parte del espectro. Por esta razón, no existen límites definidos entre las diferentes partes del espectro electromagnético, sino que cada rango está determinado por sus propias características y la prevalencia de sus leyes, determinadas por las relaciones de escalas lineales.

Las ondas de radio se estudian mediante la electrodinámica clásica. La luz infrarroja y la radiación ultravioleta son estudiadas tanto por la óptica clásica como por la física cuántica. Los rayos X y la radiación gamma se estudian en física cuántica y nuclear.

Consideremos el espectro de ondas electromagnéticas con más detalle.

Ondas de baja frecuencia

Las ondas de baja frecuencia son ondas electromagnéticas cuya frecuencia de oscilación no supera los 100 kHz). Es este rango de frecuencia el que se utiliza tradicionalmente en ingeniería eléctrica. En la ingeniería eléctrica industrial, se utiliza una frecuencia de 50 Hz, a la que la energía eléctrica se transmite a través de líneas y el voltaje se convierte mediante dispositivos transformadores. En la aviación y el transporte terrestre se suele utilizar una frecuencia de 400 Hz, lo que proporciona una ventaja de peso 8 veces mayor que las máquinas eléctricas y los transformadores en comparación con una frecuencia de 50 Hz. Las últimas generaciones de fuentes de alimentación conmutadas utilizan frecuencias de transformación. corriente alterna unidades y decenas de kHz, lo que los hace compactos y ricos en energía.
La diferencia fundamental entre el rango de baja frecuencia y las frecuencias más altas es la caída en la velocidad de las ondas electromagnéticas en proporción a la raíz cuadrada de su frecuencia de 300 mil km/s a 100 kHz a aproximadamente 7 mil km/s a 50 Hz.

Ondas de radio

Las ondas de radio son ondas electromagnéticas cuyas longitudes de onda son superiores a 1 mm (frecuencia inferior a 3 10 11 Hz = 300 GHz) y inferiores a 3 km (superiores a 100 kHz).

Las ondas de radio se dividen en:

1. ondas largas en el rango de longitud de 3 km a 300 m (frecuencia en el rango de 10,5 Hz - 10,6 Hz = 1 MHz);

2. Ondas medianas con una longitud de entre 300 ma 100 m (frecuencia en el rango de 10,6 Hz -3*10,6 Hz = 3 MHz);

3. Ondas cortas en el rango de longitud de onda de 100 ma 10 m (frecuencia en el rango 310,6 Hz - 310,7 Hz = 30 MHz);

4. Ondas ultracortas con una longitud de onda inferior a 10 m (frecuencia superior a 310 7 Hz = 30 MHz).

Las ondas ultracortas, a su vez, se dividen en:

A) ondas métricas;

B) ondas centimétricas;

B) ondas milimétricas;

Las ondas con una longitud de onda inferior a 1 m (frecuencia inferior a 300 MHz) se denominan microondas u ondas de frecuencia ultraalta (ondas de microondas).

Debido a las grandes longitudes de onda del rango de radio en comparación con el tamaño de los átomos, la propagación de las ondas de radio se puede considerar sin tener en cuenta la estructura atómica del medio, es decir. fenomenológicamente, como es habitual en la construcción de la teoría de Maxwell. Las propiedades cuánticas de las ondas de radio aparecen solo para las ondas más cortas adyacentes a la parte infrarroja del espectro y durante la propagación de la llamada. pulsos ultracortos con una duración del orden de 10 -12 segundos - 10 -15 segundos, comparable al tiempo de oscilaciones de los electrones dentro de átomos y moléculas.
La diferencia fundamental entre las ondas de radio y las frecuencias más altas es la diferente relación termodinámica entre la longitud de onda del portador de la onda (éter), igual a 1 mm (2,7°K), y la onda electromagnética que se propaga en este medio.

Efectos biológicos de la radiación de ondas de radio.

La terrible experiencia de sacrificio de utilizar potentes radiaciones de ondas de radio en la tecnología de radar mostró el efecto específico de las ondas de radio en función de la longitud de onda (frecuencia).

El efecto destructivo en el cuerpo humano no es tanto el promedio como la potencia máxima de radiación, en la que se producen fenómenos irreversibles en las estructuras proteicas. Por ejemplo, la potencia de la radiación continua del magnetrón de un horno microondas (microondas), de 1 kW, afecta solo a los alimentos en un pequeño volumen cerrado (blindado) del horno y es casi segura para una persona cercana. La potencia de una estación de radar (radar) de 1 kW de potencia media emitida por impulsos cortos con un ciclo de trabajo de 1000:1 (la relación entre el período de repetición y la duración del impulso) y, en consecuencia, una potencia de impulso de 1 MW, Es muy peligroso para la salud y la vida humana a una distancia de hasta cientos de metros del emisor. En este último caso, por supuesto, también influye la dirección de la radiación del radar, lo que acentúa el efecto destructivo de la potencia pulsada en lugar de la media.

Exposición a ondas métricas.

Ondas métricas de alta intensidad emitidas por generadores de impulsos de estaciones de radar métricas (radares) con una potencia de impulso de más de un megavatio (como la estación de alerta temprana P-16) y proporcionales a la longitud de la médula espinal de humanos y animales. además de la longitud de los axones, alteran la conductividad de estas estructuras, provocando el síndrome diencefálico (enfermedad HF). Esto último conduce al rápido desarrollo (durante un período de varios meses a varios años) de una parálisis irreversible completa o parcial (según la dosis de pulso de radiación recibida) de las extremidades de una persona, así como a una alteración de la inervación de los intestinos y otros órganos internos.

Impacto de las ondas decimétricas.

Las ondas decimétricas son comparables en longitud de onda a los vasos sanguíneos y cubren órganos humanos y animales como los pulmones, el hígado y los riñones. Esta es una de las razones por las que provocan el desarrollo de tumores “benignos” (quistes) en estos órganos. Estos tumores, que se desarrollan en la superficie de los vasos sanguíneos, provocan el cese de la circulación sanguínea normal y la alteración de la función de los órganos. Si estos tumores no se extirpan quirúrgicamente a tiempo, se produce la muerte del cuerpo. Los magnetrones de radares como el radar móvil de defensa aérea P-15, así como los radares de algunos aviones, emiten ondas decimétricas de niveles de intensidad peligrosos.

Exposición a ondas centimétricas.

Las poderosas ondas centimétricas causan enfermedades como la leucemia, "sangre blanca", así como otras formas de tumores malignos en humanos y animales. Los radares de alcance centimétrico P-35, P-37 y casi todos los radares de aviones generan ondas de intensidad suficiente para la aparición de estas enfermedades.

Radiación infrarroja, luminosa y ultravioleta.

Infrarrojo, luz, ultravioleta la radiación asciende a región óptica del espectro de ondas electromagnéticas en el sentido amplio de la palabra. Este espectro ocupa el rango de longitudes de onda electromagnéticas en el rango de 2,10 -6 m = 2 μm a 10 -8 m = 10 nm (frecuencia de 1,5,10 14 Hz a 3,10 16 Hz). El límite superior del rango óptico está determinado por el límite de onda larga del rango infrarrojo y el límite inferior, por el límite de onda corta del ultravioleta (Fig. 2.14).

La proximidad de las regiones espectrales de las ondas enumeradas determinó la similitud de los métodos e instrumentos utilizados para estudiarlas y aplicación práctica. Históricamente se utilizaban para estos fines lentes, rejillas de difracción, prismas, diafragmas y sustancias ópticamente activas incluidas en diversos dispositivos ópticos (interferómetros, polarizadores, moduladores, etc.).

Por otro lado, la radiación de la región óptica del espectro tiene patrones generales pasando por diversos entornos que se pueden obtener utilizando óptica geométrica, ampliamente utilizado para cálculos y construcción tanto de dispositivos ópticos como de canales de propagación de señales ópticas. La radiación infrarroja es visible para muchos artrópodos (insectos, arañas, etc.) y reptiles (serpientes, lagartos, etc.) , accesible a sensores semiconductores (fotomatrices de infrarrojos), pero no es transmitido por el espesor de la atmósfera terrestre, que no permite observe desde la superficie de la Tierra estrellas infrarrojas: las "enanas marrones", que constituyen más del 90% de todas las estrellas de la Galaxia.

El ancho de frecuencia del rango óptico es de aproximadamente 18 octavas, de las cuales el rango óptico representa aproximadamente una octava (); para ultravioleta - 5 octavas ( ), radiación infrarroja - 11 octavas (

En la parte óptica del espectro cobran importancia los fenómenos provocados por la estructura atómica de la materia. Por este motivo, junto a las propiedades ondulatorias de la radiación óptica, aparecen las propiedades cuánticas.

Luz

Rayos X y radiación gamma.

En el campo de los rayos X y la radiación gamma, las propiedades cuánticas de la radiación pasan a primer plano.

radiación de rayos x Ocurre cuando las partículas cargadas rápidamente (electrones, protones, etc.) se ralentizan, así como como resultado de procesos que ocurren en el interior. capas de electronesátomos.

La radiación gamma es una consecuencia de los fenómenos que ocurren dentro de los núcleos atómicos, así como también como resultado reacciones nucleares. El límite entre los rayos X y la radiación gamma se determina convencionalmente por el valor del cuanto de energía correspondiente a una determinada frecuencia de radiación.

La radiación de rayos X consiste en ondas electromagnéticas con una longitud de 50 nm a 10 -3 nm, lo que corresponde a una energía cuántica de 20 eV a 1 MeV.

La radiación gamma está formada por ondas electromagnéticas con una longitud de onda inferior a 10 -2 nm, lo que corresponde a una energía cuántica superior a 0,1 MeV.

Naturaleza electromagnética de la luz.

La luz es la parte visible del espectro de ondas electromagnéticas, cuyas longitudes de onda ocupan el rango de 0,4 µm a 0,76 µm. A cada componente espectral de la radiación óptica se le puede asignar un color específico. El color de los componentes espectrales de la radiación óptica está determinado por su longitud de onda. El color de la radiación cambia a medida que su longitud de onda disminuye de la siguiente manera: rojo, naranja, amarillo, verde, cian, índigo, violeta.

La luz roja, correspondiente a la longitud de onda más larga, define el extremo rojo del espectro. Luz violeta: corresponde al borde violeta.

La luz natural (luz del día, luz solar) no tiene color y representa una superposición de ondas electromagnéticas de todo. visible para los humanos espectro La luz natural se produce como resultado de la emisión de ondas electromagnéticas por parte de átomos excitados. La naturaleza de la excitación puede ser diferente: térmica, química, electromagnética, etc. Como resultado de la excitación, los átomos emiten aleatoriamente ondas electromagnéticas durante aproximadamente 10 a 8 segundos. Dado que el espectro de energía de excitación de los átomos es bastante amplio, se emiten ondas electromagnéticas desde todo el espectro visible, fase inicial, cuya dirección y polarización es aleatoria. Por este motivo, la luz natural no está polarizada. Esto significa que la "densidad" de los componentes espectrales de las ondas electromagnéticas de la luz natural que tienen polarizaciones mutuamente perpendiculares es la misma.

Las ondas electromagnéticas armónicas en el rango de la luz se llaman monocromo. Para una onda de luz monocromática, una de las principales características es la intensidad. Intensidad de la onda de luz representa el valor medio de la densidad de flujo de energía (1.25) transferida por la onda:

¿Dónde está el vector de Poynting?

Calculando la intensidad de una onda ligera, plana, monocromática con una amplitud de campo eléctrico en un medio homogéneo con permeabilidad dieléctrica y magnética usando la fórmula (1.35) teniendo en cuenta (1.30) y (1.32) se obtiene:

Tradicionalmente, los fenómenos ópticos se consideran mediante rayos. La descripción de los fenómenos ópticos mediante rayos se llama. geométrico-óptico. Las reglas para encontrar trayectorias de rayos, desarrolladas en óptica geométrica, se utilizan ampliamente en la práctica para el análisis de fenómenos ópticos y en la construcción de diversos instrumentos ópticos.

Definamos un rayo basándonos en la representación electromagnética de las ondas de luz. En primer lugar, los rayos son líneas a lo largo de las cuales se propagan las ondas electromagnéticas. Por esta razón, un rayo es una línea, en cada punto de la cual el vector de Poynting promediado de una onda electromagnética se dirige tangencialmente a esta línea.

En homogéneo ambientes isotrópicos la dirección del vector de Poynting promedio coincide con la normal a superficie de onda(superficie de equipo), es decir a lo largo del vector de onda.

Así, en medios isotrópicos homogéneos, los rayos son perpendiculares al frente de onda correspondiente de la onda electromagnética.

Por ejemplo, considere los rayos emitidos por una fuente de luz monocromática puntual. Desde el punto de vista de la óptica geométrica, muchos rayos emanan del punto fuente en dirección radial. Desde la posición de la esencia electromagnética de la luz, una onda electromagnética esférica se propaga desde el punto fuente. A una distancia suficientemente grande de la fuente, la curvatura del frente de onda se puede despreciar, considerando que la onda localmente esférica es plana. Al dividir la superficie del frente de onda en un gran número de secciones localmente planas, es posible trazar una normal a través del centro de cada sección, a lo largo de la cual se propaga una onda plana, es decir en interpretación geométrico-óptica del rayo. Por tanto, ambos enfoques dan la misma descripción del ejemplo considerado.

La principal tarea de la óptica geométrica es encontrar la dirección del haz (trayectoria). La ecuación de la trayectoria se encuentra después de resolver. problema variacional encontrar el mínimo de los llamados acciones en las trayectorias deseadas. Sin entrar en detalles sobre la formulación y solución estricta de este problema, podemos suponer que los rayos son trayectorias con la longitud óptica total más pequeña. Esta afirmación es consecuencia del principio de Fermat.

El enfoque variacional para determinar la trayectoria del rayo también se puede aplicar a medios no homogéneos, es decir. Medios en los que el índice de refracción es función de las coordenadas de los puntos del medio. Si describimos la forma de la superficie de un frente de onda en un medio no homogéneo con una función, entonces se puede encontrar a partir de la solución de la ecuación diferencial parcial, conocida como ecuación de Eikonal, y en mecánica analítica como la ecuación de Hamilton-Jacobi. ecuación:

Así, la base matemática de la aproximación geométrico-óptica de la teoría electromagnética consiste en varios métodos para determinar los campos de ondas electromagnéticas en los rayos, basándose en la ecuación de Eikonal o de alguna otra forma. La aproximación geométrico-óptica se utiliza ampliamente en la práctica en radioelectrónica para calcular la denominada. Sistemas cuasi ópticos.

En conclusión, observamos que la capacidad de describir la luz simultáneamente tanto desde las posiciones de las ondas resolviendo las ecuaciones de Maxwell como utilizando rayos, cuya dirección se determina a partir de las ecuaciones de Hamilton-Jacobi que describen el movimiento de las partículas, es una de las manifestaciones de la aparente dualismo de la luz, que, como se sabe, condujo a la formulación de principios lógicamente contradictorios de la mecánica cuántica.

De hecho, no existe dualismo en la naturaleza de las ondas electromagnéticas. Como demostró Max Planck en 1900 en su obra clásica "Sobre el espectro normal de radiación", las ondas electromagnéticas son oscilaciones individuales cuantificadas con una frecuencia v y energía E=hv, Dónde h = constante, al aire. Este último es un medio superfluido que tiene una propiedad estable de discontinuidad en la medida. h- Constante de Planck. Cuando el éter se expone a una energía superior hv Durante la radiación, se forma un "vórtice" cuantificado. Se observa exactamente el mismo fenómeno en todos los medios superfluidos y la formación de fonones en ellos: cuantos de radiación sonora.

Por la combinación de “copiar y pegar” del descubrimiento de Max Planck en 1900 con el efecto fotoeléctrico descubierto en 1887 por Heinrich Hertz, en 1921 el Comité Nobel concedió el premio a Albert Einstein

1) Una octava, por definición, es el rango de frecuencia entre una frecuencia arbitraria w y su segundo armónico, igual a 2w.

La escala de radiación electromagnética incluye convencionalmente siete rangos:

1. Vibraciones de baja frecuencia

2. Ondas de radio

3. Radiación infrarroja

4. Radiación visible

5. Radiación ultravioleta

6. rayos X

7. Radiación gamma

No existe una diferencia fundamental entre las radiaciones individuales. Todas ellas son ondas electromagnéticas generadas por partículas cargadas. Las ondas electromagnéticas se detectan en última instancia por su efecto sobre las partículas cargadas. En el vacío, la radiación de cualquier longitud de onda viaja a una velocidad de 300.000 km/s. Los límites entre las distintas regiones de la escala de radiación son muy arbitrarios.

Las radiaciones de diferentes longitudes de onda se diferencian entre sí por el método de producción (radiación de antena, radiación térmica, radiación durante la desaceleración de electrones rápidos, etc.) y los métodos de registro.

Todos los tipos enumerados de radiación electromagnética también son generados por objetos espaciales y se estudian con éxito mediante cohetes, satélites terrestres artificiales y naves espaciales. Esto se aplica principalmente a los rayos X y la radiación gamma, que son fuertemente absorbidos por la atmósfera.

A medida que la longitud de onda disminuye, las diferencias cuantitativas en las longitudes de onda conducen a diferencias cualitativas significativas.

Las radiaciones de diferentes longitudes de onda difieren mucho entre sí en su absorción por la materia. La radiación de onda corta (rayos X y especialmente rayos G) se absorbe débilmente. Las sustancias opacas a las ondas ópticas son transparentes a estas radiaciones. El coeficiente de reflexión de las ondas electromagnéticas también depende de la longitud de onda. Pero la principal diferencia entre la radiación de onda larga y la de onda corta es que la radiación de onda corta exhibe propiedades de partículas.

radiación de rayos x

radiación de rayos x- ondas electromagnéticas con una longitud de onda de 8*10-6 cm a 10-10 cm.

Hay dos tipos de radiación de rayos X: bremsstrahlung y característica.

Freno Ocurre cuando los electrones rápidos son frenados por cualquier obstáculo, en particular los electrones metálicos.

La bremsstrahlung electrónica tiene un espectro continuo, que se diferencia de los espectros de emisión continua producidos por sólidos o líquidos.

Radiación de rayos X característica tiene un espectro de líneas. La radiación característica se produce como resultado del hecho de que un electrón externo rápido, desacelerado en una sustancia, extrae un electrón ubicado en una de las capas internas de un átomo de la sustancia. Cuando un electrón más distante se mueve hacia el lugar desocupado, aparece un fotón de rayos X.

Dispositivo para recibir rayos X- Tubo de rayos-x.

Ilustración esquemática de un tubo de rayos X.

X - rayos X, K - cátodo, A - ánodo (a veces llamado anticatodo), C - disipador de calor, Oh- tensión de calentamiento del cátodo, Ua- voltaje de aceleración, W in - entrada de refrigeración por agua, W out - salida de refrigeración por agua.

El cátodo 1 es una hélice de tungsteno que emite electrones debido a la emisión termoiónica. El cilindro 3 concentra el flujo de electrones, que luego chocan con el electrodo metálico (ánodo) 2. En este caso aparecen rayos X. El voltaje entre el ánodo y el cátodo alcanza varias decenas de kilovoltios. Se crea un vacío profundo en el tubo; la presión del gas en él no supera los 10_о mm Hg. Arte.

Los electrones emitidos por el cátodo caliente se aceleran (no se emiten rayos X, ya que la aceleración es demasiado pequeña) y golpean el ánodo, donde se desaceleran bruscamente (se emiten rayos X: la llamada bremsstrahlung).

Al mismo tiempo, los electrones son eliminados de las capas electrónicas internas de los átomos metálicos a partir de los cuales está hecho el ánodo. Los espacios vacíos de las capas están ocupados por otros electrones del átomo. En este caso, la radiación de rayos X se emite con una determinada energía característica del material del ánodo (radiación característica )

Los rayos X se caracterizan por una longitud de onda corta y una alta "dureza".

Propiedades:

alta capacidad de penetración;

efecto sobre placas fotográficas;

la capacidad de provocar ionización en las sustancias a través de las cuales pasan estos rayos.

Solicitud:

Diagnóstico por rayos X. Con la ayuda de rayos X se puede "iluminar" el cuerpo humano, como resultado de lo cual se pueden obtener imágenes de los huesos y, con dispositivos modernos, de los órganos internos.

terapia de rayos x

La detección de defectos en productos (rieles, soldaduras, etc.) mediante radiación de rayos X se denomina detección de defectos por rayos X.

En la ciencia de los materiales, la cristalografía, la química y la bioquímica, los rayos X se utilizan para dilucidar la estructura de sustancias a nivel atómico mediante la dispersión por difracción de rayos X (difracción de rayos X). Un ejemplo bien conocido es la determinación de la estructura del ADN.

En los aeropuertos se utilizan activamente introscopios de televisión de rayos X, que permiten observar el contenido del equipaje de mano y del equipaje para detectar visualmente objetos peligrosos en la pantalla del monitor.

La longitud de onda o la frecuencia de onda asociada caracteriza no sólo la onda, sino también las propiedades cuánticas del campo electromagnético. En consecuencia, en el primer caso, la onda electromagnética se describe mediante las leyes clásicas estudiadas en este curso.

Consideremos el concepto de espectro de ondas electromagnéticas. El espectro de ondas electromagnéticas es la banda de frecuencia de las ondas electromagnéticas que existen en la naturaleza.

El espectro de radiación electromagnética en orden creciente de frecuencia es:

Antena

1) Ondas de baja frecuencia (λ>);

2) Ondas de radio();

Átomo
3) Radiación infrarroja (m);

4) Radiación luminosa();

5) rayos X();

Núcleos atómicos

6) Radiación gamma (λ).

Las distintas partes del espectro electromagnético se diferencian en la forma en que emiten y reciben ondas pertenecientes a una u otra parte del espectro. Por esta razón, no existen límites definidos entre las diferentes partes del espectro electromagnético, sino que cada rango está determinado por sus propias características y la prevalencia de sus leyes, determinadas por las relaciones de escalas lineales.

Las ondas de radio se estudian mediante la electrodinámica clásica. La luz infrarroja y la radiación ultravioleta son estudiadas tanto por la óptica clásica como por la física cuántica. Los rayos X y la radiación gamma se estudian en física cuántica y nuclear.

Radiación infrarroja

Los rayos infrarrojos son absolutamente seguros para el cuerpo humano, a diferencia de los rayos X, los rayos ultravioleta o los microondas. Algunos animales (por ejemplo, las víboras de madriguera) incluso tienen órganos sensoriales que les permiten determinar la ubicación de presas de sangre caliente mediante la radiación infrarroja de su cuerpo.

Apertura

Solicitud

En el espectro infrarrojo hay una región con longitudes de onda de aproximadamente 7 a 14 micrones (la llamada parte de onda larga del rango infrarrojo), que tiene un efecto verdaderamente único en el cuerpo humano. acción útil. Esta parte de la radiación infrarroja corresponde a la radiación del propio cuerpo humano, con un máximo en una longitud de onda de unas 10 micras. Por lo tanto, nuestro cuerpo percibe cualquier radiación externa con longitudes de onda como "propias". La fuente natural más famosa de rayos infrarrojos en nuestra Tierra es el Sol, y la fuente artificial más famosa de rayos infrarrojos de onda larga en Rusia es la rusa. estufa, y cada persona definitivamente ha experimentado su influencia beneficiosa.

Los diodos y fotodiodos infrarrojos se utilizan ampliamente en controles remotos. control remoto, sistemas de automatización, sistemas de seguridad, algunos teléfonos móviles, etc. Los rayos infrarrojos no distraen la atención de una persona debido a su invisibilidad.

Los emisores de infrarrojos se utilizan en la industria para secar superficies pintadas. El método de secado por infrarrojos tiene importantes ventajas sobre el método tradicional de convección. En primer lugar, se trata, por supuesto, de un efecto económico. La velocidad y la energía consumidas durante el secado por infrarrojos son menores que los mismos indicadores con los métodos tradicionales.

Los detectores de rayos infrarrojos son ampliamente utilizados por los servicios de rescate, por ejemplo, para detectar personas vivas bajo los escombros después de terremotos u otros desastres naturales o provocados por el hombre.

Un efecto secundario positivo también es la esterilización. productos alimenticios, aumentando la resistencia a la corrosión de las superficies pintadas.

Una característica especial del uso de la radiación IR en la industria alimentaria es la posibilidad de penetración de una onda electromagnética en productos porosos capilares como cereales, cereales, harina, etc., hasta una profundidad de hasta 7 mm. Este valor depende de la naturaleza de la superficie, estructura, propiedades del material y características de frecuencia de la radiación. Una onda electromagnética de un cierto rango de frecuencia tiene no solo un efecto térmico, sino también biológico en el producto, ayudando a acelerar las transformaciones bioquímicas en los polímeros biológicos (almidón, proteínas, lípidos).

Rayos ultravioleta

Toda la vida en la Tierra está protegida de los efectos nocivos de la fuerte radiación ultravioleta por la capa de ozono de la atmósfera terrestre, que absorbe la mayor parte de los fuertes rayos ultravioleta del espectro de la radiación solar. Si no fuera por este escudo natural, la vida en la Tierra difícilmente habría surgido de las aguas del Océano Mundial. Sin embargo, a pesar de la protección capa de ozono, algunos de los fuertes rayos ultravioleta llegan a la superficie de la Tierra y pueden causar cáncer de piel, especialmente en personas que son naturalmente propensas a la palidez y no se broncean bien al sol.

Historia del descubrimiento

Solicitud

Provoca bronceado en la piel y es necesario para la producción de vitamina D. Pero una exposición excesiva puede provocar el desarrollo de cáncer de piel. La radiación ultravioleta es perjudicial para los ojos. Por tanto, es imprescindible utilizar gafas de seguridad en el agua y especialmente en la nieve de la montaña.

Para proteger los documentos contra la falsificación, a menudo están equipados con etiquetas ultravioleta, que sólo son visibles bajo iluminación ultravioleta. La mayoría de los pasaportes, así como los billetes de varios países, contienen elementos de seguridad en forma de pintura o hilos que brillan con luz ultravioleta.

Muchos minerales contienen sustancias que, cuando se iluminan con luz ultravioleta, comienzan a emitir luz visible. Cada impureza brilla a su manera, lo que permite determinar la composición de un mineral determinado por la naturaleza del brillo.

radiación de rayos x

Recibo

Durante el proceso de aceleración-desaceleración, solo el 1% de la energía cinética del electrón se convierte en radiación de rayos X, el 99% de la energía se convierte en calor.

Apertura

Un examen cuidadoso mostró a Roentgen “ese cartón negro, no transparente a los rayos visibles y ultravioleta del sol, ni a los rayos arco eléctrico, está impregnado de algún agente que provoca fluorescencia energética”. Roentgen examinó el poder de penetración de este "agente", al que llamó abreviadamente "rayos X", sobre diversas sustancias. Descubrió que los rayos atraviesan libremente el papel, la madera, la ebonita y las finas capas de metal, pero que el plomo los bloquea fuertemente.

Figura Experimento de Crookes con rayos catódicos.

Luego describe una experiencia sensacional: “Si colocas la mano entre el tubo de descarga y la pantalla, puedes ver las sombras oscuras de los huesos en el tenue contorno de la sombra de la mano misma”. Este fue el primer examen fluoroscópico del cuerpo humano. Roentgen también recibió las primeras radiografías y las adjuntó a su folleto. Estas imágenes causaron una gran impresión; el descubrimiento aún no se había completado y el diagnóstico por rayos X ya había comenzado su andadura. "Mi laboratorio estaba inundado de médicos que traían pacientes que sospechaban que tenían agujas en diferentes partes del cuerpo", escribió el físico inglés Schuster.

Después de los primeros experimentos, Roentgen estableció firmemente que los rayos X se diferencian de los rayos catódicos en que no llevan carga y no son desviados por un campo magnético, sino que son excitados por los rayos catódicos. "...Los rayos X no son idénticos a los rayos catódicos, sino que son excitados por ellos en las paredes de vidrio del tubo de descarga", escribió Roentgen.

Figura Experimento con el primer tubo de rayos X.

También descubrió que se excitan no sólo en el vidrio, sino también en los metales.

Tras mencionar la hipótesis de Hertz-Lennard de que los rayos catódicos “son un fenómeno que ocurre en el éter”, Roentgen señala que “podemos decir algo similar sobre nuestros rayos”. Sin embargo, no pudo descubrir las propiedades ondulatorias de los rayos; “se comportan de manera diferente a los rayos ultravioleta, visibles e infrarrojos hasta ahora conocidos”. En sus acciones químicas y luminiscentes, según Roentgen, son similares a rayos ultravioleta. En su primer mensaje expresó la suposición, que luego abandonó, de que podrían tratarse de ondas longitudinales en el éter.

Solicitud

La detección de defectos en productos (rieles, soldaduras, etc.) mediante radiación de rayos X se denomina detección de defectos por rayos X.

Usado para control tecnológico productos microelectrónicos y permiten identificar los principales tipos de defectos y cambios en el diseño de componentes electrónicos.

En ciencia de materiales, cristalografía, química y bioquímica, los rayos X se utilizan para dilucidar la estructura de sustancias a nivel atómico mediante dispersión por difracción de rayos X.

Mediante rayos X se puede determinar la composición química de una sustancia. En los aeropuertos se utilizan activamente introscopios de televisión de rayos X, que permiten observar el contenido del equipaje de mano y del equipaje para detectar visualmente objetos peligrosos en la pantalla del monitor.

La radioterapia es una rama de la radioterapia que cubre la teoría y la práctica de la aplicación terapéutica. La terapia con rayos X se lleva a cabo principalmente para tumores superficiales y algunas otras enfermedades, incluidas las de la piel.

efectos biológicos

Conclusión:

Con la ayuda de la electrodinámica cuántica, es posible considerar la radiación electromagnética no solo como ondas electromagnéticas, sino también como un flujo de fotones, es decir, partículas que representan una excitación cuántica elemental de un campo electromagnético. Las ondas mismas se caracterizan por características tales como longitud (o frecuencia), polarización y amplitud. Además, cuanto más corta es la longitud de onda, más fuertes son las propiedades de las partículas. Estas propiedades se manifiestan especialmente claramente en el fenómeno del efecto fotoeléctrico (la eliminación de electrones de la superficie de un metal bajo la influencia de la luz), descubierto en 1887 por G. Hertz.

Este dualismo queda confirmado por la fórmula de Planck ε = hν. Esta fórmula conecta la energía del fotón, que es una característica cuántica, y la frecuencia de oscilación, que es una característica de onda.

Dependiendo del rango de frecuencia se liberan varios tipos de radiación electromagnética. Aunque los límites entre estos tipos son bastante arbitrarios, ya que la velocidad de propagación de las ondas en el vacío es la misma (igual a 299.792.458 m/s), la frecuencia de oscilación es inversamente proporcional a la longitud de la onda electromagnética.

Los tipos de radiación electromagnética se diferencian en la forma en que se producen:

A pesar de diferencias fisicas, en todas las fuentes de radiación electromagnética, ya sea sustancia radioactiva, una lámpara incandescente o un transmisor de televisión, esta radiación es excitada por cargas eléctricas que se mueven con aceleración. Hay dos tipos principales de fuentes. . En fuentes "microscópicas" Las partículas cargadas saltan de un nivel de energía a otro dentro de los átomos o moléculas. Los emisores de este tipo emiten radiación gamma, rayos X, ultravioleta, visible e infrarroja y, en algunos casos, incluso radiación de longitud de onda más larga (un ejemplo de esta última es la línea del espectro del hidrógeno correspondiente a una longitud de onda de 21 cm, que juega un papel importante importante papel en la radioastronomía). Fuentes del segundo tipo. puede ser llamado macroscópico . En ellos, los electrones libres de los conductores realizan oscilaciones periódicas sincrónicas.

Los métodos de registro difieren:

La luz visible es percibida por el ojo. La radiación infrarroja es predominantemente radiación térmica. Se registra mediante métodos térmicos, así como parcialmente mediante métodos fotoeléctricos y fotográficos. La radiación ultravioleta es química y biológicamente activa. Provoca el efecto fotoeléctrico, fluorescencia y fosforescencia (brillo) de varias sustancias. Se registra mediante métodos fotográficos y fotoeléctricos.

También son absorbidos y reflejados de forma diferente por los mismos medios:

Las radiaciones de diferentes longitudes de onda difieren mucho entre sí en su absorción por la materia. La radiación de onda corta (rayos X y especialmente rayos G) se absorbe débilmente. Las sustancias opacas a las ondas ópticas son transparentes a estas radiaciones. El coeficiente de reflexión de las ondas electromagnéticas también depende de la longitud de onda.

Tienen diferentes efectos sobre objetos biológicos con la misma intensidad de radiación:

Impactos diferentes tipos La radiación en el cuerpo humano es diferente: la radiación gamma y los rayos X lo penetran y dañan los tejidos, la luz visible provoca una sensación visual en el ojo, la radiación infrarroja, que incide sobre el cuerpo humano, lo calienta, y las ondas de radio y de baja frecuencia. oscilaciones electromagnéticas cuerpo humano y no se sienten en absoluto. A pesar de estas diferencias obvias, todos estos tipos de radiación son esencialmente lados diferentes del mismo fenómeno.